Лектор: Шалимов А.С., ведущий инженер

1. ООО «Научно-производственное предприятие Селект» Лекционный курс по программе повышения квалификации «Выбор уставок и обслуживание устройств релейной защиты и автоматики » Методики расчёта параметров срабатывания микропроцессорных устройств релейной защиты и автоматики подстанционного оборудования 110-750 кВ Лектор: Шалимов А.С., ведущий инженер Чебоксары, 2013

2. Цели и задачи Цель курса: Обучение, курсы повышения квалификации и переподготовки специалистов электротехнических предприятий, учреждений и организаций энергетики типовым методикам расчёта параметров срабатывания микропроцессорных (МП) устройств РЗА основного электрооборудования подстанций (ПС) 110-750 кВ и линий электропередачи с односторонним питанием 110-330 кВ. Задачи курса: • Рассмотреть функциональное описание РЗА объектов с учётом возможностей современных МП аппаратов РЗА. • Проанализировать схемы привязки РЗА объектов. • Изучить методические указания по выбору параметров срабатывания МП устройств РЗА. • Практическая работа с методиками расчёта уставок. 2

3. Содержание учебного курса • РЗА линий электропередачи с односторонним питанием 110-330 кВ • РЗА трансформаторов 110-220 кВ • РЗА автотрансформаторов 220-750 кВ • РЗА шунтирующих реакторов 110-750 кВ • Дифференциальная защита шин 110-750 кВ • РЗА управляемых шунтирующих реакторов 110-750 кВ • РЗА батарей статических конденсаторов 110-330 кВ 3

4. 1.1 Методика расчёта уставок РЗА ЛЭП с односторонним питанием (тупиковых) 110-330 кВ • Рассматриваемые функции РЗА: • Дистанционная защита от всех видов КЗ (ANSI 21, 21N); • Токовая защита нулевой последовательности (ANSI 50, 67N); • Максимальная токовая защита (аварийная или резервная, ANSI 50, 50N); • Устройство резервирования при отказе выключателя (ANSI 50BF); • Автоматическое повторное включение (ANSI 79). 4

5. 1.2 Методика расчёта уставок РЗА ЛЭП с односторонним питанием (тупиковых) 110-330 кВ 5

6. 1.3 Методика расчёта уставок РЗА ЛЭП с односторонним питанием (тупиковых) 110-330 кВ 6

7. 2.1 Методика расчёта уставок РЗА трансформаторов 110-220 кВ • Рассматриваемые функции РЗА: • Дифференциальная защита трансформатора (ANSI 87T); • Ограниченная токовая защита от КЗ на землю в обмотке/на ошиновке ВН трансформатора (ANSI 87N); • Дифференциальная защита ошиновки ВН трансформатора (ANSI 87B); • Дифференциальная защитаошиновкина стороне НН трансформатора (ANSI 87B); • Максимальная токовая защита на стороне ВН/СН/НН трансформатора (ANSI 50); • Токовая защита обратной последовательности на стороне ВН/СН/НН трансформатора (ANSI 46); • Токовая защита нулевой последовательности на стороне ВН трансформатора (ANSI 50N); • Устройство резервирования при отказе выключателя ВН/СН/НН; • Токовая защита от перегрузки на стороне ВН/СН/НН (ANSI 49); • Автоматическое повторное включение выключателя СН/НН трансформатора (ANSI 79); • Орган напряжения нулевой последовательности защиты от замыкания на землю в сети СН/НН (ANSI 64, 59). 7

8. 2.2 Методика расчёта уставок РЗА трансформаторов 110-220 кВ Дифференциальная защита трансформатора (ANSI 87T) Начальный ток срабатывания: Коэффициенты торможения: Дифференциальная отсечка: 8

9. 2.3 Методика расчёта уставок РЗА трансформаторов 110-220 кВ Ограниченная токовая защита от КЗ на землю в обмотке/на ошиновке ВН трансформатора (ANSI 87N) Ток отключения: Ток торможения: 9

10. 2.4 Методика расчёта уставок РЗА трансформаторов 110-220 кВ Дифференциальная токовая защита ошиновки на стороне ВН трансформатора (ДЗО ВН), использующая характеристики стабилизации (торможения)(ANSI 87B) 87(SLOPE1) ≥ 0,5 (о.е.) Дополнительное торможение: Начальная точка 1 Ток дополнительного торможения Угол наклона 1 Начальная точка 2 Угол наклона 2 Дифференциальная отсечка87B (I‑DIFF>>), не определяетсяввиду практической невозможности выбора критерия срабатывания. 10

11. 3.1 Методика расчёта уставок РЗА автотрансформаторов 220-750 кВ • Рассматриваемые функции РЗА: • Дифференциальная защита АТ (ANSI 87Т); • Ограниченная токовая защита от КЗ на землю в обмотке/на ошиновке ВН/СН АТ (ANSI 87N); • Дифференциальная защита ошиновки ВН/СН АТ (ANSI 87B); • Дифференциальная защитаошиновкина стороне НН АТ (ANSI 87B); • Контроль изоляции вводов ВН АТ 330-750 кВ; • Дистанционная защита на стороне ВН/СН АТ; • Токовая защита нулевой последовательности на стороне ВН/СН АТ (ANSI 50N, 67N); • Максимальная токовая защита на стороне ВН/СН/НН АТ (ANSI 50); • Токовая защита обратной последовательности на стороне НН АТ (ANSI 46); • Устройство резервирования при отказе выключателя ВН/СН/НН; • Токовая защита от перегрузки на стороне ВН/СН/НН (ANSI 49); • Автоматическое повторное включение выключателя ВН/СН/НН АТ); • Функция контроля наличия/отсутствия и синхронизма напряжений шин ВН/СН и АТ (ANSI 25); • Орган напряжения нулевой последовательности защиты от замыкания на землю в сети НН (ANSI 64, 59). 11

12. 3.2 Методика расчёта уставок РЗА автотрансформаторов 220-750 кВ Дифференциальная защита автотрансформатора (ANSI 87T) Коэффициент торможения 1) для варианта: автотрансформатор, работающий в продолжительном режиме средней загрузки (порядка 50% от SНОМ АТ): При условии, что 2) для варианта: автотрансформатор, работающий в продолжительном режиме максимальной загрузки (порядка 100% от SНОМ АТ). 12

13. 3.3 Методика расчёта уставок РЗА автотрансформаторов 220-750 кВ Дифференциальная защита автотрансформатора (ANSI 87T) Параметры дополнительной (второй) характеристики торможения: Дифференциальная отсечка: 13

14. 3.4 Методика расчёта уставок РЗА автотрансформаторов 220-750 кВ Дистанционная направленная защита на стороне ВН (СН) АТ (ANSI 21, 21N) Комбинированный пуск ДЗ: 14

15. 3.5 Методика расчёта уставок РЗА автотрансформаторов 220-750 кВ Токовая направленная защита нулевой последовательности (ТЗНП) на стороне ВН(СН) АТ(ANSI 50N, 67N) Выбор уставок токовой защиты нулевой последовательности соответствует условиям и принципам, изложенных в «Руководящих указаниях по релейной защите. Выпуск 13Б. Релейная защита понижающих трансформаторов и АТ 110-500 кВ. Расчеты. – М.: Энергия, 1985», с учетом особенностей выполнения токовой защиты от КЗ на землю в микропроцессорных устройствах релейной защиты. Например, несимметричные условия нагрузки в многосторонне заземленных сетях или различные погрешности ТТ могут вызывать ток небаланса нулевой последовательности и излишним срабатываниям ступеней ТЗНП с малыми значениями уставок по току срабатывания. Чтобы этого избежать, ступени ТЗНП МП устройствах выполняют с торможением от величины фазных токов. 15

16. 4.1 Методика расчёта уставок РЗА шунтирующих реакторов 110-750 кВ • Рассматриваемые функции РЗА: • Продольная дифференциальная защита реактора (ANSI 87R); • Продольная дифференциальная защита реактора и ошиновки ВН (ANSI 87R&B); • Дифференциальная защитаошиновкина стороне высоковольтных вводов реактора (ANSI 87B); • Поперечная дифференциальная защита реактора (ANSI 50); • Токовая защита нулевой последовательности на стороне высоковольтных вводов реактора (ANSI 50N); • Токовая защита нулевой последовательности на стороне нейтрали реактора (ANSI 50N); • Максимальная токовая защита на стороне высоковольтных вводов реактора (ANSI 50); • Токовая защита обратной последовательности на стороне высоковольтных вводов реактора (ANSI 46); • Контроль изоляции вводов ВН реактра 330-750 кВ; • Устройство резервирования при отказе выключателя реактора (ANSI 50BF); • Защита минимального напряжения шин (автоматика ограничения снижения напряжения, ANSI 27). 16

17. 4.2 Методика расчёта уставок РЗА шунтирующих реакторов 110-750 кВ Рассмотрены следующие возможности МП устройств: - продольная дифференциальная защита реактора с применением функции эффективного торможения током для отстройки от броска тока включения, которая позволяет обеспечить лучшую чувствительность в диапазоне малых токов КЗ, по сравнению с классической дифзащитой ШР (без токового торможения), применяемой ранее; 17

18. 4.3 Методика расчёта уставок РЗА шунтирующих реакторов 110-750 кВ - МТЗ и ТЗОП реактора для частичного резервирования быстродействующих защит от всех видов КЗ и витковых замыканий в обмотке. 18

19. 4.4 Методика расчёта уставок РЗА шунтирующих реакторов 110-750 кВ Ток срабатывания ТЗОП выбирается по условию отстройки от тока небаланса в реакторе при нарушении симметрии напряжений в сети высокого напряжения (ВН): Выдержка времени ТЗОП на отключение и пуск УРОВ ШР: Ток срабатывания МТЗ выбирается по условию отстройки от возможных перегрузок реактора по току в симметричных режимах повышения напряжения в сети ВН: Выдержка времени МТЗ на отключение и пуск УРОВ ШР: Динамическая уставкаМТЗ: 19

20. 4.5 Методика расчёта уставок РЗА шунтирующих реакторов 110-750 кВ - четыре варианта реализации поперечной токовой дифзащиты реактора: 1) обычный (классический); 2) с применением дифференциального трансформатора тока (ДТФ); 3) с динамической коррекцией уставок при холодном пуске; 4) дифференциальной защиты с торможением; Подключение комплектов ПДЗ c функцией МТЗ к ТТ в расщеплённых обмотках ШР 20

21. 4.6 Методика расчёта уставок РЗА шунтирующих реакторов 110-750 кВ Временная диаграмма работы МТЗ с динамической коррекцией уставок: 21

22. 5.1 Методика расчёта уставок дифференциальной токовой защиты шин 110-750 кВ Рассматривается дифференциальная токовая защита шин 110-750 кВ в двух вариантах исполнения: 1) централизованная; 2) децентрализованная. Централизованная дифференциальная токовая защита одиночных секционированных систем шин (трехфазная/однофазная): - при трехфазном исполнении ДЗШ в каждом отдельном комплекте защиты шин измерение (сравнение) трехфазных систем токов присоединений защищаемой секции шин производится однимустройством (отдельное устройство для каждой секции шин); - при однофазном исполнении ДЗШ, в каждом отдельном комплекте защиты шин измерение (сравнение) одноименных фаз токов присоединений защищаемой секции шин производится тремяустройствами (отдельное устройство для каждой фазы секции шин). Децентрализованная дифференциальная токовая защита и УРОВ одиночных (секционированных) и двойных систем шин  Децентрализованная ДЗШ является интегрированной системой защиты секций или систем шин (как правило 2 или 4, всего до 12 отдельных секций шин), включающей индивидуальные устройства ДЗШ для каждого присоединения шин (до 48-ми ячеек), установленных, в основном, в шкафах защиты присоединений и соединенных радиальными волоконно-оптическими связями (локальная сеть ДЗШ) с центральным устройством (координатором) дифзащиты шин. 22

23. 5.2 Методика расчёта уставок дифференциальной токовой защиты шин 110-750 кВ Дифференциальная токовая защита шин 110-750 с присоединением ячеек без изменения фиксации, использующая характеристики стабилизации (торможения), ANSI 87В. Возможности: до 7-12 ячеек (присоединения данной секции (системы) шин, имеющие комплект (керн) измерительных ТТ для подключения в токовые цепи ДЗШ). Расчёт параметров аналогичен расчёту ДЗО Т(АТ). Начальная точка 1 Ток дополнительного торможения Угол наклона 1 Начальная точка 2 Угол наклона 2 23

24. 5.3 Методика расчёта уставок дифференциальной токовой защиты шин 110-750 кВ Децентрализованная дифференциальная токовая защита и УРОВ одиночных (секционированных) и двойных систем шин Состав: – центральный терминал, – терминалы ячейки. 24

25. 5.4 Методика расчёта уставок дифференциальной токовой защиты шин 110-750 кВ Децентрализованная дифференциальная токовая защита и УРОВ одиночных (секционированных) и двойных систем шин Характеристика срабатывания функции ДЗШ при КЗ на «землю» (чувствительный орган ДЗШ): 25

26. 5.5 Методика расчёта уставок дифференциальной токовой защиты шин 110-750 кВ Уставки УРОВ: Характеристика срабатывания функции УРОВ: 26

27. 6.1 Методика расчёта уставокРЗА управляемых шунтирующих реакторов 110-750 кВ Рассматривается МП РЗА, управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторов, конструкция которых представляет собой двухобмоточный трансформатор с возможным расщеплением фаз первичной (сетевой) обмотки, а также некоторыми другими конструктивными особенностями. РОДУ – однофазная электромагнитная часть реактора СО – сетевая обмотка КО – компенсационная обмотка ОУ – обмотка управления ТМП – трансформаторно-преобразовательный блок ПП – полупроводниковые трёхфазные преобразователи САУ – система автоматического управления УЗП – устройство защиты от перенапряжений ДПТ – датчик постоянного тока TV – трансформатор напряжения TA – трансформатор тока 27

28. 6.2 Методика расчёта уставокРЗА управляемых шунтирующих реакторов 110-750 кВ Электромагнитная схема трехфазного трехобмоточного УШР 220 – 750 кВ. Эксплуатационные особенности УШР: Напряжение КЗ Величина броска тока включения Система РЗА СО УШР аналогична РЗА неуправлямых ШР. ОУ и КО имеют свой состав защит. 28

29. 6.3 Методика расчёта уставокРЗА управляемых шунтирующих реакторов 110-750 кВ Дополнительные варианты исполнения поперечной дифзащиты сетевой обмотки УШР ПДЗР с независимым измерением токов ПДЗР в общем комплекте с ДЗР ПДЗР с ДТФ 29

30. 7.1 Методика расчёта уставокРЗА батарей статических конденсаторов 110-330 кВ • Рассматриваемые функции РЗА: • Продольная дифференциальная защита БСК (ANSI 87C); • Продольная дифференциальная защита БСК и ошиновки ВН БСК (ANSI 87R&B); • Дифференциальная защитаошиновкина стороне высоковольтных вводов БСК (ANSI 87B); • Дифференциальная защита нулевой последовательности БСК (ANSI 87N); • Небалансная дифференциальная токовая защита БСК; • Токовая защита нулевой последовательности на стороне высоковольтных вводов БСК (ANSI 50N); • Токовая защита нулевой последовательности на стороне нейтралиБСК; • Максимальная токовая защита на стороне высоковольтных вводов БСК; • Токовая защита обратной последовательности на стороне высоковольтных вводов БСК (ANSI 46); • Устройство резервирования при отказе выключателя реактора (ANSI 50BF); • Защита минимального напряжения шин (автоматика ограничения снижения напряжения, ANSI 27); • Защита от повышения напряжения шин (автоматика ограничения повышения напряжения) ЗПН/АОПН (ANSI 59). 30

31. 7.2 Методика расчёта уставокРЗА батарей статических конденсаторов 110-330 кВ Конструкция БСК 110-330 кВ: Схема единичного конденсатора: 31

32. 7.3 Методика расчёта уставокРЗА батарей статических конденсаторов 110-330 кВ Ток батареи в переходном режиме включения: – номинальный ток БСК, кА; где – трехфазная мощность КЗ на шинах, в месте установки БСК, МВА; – номинальная трехфазная мощность БСК, МВАр; - коэффициент загрузки конденсаторов по напряжению. При наличии на ПС нескольких БСК, необходимо учитывать взаимное влияние конденсаторных батарей, предварительно подключенных к шинам. В этом случае ток определяется по формуле: где – эквивалентное расчетное реактивное сопротивление ранее включенных БСК, Ом; 32

33. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ