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

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) кВ и линий электропередачи с односторонним питанием кВ. Цель курса: Задачи курса: 1. Рассмотреть функциональное описание РЗА объектов с учётом возможностей современных МП аппаратов РЗА. 2. Проанализировать схемы привязки РЗА объектов. 3. Изучить методические указания по выбору параметров срабатывания МП устройств РЗА. 4. Практическая работа с методиками расчёта уставок. 2 Цели и задачи

Содержание учебного курса 1. РЗА линий электропередачи с односторонним питанием кВ 2. РЗА трансформаторов кВ 3. РЗА автотрансформаторов кВ 4. РЗА шунтирующих реакторов кВ 5. Дифференциальная защита шин кВ 6. РЗА управляемых шунтирующих реакторов кВ 7. РЗА батарей статических конденсаторов кВ 3

1.1 Методика расчёта уставок РЗА ЛЭП с односторонним питанием (тупиковых) 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

1.2 Методика расчёта уставок РЗА ЛЭП с односторонним питанием (тупиковых) кВ 5

1.3 Методика расчёта уставок РЗА ЛЭП с односторонним питанием (тупиковых) кВ 6

2.1 Методика расчёта уставок РЗА трансформаторов 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 защита ошиновки на 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

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

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

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

3.1 Методика расчёта уставок РЗА автотрансформаторов кВ автотрансформаторов 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 защита ошиновки на стороне НН АТ (ANSI 87B); -Контроль изоляции вводов ВН АТ 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

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

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

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

Методика расчёта уставок РЗА автотрансформаторов кВ автотрансформаторов 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 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.

4.1 Методика расчёта уставок РЗА шунтирующих реакторов кВ Рассматриваемые функции РЗА: -Продольная дифференциальная защита реактора (ANSI 87R); -Продольная дифференциальная защита реактора и ошиновки ВН (ANSI 87R&B); -Дифференциальная защита ошиновки на 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 реактора кВ; -Устройство резервирования при отказе выключателя реактора (ANSI 50BF); -Защита минимального напряжения шин (автоматика ограничения снижения напряжения, ANSI 27). 16

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; 4.2 Методика расчёта уставок РЗА шунтирующих реакторов кВ 17

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

Методика расчёта уставок РЗА шунтирующих реакторов 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 уставка МТЗ:

20 - 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 4.5 Методика расчёта уставок РЗА шунтирующих реакторов кВ

Методика расчёта уставок РЗА шунтирующих реакторов кВ Временная диаграмма работы МТЗ с динамической коррекцией уставок:

5.1 Методика расчёта уставок дифференциальной токовой защиты шин кВ 22 Рассматривается дифференциальная токовая защита шин 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 одним устройством (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 тремя устройствами (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.

5.2 Методика расчёта уставок дифференциальной токовой защиты шин кВ 23 Дифференциальная токовая защита шин 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 2 Ток дополнительного торможения Начальная точка 1Угол наклона 1 Угол наклона 2

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

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

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

6.1 Методика расчёта уставок РЗА управляемых шунтирующих реакторов кВ 27 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 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.

6.2 Методика расчёта уставок РЗА управляемых шунтирующих реакторов кВ 28 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.

6.3 Методика расчёта уставок РЗА управляемых шунтирующих реакторов кВ 29 Дополнительные варианты исполнения поперечной дифзащиты сетевой обмотки УШР ПДЗР с ДТФ ПДЗР в общем комплекте с ДЗР ПДЗР с независимым измерением токов

7.1 Методика расчёта уставок РЗА батарей статических конденсаторов кВ 30 Рассматриваемые функции РЗА: -Продольная дифференциальная защита БСК (ANSI 87C); -Продольная дифференциальная защита БСК и ошиновки ВН БСК (ANSI 87R&B); -Дифференциальная защита ошиновки на 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 нейтрали БСК; -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).

7.2 Методика расчёта уставок РЗА батарей статических конденсаторов кВ 31 Конструкция БСК кВ: Схема единичного конденсатора:

7.3 Методика расчёта уставок РЗА батарей статических конденсаторов кВ 32 Ток батареи в переходном режиме включения: где – номинальный ток БСК, кА; – 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;

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ