Пример расчета релейной защиты и автоматики участка сети напряжением 220 кВ

Произвести расчет уставок и выбрать принципы релейной защиты и автоматики участка сети напряжением 220 кВ, приведенного на рис.1. Параметры генераторов, трансформаторов, линий, а также режимы заземления нейтралей трансформаторов, места установки коммутационной аппаратуры и расчетные точки КЗ даны на рис.1. Все линии 220 кВ оборудованы грозозащитными тросами.

Составление схемы замещения прямой последовательности

Для расчета токов КЗ в именованных единицах принимаем среднее номинальное напряжение сети Uср.н = 230 кВ.

Сопротивление генератора станции А

Сопротивление трансформатора блока станции А

Сопротивления автотрансформатора подстанции Б

где напряжения короткого замыкания обмоток автотрансформатора:

Рис.1. Исходная схема участка сети к примеру расчета

Сопротивления трансформатора подстанции Г

где напряжения короткого замыкания обмоток

Сопротивления трансформатора подстанции Д

Сопротивление прямой последовательности одной цепи линии АБ

Сопротивление прямой последовательности линии БВ

Сопротивление прямой последовательности линии БГ

Сопротивление отпайки к подстанции Д

На основании исходной схемы сети составляется схема замещения прямой (обратной) последовательности (рис.2). Точки 2, 4, 6, 9 приняты в средине линий.

Дробные значения у сопротивлений указывают: номер сопротивления (ветви) – в числителе, величину сопротивления – в знаменателе.

Рис.2. Схема замещения прямой (обратной) последовательности для рассматриваемого участка сети

Составление схемы замещения нулевой последовательности

1. Сопротивления нулевой последовательности трансформаторов и автотрансформаторов:

2. Сопротивления нулевой последовательности одноцепных линий определяются с учетом табл.1:

3. Сопротивления нулевой последовательности двуцепной линии определяются с учетом данных (Xл = 32Ом) и рис.3:

4. Составляется схема замещения нулевой последовательности (рис.3). Обозначения на схемы приняты такие же, как и для схемы замещения прямой последовательности.

Рис.3. Схема замещения нулевой последовательности для рассматриваемого участка сети

 Выбор расчетных режимов и вычисление токов короткого замыкания

1. Выбор расчетных режимов. Основные режимы, при которых расчету подлежат все точки КЗ, указанные на соответствующих схемах замещения:а) максимальный – в работе находятся все генераторы, трансформаторы и линии при максимальном режиме смежной системы;б) минимальный – отключен один блок на станции А при минимальном режиме работы смежной системы.

Дополнительные расчетные режимы для согласования защит линий, соответствующие максимальным и минимальным токам защит линий и требуемым значениям коэффициентов чувствительности:

а) максимальный режим – отключена и заземлена одна из параллельных линий, расчетные точки КЗ 1, 2, 3;

б) максимальный режим – каскадное отключение КЗ у шин подстанции А (точка 1') и у шин подстанции Б (точка 3');

в) то же, что и п.б, но в минимальном режиме;

г) расчетные режимы для согласования защит линий.

2. Вычисление токов трехфазных КЗ. Определение токов КЗ для каждой точки производится в следующем порядке:

а) сворачивается схема замещения (прямой последовательности) относительно данной точки КЗ с учетом того, что ЭДС всех источников равны и совпадают по фазе;

б) вычисляется ток КЗ в месте повреждения по (1.4);

в) полный ток в месте повреждения распределяется по ветвям схемы замещения.

В качестве примера приведем расчет токов КЗ для точки 2. После преобразований сопротивлений со стороны подстанций А и Б схема замещения имеет вид, приведенный на рис.4,а.

Рис.4. Преобразование схемы замещения прямой последовательности при КЗ в точке 2

Затем, объединяя источники питания, преобразуем треугольник сопротивлений 11, 29, 30 в эквивалентную звезду:

Далее после простейших преобразований получим (рис.1,б,в):

Полный ток в месте повреждения:

Ток повреждения, протекающий со стороны подстанции А, ветвь 9 (то же ветвь 34):

Ток ветви 10 (то же ветвь 35):

При КЗ посредине линии ток неповрежденной линии находится:

Примечание: Ток неповрежденной линии совпадает по направлению с током поврежденной ветви, имеющим большее значение (в примере  протекает от подстанции А к подстанции Б).

Результаты расчетов токов трехфазных КЗ для соответствующих точек и режимов приведены в табл.1.

Определение токов при двухфазных КЗ производится по данным табл.1 с учетом соотношения (1.5).

Таблица 1. Результаты расчетов токов при трехфазных коротких замыканиях.

№ точки КЗ	Х1S, Ом	, кА	Наименование ветви	Доля тока ветви	Ток ветви, кА	№ точки КЗ	Х1S, Ом	, кА	Наименование ветви	Доля тока ветви	Ток ветви, кА
1	2	3	4	5	6	1	2	3	4	5	6
Максимальный режим						Минимальный режим
1	22,49	5,91	5,6,7,8 9 11	0,176 0,15 0,15	1,04 0,875 0,875	1	28,03	4,74	5,6,7 9 11	0,22 0,17 0,17	1,04 0,79 0,79
2	29,15	4,55	9 10 11 12	0,56 0,44 0,06 0,37	2,57 1,98 0,29 1,69	2	34,04	3,9	9 10 11 12	0,55 0,45 0,05 0,41	2,13 1,77 0,18 1,59
3	26,65	4,98	10 11 12	0,28 0,28 0,44	1,38 1,38 2,22	3	31,04	4,28	10 11 12	0,26 0,26 0,48	1,13 1,13 2,02
4	23,99	5,53	12 13 10,11	0,33 0,67 0,165	1,84 3,69 0,92	4	27,84	4,77	12 13 10,11	0,34 0,66 0,17	1,61 3,16 0,8
5	10,67	12,44	13 14	0,11 0,89	1,38 11,06	5	15,39	8,63	13 14	0,15 0,85	1,25 7,38
6	35,65	3,72	15	1	3,72	6	40,04	3,32	15	1,0	3,32
7	44,65	2,97	15,16	1	2,97	7	49,04	2,71	15,16	1,0	2,71
8	199,9	0,665	15	1	0,665	8	204,37	0,65	15	1,0	0,65
9	27,99	4,74	24 12 13	1 0,33 0,67	4,74 1,57 3,17	9	31,84	4,17	24 12 13	1,0 0,34 0,66	4,17 1,42 2,75
10	31,99	4,15	25 12 13	1 0,33 0,67	4,15 1,38 2,77	10	35,84	3,7	25 12 13	1,0 0,34 0,66	3,7 1,25 2,45
11	337,8	0,393	26,28 12 13	1 0,33 0,67	0,39 0,13 0,263	11	341,67	0,389	26,28 12 13	1,0 0,34 0,66	0,389 0,132 0,257
12	77,03	1,72	20 21 10 11 12	0,5 0,5 0,28 0,28 0,44	0,86 0,86 0,48 0,48 0,76	12	81,42	1,63	20 21 10 11 12	0,5 0,5 0,26 0,26 0,47	0,815 0,815 0,43 0,43 0,77
13	270,1	0,49	20,21 22	0,5 1	0,245 0,49	13	274,55	0,48	20,21 22	0,5 1,0	0,24 0,48
Максимальный режим. Отключена одна линия АБ						Минимальный режим. Каскадное отключение КЗ на линии у шин ПА
1	23,17	5,74	5,6,7,8 9	0,186 0,26	1,04 1,44	1'	67,02	1,98	9,10 11 12	0,47 1,0 0,53	0,93 1,98 1,05
2	29,4	4,52	9 10	0,61 0,39	2,77 1,75	Каскадное отключение КЗ на линии у шин ПБ
3	30,96	4,29	10 12	0,48 0,52	2,08 2,21	3'	61,69	2,15	9,10 11 5,6,7	0,31 1 0,23	0,65 2,15 0,5
12	81,34	1,63	10	0,48	0,78	Отключена и заземлена одна линия АБ и отключен один блок станции А
Максимальный режим; каскадное отключение КЗ на линии у шин ПА
1'	62,69	2,11	9,10 11 12	0,48 1 0,52	1,02 2,11 1,09	1	29,12	4,56	9	0,31	1,44
Максимальный режим; каскадное отключение КЗ на линии у шин ПББ						Отключен один блок станции А; каскадное отключение у шин ПБ
3'	55,71	2,38	9,10 11 5,6,7,8	0,26 1 0,185	0,61 2,38 0,44	3'	61,12	2,17	9,10 11	0,32 1	0,69 2,17
						Минимальный режим, отключена и заземлена одна линия АБ
						1	29,4	4,52	9,13	0,3	1,37
						5	15,62	8,51	12 14	0,13 0,87	1,09 7,42

Вычисление токов однофазных КЗ.

Определение токов 3I0 при однофазных КЗ на землю для каждой точки повреждения производится в следующем порядке:

а) сворачивается схема замещения нулевой последовательности относительно данной точки КЗ;

б) вычисляется ток 3I0 в месте повреждения по (1.6), при этом значения Х1S принимаются по результатам расчета трехфазных КЗ для данной точки и данного режима;

в) распределение полного тока 3I0К производится по ветвям схемы замещения нулевой последовательности.

Ниже для примера производится расчет токов 3I0 при каскадном отключении однофазного КЗ на землю у шин подстанции А (точка 1', рис.3).

После преобразования участков схемы со стороны подстанций А и Б и включения полного сопротивления взаимоиндукции со стороны подстанции Б (см.рис.3) схема замещения нулевой последовательности имеет вид, указанный на рис.46,а. Затем после простейших преобразований (рис.5,б,в) получим:

Рис.5.Преобразование схемы замещения нулевой последовательности при каскадном отключении КЗ у шин подстанции А (точка 1')

Полный ток 3I0К  в месте повреждения определяется по (1.6)

Здесь 1S = 2S = 62,96 Ом – сопротивление прямой последовательности при трехфазном КЗ в точке 1' (см.табл.1).

Ток 3I0 , протекающий со стороны подстанции А по ветви 10 (то же ветвь 36), определим по выражению:

Ток 3I0 со стороны подстанции Б (ветвь 30, то же ветвь 37):

Ток 3I0 со стороны автотрансформаторов подстанции Б и трансформатора подстанции Г:

Напряжение 3U0 на шинах подстанции Б:

Расчеты токов 3I0 при однофазных КЗ на землю в других точках выполняются аналогично и в виду их простоты не приводятся.