Модернизация комплекса релейной защиты подстанции (на примере подстанции "Ивановка")

УДК 621.313/.316

Н.С. Бодруг, Н.В. Булатов

МОДЕРНИЗАЦИЯ КОМПЛЕКСА РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ПОДСТАНЦИИ

В настоящее время одной из важных проблем в отечественной энергетике является замена устаревшего парка оборудования на электростанциях и подстанциях электроэнергетических систем (ЭЭС). Релейная защита и автоматика не являются исключением. Микропроцессорная защита -главный элемент для замены морально устаревшего оборудования.

Ключевые слов: микропроцессорная релейная защита, подстанция, ток короткого замыкания, терминал, трансформатор, воздушная линия.

MODERNIZATION OF SUBSTATIONRELAY PROTECTION

Now one of the important problems in national power industry is replacement of the outdated equipment at power stations and substations with electrical power systems. Relay protection and automatic equipment is not an exception. Microprocessor protection is the main element for replacement of the obsolete equipment.

Key words: microprocessor relay protection, substation, short-circuit current, terminal, transformer, airline.

Эксплуатация морально устаревших комплексов релейной защиты может привести к ложным срабатываниям защит или их отказу, снижению надежности функционирования ЭЭС. Тема замены, реконструкции и модернизации комплексов релейной защиты с целью повышения их надежности актуальна на сегодняшний день.

В данной работе предполагается исследовать схему электрической сети подстанции (ПС) «Ивановка» Амурской энергосистемы и проработать основные вопросы модернизации комплексов релейной защиты силовых трансформаторов и отходящих линий.

Основным вопросом работы является модернизация комплекса релейной защиты подстанции, для чего проведены подробные расчеты параметров срабатывания выбранных более современных защит трансформаторов и отходящих линий электропередачи на полупроводниковой и микропроцессорной элементной базе.

Подстанция «Ивановка» 110/35/10кВ служит для электроснабжения потребителей района села Ивановки, передачи мощности в сеть 110 кВ. ПС питается от двух воздушных линий 110 кВ с проводами марки АС - 120/19, отходящих от ПС«Волково» и ПС «Полевая».Схема электрической сети показана на рис. 1.

Рис. 1. Схема электрической сети с ПС «Ивановка».

В данной работе при расчетах тока короткого замыкания [1] использовалась программа для расчетов токов короткого замыканияТК^ 3000.

Характеристики (справочные и расчетные <*>) воздушных линий представлены в табл. 1 для ВЛ «Волково - Ивановка» и в табл. 2 - для ВЛ «Ивановка - Полевая».

Таблица 1

Общие данные

Диспетчерское наименование ВЛ110 кВ«Волково - Ивановка»

Вид ЛЭП Воздушная

Технические характеристики:

номинальное напряжение кВ 110

эксплуатационное напряжение кВ 110

длина линии (кабеля) км 22,7

количество цепей 1

количество проводов в фазе 1

тип провода (марка кабеля) АС-120/19

удельное активное сопротивление Ом/км 0,244

удельное индуктивное сопротивление Ом/км 0,427

удельная индуктивная проводимость мкСм/км 2,658

Расчетные данные <*>:

активное сопротивление Ом 5,539

реактивное сопротивление Ом 9,693

реактивная проводимость на землю мкСм 60,337

Таблица 2

Общие данные

Диспетчерское наименование ВЛ110 кВ«Ивановка - Полевая»

Вид ЛЭП Воздушная

Технические характеристики:

номинальное напряжение кВ 110

эксплуатационное напряжение кВ 110

длина линии (кабеля) км 33

количество цепей 1

количество проводов в фазе 1

наличие и длина коридоров взаимоиндукции с другими ЛЭП, расстояние до параллельных ЛЭП Совместная подвеска с ВЛ-110 кВ (опоры У6М, П4М).

тип провода (марка кабеля) АС-120/19

удельное активное сопротивление Ом/км 0,244

удельное индуктивное сопротивление Ом/км 0,427

удельная индуктивная проводимость мкСм/км 2,658

Расчетные параметры <*>:

активное сопротивление Ом 8,052

реактивное сопротивление Ом 14,091

реактивная проводимость на землю мкСм 87,714

ПС «Ивановка» комплектуется двумя трансформаторами типа ТДТН-16000/110, подробные технические характеристики (<*> - расчетные параметры) которых приведены в табл. 3.

Таблица 3

Маркировка ТДТН-16000/110 Параметры регулирования

РПН ±9x1,78 %

Технические характеристики ПБВ ±2x2,5 %

Группа соединений обмоток Ун/Ун/Д-0-11

Номинальная полная мощность 16 МВА

Sвн 16 МВА ивн 115 кВ ивнср 115 кВ

Sot 16 МВА исн 38,5 кВ иснср 37 кВ

Sнн 16 МВА инн 11 кВ иннср 10,5 кВ

икВ-С 10,3 % ДРкВ-С 94,82 % 1вн 80,3 А

икВ-Н 16,4 % ДРкВ-Н 94,31 % 1сн 240 А

икС-Н 6,26 % ДРкС-Н 81,39 % 1нн 840 А

Ixx 0,49 % APx 19,5 кВт

Расчетные параметры<*>:

икВ 10,22 % ДРкВ 53,87 % КтВ-Н 10,952 0,091

икС 0,08 % ДРкС 40,95 % КтВ-С 3,108 0,322

икН 6,18 % ДРкН 40,44 % КтС-Н 3,524 0,284

Согласно ПУЭ [2], для трансформаторов мощностью 6,3 МВА и более рекомендуется устанавливать следующие виды защит: газовая; продольная дифференциальная токовая без выдержки времени; токовая отсечка без выдержки времени, устанавливаемая со стороны питания и охватывающая часть обмотки трансформатора, если не предусматривается дифференциальная защита, максимальная токовая защита с комбинированным пуском напряжения или без него.

Для защиты трансформаторов в данной работе принят терминал ШЭ 2607- 041073. Шкафы типа ШЭ2607 041073 предназначены в качестве основной и резервной защиты трехобмоточного трансформатора, дополнительно содержат комплект автоматики и управления выключателем стороны ВН трансформатора [3, 4]. В табл. 4 показаны расчетные параметры защиты трансформатора.

Таблица 4

Типы устройств защиты Ток срабатывания, кА Время срабатывания, с

отключения возврата

УРОВ 0,25 0,08 0,03

ТЗНП вн ТЗНП без АПВ

ТЗНП 1,836 0,4 0,8

Время срабатывания, с

МТЗ 1,155 0,4

В качестве основной защиты линии 110 кВ с двухсторонним питанием согласно ПУЭ [2] от междуфазных коротких замыканий рекомендуется использовать направленные дистанционные защиты. Дистанционная защита, как и токовая, обычно выполняется трехступенчатой с относительной селективностью [3, 4]. В качестве дополнительных часто устанавливают максимальные токовые защиты без выдержки времени. Кроме того, в таких сетях возможна также установка дифференциальных защит (в частности, дифференциально-фазных).

На отходящих линиях 110 кВ «Волково — Ивановка»,«Ивановка — Полевая»в качестве основного принимаем комплекты типа ШЭ 2607-021[3, 4].В табл. 5 показаны расчетные параметры защит линий.

При рассмотрении электрической схемы ПС «Ивановка»проведена модернизация комплекса релейной защиты. По рассчитанным токам короткого замыкания был произведен выбор типа релейной защиты трансформаторов и отходящих линий электропередач.

Таблица 5

Дистанционная защита г.сз.1, Ом 1сз.1, с 1сз.П, Ом г.сз.1, Ом К.ч.11 г.сз.Ш, Ом 1сз.Ш, с -

ВЛ «Волково -Ивановка» 17,87 0 0,5 31,637 1,316 135,5 5 -

ВЛ «Ивановка -Полевая» 13,146 0 0,5 23,4 1,306 135,548 5 -

ТЗНП 1.сз.1, кА 1сз.1, с 1.сз.П, кА 1сз.П, с 1.сз.Ш, кА 1сз.Ш, с 1.сз.1, кА 1сз.1, с

ВЛ «Волково -Ивановка» 3,2 0 0,715 0,5 0,341 3 0,209 3,5

ВЛ «Ивановка -Полевая» 4,52 0 0,66 0,5 0,517 3 0,165 3,5

1. Ванюков, А.П., Игнатьев, И.В. Электрический расчет районной сети: Учеб. пособие. - Братск.: БрГУ, 2006. - 80 с.

2. Правила устройства электроустановок. - Изд. 7-е, перераб. и доп.: Утверждено Минэнерго РФ. Приказ от 20 мая 2003г. № 187.

3. Андреев, В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учебник для вузов. - Изд. 4-е, перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2006. - 639 с.

4. Релейная защита и автоматика электрических систем: Методические указания по выполнению курсовой работы / сост. В.А. Попик. - Братск.: БрГТУ, 2005. - 45 с.