А) расчет пусковых органов при симметричных повреждениях
Задание
Выполнить проект РЗА для ЛЭП и конечной нагрузки (отпаек)
Рисунок 1- Структурная схема ЛЭП
Исходные данные
Л1: тип провода АС-240/32, тип опор – ПБ220-1, тип троса С-70
Zs=1+j10; Zr=2+j20;
Л2: тип провода АС-330/43, тип опор – ПБ220-1, тип троса С-70
Zs=1+j10; Zr=5+j40.
Длина коридора: L=20м. Длина ЛЭП=200км.
Расчёт параметров ЛЭП
1.Удельные параметры ЛЭП прямой последовательности
Будем считать что линия симметричная и полностью транспонирована. Тогда можно принять, что 
. Параметр 
зависит от от типа провода и типа опор. Составляющие активного сопротивления 
вычисляется по формуле
,
где 
- температура окружающей среды; 
- активное сопротивление провода при 
.
Удельное индуктивное сопротивление провода 
определяется в основном типом опор и вычисляется по формуле:
где 
- среднее геометрическое расстояние между проводами;
- среднее геометрический радиус провода одной фазы для линий с расщепленным проводом.
, 
,
где 
- эквивалентный радиус провода; 
- среднее геометрическое расстояние между проводами одной фазы; n – число проводов в фазе.
,
где 
- истинный радиус провода.
Примем, что температура окружающей среды 
.
Для провода АС-240/32:
Ом/км;
Ом/км
Для провода АС-330/43:
Ом/км;
Ом/км.
Опора ПБ220-1:
м;
м;
м;
м.
Провод АС-240/32 на опоре ПБ220-1:
мм;
Ом/км.
Провод АС-330/43 на опоре ПБ220-1:
dп = 25,2 мм;
2. Удельные параметры нулевой последовательности
В земле протекает только утроенный ток нулевой последовательности, и поэтому активное удельное сопротивление нулевой последовательности определяется по выражению
.
Индуктивное сопротивление провода нулевой последовательности:
,
где 
- эквивалентная глубина возврата тока через землю, 1000 м.
; .
Провод АС-240/32 на опоре ПБ220-1:
мм
Ом/км.
Провод АС-330/43 на опоре ПБ220-1:
3. Учёт троса при расчёте параметров нулевой последовательности
Активное сопротивление контура «трос-земля»:
,
где р – число тросов в системе.
Индуктивное сопротивление троса: 
,
где 
- средний геометрический радиус системы тросов,
где 
- эквивалентный радиус троса; 
- среднее геометрической расстояние между тросами.
Сопротивление взаимной связи между контурами провода линии и контуром троса с учётом присутствия земли в обоих контурах определяется по выражению:
где 
- среднее геометрическое расстояние между проводами и тросами,
для случая линии 220кВ, где 2 троса: 
.
Если внести сопротивление троса 
в контур линии с учётом их взаимного сопротивления 
, то получим искомое сопротивление нулевой последовательности линии с учётом заземлённых тросов: 
,
где 
- собственное сопротивление провода нулевой последовательности.
Для троса С-70:
Ом/км; 
мм.
Ом/км,
мм
Ом/км.
м;
м;
м;
м.
Сопротивление взаимной связи между контурами провода и линии и контуром троса:
Ом/км.
Искомое сопротивление нулевой последовательности линии 220кВ с учётом заземления тросов: 
Ом/км.
4. Учёт параллельных линий
Параллельные линии, ровно как и трос, оказывают влияние только на величины нулевой последовательности.
Сопротивление взаимосвязи между проводом одной цепи и проводом другой цепи определяется по выражению 
, где 
- среднее геометрическое расстояние между I и II рассматриваемыми цепями.
Для упрощения расчётов можно принять =Lкор – ширина коридора между параллельными линиями. Для учёта троса параллельной линии =Lкор+0,5 м.
Ом/км.
Тогда сопротивление нулевой последовательности линии 220кВ с учётом параллельной линии: 
Ом/км.
| Тип провода |  , Ом/км
|  , Ом/км
| Длина, км |  , Ом
|  , Ом
|
| АС-240/32 | 0,1101+j0,425 | 0,324+j0,557 | 22,02+j85 | 64,8+j111,4 | |
| АС-330/43 | 0,0911+j0,415 | 0,240+j1,622 | 18,22+j83 | 48+j324,4 |
Расчёт токов КЗ
Результаты расчётов токов КЗ приведены в следующих таблицах:
| Максимальный режим | ||||
| Точка КЗ | Токи короткого замыкания п/с А, кА | |||
| K(1) | K(2) | K(1,1) | K(3) | |
| начало | 16,522 | 11,925 | 15,491 | 13,770 |
| конец | 1,178 | 1,191 | 1,286 | 1,375 |
| Минимальный режим | ||||
| Точка КЗ | Токи короткого замыкания п/с А, кА | |||
| K(1) | K(2) | K(1,1) | K(3) | |
| начало | 14,952 | 10,791 | 14,019 | 12,462 |
| конец | 1,066 | 1,078 | 1,164 | 1,244 |
| Максимальный режим | ||||
| Точка КЗ | Токи короткого замыкания п/с В, кА | |||
| K(1) | K(2) | K(1,1) | K(3) | |
| начало | 1,276 | 1,169 | 1,305 | 1,364 |
| конец | 14,269 | 10,297 | 13,378 | 11,890 |
| Минимальный режим | ||||
| Точка КЗ | Токи короткого замыкания п/с В, кА | |||
| K(1) | K(2) | K(1,1) | K(3) | |
| начало | 1,155 | 1,058 | 1,181 | 1,234 |
| конец | 12,913 | 9,319 | 12,107 | 10,760 |
Максимальный режим работы защищаемой линии определён 1,05Uном, а минимальный - 0,95Uном.
Максимальный нагрузочный ток примем равным длительно допустимому току защищаемой линии - 605А.
Примем коэффициенты трансформации ТТ и ТН соответственно равными 1000/5 и 220000/100.
Выбор релейной защиты.
Защиту линии выполняем на базе ДФЗ-201 и ШДЭ 2802.
В качестве основной защиты применяем:
-дифференциально-фазную высокочастотную защиту (ДФЗ). Эта защита является быстродействующей, реагирует на все виды повреждений.
Резервирование основной защиты осуществляется:
-3-х ступенчатой ДЗ. Выполняет функцию защиты от междуфазных коротких замыканий на рассматриваемой линии.
- 4-х ступенчатой ТНЗНТ. Работает при замыканиях на землю на защищаемой ЛЭП.
- ТО. Необходима для резервирования ДЗ при «близких» коротких замыканиях.
Расчёт ДФЗ – 201
а) расчет пусковых органов при симметричных повреждениях
Ток срабатывания реле пуска передатчика отстраивают от максимального тока нагрузки линии:
Ток срабатывания реле подготовки цепи отключения выбирают по условиям согласования с током срабатывания реле пуска передатчика
(20)
где 
=1,4 – коэффициент согласования различных полукомплектов защиты.
Чувствительность токовых пусковых органов проверяют при трёхфазном К(З) в конце линии в минимальном режиме:
для полукомплекта п/с А для полукомплекта п/с В
; 
Так как чувствительность токовых органов недостаточна, то цепи пуска дополняются РС.
- уставки срабатывания РС выбираются по условию максимального нагрузочного режима
Ом
- чувствительность РС 
по току точной работы:
для полукомплекта п/с А 
для полукомплекта п/с А 
.
б) расчёт пусковых органов при несимметричных повреждениях
- Определяем составляющие токов отдельных последовательностей, подводимых к органам защиты при несимметричных повреждениях
для полукомплекта п/с А К(2) 
для полукомплекта п/с В К(2) 
- ток двухфазного КЗ в конце линии в минимальном режиме
для полукомплекта п/с А K(1) 
, 
для полукомплекта п/с В K(1) 
, 
- ток однофазного КЗ в конце линии в минимальном режиме
- ток нулевой последовательности в конце линии
Для полукомплекта п/с А К(1,1) 
Для полукомплекта п/с В К(1,1) 
- ток двухфазного КЗ в конце защищаемой линии
Ток срабатывания фильтра – реле обратной последовательности подготовки цепи отключения отстраивают от тока небаланса в максимальном нагрузочном режиме
; (21)
- приведённый к первичной цепи ток небаланса фильтра обратной последовательности ( 
=0,05);
Полученное значение меньше минимально возможной уставки, равной 1А для ДФЗ-21.
Уставки срабатывания реле пуска передатчика выполнены соответственно вдвое меньше пускового тока отключения, т. е:
- уставку срабатывания 
выберем по условю обеспечения необходимого коэффициента чувствительности равного 2.
.
Токи, протекающие через полукомплекты при К(2):
п/c А 
А
п/c В 
А
Уставки для обоих полукомплектов необходимо брать одинаковыми. Следовательно, расчётной величиной будет 3,05А.
следовательно для ДФЗ-201 
для К(2) 
выполняется.
Проверим ИО по цепям отключения при К(1):
п/c А 
А
п/c В 
А
Расчётной величиной будет 1,78 А.
- не проходит, следовательно в фильтр-реле необходимо применить добавку тока 3 
.
-уставка срабатывания фильтра-реле по току нулевой последовательности отстраивается от тока небаланса в максимальном нагрузочном режиме аналогично 
А.
Но обычно это условие не является расчётным и выбор уставки 
производят по характеристикам чувствительности защиты с учётом токов 
и 
.
-используя обобщённые кривые, находим результирующую чувствительность пусковых органов для любого вида КЗ в следующей последовательности:
а) по известной уставке 
находится кратность вторичного тока обратной последовательности для рассматриваемого режима и вида КЗ:
;
б) для полученного значения 
по соответствующей кривой находится относительный расчётный ток нулевой последовательности, соответствующий 
; 
в) определяют расчётную уставку срабатывания по току нулевой последовательности, выбирая ближайшую меньшую
A;
A;
Принимаем 
;
г) находится фактическая кратность тока нулевой последовательности при выбранной уставке 
.
д) определяется результирующий коэффициент чувствительности для известных значений 
, т. е. 
.
Расчёт органа манипуляции
Выбирается коэффициент К органа манипуляции, при К(1,1)
Выбираем К=6, что соответствует минимальному току надежной манипуляции 
.
Проверяется обеспечение надежной манипуляции по минимальному току на входе фильтра:
При несимметричном К(1,1) в конце защищаемой линии
При симметричном К(3) в начале защищаемой линии
.
Расчёт резервной защиты
Токовая отсечка от многофазных КЗ.
Ток срабатывания определим по условию отстройки при КЗ в конце линии:
А.
Коэффициент чувствительности проверяем при 
вблизи места установки защиты в минимальном режиме: 
А.
ТО по условиям чувствительности удовлетворяет.
Расчёт дистанционной защиты
I ступени имеет форму окружности, проходящую через начало координат.
Сопротивление срабатывания определяется из условия отстройки от КЗ на шинах приёмной ПС.
, где 
, 
Ом.
Коэффициент чувствительности по току точной работы
II ступень ДЗ
Сопротивления срабатывания определим, исходя из обеспечения Кч:
Чувствительность защиты проверяется при металлическом КЗ в конце защищаемой линии.
Чувствительность защиты проверяется при металлическом КЗ в конце защищаемой линии.
Ом
Ом.
Выдержка времени 
с.
Коэффициент чувствительности по току точной работы
III ступень ДЗ
Осуществляет дальнее резервирование.
Сопротивление срабатывания IIIступени выбирается по условию отстройки от Zнг.расч по выражению:
Выдержка времени 
с.
Проверяем чувствительность при КЗ в конце зоны резервирования
Сопротивление срабатывания реле 
Расчёт ТНЗНП
I cтупень
Ток срабатывания определяется отстройкой от тока замыкания в конце лини при К(1) в максимальном режиме
А,
Чувствительность проверяем при однофазном замыкании на землю в начале линии
II ступень
Определим ток срабатывания исходя из требуемого коэффициента чувствительности при однофазном КЗ в конце зоны.
Выдержка времени с.
Третья ступень защиты
Применяется в случаях неудовлетворительной чувствительности второй ступени.
IV ступень
Ток срабатывания исходя из требуемого коэффициента чувствительности при К(1) в конце зоны
Чувствительность проверяем при однофазном КЗ в конце зоны резервирования (т.е. за трансформатором):
kч =3Iо мин / IIVос. з = 1066/66,06 =16,14 > 2.
Время срабатывания определяется из условия отстройки от tс.з последних ступеней защиты трансформатора:
,
Схема действия УРОВ
Для установки на линии наметим выключатель ВМТ-220Б-20/1000УХЛ1 [3]. Его номинальные параметры:
Uнб.раб=252 кВ; Iном=1000 А; Iном.откл=20 кА; =25 %; iпр.скв=52 кА; Iном.вкл=20 кА; при Iтерм.ст=20 кА; t=3 с; tоткл=0,08 с; tсобс.откл=0,05 с; tвкл=0,13 с; tбп.min=0,13 с.
В панели ШДЭ 2802 реле УРОВ имеет два пусковых органа:
- реле тока, включаемые на токи трех фаз;
- пусковой орган срабатывания защит шкафа.
Срабатывания УРОВ происходит при срабатывании обеих пусковых органов с выдержкой времени: 
;
где tоткл.в– время отключения выключателя; tвоз.з– время возврата защит;
tош.рв – ошибка реле времени; tзап– время запаса.
Реле УРОВ действует на отключение выключателей питающих место КЗ.
Ток реле контролирующего наличие КЗ выбирается с учетом надежного действия этих реле при КЗ в конце участка и условия возврата реле после отключения КЗ:
,А
В нашей схеме реле УРОВ действует на отключение всех генераторных выключателей станции.