Nastawy zabezpieczenia impedancyjnego. Spis treści 1. WSTĘP...2 2. DANE WYJŚCIOWE DLA OBLICZEŃ NASTAW...2 2.1 INFORMACJE PODSTAWOWE O LINII...2 2.2. INFORMACJE PODSTAWOWE O NAJDŁUŻSZEJ REZERWOWANEJ LINII...2 2.3. WARTOŚCI PIERWOTNE ZASIĘGÓW REAKTANCYJNYCH...3 2.4. WARTOŚCI OPÓŹNIEŃ CZASOWYCH POSZCZEGÓLNYCH STREF...3 2.5. OBLICZENIOWE PRĄDY ZWARĆ...3 3. PARAMETRY GŁÓWNE...4 3.1. NASTAWA PARAMETRÓW GŁÓWNYCH...4 3.2. PARAMETRY PIERWOTNE LINII...5 3.3. PARAMETRY POBUDZENIOWE...5 4. PARAMETRY STREF...6 4.1. OBLICZENIE ZASIĘGÓW REAKTANCYJNYCH POSZCZEGÓLNYCH STREF...6 4.2. OBLICZENIE IMPEDANCJI OBCIĄŻENIA MAKSYMALNEGO LINII...7 4.3. OBLICZENIE MINIMALNEJ WYMAGANEJ NASTAWY W KIERUNKU REZYSTANCYJNYM...7 4.4. NASTAWA STREFY 6 KRYTERIUM POBUDZENIA IMPEDANCYJNEGO...10 4.5. NASTAWA PARAMETRU RD SKRÓCENIE ZASIĘGÓW STREF W OSI R...10 4.6. NASTAWA ZWŁOK CZASOWYCH...11 Zabezpieczenia : ZCS 4E od v 3.0 ZCR 4E od v 5.1 Computers & Control Sp. j. Katowice, ul. Porcelanowa 11 1
1. Wstęp. Nastawy zabezpieczeń impedancyjnych (odległościowych) wykonuje się na podstawie: konfiguracji sieci oraz ogólnych zasad rezerwowania i stopniowania. W tym rozdziale przedstawiono metodę nastawiania zabezpieczeń na podstawie konkretnego przykładu rzeczywistej linii 110 [kv] relacji: Piaskowa - Rydułtowy. Zamieszczone opracowanie zostało wykonane przez mgr inż. Grzegorza Kurpasa, pracownika PSE S.A. Południe w Katowicach. Firma Computers & Control wyraża podziękowania pracownikom PSE S.A, za udostępnienie oraz zgodę na niniejszą publikację, w tym szczególnie autorowi oraz Panu mgr inż Zygmuntowi Kałużnemu. 2. Dane wyjściowe dla obliczeń nastaw. ZABEZPIECZENIA ZCS 4E INSTALOWANEGO W SE 110 [kv] PIASKOWA - POLE LINII: RYDUŁTOWY 2.1 Informacje podstawowe o linii. LINIA 110 [kv] PIASKOWA RYDUŁTOWY U n = 110 [kv] U p = 110 [kv] U w = 100 [V] I P = 600 [A] I w = 5[A] I n = 410 [A] l AB = 16.931 [km] X 1AB = 6.868 [Ω] R 1AB = 3.641 [Ω] X 0AB = 22.744 [Ω] R 0AB = 6.15 [Ω] znamionowe napięcie systemu, znamionowe pierwotne napięcie przekładników napięciowych, znamionowe wtórne napięcie przekładników napięciowych, pierwotny znamionowy prąd przekładników prądowych, wtórny znamionowy prąd przekładników prądowych, dopuszczalny prąd obciążenia linii, długość zabezpieczanej linii, reaktancja przewodów zabezpieczanej linii, rezystancja przewodów zabezpieczanej linii, reaktancja toru ziemnopowrotnego zabezpieczanej linii, rezystancja toru ziemnopowrotnego zabezpieczanej linii, 2.2. Informacje podstawowe o najdłuższej rezerwowanej linii. (Rydułtowy Kuźnia Raciborska) l BC = 20.410 [km] I n = 410 [A] X lbc = 8.585 [Ω] długość rezerwowanej linii, dopuszczalny prąd obciąźenia rezerwowanej linii, reaktancja przewodów rezerwowanej linii, Computers & Control Sp. j. Katowice Al. Korfantego 191E 2
R lbc = 4.876 [Ω] X 0BC = 30.646 [Ω] R 0BC = 7.902 [Ω] rezystancja przewodów rezerwowanej linii, reaktancja toru ziemnopowrotnego rezerwowanej linii, rezystancja toru ziemnopowrotnego rezerwowanej linii, 2.3. Wartości pierwotne zasięgów reaktancyjnych. X l = 5.838 [Ω] X 2 = 8.633 [Ω] X 3 = 27.815 [Ω] X 1W = 7.898 [Ω] X W = 4.8 [Ω] zasięg strefy pierwszej, zasięg strefy drugiej, zasięg strefy trzeciej, zasięg strefy pierwszej wydłużonej, zasięg strefy wstecznej, 2.4. Wartości opóźnień czasowych poszczególnych stref. t 1 = 0 [s], t 2 =0.7 [s], t 3 = 1.0 [s], t 4 = 0 [s], t 5 = 0.55 [s], 2.5. Obliczeniowe prądy zwarć. a. Zwarcie trójfazowe na szynach stacji Piaskowa I 3f =7.408 [ka] Udział od linii Piaskowa Rydułtowy I 3f = 1.694 [ka] b. Zwarcie jednofazowe na szynach stacji Piaskowa I 1f = 6.432 [ka] I 11f = 2.144 [ka] I 01f = 2.144 [ka] Udział od linii Rydułtowy: I 1f = 4.305 [ka] I 11f = 1.533 [ka] I 01f = 1.240 [ka] prąd zwarcia jednofazowego, składowa zgodna prądu zwarcia jednofazowego, składowa zerowa prądu zwarcia jednofazowego, prąd zwarcia jednofazowego, składowa zgodna prądu zwarcia jednofazowego, składowa zerowa prądu zwarcia jednofazowego, c. Zwarcie trójfazowe na szynach stacji Rydułtowy Udział od linii Piaskowa I 3f = 1.694 [ka] Computers & Control Sp. j. Katowice Al. Korfantego 191E 3
d. Zwarcie jednofazowe na szynach stacji Rydułtowy Udział od linii Piaskowa: I 1f = 1.622 [ka] I 11f = 0.529 [ka] I 01f = 0.564 [ka] prąd zwarcia jednofazowego, składowa zgodna prądu zwarcia jednofazowego, składowa zerowa prądu zwarcia jednofazowego, e. Zwarcie jednofazowe na szynach stacji Wodzisław (w tym przypadku mamy najmniejszy udział prądu zwarcia jednofazowego płynącego linią Piaskowa Rydułtowy przy zwarciach na końcach linii wychodzących ze stacji Rydułtowy) I 01f = 0.044 [ka] składowa zerowa prądu zwarcia jednofazowego 3. Parametry główne. 3.1. Nastawa parametrów głównych. Napięcie znamionowe zabezpieczenia U n = 100 [V] Prąd znamionowy zabezpieczenia I n = 5[A] Przekładnia napięciowa J U = U P = 110Å103 V U W 100 V =1100 Przekładnia prądowa J I = I P I W = 600 5 =120 Computers & Control Sp. j. Katowice Al. Korfantego 191E 4
3.2. Parametry pierwotne linii. W celu obliczenia wtórnych parametrów toru ziemnopowrotnego obliczamy najpierw przekładnię impedancyjną. Przekładnia impedancyjna J Z = J U = 1100 =9.167 J I 120 R 0 = R 0AB *1/ϑ Z = 6.15*0.109 = 0.67 [Ω/pętlę], X 0 = X 0AB* 1/ϑ Z =22.744* 0.109 = 2.479 [Ω/pętlę], R 1 = R 1AB *1/ϑ Z =3.641*0.109 = 0.397 [Ω/fazę], X 0 = X 1AB* 1/ϑ Z =6.868*0.109 = 0.749 [Ω/fazę], Parametr R 0 nie zawiera rezystancji łuku oraz rezystancji uziemienia słupa. 3.3. Parametry pobudzeniowe Minimalny prąd pobudzeniowy Jako minimalny prąd pobudzeniowy przyjmujemy wartość pradu o 20[%] wyższą od znamionowego prądu linii w krotności znamionowego prądu przekaźnika przeliczonego na stronę pierwotną przekładników prądowych. W przypadku, gdy znamionowy prąd linii jest większy od znamionowej pierwotnej wartości prądu przekładników prądowych, jako znamionowy prąd linii przyjmujemy znamionową pierwotną wartość prądu przekładników prądowych. I m in = 1. 2ÅI l 1. 2Å410 = I n ÅJ I 5Å120 I m in = 0. 82ÅI n Ziemnozwarciowy prąd rozruchu (proponuję oznaczyć go symbolem I 0r ) Prąd ten nastawiamy jako 50% dopuszczalnego prądu obciąźenia linii Il w wartościach wtórnych w krotności prądu znamionowego przekaźnika. Jeżeli taka nastawa nie zapewniałaby czułości na końcu najdłuższej linii wychodzącej ze stacji naprzeciwległej,należy ją zmniejszyć do wartości 3I 0 *k C, gdzie: 3I 0 -najmniejszy udział składowej zerowej prądu zwarcia jednofazowego płynący linią Piaskowa Rydułtowy przy zwarciach na końcach linii wychodzących ze stacji Rydułtowy k C - współczynnik czułości; k C = 2 Według danych z punktu 1.5.e. I 01f = 0.044 [ka], zatem Computers & Control Sp. j. Katowice Al. Korfantego 191E 5
3I 0 *k C = 3*44A*2 = 264 [A] 0.5 I 1 = 0.5*410 A = 205 [A] Dla nastawy ziemnozwarciowego prądu rozruchu bierzemy zatem 50[%] prądu znamionowego linii: I 0r = 0. 5ÅI l = I n ÅJ I I 0r = 0. 34ÅI n 0. 5Å410 5Å120 4. Parametry stref. Dla każdej strefy członu odległościowego winny być dokonane następujące nastawienia: X zasięg reaktancyjny dla zwarć międzyfazowych XE zasięg reaktancyjny dla zwarć z ziemią R zasięg rezystancyjny dla zwarć międzyfazowych RE zasięg rezystancyjny dla zwarć z ziemią Rd skrócenie zasięgu rezystancyjnego w rejonie prądów roboczych linii TJF zwłoka czasowa dla zwarć międzyfazowych TWF zwłoka czasowa dla zwarć doziemnych Wszystkie wartości zasięgów reaktancyjnych i rezystancyjnych nastawiane są w [Ω/fazę]. 4.1. Obliczenie zasięgów reaktancyjnych poszczególnych stref. Zasięgi reaktancyjne poszczególnych stref zabezpieczenia winny być identyczne dla zwarć międzyfazowych, jak i doziemnych. Nastawiamy je przeliczając na stronę wtórną wartości pierwotne zasięgów reaktancyjnych stref przedstawione w informacjach podstawowych (pkt. 1.3.). X = XE = X 1 /ϑ Z = 5.838 Ω/9.167 X =XE = 0.636[Ω] strefa 2 (wydłużona) X = XE = X 1W /ϑ Z = 7.898 Ω/9.167 X =XE = 0.860 [Ω] X = XE = X 2 /ϑ Z = 8.633 Ω/9.167 X =XE = 0.940 [Ω] Computers & Control Sp. j. Katowice Al. Korfantego 191E 6
X = XE =X 3 /ϑ Z = 27.815 Ω/9.167 X =XE = 3.032 [Ω] strefa 5 (wsteczna) X = XE = X W /ϑ Z = 4.800 Ω/9.167 X =XE = 0.520 [Ω] 4.2. Obliczenie impedancji obciążenia maksymalnego linii. Pierwotną wartość impedancji obliczamy zakładając pracę linii przy 90[%] napięcia znamionowego oraz 120[%] prądu dopuszczalnego obciąźenia linii. Z obcm ax = 0.9ÅU n 3Å1. 2ÅI n Z obcm ax =116. 17 Maksymalną dozwoloną nastawę rezystancyjną pomniejszamy o 20[%] w stosunku do impedancji obciążenia maksymalnego. R max = 0.8* Z obc max /ϑ Z R max = 0.8* 116.17/9.167 = 10.13 [Ω] Jeżeli prąd znamionowy linii jest wyższy od prądu znamionowego strony pierwotnej przekładników prądowych, to jako I n przyjmujemy prąd znamionowy przekładników. 4.3. Obliczenie minimalnej wymaganej nastawy w kierunku rezystancyjnym. Określenie nastaw R i RE poszczególnych stref zabezpieczenia a)minimalna nastawa rezystancyjna winna zawierać rezystancję zabezpieczanego odcinka linii (proporcjonalną do całkowitej jego długości) oraz rezystancję łuku i rezystancję doziemienia słupa (rezystancja doziemienia słupa jedynie w przypadku zwarć z ziemią). W przypadku zwarcia na końcu strefy 1 mamy: X = 0.636 Ω = 0.85*X l AB /ϑ Z R l = 0.85*R l AB /ϑ Z = 0.85*3.641 Ω/9.167 R l =0.337 [Ω] Wykonując podobne obliczenia dla pozostałych stref, otrzymujemy: Computers & Control Sp. j. Katowice Al. Korfantego 191E 7
X = 0.94 Ω = 1.256*X l AB /ϑ Z R l = 1.256*R l AB /ϑ Z = 0.499 [Ω] X = 3.032 Ω = 4.05*X l AB /ϑ Z R l = 4.05*R l AB /ϑ Z =1.607 [Ω] strefa 2 (wydłużona) X = 0.86 Ω = 1.15*X l AB /ϑ Z R l = 1.15*R l AB /ϑ Z = 0.388 [Ω] strefa 5 (wsteczna) Dla obliczenia nastawy R 1 strefy wstecznej nie korzystamy z parametrów linii Piaskowa Rydułtowy, tylko z parametrów urządzenia zabezpieczanego tą strefą. Strefą wsteczną zabezpiecza się (w zależności od tego, która wartość jest mniejsza): 85[%] długości pierwszej strefy najkrótszej linii wychodzącej ze stacji za plecami przekaźnika 85[%] długości najkrótszej linii z podstawowym zabezpieczeniem porównawczo-fazowym. W przypadku powyższego układu musimy się odstroić od pierwszej strefy liniipiaskowa Studzienna. Dla linii Piaskowa Studzienna X = 0.52 [Ω] = 2.869*X l AD /ϑ Z R l = 2.869*R l AD /ϑ = 0.275 [Ω] X lad = 1.663 [Ω] - reaktancja linii R lad = 0.879 [Ω] - rezystancja linii b) Stosunek pomiędzy prądami zwarciowymi płynącymi od stacji Piaskowa oraz od stacji Rydutowy jest zależny od miejsca zwarcia zakładamy zatem, iż wynosi on 1. Powoduje to fałszowanie pomiaru rezystancji łuku oraz rezystancji doziemienia słupa. Do minimalnej nastawy rezystancyjnej powyższe rezystancje dodajemy zatem przemnożone przez współczynnik 2. Minimalna wymagana nastawa rezystancyjna dla zwarć międzyfazowych wynosić będzie zatem: R min = R l + 2*R łuku (R łuku = 2Ω - maksymalna możliwa wartość rezystancji łuku R łuku = R łuku * 1/ϑ Z = 0.218 Ω) R min = 0.773 [Ω] R min = 0.499 [Ω] +2* 0.218 [Ω] = 0.935 [Ω] Computers & Control Sp. j. Katowice Al. Korfantego 191E 8
R min = 1.607 [Ω] +0.218 [Ω] = 2.043 [Ω] strefa 2 ( wydłużona ) R min = 0.388 [Ω] +2* 0.218 [Ω] = 0.824 [Ω] strefa 5 R min = 0.275 [Ω] +2*0.218 [Ω] = 0.711 [Ω] c) Na podstawie wyliczonych wartości minimalnych zasięgów rezystancyjnych poszczególnych stref oraz maksymalnej dozwolonej nastawy rezystancyjnej dokonujemy następujących nastaw rezystancji stref dla zwarć międzyfazowych: R = 1.1* R min = 1.1 * 0. 773 [Ω] = 0.85 [Ω] R = 1.1* R min = 1.1 * 0. 935 [Ω] = 1.029 [Ω] R = 1.1* R min = 1.1 * 2.043 [Ω] = 2.247 [Ω] strefa 2 - wydłużona R = 1.1* R min = 1.1 * 0.824 [Ω] = 0.906 [Ω] strefa 5 R = 1.1* R min = 1.1 * 0.711 [Ω] = 0.782 [Ω] d) Minimalna wymagana nastawa rezystancyjna strefy 1 dla zwarć doziemnych wynosić będzie: RE min = R l + 2( R łuku + R doz ) (R doz = 10 [Ω] - maksymalna dopuszczalna rezystancja uziemienia słupa dla sieci 110 [kv]; R doz = R doz *1/ϑ Z = 1.09 [Ω] RE min = 0.337 [Ω] + 2(0.218 [Ω] + 1.09 [Ω]) = 2.953 [Ω] RE min = 3.115 [Ω] RE min = 4.223 [Ω] strefa 2 (wydłużona) RE min = 3.004 [Ω] strefa 5 ( wsteczna) Computers & Control Sp. j. Katowice Al. Korfantego 191E 9
RE min = 2.898 [Ω] e) Na podstawie wyliczonych wartości minimalnych zasięgów rezystancyjnych poszczególnych stref dla zwarć doziemnych oraz na podstawie maksymalnej dozwolonej nastawy rezystancyjnej dokonujemy następujących nastaw rezystancji RE: : RE = 1.1 * RE min = 3.248 [Ω] strefa 2: RE = 1.1 * RE min = 3.427 [Ω] : RE = 1.1 * RE min = 4.645 [Ω] (wydłużona): RE = 1.1 * RE min = 3.304 [Ω] strefa 5 (wsteczna): RE = 1.1 * RE min = 3.188 [Ω] 4.4. Nastawa strefy 6 kryterium pobudzenia impedancyjnego. Proponuje się nastawę parametrów strefy 6 o 10[%] większą od nastawy parametrów strefy 3. Wtedy: Z = ZE = 1.1 * 3.032 = 3.335 [Ω] R = 1.1 *2.247 = 2.472 [Ω] RE = 1.1 * 4.645 = 5.110 [Ω] 4.5. Nastawa parametru Rd skrócenie zasięgów stref w osi R. Obliczona w punkcie 2.2 maksymalna, dozwolona nastawa rezystancyjna, wynikająca z maksymalnego obcążenia linii 110 [kv] Piaskowa Rydułtowy ma wartość większą niż najwyższy zasięg rezystancyjny parametr RE strefy 6. Oznacza to brak możliwości wniknięcia wektora obciążeń linii w zakres pobudzenia zabezpieczenia. W takiej sytuacji skrócenie zasięgu stref wzdłuż osi R nie jest stosowane. Parametr: Rd każdej strefy nasawiamy zatem na odpowiadającą mu wartość R. Rd = R = 0.850 [Ω] strefa 2 Rd = R = 1.029 [Ω] Computers & Control Sp. j. Katowice Al. Korfantego 191E 10
Rd = R = 2.247 [Ω] (wydłużona) Rd = R = 0.906 [Ω] strefa 5 (wsteczna ) Rd = R = 0.782 [Ω] Dla strefy 6 (kryterium pobudzenia impedancyjnego) Rd = R = 2.472 [Ω] W przypadku przekroczenia przez parametry: R i RE strefy 6 maksymalnej dozwolonej nastawy rezystancyjnej należy wykonać: podcięcie zasięgu strefy 6 w osi R - nastawienie Rd = R max skrócenie nastawy RE do wartości RE = R max Nastawa RE zasięgu strefy przy pomiarach zwarć doziemnych) może wykraczać poza wartość R max, o ile pozwalają na to warunki zwarciowe tzn. gdy prąd 3I 0 dla zwarcia na końcu tej strefy jest mniejszy od nastawy I 0_run. 4.6. Nastawa zwłok czasowych. Zwarcie doziemne jak i zwarcie międzyfazowe, jeżeli występuja w jednej strefie, winny być wyłączone z tym samym czasem. Dlatego, zgodnie z punktem 1.4., dokonujemy nastawy: TWF = TJF = 40[ms] TWF = TJF = 700 [ms] TWF = TJF = 1000 [ms] strefa 2 (wydłużona) TWF = TJF = 40 [ms] strefa 5 ( wsteczna) TWF = TJF = 550 [ms] Computers & Control Sp. j. Katowice Al. Korfantego 191E 11