dobor_nastaw_2010_Pomiary_i_automatyka.pdf

(500 KB) Pobierz
1
dr inż. Witold Hoppel
dr hab.inż. Józef Lorenc
ZASADY DOBORU NASTAW ZABEZPIECZEŃ
W POLACH ROZDZIELNI SN
1. Wstęp
Dobór nastaw jest ciągle bardzo ważnym elementem prawidłowości działania
elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej (EAZ). Można spotkać się z opinią, że
znacząca większość jej błędnych zadziałań, szczególnie dotycząca eliminacji elementów
systemu elektroenergetycznego dotkniętych zakłóceniem, jest związana z błędami
dokonanymi podczas obliczania lub wprowadzania nastaw. Zjawisko to wydaje się narastać
w miarę rozwoju cyfrowych konstrukcji urządzeń EAZ – ponieważ praktycznie
nieograniczone możliwości powstawania różnych opcji zabezpieczeń, własnej konfiguracji
kryteriów, wejść i wyjść, powodują znaczne zwiększenie liczby nastaw. W niektórych
urządzeniach dochodzi ona już do kilkuset. Zagadnienie doboru nastaw dla klasycznych
zabezpieczeń elektromechanicznych lub statycznych analogowych w polach rozdzielni
średniego napięcia (SN) wydaję się od dawna opracowane – w literaturze znajdują się
odpowiednie zależności [1,2,3], które jednak, gdy dobrze przyjrzeć się obliczeniom
wykonywanym w różnych zakładach energetycznych, są interpretowane w różny lub bardzo
uproszczony sposób. Szczególne rozbieżności pojawiają się w doborze nastaw zabezpieczeń
od skutków zwarć doziemnych.
2. Definicje
Dla potrzeb niniejszego artykułu zostaną użyte następujące definicje (wg normy
PN/86-E88601):
Wielkość pomiarowa – wielkość fizyczna lub wielkość charakterystyczna dla tej
wielkości, której nazwa charakteryzuje przekaźnik i w odniesieniu do której określano
wymagania związane z dokładnością działania przekaźnika (np. prąd, admitancja).
Wartość nastawcza – wartość na mechaniźmie nastawczym lub w programie
przekaźnika, na którą można nastawić wartość zadziałania wielkości pomiarowej, czas
zadziałania wielkości pomiarowej, czas zadziałania lub charakterystykę przekaźnika.
Wielkość ta będzie oznaczana przez dodanie do symbolu wielkości pomiarowej przekaźnika
indeksu
nast
(np.
I
nast
).
Wartość rozruchowa – wartość wielkości zasilającej wejściowej lub wielkości
pomiarowej, przy której następuje w określonych warunkach początek rozruchu przekaźnika.
Oznaczana będzie dalej indeksem r (np.I
r)
. Różni się od wielkości nastawczej wartością
uchybu.
Wartość zadziałania – wartość wielkości zasilającej wejściowej lub wielkości
pomiarowej, przy której następuje oczekiwana skokowa zmiana w obwodzie wyjściowym (na
wyjściu) przekaźnika. W przeciętnych warunkach dla przekaźników pomiarowych, wartość
zadziałania jest równa wartości rozruchowej.
Wartość zakończenia powrotu – wartość wielkości zasilającej lub wielkości
pomiarowej, przy której następuje w określonych warunkach zakończenie powrotu
przekaźnika – osiągnięcie stanu spoczynku lub stanu początkowego. Oznaczana będzie
indeksem
p.
2
Współczynnik powrotu
k
p
– stosunek wartości zakończenia powrotu do wartości
rozruchowej. Wartość współczynnika powrotu występuje w wielu zależnościach dotyczących
nastaw i jest jednym z najważniejszych parametrów przekaźnika.
Uchyb (błąd) bezwzględny – algebraiczna różnica między wartością zadziałania
wielkości pomiarowej lub czasu zadziałania a wartością nastawienia przekaźnika
pomiarowego lub czasowego.
Powyższe definicje wyraźnie są opracowane dla zabezpieczeń klasycznych, ale są
zupełnie zrozumiałe dla współczesnych rozwiązań mikroprocesorowych.
3. Podstawowe zabezpieczenia
W polach rozdzielni SN stosowane są następujące zabezpieczenia, których
wielkościami pomiarowymi są prądy fazowe:
- od skutków przeciążeń (pola transformatora zasilającego i potrzeb własnych, pole baterii
kondensatorów równoległych - BKR)
- nadprądowe zwłoczne od skutków zwarć międzyfazowych (wszystkie pola z wyjątkiem
pomiaru napięcia),
- zwarciowe – kiedyś nazywane bezzwłocznymi, a w żargonie technicznym „odsieczką”
(wszystkie pola z wyjątkiem pola pomiaru napięcia, ale w niektórych z możliwością
odstawienia lub uruchomienia na krótki czas po zamknięciu wyłącznika).
W wielu polach są stosowane zabezpieczenia od skutków zwarć doziemnych, bardzo
mocno uzależnione od sposobu pracy punktu neutralnego, korzystające ze składowych
zerowych prądu i napięcia:
- w polach liniowych nadprądowe, kierunkowe i admitancyjne,
- w polu pomiaru napięcia – zerowonapięciowe,
- w polu łącznika szyn – zerowoprądowe i admitancyjne,
- w polu transformatora – zerowoprądowe,
- w polu potrzeb własnych – nadprądowe, którego wielkością wejściową jest prąd mierzony
bezpośrednio w obwodzie łączącym urządzenie uziemiające (dławik lub rezystor) z ziemią,
- w polu BKR – zerowoprądowe.
Szczegóły możliwości doboru zabezpieczeń od skutków zwarć doziemnych dla linii
zawarto w tablicy 1.
Zabezpieczenie zerowonapięciowe oznaczone U0> w zasadzie w polach liniowych nie
występuje samodzielnie, w tablicy zostało oznaczone jako powszechne w zastosowaniu ze
względów na to, że:
- umieszczone w polu pomiaru napięcia rezerwuje zabezpieczenia w polach liniowych, a w
wyjątkowych przypadkach nawet stanowi zabezpieczenie podstawowe działające na
sygnalizację,
- stanowi element rozruchowy wielu innych zabezpieczeń w polach liniowych.
Zabezpieczenia kierunkowe czynno- i biernomocowe, których charakterystyka jest
funkcją prądu rozruchowego i kąta fazowego pomiędzy składowymi zerowymi prądu oraz
napięcia mają jednoznacznie określone zakresy zastosowania, a żadne z nich nie może być
użyte w sieci kompensowanej bez AWSCz.
Zabezpieczenie I0> może być stosowane w polach liniowych sieci pracującej z
izolowanym punktem neutralnym, jeśli jej udział w pojemnościowym prądzie zwarcia sieci
nie przekracza wartości 0,3-0,4. W sieci kompensowanej bez lub z AWSCz zabezpieczenie to
może być stosowane, jeśli spełniony będzie warunek czułości – w przeciętnych warunkach
jest to możliwe tylko w bardzo krótkich liniach i przy przekompensowaniu sieci przynajmniej
o 10 %.
3
Podobne warunki dotyczą kryterium Y0>, ale niezależność mierzonej admitancji od
rezystancji przejścia w miejscu zwarcia umożliwia jego zastosowanie w wielu szczególnych
przypadkach np. w liniach sieci o bardzo małym prądzie pojemnościowym rzędu kilku
amperów i czynnym AWSCz. Nastawa admitancji jest silnie uzależniona od
pojemnościowego prądu zwarcia zabezpieczanej linii – stąd możliwe są zadziałania zbędne,
jeśli nastąpią silne zmiany w konfiguracji sieci polegające na zwiększeniu długości linii
zasilanych z danego pola lub błędnie określone wartości prądu pojemnościowego.
Zabezpieczenie G0> bezkierunkowe ma bardzo wyraźnie określony zakres
zastosowania. Jego nastawa jest zależna praktycznie tylko od rodzaju zastosowanego filtru
składowej zerowej prądu, nie zależy od parametrów linii Nie reaguje również na zamianę
zacisków w obwodach składowych zerowych. Zabezpieczenie to można zalecić m.in. do sieci
o słabo rozpoznanych prądach pojemnościowych.
Zastosowanie kryterium G0> kierunkowego jest bardzo ograniczone – tylko w
sieciach, gdzie są dwa pola potrzeb własnych w miejscach ich zasilania, w praktyce dotyczy
to przypadku współpracy dwóch rozdzielni zasilanych z sieci 110 kV lub elektrowni poprzez
linię SN. W Polsce sytuacja taka występuje wyjątkowo – w zasadzie tylko podczas
przełączeń.
Kryterium B0> może być typowo stosowane tylko w sieci z izolowanym punktem
neutralnym. Jego wprowadzenie do innych sieci mających w punkcie neutralnym pierwotny
rezystor uziemiający wiąże się z dopuszczeniem pracy takiej sieci do pracy z wyłączonym
polem potrzeb własnych.
Kryterium RYY0 może być stosowane tylko w sieciach, gdzie podczas zwarcia
doziemnego do pól liniowych doprowadzona jest informacja o położeniu stycznika AWSCz,
ponieważ kryterium to jest oparte na dwóch pomiarach admitancji doziemnej. Należy
podkreślić dwa fakty dotyczące działania tego kryterium:
1. Zakres wykrywanych rezystancji przejścia w konkretnej sieci jest większy niż przy
pozostałych kryteriach,
2. Do spowodowania jego działania w polu potrzeb własnych może być zastosowany nie
tylko rezystor, ale element bierny – np. dławik. W tej sytuacji można uzyskać bardzo
pozytywne zjawisko braku zmniejszania się wartości składowej zerowej napięcia przy
załączaniu AWSCz. Stąd kryterium to w szczególny sposób nadaje się do terenów o dużych
rezystywnościach gruntów.
W tablicy 1 wyszczególniono również dobór zabezpieczeń dla sieci z punktem
neutralnym uziemionym układem równoległym dławika i rezystora oraz kompensowanej z
dorywczym uziemieniem przez rezystor. Pierwszy z tych sposobów jest stosowany w kilku
sieciach głównie ze względu na łatwiejsze do spełnienia warunki ochrony od porażeń. Drugi
sposób pozwala na zachowanie pewnych właściwości uziemienia przez rezystor przy
ograniczonej intensywności automatyki SPZ.
W polu BKR powinno być zainstalowane zabezpieczenie od skutków zwarć
wewnętrznych w baterii zasilane wielkością pomiarową z przekładnika w połączeniu
pomiędzy gwiazdami podzielonej baterii.
Wymienione zabezpieczenia reagują na wielkości elektryczne - oprócz nich są
zabezpieczenia nieelektryczne (gazowo-przepływowe) - w transformatorach i dławikach.
Przy omawianiu nastaw przyjęto, że w energetyce zawodowej stosowane są przede
wszystkim zabezpieczenia o charakterystyce niezależnej, ewentualnie dwustopniowe - jeśli
zabezpieczenie zwłoczne i zwarciowe opisywać jednym wykresem czasu zadziałania w
funkcji mierzonego prądu
4
Tablica 1
Dobór zabezpieczeń od skutków zwarć doziemnych w polach liniowych rozdzielni średniego
napięcia w zależności od sposobu pracy punktu neutralnego
Sposób pracy punktu neutralnego
Rodzaj
zabezpiecze
nia
izolo-
wany
uziemiony
przez dławik
bez AWSCz
uziemiony
przez
dławik z
AWSCz
+
+
uziemiony
przez dławik
równoległy
uziemiony
z
układ
przez
dorywczym
dławika
rezystor
uziemieniem
i rezystora
przez
rezystor
+
+
+
+
+
+
U0>
kierunkowe
czynnomoc
owe
kierunkowe
biernomoco
we
I0>
Y0>
G0>
bezkierunko
we
G0>
kierunkowe
B0>
kierunkowe
RYY0>
+
-
+
-
+
-
-
-
-
-
*
*
-
#
*
-
#
*
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
#
#
#
#
+
-
-
*
*
*
-
-
+
-
-
+
„+” - zastosowanie możliwe, „-” - zastosowanie niemożliwe, „*” - zastosowanie możliwe z
zastrzeżeniami, „#” – zastosowanie możliwe tylko w wyjątkowych sytuacjach.
4. Układ sieci
Układ sieci, który jest przedstawiony na rys.1, ma istotne znaczenie przy doborze
nastaw. W Polsce w zasadzie sieci SN pracują promieniowo, jeśli jako element zasilający
przyjąć transformator przyłączony do sieci o napięciu 110 kV, a rzadko o innej wartości.
Tylko wyjątkowych przypadkach lub podczas przełączeń pojawiają się w tym znaczeniu sieci
dwustronnie zasilane. Pewne odstępstwo od tego stwierdzenia powodują coraz częściej
spotykane tzw. elektrownie lokalne o niewielkiej mocy – wodne, wiatrowe lub opalane
biogazem. Powodują one konieczność stosowania zabezpieczeń od skutków zwarć
międzyfazowych z blokadą kierunkową.
5
A
T1
Z4
B
Z1
C
Z6
Z3
Z5
Z2
110 kV
T2
SN
- wyłącznik z zabezpieczeniem
Rys.1. Układ sieci średniego napięcia
Z punktu widzenia zabezpieczeń ziemnozwarciowych układy takie powodują pewne
komplikacje. W sieciach kompensowanych z AWSCz lub uziemionych przez rezystor należy
pamiętać o tym, że większość zabezpieczeń może zadziałać tylko wówczas, jeśli znajdują się
między miejscem zwarcia, a punktem uziemienia sieci.
W Polsce nie są rzadkie przypadki, kiedy linie odchodzące z szyn zasilanych
transformatorem 110 kV/SN są prowadzone do rozdzielni sieciowych (w skrócie RS), co na
rys.1 przedstawia stacja C. Takie rozgałęzienia wpływają na dobór nastaw zabezpieczeń,
szczególnie z punktu widzenia uzyskania selektywności działania.
5. Podstawowe zależności dotyczące parametrów zwarciowych sieci
5.1.Wielkości charakterystyczne dla zwarć międzyfazowych
Będą one podane dla sieci jednostronnie zasilanych, bez uwzględnienia wpływu
ewentualnych elektrowni lokalnych.
Do obliczeń nastaw zabezpieczeń nadprądowych od skutków zwać międzyfazowych
używa się dwóch prądów zwarciowych:
- minimalny prąd zwarcia
I
kmin
,
- maksymalny prąd zwarcia
I
kmax
.
Dla potrzeb sprawdzania czułości zabezpieczeń minimalny prąd zwarcia, który
występuje przy zwarciu dwufazowym, można obliczać wg uproszczonej zależności:
U
n
I
k
min
(1)
2 *
Z
max
w której:
U
n
– znamionowe napięcie przewodowe sieci,
Z
max
– maksymalna impedancja pętli zwarciowej, którą oblicza się dla miejsca największego
wymaganego zasięgu zabezpieczenia nadprądowego oraz przy uwzględnieniu największej
impedancji od strony systemu elektroenergetycznego. Jeśli przez punkt zabezpieczeniowy
zasilana jest linia promieniowa o wielu odgałęzieniach, to należy prąd obliczać dla
odgałęzienia o największej impedancji. Maksymalną zastępczą impedancję systemu
elektroenergetycznego należy obliczać wg wzoru:
2
1,1
U
n
Z
s
max
(2)
S
k
w którym:
S
k
– moc zwarciowa dla wariantu zasilania o najmniejszej mocy zwarciowej.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin