cigre_1999_zastita.pdf

7/23/2019 cigre_1999_zastita.pdf

1/8

35

Dragan Mu!i", dipl. ing.HEP DP Elektrodalmacija Split, tehni!ka slubaMr. sc. Ranko Goi", dipl. ing.Fakultet elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje Split

PRORA!UN I EKSPERIMENTALNA PROVJERA STRUJA KVARAU SREDNJENAPONSKOJ DISTRIBUTIVNOJ MREI OMIA KAO

PODLOGA ZA UDEENJE NUMERI!KE ZATITE

SAETAK

U ovom !lanku opisan je prora!un tropolnog kratkog spoja, te struja zemljospoja 30 i #0 kV-tnedistributivne mree vezane za TS Omi 30/#0 kV. Prora!un je napravljen programskim paketomTOKSwin, dok su rezultati prora!una eksperimentalno potvr$eni izmjerenim vrijednostima. Vrijednoststruje tropolnog kratkog spoja provjerena je usporedbom s vrijedno"u registriranom na numeri!komreleju prilikom stvarnog kratkog spoja u trafostanici, dok su vrijednosti struja zemljospoja uspore$ene svrijednostima izmjerenim pri pokusu zemljospoja izvrenom radi provjere usmjerenosti zemljospojnezatite na #0 kV-tnim izvodima. Rezultati prora!una i mjerene vrijednosti posluile su za udeenjenumeri!ke zatite u trafostanici.

Klju"ne rije"i: prora!un struja kvara, distributivna mrea, numeri!ka zatita

CALCULATION AND EXPERIMENTAL CHECKING OF FAULT CURRENTSIN THE MEDIUM-VOLTAGE DISTRIBUTION NETWORK OF OMI

AS THE BASIS FOR TUNING OF NUMERICAL PROTECTION

ABSTRACT

This paper describes the calculation of three phase short circuit currents and single-phase earthfault currents for 30 and #0 kV distribution network connected to 30/#0 kV TS Omi. Calculations areperformed by TOKSwin software and results are checked with measured values. Three phase shortcircuit currents are checked comparing with values registered on the numerical relay during the real shortcircuit in TS Omi, and values of the earth fault currents are compared with experimental measurementsperformed for checking of direction validation of earth fault protection for #0 kV bays. The results of thecalculations and measured values are used for tuning of numerical protection in substation.

Key words: calculation of the fault currents, distribution network, numerical protection

34-04

HRVATSKI KOMITET ME%UNARODNE KONFERENCIJEZA VELIKE ELEKTRI&NE SISTEME, ZAGREB, Berislavi"eva 6

!ETVRTO SAVJETOVANJECAVTAT, #7-2#. listopada #999.


2/8

34-04

36

#. UVOD

Danas se pri rekonstrukcijama i izgradnji novih energetskih postrojenja redovito ugra$ujenumeri!ka zatita. Da bi se maksimalno iskoristile brojne prednosti numeri!ke zatite neophodno jepoznavati vrijednosti kratkospojnih i dozemnih struja, te uvjete u mrei kao to je na !in napajanjati"enog objekta i na!in uzemljenja neutralne to!ke transformatora. Novi programski paketi na osobnim

ra!unalima za prora!un kratkih i dozemnih spojeva sa kvalitetnom grafi!kom podrkom i pripadaju"ombazom podataka pomau pri rjeavanju ovog problema, tj. slue za prora!un struja kvara, koji se ukombinaciji s mjerenim veli!inama mogu iskoristiti kao podloga za definiranje parametara zatite.

Za potrebe rekonstrukcije TS 30/#0 kV Omi, u koju je ugra$ena nova numeri!ka zatita, pomo"uprogramskog paketa TOKSwin napravljen je prora!un o!ekivanih struja zemljospoja, struja jednopolnih itropolnih kratkih spojeva. Ovaj prora!un je posluio kao podloga za udeenje numeri!ke zatite. Nakonputanja u pogon napravljena su pogonska mjera u cilju provjere to!nosti rezultata prora!una odnosnoudeenja zatite.

2. NUMERI!KA ZATITA

Koncepcija zatite je prikazana u blok shemi zatite na slici #, a opisana je u daljnjem tekstu.

2.#. Zatita #0 kV-tnih vodnih polja

Za zatitu #0 kV-tnih vodova koriste se releji:

KCEU #50 trofazni nadstrujni i osjetljivi usmjereni zemljospojni relej, KVTR #00 relej za automatski ponovni uklop (APU),

Za zemljospojnu zatitu koristi se prvi stupanj (to>) i to usmjeren. Za nadstrujnu zatitu koriste sesva tri stupnja (t>, t>> i t>>>). Prvi stupanj koristi se za zatitu od preoptere"enja voda. Strujno seudeava neto iznad trajno dozvoljene struje voda, a moe se koristiti vremenski ovisna (invers time)karakteristika. Drugi stupanj se moe koristiti za zatitu od kratkih spojeva na !itavoj dionici. Strujno se

udeava na vrijednost ve"u od maksimalnih struja tereta, a djelovanje je zategnuto. Tre"i stupanj koristise za zatitu od bliskih kratkih spojeva. Strujno se udeava na vrijednost minimalne struje kvara na #0kV-tnim sabirnicama, a djelovanje je trenutno.

2.2. Zatita #0 kV-tne strane transformatora

Za zatitu #0 kV-ne strane transformatora koristi se relej:

KCEU #40 trofazni usmjereni nadstrujni i osjetljivi usmjereni zemljospojni relej,

Za zemljospojnu zatitu koristi se prvi stupanj (to>) i to usmjeren prema transformatoru. Zanadstrujnu zatitu koriste se dva stupnja (t>, t>>), i to neusmjerena. Prvi stupanj koristi se za zatitu od

preoptere"enja transformatora. Strujno se udeava neto iznad trajno dozvoljene struje transformatora.Drugi stupanj koristi se za zatitu od kratkih spojeva na #0 kV-tnim sabirnicama, te kao rezervna zatitaod kvarova na #0 kV-tnim odvodima. Strujno se udeava na vrijednost ve"u od maksimalnih struja tereta,a djelovanje je usporeno za 200 ms.

Prorada isklopnog releja RL3 aktivira interni vremenski !lan tBF koji nakon udeenog vremena(ako relej RL3 ne otpusti, to zna!i da prekida!nije isklju!io kvar) otpusti relej RL4 (startni !lan) i timedozvoli rad drugog stupnja nadstrujne zatite 30 kV-tne strane transformatora.

2.3. Zatita 30 kV-tne strane transformatora

Za zatitu 30 kV-tne strane transformatora koriste se releji:

KCGG #40 trofazni nadstrujni i zemljospojni relej

KBCH #20 diferencijalni relej


3/8

34-04

37

Za zatitu od jednopolnog kratkog spoja koristi se prvi stupanj (to>). Za nadstrujnu zatitu koristese sva tri stupnja (t>, t>> i t>>>). Prvi stupanj koristi se za zatitu od preoptere"enja transformatora.Strujno se udeava iznad trajno dozvoljene struje transformatora, a moe se koristiti vremenski ovisna(invers time) karakteristika. Drugi stupanj se koristi za zatitu od preoptere"enja na transformatoru, te kaorezervna zatita od kvarova na #0 kV-tnim sabirnicama i odvodima. Strujno se udeava na vrijednostve"u od maksimalnih struja tereta, a djelovanje je usporeno za 200 ms. Tre"i stupanj koristi se za zatitu

od bliskih kratkih spojeva a djelovanje je trenutno.Start prvog stupnja zemljospojne i nadstrujne zatite aktivira relej RL4 kojim se blokira tre "i

stupanj zemljospojne/nadstrujne zatite 30 kV-tnog voda. Tre"i stupanj nadstrujne zatite 30 kV-tnogvoda je neusmjeren, a strujno je udeen tako da ne ugroava rad voda, ali da vidi i minimalni kvar na 30kV-tnim sabirnicama.

U slu!aju kvara na trafo odvodu ili na #0 kV-tnom postrojenju ovaj "e stupanj biti zablokiranstartom prvog stupnja nadstrujne zatite trafo odvoda, a za slu!aj kvara na 30 kV-tnom postrojenju odviepolnih kvarova.

Relej diferencijalne zatite transformatora koristi oba stupnja (Id>, Id>>). Prorade vlastitih zatitatransformatora (Bucholz i kontaktni termometar) dovode se na ulaze L0, L#, L2 i L3 kako bi se informacijeo tim zatitama mogle prenijeti u stani!no ra!unalo.

2.4. Zatita 30 kV-tnih vodnih polja

Za zatitu 30 kV-tnih vodnih polja koristi se relej:

KCEG #40 trofazni usmjereni nadstrujni i usmjereni zemljospojni relej

Za zatitu od jednopolnog kratkog spoja koriste se prvi i tre"i stupanj (to> i to>>>), prvi usmjerenprema vodu, a tre"i (u funkciji zatite 30 kV-tnih sabirnica) neusmjeren. Za nadstrujnu zatitu koriste sesva tri stupnja (t>, t>> i t>>>), prvi i drugi usmjereni prema vodu, a tre"i (u funkciji zatite 30 kV-tnihsabirnica) neusmjeren. Prvi stupanj koristi se za zatitu od preoptere"enja voda. Strujno se udeavaneto iznad trajno dozvoljene struje voda, a moe se koristiti vremenski ovisna (invers time)karakteristika. Drugi stupanj koristi se za zatitu od kratkog spoja na !itavoj dionici. Strujno se udeavana vrijednost ve"u od maksimalnih struja tereta, a djelovanje je usporeno.

Tre"i stupanj zatite od jednopolnog kratkog spoja i nadstrujne zatite ima vremensku odgodu od200 ms !ime osigurava brzo !i"enje sabirni!kog kvara (>> drugog vodnog polja.Tako "e se lokalno sprije!iti nastajanje kvara, ali kvar "e ostati napajan s druge strane voda u kvaru, tega mora o!istiti zatita na drugoj strani voda.

U slu!aju ispada automata mjernog napona relej prelazi u drugu grupu udeenja, u kojoj radineusmjereno a tre"i stupnjevi (zatita sabirnica) su onemogu"eni.


4/8

38

Slika #: Blok shema zatite TS Omi


5/8

34-04

39

3. PRORA!UN I ANALIZA REZULTATA

30 kV-tni rasplet sastoji se od kabelskih izvoda prema TS ##0/30 kV Dugi Rat, HE Zaku!ac i TS

30/#0 kV Ravnice, kao to je prikazano na slici 2. U normalnom uklopnom stanju TS 30/#0 kV Omi se

napaja iz HE Zaku!ac i proslje$uje energiju u TS 30/#0 kV Ravnice. Rezervna varijanta je napajanje iz

TS ##0/30 kV Dugi Rat. #0 kV-tna mrea je radijalna i napaja se preko odgovaraju"ih #0 kV-tnih vodnih

polja (K#, K2, .., K#3).

Slika 2: 30 kV-tna mrea

3.#. Prora"un struja tropolnog kratkog spoja

Pri dimenzioniranju postrojenja u glavnom projektu za struju tropolnog kratkog spoja 30 kV-tnih

sabirnica uzeta je vrijednost I"K3=#2.5 kA. Pomo"u programskog paketa TOKSwin izra!unata je

maksimalna struja tropolnog kratkog spoja. Za ekvivalente ##0 kV-tne mree u Dugom Ratu i Zaku!cu

uzete su maksimalne vrijednosti, tj vrijednosti dobivene prora!unom tropolnog i jednopolnog kratkog

spoja u prijenosnoj mrei pri maksimalnim snagama elektrana:

TS Dugi Rat: IK3=#3.49 kA IK#=#4.85 kA

HE Zaku!ac IK3=#6.7 kA IK#=20.#5 kA

Za najnepovoljniji slu!aj odabrano je uklopno stanje kada se TS 30/#0 kV Omi istovremeno

napaja iz TS ##0/30 Dugi Rat i iz HE Zaku!ac. Pri ovom uklopnom stanju prora!unata maksimalna struja

tropolnog kratkog spoja na 30 kV-tnim sabirnicama iznosi IK3=9.563 kA, to je manje od glavnim

projektom predvi$ene maksimalne struje, tj. ugra$ena primarna oprema ispravno je dimenzionirana.

U glavnom projektu je za #0 kV-tne sabirnice odre$ena maksimalna vrijednost struje tropolnog

kratkog spoja I"K3=#2.5 kA. Prora!unata vrijednost u najnepovoljnijem uklopnom stanju iznosi IK3=7.332

kA tako da je i u ovom slu!aju prora!unata vrijednost manja od projektom predvi$ene vrijednosti, to

potvr$uje da je ugra$ena oprema ispravno dimenzionirana.

Struje minimalnog kratkog spoja za ekvivalente ##0 kV mree tako$er su dobivene prora!unom

prijenosne mree, u varijanti kad su sve bliske elektrane van pogona. Vrijednosti minimalnih struja kratkih

spojeva na ekvivalentima iznose:

TS Dugi Rat: IK3=9 kA IK#=#0.9 kA HE Zaku!ac IK3=#0.3 kA IK#=#3.4 kA


6/8

34-04

40

Izra!unate minimalne vrijednosti struja tropolnih kratkih spojeva na krajevima pojedinih izvoda iznose:

K2 Vodno polje Omi IK3=3752.0 A K3 Vodno polje Gata IK3= 3#4.3 A K7 Vodno polje Galeb IK3=6789.0 A

K8 Vodno polje Du"e IK3= 955.8 A

K9 Vodno polje Priko IK3= 5528.0 A K##Vodno polje Omial IK3=6359.0 A

K#2 Vodno polje Tugare IK3= 282.0 A

Poznavaju"i iznose minimalnih struja tropolnog kratkog spoja, moe se odrediti udeenjenadstrujne zatite sa sigurno"u da "e kvarovi na dugim dalekovodima biti selektivno otklonjeni.Pogonsko mjerenje struje tropolnog kratkog spoja se u praksi ne provodi zbog velikih naprezanjapostrojenja. Me$utim, numeri!ka zatita ima mogu"nost da sa!uva podatke o vrsti kvara, iznosima struja inapona, tako da su, umjesto mjerenja struja kratkog spoja, iskoriteni podaci s numeri!kih releja koji suzabiljeeni za vrijeme kvara.

Za vrijeme rekonstrukcije, zbog dinamike radova, uklopno stanje je bilo izmjenjeno u odnosu nanormalno uklopno stanje. Umjesto energetskih transformatora 2x5.25 MVA koriten je jedantransformator nazivne snage 8 MVA. Pri tom uklopnom stanju dogodio se tropolni kratki spoj na ku"nom

transformatoru. U pogonskom dnevniku je zabiljeeno da je ku"ni transformator zbog radova narekonstrukciji bio premjeten iz svoje "elije na plato u blizini zgrade trafostanice. Ku"ni trafo bio jeprovizorno spojen troilnim kabelom XHP48A, duine 30m. Numeri!ki releji u "elijama H2 i K4 kojepredstavljaju nadstrujnu zatitu u trafo polju 30 kV i trafo polju #0 kV selektivno su otklonili kvar i zabiljeilislijede"e podatke o kvaru:

H2 TP TRAFO # (30 kV)I> #2. Nov #998Ia=#.566 kAIb=#.552 kAIc=#.539 kAIo=37.95 A

K4 TP TRAFO #(#0 kV)I> #2. Nov #998Ia=4.465 kAIb=4.428 kAIc=4.409 kAIo=22.96 AVab=#35 VVbc=#76 VVac=25#VVo=546 V

Prora!unom struja tropolnog kratkog spoja na navedenom mjestu pomo"u programskog paketaTOKSwin dobijeni su slijede"i rezultati:

Trafo polje br.# 30 kV H2 Ia=Ib=Ic=#.552 kATrafo polje br.# #0 kV K4 Ia=Ib=Ic=4.435 kA

Vab=Vac=Vbc=#4#.3 V

Dakle, moe se zaklju!iti da se prora!unate vrijednosti struja tropolnog kratkog spoja gotovo upotpunosti slau sa zabiljeenim vrijednostima za vrijeme stvarnog kratkog spoja, pa se rezultatiprora!una pri stvarnoj konfiguraciji mogu uzeti kao mjerodavni prilikom definiranja parametara numeri!kezatite.


7/8

34-04

4#

3.2. Prora"un struja jednopolnog kratkog spoja 30 kV-tne mree

Zemljospojna zatita tj. zatita od jednopolnog kratkog spoja je odre$ena uzemljenjem 30 kV-tnemree pomo"u malog otpora koji ograni!ava struju jednopolnog kratkog spoja na iznos manji od 300 A.Prora!un jednopolnog kratkog spoja pomo"u programskog paketa TOKSwin daje iznos struje

jednopolnog kratkog spoja IK#=284.5A, za slu!aj da jednopolni kratki spoj nastane na 30 kV-tnim

sabirnicama u TS 30/#0 kV Omi. Doprinosi kapacitivnih struja pojedinih 30 kV-tnih kabela su:

KB Omi - Ravnice - #3.86 A KB Omi - Dugi Rat - #7.2 A KB Omi - Zaku!ac - 5.9 A

S poznatim kapacitivnim strujama navedenih kabela moe se odrediti udeenje zatite odjednopolnog kratkog spoja. Struja prorade releja za zatitu od jednopolnog kratkog spoja uzima se 20%ve"a od pripadaju"e kapacitivne dozemne struje.

3.3. Prora"un i mjerenje struja zemljospoja #0 kV-tne mree

Nakon zavrene rekonstrukcije TS 30/#0 kV Omi i nakon prora

!una s programskim paketomTOKSwin, napravljen je pokus zemnog spoja u samom postrojenju na #0 kV-nim sabirnicama, u svrhu

mjerenja struje zemnog spoja i provjere usmjerenosti zemljospojne zatite.Pokus zemljospoja je napravljen na #0 kV sabirnicama tj. u "eliji K#VP #0 kV Zaku!ac, koja je

privremeno u funkciji rezervnog vodnog polja. Zemljospoj je napravljen #7. #2. #998. u ##30

h, po suhom ihladnom vremenu. Sam zemljospoj je napravljen na na!in da je jedan pol izlaznog rastavlja!a direktnouzemljen, dok je prekida!bio isklju!en. Nakon obavljenih pripremnih radova prekida!je uklju!en, tako da

je #0 kV-tna mrea kratko vrijeme bila u reimu zemljospoja, kojeg je selektivno "o!istila" zemljospojnazatita.

Usmjerenost zemljospojne zatite je potvr$ena. Osim usmjerenosti zemljospojne zatite pokuszemnog spoja je iskoriten i za mjerenje odgovaraju"ih struja zemljospoja. Iznosi struja zabiljeeni su napripadaju"im numeri!kim relejima K-serije KCEU #50.

Vrijednosti struja zemljospoja prora!unate su i pomo"u programskog paketa TOKSwin za svaki

izvod. Struja zemljospoja, odnosno kapacitivna struja doprinosa cijele mree iznosi 35.87 A. U Tablici #prikazani su usporedno rezultati mjerenja i prora!unate vrijednosti.

Tablica #: Izmjerene i izra!unate struje zemljospoja po izvodima

Prora!un TOKSwin Numeri!ka zatita KCEU #50

K2 Vodno polje Omi 3.08 3.#7

K3 Vodno polje Gata 4.4 3.3

K8 Vodno polje Du"e #9.38 #6.62

K9 Vodno polje Priko 2.86 2.74

K##Vodno polje Omial #.43 #.45

K#2 Vodno polje Tugare 4.72 4.84

35.87 32.#2

Iz gornjih podataka vidljivo je vrlo dobro slaganje rezultata prora!una sa izmjerenimvrijednostima. Bitnije odstupanje (#5-25%) zabiljeeno je kod vodnih polja Du"e odnosno Gata.Najvjerojatniji uzrok ovih neslaganja bi trebala biti neto!nost ulaznih parametara odnosno konfiguracijemree prilikom prora!una, ali su mogu"e i odre$ene pogreke pri mjerenju.

Pomo"u prora!unatih i izmjerenih rezultata, te poznavanjem #0 kV-tne mree odre$eno jeodgovaraju"e udeenja usmjerene zemljospojne zatite.


8/8

34-04

42

4. ZAKLJU!AK

Ugradnjom sve sloenijih i kvalitetnijih ure$aja numeri!ke zatite, ja!a potreba za to preciznijim ito!nijim podacima koji bi posluili kao kvalitetna podloga za udeenje zatite, a time i boljeg iskoritenjasvih mogu"nosti koje ona nudi.

U ovom radu je prikazan prora!un struja kvara pomo"u programskog paketa TOKSwin i

usporedba s odgovaraju"im vrijednostima dobivenim mjerenjem, odnosno zabiljeenim na numeri!komreleju za vrijeme stvarnog kratkog spoja u mrei. Prora!un struja kvara napravljeni su za potreberekonstrukcije TS 30/#0 kV Omi, tj. kao podloga za udeenje numeri!ke zatite i analizu reima radaneutralne to!ke 30 kV-tne i #0 kV-tne mree.

Visok stupanj podudarnosti prora!unatih sa izmjerenim vrijednostima ukazuje na opravdanostkoritenja ovog programskog paketa i njemu sli!nih kao podloge za definiranje parametara zatite, ali iire.

LITERATURA

[#] Zatita od kvarova mrea i postrojenja 35, 20 i #0 kV; Institut za elektroprivredu Zagreb, #979

[2] TOKSwin - upute za rad; FRACTAL d.o.o., Split, #998.

[3] M. Jurkovi", dipl. ing. : Projekt ormara zatite TS 30/#0 kV Omi

[4] H. Poar: " Visokonaponska rasklopna postrojenja ", Zagreb #988

[5] Podaci DP Elektrodalmacija Split,

PITANJA ZA DISKUSIJU

Mogu"nost koncipiranja i realizacije tehni!ke baze podataka sa pripadaju"im tipskim parametrimalemenata mree na nivou HEP-a

Utjecaj pripreme ulaznih parametara na u!inkovitost sustava numeri!ke zatite

Pouzdanost mjernih i ra!unatih veli!ina struja kvara u distributivnoj mrei

Documents

cigre_1999_zastita.pdf