Назначение релейной защиты и автоматики

Энергетическая система представляет собой сложную многозвенную техническую систему, предназначенную для производства, распределе- ния и потребления электроэнергии. Процессы, происходящие в энерго- системе, отличаются быстротой, взаимосвязанностью, единством про- цессов производства, распределения и потребления электроэнергии. Управление ими без применения специальных технических средств, на- зываемых средствами автоматического управления, в большинстве слу- чаев оказывается невозможным.

Условно, все устройства автоматики по своему назначению и области применения можно разделить на следующие две большие группы: мест- ную и системную технологическую автоматику, местную и системную противоаварийную автоматику.

Технологическая автоматика обеспечивает автоматическое управление в нормальном режиме:

пуск блоков турбина-генератор и включение на параллельную ра- боту синхронных генераторов;

автоматическое регулирование напряжения и реактивной мощно- сти на шинах электростанции;

автоматическое регулирование частоты и обеспечения режима за- данной нагрузки электростанции;

оптимальное распределение электрической нагрузки между бло- ками;

регулирование напряжения в распределительной сети; регулирование частоты и перетоков мощности и т.п.

Назначением противоаварийной автоматики является предотвращение или наиболее эффективная ликвидация последствий аварий:

релейная защита электрооборудования от коротких замыканий и ненормальных режимов;

автоматическое повторное включение; автоматическое включение резерва; автоматическая частотная разгрузка; автоматическая ликвидация асинхронного режима.

автоматика предотвращения нарушения устойчивости и т.д.

Из перечисленных видов устройств автоматики особо выделяется ре- лейная защита, изучающая поведение электроэнергетической систе- мы и ее элементов в режимах глубоких возмущающих воздействий и скачкообразных изменений электрических параметров. Эти возмущения

вызываются различного рода короткими замыканиями, которых могут возникнуть по причинам:

пробоя или перекрытия изоляторов линий электропередач в слу- чае грозовых перенапряжений или при их загрязнении;

обрыва проводов или грозозащитных тросов из-за обледенения и вибраций;

механических повреждений опор, поломке изоляторов разъедини- телей, схлестывании проводов;

ошибочного действия оперативного персонала;

заводских дефектов оборудования и ряда других факторов.

Управление энергосистемой при нарушении ее нормальных режимов тесно связано с работой релейной защиты. Поэтому изложения мате- риала целесообразно начать с рассмотрения этого вида автоматики.

Требование безаварийности и надежности энергоснабжения закладыва- ется уже на стадии проектирования энергосистемы за счет оптимально- го выбора источника электроэнергии (уголь, газ, вода или другое), рас- положения электростанций, передачи мощности, учета характеристик нагрузок и перспектив их роста, способов регулирования напряжения и частоты, планированием режимов работы и т.п. И все же полностью ис- ключить факт отказа оборудования из-за коротких замыканий нельзя.

На релейную защиту возлагаются следующие функции:

1.Автоматическое выявление поврежденного элемента с последующей его локализацией. Защита подает команду на отключение выключателей этого элемента, восстанавливая нормальные условия работы для непо- врежденной части энергосистемы.

2.Автоматическое выявление ненормального режима с принятием мер для его устранения. Нарушения нормального режима в первую очередь вызываются различного рода перегрузками, которые не требуют немед- ленного отключения. Поэтому защита действует на разгрузку оборудо- вания или выдает сообщение дежурному персоналу.

В качестве примера на Рис.1 представлено современное микропроцес- сорное реле, выпускаемое инженерно-производственной фирмой «Реон- Техно»; на Рис.2 - типовая панель защиты линии, выполненная на элек- тромеханических реле,

 

Рис.1 Микропроцессорные реле то- ка типа РСТ 80АВ, выпускаемое ИПФ «Реон-Техно»

Рис. 2 Типовая панель защиты ли- нии, выполненная на электроме- ханических реле

на Рис.3 - многофункциональное устройство РЗА НТЦ «Механотрони- ка».

 

 

Рис.3 Многофункциональное цифровое устройство релейной защиты и автоматики НПЦ «Механотроника»

Требования к релейной защите

К релейной защите предъявляются следующие основные требования:

- селективности: релейная защита должна определять поврежденный элемент и подавать команду на локализацию (отключение) этого эле- мента выключателями, ближайшими к месту повреждения. Например, для сети, изображенной на Рис.4, короткое замыкание в точке К1 долж- но отключиться выключателями Q6 и Q7, а короткое замыкание в точке К2 должно ликвидироваться при помощи выключателей Q1 и Q3;

Рис.4 Иллюстрация селективного действия защиты

- быстродействия: быстрое отключение коротких замыканий позволя- ет уменьшить размер повреждения оборудования за счет термического и динамического действия токов, снизить влияние понижения напряже- ния на работу потребителей, повысить вероятность сохранения устой- чивости параллельной работы энергосистемы. Защита считается быст- родействующей при времени ее срабатывания до 0,1сек;

- надежности: защита должна обладать аппаратной и функциональной надежностью. Аппаратная надежность обеспечивается надежностью ее отдельных компонентов, грамотными схемными реализациями и ус- ловиями эксплуатации. Функциональная надежность достигается за счет совершенства алгоритма функционирования защиты;

- резервирования: релейная защита объекта в случае отказа основных защит или защит смежных присоединений должна обеспечивать ликви- дацию коротких замыканий. Считается, что защита обеспечивает функ- ции ближнего резервирования, если она срабатывает при отказе собст- венных защит, и дальнего резервирования - при несрабатывании защит или выключателей смежных элементов;

- чувствительности: защита должна четко фиксировать все виды по- вреждений, предусмотренные алгоритмом ее функционирования. Наряду с изложенными выше требованиями при выборе и проектирова- нии устройств релейной защиты следует принимать во внимание ряд дополнительных факторов:

1.Для повышения надежности функционирования не следует учитывать маловероятные режимы работы системы и маловероятные виды повре- ждений, если это приводит к заметному усложнению защит.

2. Выбор конкретного типа защиты должна проводиться с учетом эко- номической эффективности, включающую абсолютную стоимость, стоимость монтажа и наладки, эксплуатационные расходы, возможный ущерб от недовыработки промышленной продукции и снижения ее ка- чества в случае несрабатывания защиты.

 

Структурная схема устройств защит

Любую схему релейной защиты можно представить в виде обобщенной схемы, приведенной на Рис.5.

Рис.5 Структурная схема релейной защиты

Информация о состоянии объекта, обычно в качестве контролируемых параметров выступает ток и напряжение, преобразуется при помощи измерительных преобразователей ИП к виду, удобному для дальнейшей обработки и безопасному для обслуживающего персонала. В качестве измерительных преобразователей применяются трансформаторы тока и напряжения.

Измерительные органы ИО, иногда их называют пусковыми, непрерыв- но контролируют состояние и режим работы защищаемого объекта.

Логическая часть ЛЧ защиты обрабатывает сведения, поступившие с измерительных элементов, и формирует управляющее воздействие че-

рез исполнительные элементы ИЭ на коммутационную аппаратуру, зву- ковую и световую сигнализацию.

Сигнальный орган СО фиксирует срабатывание защиты в целом или ее отдельных блоков.

 

Основные алгоритмы функционирования защит

По способам обеспечения селективности все защиты можно разделить на две группы:

· защиты с относительной селективностью;

· защиты с абсолютной селективностью.

Защиты с относительной селективностью могут работать как при ко- ротких замыканиях на защищаемом объекте, так и при повреждениях на смежных присоединениях в режиме резервирования. К таким защитам относятся токовые защиты, защиты напряжения, дистанционные защи- ты.

Для иллюстрации принципов работы защит этого типа рассмотрим в ка- честве защищаемого объекта линию с односторонним питанием (Рис.6)

Рис. 6 Схема защиты одиночной линии

Токовые защиты основаны на фиксации увеличения тока при возникно- вении короткого замыкания.

Защиты напряжения учитывают уменьшение напряжения при корот- ком замыкании.

Дистанционные защиты фиксируют изменение сопротивления. Если учесть, что ZЛК = Z0 LК, где Z0 – сопротивление одного км линии, а LК - расстояние в км до места короткого замыкания, то сопротивление ZЛК пропорционально расстоянию до места короткого замыкания ZЛК ~ LК, и, следовательно, дистанционный принцип позволяет определить место возникновения короткого замыкания.

Защиты с относительной селективностью при нормальных условиях ра- боты действуют на отключение выключателей поврежденной линии. Например, при коротком замыкании в точке К1 (Рис.6) защита действу- ет на выключатель Q1. При коротком замыкании в точке К2 должна сработать защита Линии 2, однако при отказе этой защиты или выклю- чателя Q2 должна сработать защита Линии1 и отключить короткое за- мыкание выключателем Q1.

Защиты с абсолютной селективностью работают только при коротком замыкании на защищаемом участке. К таким защитам относятся диффе- ренциальные и дифференциально-фазные защиты.

Принцип действия дифференциальной защиты основан на сравнении токов на входе и выходе защищаемого объекта.

Рассмотрим функционирование дифференциальной защиты на примере линии с двухсторонним питанием (Рис.7).

Рис.7 Принцип действия дифференциальной защиты:

а) короткое замыкание вне зоны защиты;

б) короткое замыкание в зоне действия защиты

В нормальном режиме и в режиме внешнего короткого замыкания в точке К1, выполняется соотношение I1 = I2 = I. В защите эти токи срав- ниваются между собой, и при их равенстве защита не работает.

При возникновении короткого замыкания в зоне действия защиты, на- пример в точке К2, в случае одностороннего питания вектор тока I2 становится равным нулю, равенство токов нарушается, и защита срабо- тает. При наличии двухстороннего питания значение тока I2 > 0, и в принципе модули токов могут оказаться равными, но векторы имеют разные знаки, и защита также будет работать

Принцип дифференциально-фазной защиты основан на сравнении фаз токов на входе и выходе объекта.

 

В Ы В О Д Ы

1. Релейная защита предназначена для автоматического выявления аварийного или ненормальных режимов и принятия необходимых мер для их устранения.

2. К релейной защите предъявляются требования селективности, бы- стродействия, надежности, чувствительности, резервирования.

3.Любая схема релейной защиты содержит измерительные преобразо- ватели, измерительные органы, логическую часть, исполнительные и сигнальные элементы.

2. Измерительные преобразователи

Назначение