B. I. Общность и различие систем электроснабжения промышленных предприятии, городов и сельского хозяйства

ВВЕДЕНИЕ

 

В.4. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К УСТРОЙСТВАМ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ, АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ

 

Устройства релейной защиты, автоматики и телемеханики — это сложные (особенно релейной защиты) и ответственные автома­тические устройства. Они должны удовлетворять ряду требований, основными из которых являются селективность, чувствительность, быстродействие, надежность, достоверность. Требования к релей­ной защите более полно изложены и обоснованы в [6].

Под селективностью понимают свойство релейной защиты, дей­ствующей на отключение, определять поврежденный элемент и от­ключать только его. Для релейной защиты, действующей на сиг­нал, селективность — это способность однозначно указывать место возникновения ненормального режима и конкретно элемент систе­мы электроснабжения, требующий вмешательства персонала.

На каждом элементе системы электроснабжения (генератор, трансформатор, линия и др.) устанавливают один или несколько комплектов релейной защиты, которые должны отключать защи­щаемый элемент при повреждениях в нем или подавать сигнал о ненормальном режиме защищаемого элемента. Если по принципу действия защита срабатывает, только при коротких замыканиях на защищаемом элементе, то ее относят к защитам, обладающим аб­солютной селективностью. Имеются защиты, которые действуют и как резервные, т. е. при повреждении на смежном элементе, если оно не отключается. Например, при повреждении в точке К. должна действовать защита A3 и не должны действо­вать защиты А1 и А2. Однако, если по каким-либо причинам (неисправность защиты, выключателя) повреждение не отключено, на отключение действует защита А2. При этом считают, что защита обладает относи тельной селективностью.

В ряде случаев для упрощения защиты или ликвидации повреждений допускается неселективное действие защи­ты, например А2 при одновре­менном действии на отключение защиты A3. Последующее дейст­вие автоматики (например, УАПВ второй линии) обеспечивает результирующее селективное отключение поврежденного элемента (короткое замыкание в точке К). Селективность является также свойством некоторых устройств автоматики, например автоматичес­кой частотной разгрузки, автоматики деления энергосистемы при качаниях. Устройства телемеханики должны обладать аналогич­ным свойством избирательности действия. Это значит, что из боль­шого числа телеконтролируемых и телеуправляемых объектов они должны выбирать заданный объект.

Под чувствительностью релейной защиты понимается ее способ­ность реагировать на возможные повреждения в минимальных режимах работы системы электроснабжения, когда изменения воз­действующих величин минимальны. Обычно защиту стремятся сде­лать наиболее чувствительной, сохраняя, однако, ее селективность. С ростом нагрузок систем электроснабжения и длины линий, осо­бенно сельского электроснабжения, значения токов и напряжений при коротком замыкании приближаются к их значениям в нор­мальных режимах. В связи с этим удовлетворение требования чув­ствительности затрудняется.

Чувствительность защиты оценивают коэффициентом чувстви­тельности, равным отношению значения воздействующей величины при повреждении в защищаемой зоне к установленному на защите значению параметра ее срабатывания.

Чувствительность — одно из основных требований, предъявляе­мых и к устройствам автоматики. Высокой чувствительностью должны обладать, например, устройства автоматической частотной разгрузки, автоматические регуляторы возбуждения и автомати­ческие регуляторы частоты вращения синхронных генераторов.

Быстродействие является важным свойством не только защиты и автоматики, но и устройств телемеханики. Быстродействие защи­ты при коротком замыкании обеспечивает: уменьшение вероятнос­ти нарушения синхронной работы генераторов, компенсаторов и электродвигателей; снижение продолжительности работы электро­приемников при пониженном напряжении; снижение торможения асинхронных электродвигателей и нарушений технологических про­цессов; уменьшение разрушений изоляции и токоведущих частей токами к.з.; снижение вероятности несчастных случаев; повыше­ние эффективности УАПВ и УАВР.

Время отключения поврежденного элемента складывается из времени действия защиты и времени действия выключателя. Сле­довательно, для ускорения отключения повреждений необходима не только быстродействующая защита, но и быстродействующие выключатели. Защиты, время срабатывания которых не превышает t_з=0.1÷0.2 с, считаются быстродействующими. Время отключе­ния наиболее распространенных выключателей не превышает t_о.в=0.06÷0.15 с.

При коротком замыкании уменьшается напряжение. При этом синхронная работа генераторов, компенсаторов и синхронных элек­тродвигателей может сохраняться не только благодаря быстродей­ствию защиты, но и благодаря быстрому повышению их возбуж­дения. Это определяет необходимость быстродействия автомати­ческих регуляторов возбуждения синхронных машин. В результате повышается и надежность действия релейной защиты за счет уве­личения токов к. з.

Для повышения надежности электроснабжения необходимо не только быстро отключить поврежденный элемент, но и быстро включить его повторно в работу или заменить его резервным. Та­ким образом, быстродействием должны обладать также УАПВ и УАВР. Системы телемеханики характеризуются, в частности, объ­емом передаваемой информации. Для увеличения объема необходимо увеличивать скорость передачи. Таким образом, и устройства телемеханики должны удовлетворять требованию быстродействия.

Под надежностью применительно к релейной защите, автомати­ке и телемеханике понимают свойство этих устройств выполнять заданные функции, сохраняя эксплуатационные показатели в за­данных пределах в течение требуемого промежутка времени. По­нятие надежности в технике определяется ГОСТ 13377—75. Устрой­ства релейной защиты, автоматики и телемеханики для обеспечения надежности должны выполняться с применением высококачест­венных и надежно работающих реле и других элементов. Их мон­таж должен быть надежным, т.е. таким, при котором исключают­ся обрыв проводов, замыкание между ними, ложное срабатывание реле от механических воздействий и других помех. Существенное значение для надежности имеет правильная эксплуатация уст­ройств релейной защиты, автоматики и телемеханики. Их состояние периодически проверяется. Наименее надежным элементом явля­ются контакты реле. Поэтому существенного повышения надежнос­ти устройств релейной защиты, автоматики и телемеханики можно достичь путем применения, бесконтактных элементов.

Сигналы в процессе преобразования и передачи искажаются и ослабляются за счет различных помех. Искажение происходит прежде всего в каналах связи. Помехи могут возникать и в других элементах устройств релейной защиты, автоматики и телемехани­ки, но их искажающее действие менее ощутимо. За счет помех в устройстве телемеханики качество передаваемой информации снижается и на ДП поступает сообщение, отличное от сообщения, направленного от КП. Необходимо, чтобы это отличие было мини­мальным и не нарушало, в частности, избирательности действия

устройства.

Достоверность оценивает качество передачи информации. В си­стемах ТУ и ТС она определяется отношением количества непра­вильно принятых сообщений к количеству переданных сообщений за данное время. Для систем ТИ достоверность оценивается, в частности, абсолютной погрешностью, представляющей собой раз­ность между значениями измеряемой величины, отсчитанными по шкале приемного измерительного прибора на ДП и шкале образ­цового прибора, установленного на КП [7].

 

 

Раздел I

Реакторы и трансреакторы

 

Реактор LR состоит из обмотки ω и ферромагнитного магнитопровода (рис. 1.5, а). Ферромагнитные материалы, из которых вы­полняют магнитопровод реактора, имеют нелинейную характерис­тику намагничивания В=f(H), что обусловливает уменьшение их магнитной проницаемости (а с увеличением напряженности маг­нитного поля Н (рис. 1.5, б). Индуктивное сопротивление реактора x_L пропорционально магнитной проницаемости μ, поэтому оно из­меняется с изменением тока в обмотке реактора. Для уменьшения этой зависимости и обеспечения относительного постоянства сопро­тивления магнитопровод реактора выполняется разомкнутым (с воздушным зазором δ). Вместе с тем в ряде устройств, например в магнитных усилителях, используют так называемые управляемые реакторы, сопротивление которых путем соответствующего управ­ления изменяют в требуемых пределах. Для этой цели на замкну­том магнитопроводе реактора кроме основной обмотки предусмот­рена обмотка управления ω_У (рис. 1.5, е), по которой проходит по­стоянный ток управления I_У. Путем изменения этого тока изменяют магнитное состояние магнитопровода, его магнитную проницае­мость и тем самым сопротивление x _L. Однако необходимо иметь в ви­ду, что характеристики намагничи­вания ферромагнитных материалов, используемых в управляемых реакторах, имеют выраженный прямоугольный характер.

С некоторым допущением их можно представить характеристикой, изображенной на рис. 1.5, г. При этом магнитопровод имеет два состояния: нена­сыщенное (— В_S < В < B_S) и насыщенное (B=±B_S). В первом случае μ и Х_L бесконечно велики, а во втором равны нулю. Следо­вательно, процесс управления не сопровождается непрерывным из­менением индуктивного сопротивления. Действительный характер явления подробно рассмотрен в [3].

В измерительных органах часто ток преобразуется в напряже­ние (ЭДС) путем включения в цепь тока балластных резисторов, реакторов, иногда конденсаторов. Однако в цепи тока можно вклю­чать лишь относительно малые сопротивления. Соответственно по­лучаются низкие напряжения, для повышения которых необходим трансформатор.

Трансреактор TAV выполняет функции реактора и трансформа­тора (рис. 1.6, а). Он состоит из обмотки ω₁ тока, разомкнутого магнитопровода и вторичной обмотки ω₂, находящейся в режиме, близ­ком к холостому ходу. Поэтому ток I'₁ в первичной обмотке являет­ся током намагничивания, а напряжение холостого хода Ů_2X равно ЭДС Ė₂ вторичной обмотки (рис. 1,6, б). Напряжение Ů_2X сдвинуто по фазе относительно тока İ'₁ на угол, близкий к p/2. Преобразова­ние определяется отношением Ů_2X к İ'₁, равным для обычного трансформатора (см. рис. 1.2) сопротивлению намагничивания Z' _нам , которое нелинейно зависит от тока İ'₁. Поэтому для обеспечения преобразования, близкого к линейному, магнитопровод трансреак­тора выполняют с зазором. При этом в схему замещения парал­лельно сопротивлению Z' _нам нам включается постоянное сопротив­ление Z '_δ , обусловленное воздушным зазором магнитопровода (рис. 1.6, в).

Для трансреактора отношение

                   Ů_2X / İ'₁= Z' _нам  Z '_δ / (Z' _нам+ Z '_δ),

Очевидно, чем меньше Z'_δ , тем большее приближение к линей­ности обеспечивается.

 

Магнитные усилители

 

Простейший магнитный усилитель AL состоит из двух управ­ляемых реакторов (рис. 1.7, а, б). Их основные (рабочие) обмотки переменного тока ω_~ соединяются последовательно согласно, а об­мотки управления ω_У — последовательно встречено. Этим обеспечи­вается взаимная компенсация ЭДС, трансформируемых из первич­ных рабочих обмоток в обмотки управления. При подведении к рабочим обмоткам переменного напряжения U_~ по ним проходит ток I_Н , который при неизменном напряжении U_~ можно изменять, изменяя индуктивное сопротивление рабочих обмоток X _L током I_У в обмотках управления. При увеличении тока I_У степень намаг­ничивания сердечников увеличивается, их магнитная проницае­мость и индуктивное сопротивление рабочих обмоток уменьшают­ся, а ток I_н возрастает. Если последовательно с обмотками ω_~ включается нагрузка Z _н , то получается простейший усилитель, так как с помощью небольшой мощности мой в обмотках управления ω_У, можно управлять значительно большей мощностью в цепи на­грузки.

Если ток нагрузки I_н , предва­рительно выпрямленный (I_о.с), пропустить по дополнительным обмоткам подмагничивания ω_o.c , соединенным так же, как обмотки управления, то получится магнит­ный усилитель с положительной магнитной обратной связью (рис. 1.8, а). Положительная обратная связь повышает усиление тока и мощности (чувствительность) маг­нитным усилителем. Роль положительной обратной связи станет по­нятна, если рассмотреть рис. 1.8, б, где показаны характеристики управления магнитного усилителя без обратной связи (кривая 1) и с положительной обратной связью (кривая 2). Обратная связь сме­щает характеристику в сторону отрицательных значений тока I_У и увеличивает ее крутизну, т. е. увеличивает усиление тока. Степень обратной связи характеризуется коэффициентом обратной связи

k_о.с= ω_o.c / ω_~.

По мере увеличения k_о.с крутизна характеристики I_Н = f(I_У) уве­личивается. При k_о.с >1 магнитный усилитель переходит в релей­ный режим, а его характеристика приобретает S-образную форму, располагаясь в области отрицательных значений тока I_У (рис. 1.8, в). Это значит, что ток нагрузки I_Н имеет максимальное значение, рав­ное I_{Н 3}, при I_У =0.

При непрерывном изменении тока I_У в сторону отрицательных значений до I_{У 4} ток нагрузки скачкообразно уменьшается от значения I_{н 4} до I_{н 1} (точки 4, 1). При непрерывном уменьшении отрицательного тока I_У от значения I_{У 4} до I_{У 2} ток нагрузки скачкообразно возрастает до своего максимального значения (точ ки2, 3).

Таким образом, при работе магнитного усилителя в релейном режиме ток нагрузки I_н имеет два устойчивых значения. Переход от одного значения к дру­гому происходит скачкообразно. Такой магнитный усилитель может выполнять функции измерительного реле, например максимального реле тока, при условии, если его характеристика расположена справа от оси абсцисс (рис. 1.8, г). При этом в случае отсутствия тока I_У ток в нагрузке близок минимальному значению (точка 5), ряд находится в начальном состоянии. Условию действия реле (см. §2.2) соответствует скачкообразное изменение тока нагрузки до максимального (точка 3) при токе I_У ≥ I_Д.Р действия реле. Реле возвращается в исходное положение (происходит отпускание реле) при уменьшении тока до I_о.р. Для сме­щения характеристики магнитного усилителя предусматривается дополнительная подмагничивнощая обмотка смещения ω_см (рис. 1.8, а).

Рассмотренные магнитные усилители позволяют изменять ток в цепи нагрузки I_Н только по значению. В ряде устройств требуется, чтобы с изменением полярности тока управления I_У изменялась фа­за переменного или полярность по­стоянного тока. Таким свойством обладает реверсивный магнитный усилитель [3]. Он состоит из двух обычных магнитных усилителей, уп­равляемых общим током I_У (рис. 1.9, а). Обмотки смещения ω_см вклю­чаются так, что характеристика од­ного магнитного усилителя AL1 сме­щается в сторону отрицательных значений I_У, а другого AL2 — в сто­рону положительных значений (рис. 1.9, б). При этом в случае I_У = 0 наблюдается равенство выходных токов магнитных усилителей I_Н1 = I_Н2. Если нагрузка Z _н включена на разность токов, то с измене­нием полярности тока управления I_У изменяется фаза (или знак при выпрямленных тока) и тока нагрузки I_Н .

Рис. 1.9. реверсивный магнитный усилитель и характеристики уп­равления

 

Блоки питания

Блоки питания предназначены для обеспечения оперативным выпрямленным током устройств реле защиты, автоматики и теле­механики. Они обычно подключаются к первичным измерительным трансформаторам тока, напряжения или трансформаторам собст­венных нужд подстанций. Существует несколько типов блоков пи­тания UGA (рис. 1.19), подключаемых к трансформаторам тока ТА, отличающихся главным образом отдаваемой мощностью. Все они содержат промежуточный насыщающийся трансформатор то­ка, двухполупериодный выпрямитель и диод на выходе. Парал­лельно вторичной обмотке трансформатора включается конденса­тор, обеспечивающий вместе с ветвью намагничивания трансфор­матора феррорезонансную стабилизацию напряжения на выходе блока. Блоки питания UGV, под­ключаемые к трансформатору на­пряжения TV или трансформато­ру T собственных нужд, состоят из промежуточного трансформа­тора напряжения, выпрямителя и диода на выходе.

Блоки питания могут работать в двух режимах: в режиме пита­ния выпрямленным оперативным током или в режиме заряда кон­денсаторных батарей, используе­мых в качестве кратковременных источников оперативного тока для приведения в действия коммута­ционных аппаратов и устройств защиты и автоматики. В режиме заряда к блокам питания и заря­да можно подключать и нагрузку небольшой мощности.

На рис. 1.19 показаны схемы подключения блоков питания и заряда UGA типа БПЗ-402 к из­мерительным трансформаторам тока ТА и UGV типа БПЗ-401—к трансформаторам напряжения TV или к трансформаторам собственных нужд Т. Блоки питания и заряда БПЗ-401 и БПЗ-402 можно использовать как раздельно (рис. 1.19, а, б), так и совместно (рис. 1.19, в, г, д).

Промышленность выпускает также блоки питания серии БПТ-11 и БПН-11. Основной областью их применения являются элементы системы электроснабжения, оборудованные выключателями, короткозамыкателями и отделителями с легкими приводами, где они могут обеспечить питание электромагнита отключения с номиналь­ной мощностью Р_НОМ = 20÷25 Вт, а также питание устройств за­щиты и сигнализации однофазных замыканий на землю в системах с изолированной или компенсированной нейтралью. Выпускаются также мощные блоки питания типов БПТ-1002 и БПН-1002 с номи­нальной мощностью Р_ном = 800÷1500 Вт.

 

 

Глава 3

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ

И ФЕРРОМАГНИТНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

 

Гл а в а 5

Принципы используемых защит

В системах электроснабжения распределительные сети на номи­нальное напряжение 6—20 кВ работают по разомкнутой схеме да­же при наличии второго источника питания. Имеются также линии с односторонним питанием напряжением 35 кВ и выше, например в схемах глубокого ввода. При одностороннем питании требуемая надежность электроснабжения обеспечивается согласованным дей­ствием релейной защиты и устройств системной автоматики, преж­де всего АВР и АПВ. Наиболее распространенной является токовая защита с относительной селективностью. Она выполняет­ся в составе токовой отсечки без выдержки времени (первая ступень) и максимальной токовой защиты (третья ступень) В ряде случаев защита дополняется токовой отсечкой с выдержкой време­ни (вторая ступень).

В распределительных сетях напряжением 6—20 кВ встречаются сдвоенные и даже строенные линии с одинаковыми или близкими параметрами, присоединяемые к шинам через общий выключатель. Здесь наряду с токовыми защитами может предусматриваться по­перечная дифференциальная токовая защита. В системах электро­снабжения имеются линии напряжением 35 кВ и выше протяжен­ностью до 20 км. На таких линиях; в том числе и с односторонним питанием, может оказаться целесообразной установка продольной дифференциальной токовой защиты. В сельских сетях может при­меняться дистанционная защита. Однако в большинстве случаев достаточной оказывается установка на линии токовых защит с ши­роким использованием переменного оперативного тока. В системах напряжением до 35 кВ для выполнения защиты часто применяют вторичные реле тока прямого действия.

§ 6.2. Основные органы токовых защит

Максимальная токовая защита и токовая отсечка с выдержкой времени содержат два органа измерительный и выдержки време­ни. Токовая отсечка без выдержки времени имеет только измери­тельный орган. Функции измерительного органа выполняют реле тока КА, которые входят в измерительную часть схемы. Они реаги­руют на повреждения или нарушения нормального режима и вводят в действие орган выдержки времени. Для повышения чувстви­тельности защиты иногда используют комбинированный измери­тельный орган, в котором наряду с реле тока имеются реле напря­жения KV. В качестве органа выдержки времени можно использо­вать отдельное реле времени КТ. Наряду с этим в одном реле тока могут быть объединены оба органа защиты.

В схемах токовых защит имеют­ся также вспомогательные реле, на­пример промежуточные KL и указа­тельные КН. Вместе с реле времени они образуют логическую часть схе­мы. Промежуточное реле облегчает работу контактов основных органов защиты и, вводя некоторое замед­ление, предотвращает действие то­ковой отсечки без выдержки време­ни при работе трубчатых разряд­ников. Указательное реле позво­ляет контролировать срабатывание защиты. В качестве примера на рис. 6.1 приведена в однофазном изображении принципиальная совмещенная схема максимальной токовой защиты на оператив­ном постоянном токе. Защита действует на электромагнит отклю­чения YAT привода выключателя Q.

Требования к устройствам автоматического повторного включения и расчет их параметров

Согласно [31], устройствами АПВ должны оборудоваться воз­душные и смешанные кабельно-воздушные линии всех типов на­пряжением выше 1000 В при наличии на них соответствующих коммутационных аппаратов. В эксплуатации применяются устрой­ства АПВ, различающиеся по следующим основным признакам: по числу фаз выключателей, включаемых устройством АПВ, — трехфазное (ТАПВ) и однофазное (ОАПВ); по способу проверки синхронизма при АПВ — для линий с двусторонним питанием; по способу воздействия на привод выключателя — механические и электрические устройства АПВ; по кратности действия — АПВ од­нократного и многократного действия.

Схемы УАПВ различаются также по способу пуска, по способу возврата в положение готовности к действию, по типу элементов схемы электроснабжения, оборудованных устройством АПВ.

Несмотря на указанные различия, все устройства АПВ долж­ны удовлетворять следующим основным требованиям:

1. Они должны находиться в состоянии постоянной готовности к действию и срабатывать при всех случаях аварийного отключе­ния выключателя, кроме случаев отключения выключателя релей­ной защитой после включения его дежурным персоналом; не долж­ны приходить в действие при оперативных отключеньях выключателя Дежурным персоналом, что обеспечивается пуском устройств АПВ от несоответствия положений выключателя и его ключа управления, которое возникает всегда при любом автоматическом отключении выключателя. В эксплуатации используется также пуск устройства АПВ при срабатывании релейной защиты. Однако такой пуск не обеспечивает действие АПВ при аварийных отключеньях, не сопровождающихся срабатыванием релейной защиты, поэтому его рекомендуется применять лишь в некоторых частных случаях. Схемы АПВ должны допускать возможность автоматиче­ского вывода их из действия при срабатывании тех или иных защит.

2. Устройства АПВ должны иметь минимально возможное вре­мя срабатывания t_авр1 для того, чтобы сократить продолжитель­ность перерыва питания потребителей. Практически можно вы­полнить АПВ действующим без замедления. Однако эта возмож­ность ограничивается рядом условий. Для успешного действия АПВ необходимо, чтобы время срабатывания t_авр1 было больше времени t _г.п, необходимого для восстановления готовности приво­да к работе на включение (для применяемых типов приводов с учетом условий их работы t _г.п ≈ 0,2¸0,3 с); времени t _д.с , необ­ходимого для деионизации среды в точке повреждения (для уста­новок напряжением до 220 кВ t _д.с ≈ 0,2 с); времени t _в.з , необходимого для обеспечения возврата реле защиты, установленной на выключателе, расположенном ближе к источнику питания, чем рас­сматриваемый выключатель с устройством АПВ (максимальное время возврата t _в.з = 0,2¸0,3 с могут иметь реле типа РТ-80).

Определяющим обычно является условие t_авр1 > t _г.п при этом с учетом времени запаса t _зап = 0,4¸0,5 с время срабатывания УАПВ для линий с односторонним питанием

 

  t_авр1 = t _г.п + t _зап = 0,5¸0,7 c.                                    (7.7)

 

В отдельных случаях для воздушных линий напряжением 35—110 кВ, когда велика вероятность их повреждения при падении деревьев и по другим аналогичным причинам, для эффективности АПВ его выдержку времени целесообразно принимать несколько повышенной — около нескольких секунд. Схема УАПВ во всех слу­чаях должна быть выполнена так, чтобы продолжительность воз­действия на включение выключателя была достаточной для его на­дежного включения.

3. Автоматически с заданной выдержкой времени устройства АПВ должны возвращаться в состояние готовности к новому дей­ствию после включения в работу выключателя. При выборе вы­держки времени t_АПВ2 на возврат устройства АПВ в состояние готовности к действию должны выполняться следующие требова­ния:

устройство не должно производить многократные включения выключателя на неустранившееся короткое замыкание, что обеспе­чивается при условии, если релейная защита с максимальной вы­держкой времени t _{p.з max} успеет отключить выключатель, вклю­ченный на короткое замыкание, раньше, чем устройство АПВ вер­нется в состояние готовности к новому действию, т.е. должно быть

 

t_АПВ2 > t_АПВ1 + t _в.в + t _{c.з max} + t _o.в + t _зап,                     (7.8)

 

где t _зап — время, принимаемое равным ступени селективности за­щиты линии;

устройство должно быть готовым к действию не раньше, чем это допускается по условиям работы выключателя после успеш­ного включения его в работу устройством АПВ.

Опыт показывает, что для однократного АПВ оба указанных в п. 3 требования выполняются, если принять t_АПВ2 =15¸25с. Для УАПВ двукратного действия время возврата в состояние готовно­сти после второго цикла принимается равным t_АПВ2 =60¸100с.

 

 

Раздел III

Балансная защита

 

Принцип действия. Балансная защита осуществляет сравнение абсолютных значений токов одноименных фаз параллельных ли­ний. Защита действует на отключение той линии, абсолютное значение тока в которой больше. В связи с этим она не имеет мертвой зоны. На линиях с односторонним питанием ее можно устанавли­вать только со стороны источника питания. Широкого применения в Советском Союзе балансная защита не находит.

Балансная защита двух параллельных линий. Характеристика балансных то­ковых реле идентична характеристике реле с торможением (см. § 3.3 и 10.4). Ток одной из линий является рабочим током реле I _раб (I _с.р), а ток другой ли­нии — тормозным током I _трм. Для выполнения защиты необходимо иметь два реле на фазу.

Балансная защита трех параллельных линий. Участки с тремя параллельны­ми линиями (рис. 10.12) обычно встречаются в распределительных сетях напря­жением до 35 кВ. На таких линиях можно ис­пользовать поперечные дифференциальные за­щиты, в частности защиты балансного типа, которые должны выполняться с учетом следую­щих требований: защита должна быть селек­тивной при работе трех и любых двух парал­лельных линий при равной чувствительности и надежности (по сравнению с защитой двух параллельных линий); при отключении или включении линий в цепях тока защиты не должно производиться никаких переключений. Указанным требованиям удовлетворяет за­щита, выполненная посредством реле, вращаю­щий момент которого определяется следующим выражением [55]:

 

M _вр =I _2I² – k _трм1² I _2II I _2III - k _трм2² | I _2II I _2III |² – I _{c.p min}²,     (10.11)

 

где I _2I , I _2II, I _2III – вторичные токи одноименных фаз соответственно линий Л1-Л3; k _трм – коэффициенты торможения; I _{c.p min} – минимальный ток срабатывания реле при отсутствии торможения.

При нормальной работе, внешних коротких замыканиях, а также при повреждениии защищаемой линии Л1 токи İ _2II и İ _2III равны между собой и совпадают по фазе. Поэтому выражение (10.11) для этих случаев принимает вид

 

M _вр = I _2I² – k _трм1² I _2II² – I _{c.p min}².                                     (10.12)

 

При отключении одной из линий, например Л3, в выражении (10.11) исчезает второе слагаемое, в связи с чем результирующий вращающий момент

 

M _вр =I _2I² – k _трм2² I _2II² – I _{c.p min}².                                     (10.13)

 

Аналогичное выражение получается и для момента при отключении линии Л2.

Такиим образом, вращающие моменты реле при работе трех и двух параллельных линий имеют одинаковые выражения. Поэтому принципиально возможно выполнить реле, обладающее равной чувствительностью и надежностью при работе трех и двух параллельных линий. Равная надежность получается при k _трм1 = k _трм2 [55]. При этом коэффициент торможения можно принять равным k _трм=1,14. Исходя из этого, выражению (10.11) после преобразования можно придать следующий вид:

 

M _вр =İ _2I² – | İ _2II - İ _2III |² – 0,325 | İ _2II + İ _2III |² – İ _{c.p min}².

 

Если принять

| İ _2II - İ _2III | = İ _δ, | İ _2II + İ _2III | =İ _γ,

 

то окончательно

 

M _вр =İ _2I² – İ _δ² – 0,325İ _γ² – İ _{c.p min}².                           (10.14)

 

Из выражения (10.14) следует, что на реле необходимо создать рабочий момент, пропорциональный İ _2I², и два независимых тормозных момента, один из которых пропорционален İ _δ², а другой - 0,325İ _γ². Момент, пропорциональный İ _{c.p min}², создается возвратной пружиной. Таким образом, рассмотренное реле является измерительным органом с тремя электрическими величинами.

 

Глава 11

Раздел IV

Глава 12

Синхронизация генераторов

 

Способы синхронизации. Под синхронизацией понимают про­цесс включения синхронной машины на параллельную работу с другой синхронной машиной или с энергосистемой. Процесс вклю­чения может быть полностью автоматизирован. Все операции при этом выполняются без вмешательства персонала.

Автоматическая синхронизация находит применение прежде всего на гидроэлектростанциях. Если при синхронизации часть операций по включению генератора выполняется человеком, то та­кая синхронизация называется полуавтоматической. В ряде слу­чаев допускается осуществлять синхронизацию вручную без ис­пользования устройств автоматики.

Существует два способа включения синхронных генераторов на параллельную работу: самосинхронизация и точная синхронизация.

При этом, несмотря на различие условий, в которых находится ге­нератор, и тот и другой способы должны обеспечить: включение генератора при допустимых значениях уравнительного тока и мощности; вхождение включенного генератора в синхронизм.

Самосинхронизация. Сущность ее заключается в том, что во время включения генератора при скорости, близкой к синхронной, автомат гашения поля (АГП) остается отключенным и обмотка ротора генератора оказывается замкнутой на разрядный резистор и отсоединенной от возбудителя. Таким образом, генератор вклю­чается в сеть невозбужденным (E _q = 0). После включения выклю­чателя генератора подается сигнал на включение АГП, который подключает обмотку ротора к возбудителю. Генератор возбужда­ется и втягивается в синхронизм. Для энергосистемы такое вклю­чение эквивалентно трехфазному короткому замыканию за сопро­тивлением генератора. Поэтому действующее значение периодичес­кой составляющей переходного уравнительного тока

I' _ур = U _c /(X '_d + X _c),                                                  (12.7)

где Х _с и U _c — приведенные к генераторному напряжению соответ­ственно сопротивление и напряжение системы.

Наиболее тяжелым случаем является включение генератора на шины неограниченной мощности (X _с=0). При этом ток I' _ур может достигать значений тока трехфазного короткого замыкания возбужденного генератора при повреждении на его выводах (I' _к = Е' _q /X' _d ). Во всех других случаях I' _ур <I' _к . Поэтому при само­синхронизации генератор находится в более легких условиях, чем при коротких замыканиях. При самосинхронизации понижается на­пряжение в системе. Минимальное напряжение получается на вы­водах генератора U _г =U _c X' _d /(X' _d +Х _c ). Однако работа потребите­лей при этом, как правило, не нарушается (напряжение восстанав­ливается через 2—3 с). При самосинхронизации на ротор действует ряд вращающих моментов. Процесс вхождения в синхронизм за­висит от их соотношения [62].

Самосинхронизацию рекомендуется применять как основной способ включения в тех случаях, когда уравнительный ток I' _ур< 3,5I _г.ном. Это условие обычно выполняется при самосинхрони­зации гидрогенераторов любой мощности и турбогенераторов, ра­ботающих в блоке с трансформатором. При этом на гидрогенера­торах предусматривается автоматическая, а на турбогенераторах — полуавтоматическая самосинхронизация. Нужно отметить, что в ряде случаев при допустимой кратности уравнительного тока при­меняют способ автоматической или полуавтоматической точной синхронизации. Это относится, например, к генераторам с непо­средственным охлаждением обмоток. В аварийных ситуациях са­мосинхронизацию допускается применять независимо от кратности уравнительного тока и способа охлаждения генератора. В схеме са­мосинхронизации применяют реле разности частот типа ИРЧ-01А. Действие реле основано на индукционном принципе. Оно выполне