Лекция - 2

Таким образом, основным назначением релейной защиты является выявление места возникновения КЗ и быстрое автоматическое отключение выключателей поврежденного оборудования или участка сети от остальной неповрежденной части электрической установки или сети.

Кроме повреждений электрического оборудования могут возникать такие нарушения нормальных режимов работы, как перегрузка, замыкание на землю одной фазы в сети с изолированной нейтралью, выделение газа в результате разложения масла в трансформаторе, или понижение уровня масла в его расширителе и др.

В указанных случаях нет необходимости немедленного отключения оборудования, так как эти явления не представляют непосредственной опасности для оборудования и могут самоустраниться. Поэтому при нарушении нормального режима работы на подстанциях с постоянным обслуживающим персоналом, как правило, достаточно дать предупредительный сигнал персоналу подстанции. На подстанциях без постоянного обслуживающего персонала и в отдельных случаях на подстанциях с постоянным обслуживающим персоналом производится отключение оборудования, но обязательно с выдержкой времени.

Таким образом, вторым назначением релейной защиты является выявление нарушений нормальных режимов работы оборудования, которые могут привести к аварии, и подача предупредительных сигналов обслуживающему персоналу, или отключение оборудования с выдержкой времени. Устройства РЗА должны быть постоянно включены. Устройства аварийной и предупредительной сигнализации должны быть всегда готовы к действию.

Свое название релейная защита получила от названия основного элемента схем защиты – реле. Историки утверждают, что реле впервые было разработано и построено русским ученым П.Л. Шиллингом в 1830-1832 гг. В 1837 году аппарат получил применение в телеграфии, в связи с чем и получил название «реле», что в переводе с французского означало «перекладные лошади». В отрасли релейной защиты термином реле обычно обозначают автоматически действующее устройство, производящее скачкообразное изменение (так называемое релейное действие) в управляющей системе при заданном изменении контролируемых параметров. Так, например, реле максимального тока при увеличении тока в контролируемой цепи (куда включена токовая обмотка этого реле) до заданного значения, называемого током срабатывания, замыкает своими контактами управляемую цепь.

В настоящее время мы переживаем настоящую техническую революцию, связанную с приходом нового поколения устройств РЗА – микроэлектронной и микропроцессорной техники.

1.3 Системные аварии и меры по их предупреждению

Число крупных аварий в энергосистемах во всем мире за последние 10- 15 лет неуклонно растет. К при­меру, по данным семинара СИГРЭ, прошедшего в 2003г., в США в 1991-1995 гг. было 7 аварий с от­ключениями мощности 1000- 3000 МВт. В период 1996-2000 г.г. - 13; За последние десятилетия произошло несколько развалов крупнейших энергообъединений, которые принесли огромный ущерб и привели к разработке спе­циальных мероприятий против системных аварий.

Авария в США и Канаде 14/VIII 2003 г Потери от аварии. На. северо-востоке США и Канады без электроснабжения остались 50 млн. чел. Всего отключилось 61800 МВт. Ход аварии. Вначале произошло отключение в шта­те Огайо трех ВЛ 345 кВ компании First Energy в том числе одной - из-за КЗ при пожаре в зарослях, другой - из-за перегрузки и падения дерева. Ошибочно релейной защитой отключилась при этом ВЛ 138 кВ. Из строя первой из трех вышла ВЛ 345 кВ Harding Chamberlin_. Разрыв связи между сетями Северного и Южного Огайо привел к повышению нагрузки иа 2300 МВт свя­зи Северное Огайо - Мичиган. Дальше происходило падение напряжения, большие качания в системе, каскадные отключения линий и генераторов. Из-за разви­тия аварии ветви Огайо - Пенсильвания полностью от­делились сети Онтарио от Мичигана. В течение 5 мин произошел полный развал системы. Принятые меры. Выводы из аварии 14 августа 2003 г - в США считается необходимым выделить 100 млрд. дол. в течение следующих 10 лет на усиле­ние электрических сетей.

Авария 38/VIII 2003 г в Лондоне вызвала потерю 20% электроснабжения Лондона и части Кента (724 МВт). В течение 50 мин во время транспортного часа пик более 500 000 чел. находились в затрудните­льном положении. Два произошедших один за другим нарушения разделили сети компании National Grid, Южная часть Лондона была отключена на 37 минуты, что сопровождалось, в частности, остановкой метро и эва­куацией пассажиров из тоннелей. Ход аварии. Подстанции Wimbledon, New Cross,, Hurs и Littlebrook связаны последовательно двухцепными линиями. Были выведены в ремонт по одной цепи в двух линиях. Из-за отключения трансформатора по сигналу газового реле между подстанциями Hurst и Liddenbrok полностью разорвалась связь, по которой передавалось 486 МВт. Перегрузка подстанции Wimbledon которая стала нести нагрузку 558 МВт, вызвала срабатывание автоматики, изолировавшее подстанции New Cross и Hurst с погашением нагрузки 560 МВт. Через 46 чин после первого отключения и через 32 мин. после полного погашения потребителей под­станций New Cross и Hurst связь между подстанциями Hurst и Liddenbrok была восстановлена и принята на­грузка 437 МВт. Причины. Первопричиной развития аварии явля­лись ложное срабатывание автоматики на подстанции Wimbledon которое произошло иэ-за ошибки в установки одного из реле защиты.

Содержание лекции: изучение классификации реле защиты и основных требований, предъявляемых к релейной защите. Основные органы защиты

Цель лекции:получить представление об основных видах защити требованиях предъявляемых к релейной защите.

2.1 Классификация реле защиты.

По способу подключения реле бывают:

- Первичные (прямое включение в цепь защищаемого элемента).

- Вторичные (включение через измерительные трансформаторы тока, напряжения).

По исполнению реле бывают:

- Электромеханические, с подвижными элементами и контактными системами.

- Статические, без подвижных элементов и контактов (электронные, микропроцессорные).

По назначению реле подразделяются на:

- Измерительные реле (тока, напряжения, сопротивления, мощности, частоты, температуры, уровня) могут быть максимального или минимального действия.

- Логические реле (промежуточные, двухпозиционные, времени, указательные (сигнальные).

Для измерительных реле характерно наличие опорных (образцовых) элементов в виде калиброванных пружин, источников стабильного напряжения, тока и т.п. Они входят в состав реле и воспроизводят заранее установленные значения, называемые - уставкой, какой-либо физической величины, с которой сравнивается контролируемая величина. Термин "уставка" предложен инженером Л.С. Бобровским (Свирьстрой, Ленинград) в 1929г. взамен имеющего несколько значений термина "установка". Максимальные реле срабатывают при повышении контролируемого параметра, а минимальные – при понижении.

Логические реле (промежуточные реле) служат для размножения импульсов, полученных от других реле, усиления этих импульсов и передачи команд другим аппаратам, создания выдержек времени между отдельными операциями (реле времени), и для регистрации действия как самих реле, так и других вторичных аппаратов (указательные реле).

По способу воздействия на выключатель:

- Реле прямого действия подвижная система которых механически связана с отключающим устройством коммутационного аппарата (РТМ, РТВ).

- Реле косвенного действия, которые управляют цепью электромагнита отключения.

2.2 Основные виды релейной защиты

- Максимальная токовая защита (МТЗ) для радиальных линий 10-35кВ с одним источником питания.

- Направленная максимальная токовая защита для линий 10-35кВ с двумя источниками питания.

- Газовая защита (ГЗ) трансформаторов, автотрансформаторов.

- Дифференциальная защита трансформаторов (ДЗТ), линий электропередачи (ДЗЛ).

- Дистанционная защита (ДЗ) линий 110-500кВ в сетях с несколькими источниками питания.

- Дифференциально-фазная (высокочастотная) защита (ДФЗ) для линий 220-1150кВ

Подробно принцип действия и устройство отдельных защит изучаются на старших курсах в блоках дисциплин специализации.

Если назначением релейной защиты является в первую очередь отключение оборудования, то в функции электроавтоматики входит его включение. В чистом виде к электроавтоматике относят автоматическое повторное включение (АПВ) и автоматическое включение резервного питания или механизма (сокращенно автоматический ввод резерва — АВР).

Кроме этого существует противоаварийная режимная автоматика.

К ней относят: автоматическую частотную разгрузку (АЧР); автоматическое регулирование частоты и активной мощности (АРЧМ);

Имеется также противоаварийная системная автоматика: разгрузка электростанций, предотвращение и прекращение асинхронного режима (АЛАР), предотвращение недопустимого повышения (АОПН) или снижения напряжения АОСН) в узле, автоматика дозированного воздействия (АДВ) автоматика предотвращения нарушения устойчивости (АПНУ). Такие устройства размещаются на крупных электростанциях и подстанциях сверхвысокого напряжения. Устройства противоаварийной автоматики подробно изучаются на 4 курсе в рамках дисциплин специализации.

2.3 Основные требования, предъявляемые к релейной защите

К релейной защите предъявляются такие основные требования:

а) Быстродействие.

б) Селективность.

в). Чувствительность.

г) Надежность.

а) Быстродействие

Быстродействие– это свойство релейной защиты отключать повреждение с минимально возможной выдержкой времени. Для сохранения устойчивости энергосистем требуется весь­ма малое время отключения КЗ. На ЛЭП 750-1150 кВ между­фазные КЗ необходимо отключать через 0,06-0,08 с после их возникновения, на ЛЭП 330-500 кВ - за 0,1-0,12 с, на ЛЭП 110-220 кВ-за 0,15-0,3 с.

Б) Селективность или избирательность

Селективностью называется способность релейной защиты выявлять место повреждения и отключать его только ближайшими к нему выключателями (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 - Схема электроустановки к пояснению принципа селективности релейной защиты.

Так, при КЗ в точке К1 (рисунок 2.1) для правильной ликвидации аварии должна подействовать защита только на выключателе Q1 и отключить этот выключатель. При этом остальная неповрежденная часть электрической установки останется в работе. Такое избирательное действие защиты называется селективным. Если же при КЗ в точке К1 раньше защиты выключателя Q1 или одновременно с ней подействует защита выключателя Q4 и отключит этот выключатель, то ликвидация аварии будет неправильной, так как, кроме поврежденного электродвигателя M1, останется без напряжения неповрежденный электродвигатель М2. Такое действие защиты называется неселективным.

Из рисунка 2.1 видно, что если при КЗ в точке K1 подействует неправильно защита выключателя Q5 и отключит этот выключатель, то последствия такого неселективного действия будут еще более тяжелыми, так как без напряжения останутся оба неповрежденных электродвигателя М2 и МЗ.

Рассмотренный пример показывает, какое важное значение имеет выполнение требования селективности для обеспечения правильной ликвидации аварий.

в) Чувствительность

Чувствительность – это свойство защиты надежно срабатывать при КЗ в конце защищаемого участка в минимальном режиме работы системы.

Защита должна обладать такой чувствительностью к тем видам повреждений и нарушений нормального режима работы в данной электрической установке или электрической сети, на которые она рассчитана, чтобы было обеспечено ее действие в начале возникновения повреждения, чем сокращаются размеры повреждения оборудования в месте КЗ.

г) Надежность

Надежность – это свойство защиты гарантированно выполнять свои функции на протяжении все-го периода эксплуатации. Защита должна правильно и безотказно действовать на отключение выключателей оборудования при всех его повреждениях и нарушениях нормального режима работы, для действия при которых она предназначена, и не действовать в нормальных условиях, а также при таких повреждениях и нарушениях нормального режима работы, при которых действие данной защиты не предусмотрено, и должна действовать другая защита. Требование надежности обеспечивается совершенством принципов защиты и конструкций аппаратуры, добротностью деталей, простотой выполнения, а также уровнем эксплуатации.

2.4 Основные органы защиты

Устройства релейной защиты состоят, как правило, из таких основных частей:

- пусковых органов;

- измерительных органов;

- логической части;

- исполнительной части;

- передающей части.

Пусковые органы непосредственно и непрерывно контролируют состояние и режим работы защищаемого оборудования и реагируют на возникновение КЗ и нарушения нормального режима работы. Пусковые органы выполняются с помощью реле тока, напряжения, мощности и др.

На измерительные органы возлагается задача определения места и характера повреждения и принятие решения о необходимости действия защиты. Измерительные органы также выполняются с помощью реле тока, напряжения, мощности и др. Функции пускового и измерительного органа могут быть объединены в одном органе.

Логическая часть представляет собой схему, которая запускается пусковыми органами и, сопоставляя последовательность и продолжительность действия измерительных органов, производит отключение выключателей мгновенно или с выдержкой времени, запускает другие устройства, подает сигналы и производит прочие предусмотренные действия. Логическая часть состоит в основном из элементов времени (таймеров), логических элементов, промежуточных и указательных реле. В аналоговых и микропроцессорных устройствах к ним добавляются дискретные входы и индикаторные светодиоды.

Исполнительная часть выполняет действие на отключение (включение) выключателей, или других внешних устройств.

Передающая часть используется в некоторых видах защит. Например, приемопередающая аппаратура ВЧ канала у дифференциально-фазных защит.

Дата добавления: 2014-01-07