 |
|
Основы релейной защиты
В сетях промышленных предприятий для защиты линий, трансформаторов, двигателей и преобразовательных агрегатов применяют релейную защиту (основной вид электрической автоматики), которая призвана ограничить или полностью устранить в системе электроснабжения возможные нарушения нормального режима работы.
Электрические машины и аппараты, линии электропередачи и другие части электрических установок и электрических сетей постоянно находятся под напряжением и обтекаются током, вызывающим их нагрев. Поэтому в процессе эксплуатации могут возникать повреждения, приводящие к коротким замыканиям (КЗ). Короткие замыкания возникают из-за пробоя или перекрытия изоляции, обрывов проводов, ошибочных действий персонала (включения под напряжение заземленного оборудования, отключения разъединителей под нагрузкой) и других причин. В большинстве случаев в месте КЗ возникает электрическая дуга с высокой температурой, приводящая к разрушениям токоведущих частей, изоляторов и электрических аппаратов. При КЗ к месту повреждения подходят большие токи (токи КЗ), измеряемые тысячами ампер, которые перегревают неповрежденные токоведущие части и могут вызвать дополнительные повреждения, т. е. развитие аварии. Одновременно в сети, электрически связанной с местом повреждения, происходит глубокое понижение напряжения, что может привести к остановке электродвигателей и нарушению параллельной работы генераторов. В большинстве случаев развитие аварий может быть предотвращено быстрым отключением поврежденного участка электрической установки или сети при помощи специальных автоматических устройств, получивших название релейная защита, которые действуют на отключение выключателей.
При отключении выключателей поврежденного элемента гаснет электрическая дуга вместе КЗ, прекращается прохождение тока КЗ и восстанавливается нормальное напряжение на неповрежденной части электрической установки или сети. Благодаря этому сокращаются размеры или даже совсем предотвращаются повреждения оборудования, на котором возникло КЗ, а также восстанавливается нормальная работа неповрежденного оборудования. 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 изолированными нейтралями, 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 и подача предупредительных сигналов обслуживающему персоналу или отключение оборудования с выдержкой времени.
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). Существуют также некоторые виды технологической электроавтоматики, обслуживающиеся персоналом служб РЗА.
К ним относят:
• автоматическое регулирование возбуждения генераторов и синхронных двигателей (АРВ):
• автоматическое регулирование положения переключателя РПН силового трансформатора (АРНТ):
• автоматическую настройку дугогасящих катушек компенсации емкостного тока замыкания на землю в сети 6-35кВ (АРК);
• автоматическую регулировку батареи статических конденсаторов;
• автоматику охлаждения силовых трансформаторов;
• автоматическую точную синхронизацию генераторов;
• автоматическую самосинхронизацию генераторов;
• автоматический частотный пуск гидрогенераторов (АЧП);
• определение места повреждения линий электропередачи (ОМП).
Кроме этого существует противоаварийная режимная автоматика.
К ней относят:
• автоматическую частотную разгрузку (АЧР);
• автоматическое включение потребителей, отключенных действием АЧР, после
восстановления частоты (ЧАПВ);
• автоматическое регулирование частоты и активной мощности (АРЧМ);
• дополнительная автоматическая разгрузка по напряжению (ДАРН);
• дополнительная автоматическая разгрузка по току (ДАРТ);
Имеется также противоаварийная системная автоматика: разгрузка электростанций, предотвращение и прекращение асинхронного режима, предотвращение недопустимого повышения напряжения в узле, балансировочная автоматика. Такие устройства размещаются на крупных электростанциях и подстанциях сверхвысокого напряжения и не входят в рассмотрение в данной книге.
Требования к релейной защите, основные понятия и определения
Аварийные режимы, в системах электроснабжения промышленных предприятий, могут вызывать повреждения оборудования и нарушения синхронизма работы генераторов электростанций. Для предотвращения последствий и развития нештатных (аварийных) ситуаций используют совокупность автоматических устройств, которые объединяют под общим названием релейная защита (РЗ).
Устройства РЗ состоят из отдельных функциональных элементов, связанных между собой общей схемой (рис. 1) и предназначенных для решения стоящих перед ними задач.
Рис. 1. Структура РЗ.
Входной (воздействующей) величиной для РЗ является электрический параметр, определяемый типом релейной защиты. Так, например, для максимально токовых защит, таким параметром является ток ( 
), проходящий через защищаемый элемент электроэнергетической системы (ЭЭС). Если величина превысит установленное значение ( 
), то происходит срабатывание пускового органа РЗ. Выходной сигнал с этого блока ( 
) поступает на логическую часть защиты (например, реле времени). При срабатывании логической части защиты вырабатывается сигнал 
, поступающий на исполнительную часть защиты, выполняющую функцию усилительного органа (например, промежуточное реле).
При реализации более сложных видов защит, в качестве входных параметров могут использоваться несколько воздействующих величин.
Релейная защита должна удовлетворять следующим требованиям:
1. Селективность (избирательность) – способность РЗ отключать только защищаемый элемент ЭЭС, несмотря на то, что ток КЗ протекает и по другим неповреждённым элементам.
2. Быстродействие – способность с минимально допустимым временем производить отключение повреждённого участка.
3. Надёжность – способность защиты безотказно действовать в пределах установленной для неё зоны и не должна срабатывать ложно в режимах, при которых действие данной РЗ не предусмотрено.
4. Чувствительность – способность РЗ реагировать на те отклонения от нормального режима, которые возникают в результате повреждения. Например. На рис. 2 изображён участок ЭЭС с установленными токовыми защитами РЗ1 и РЗ2, которые отличают нормальный режим от режима КЗ по возрастанию тока.
Рис.2. Схема участка ЭЭС и размещение токовых защит.
Классификация РЗ
По элементной базе
Варианты построения РЗ.
1. На микропроцессорной базе. Современное развитие РЗ основано на использовании микроконтроллеров и ЭВМ, которые позволяют осуществлять реализацию арифметико-логического преобразования информации о состоянии ЭЭС с помощью аналитических выражений.
Важным достоинством использования электронных вычислительных машин является возможность выполнения защиты любой сложности с применением автоматического тестового контроля. Недостатком является относительно низкая надёжность и сложность аппаратуры.
2. На полупроводниковой базе. Полупроводниковые диоды и триоды стали основой создания релейной защиты и автоматики второго поколения. Использование полупроводниковой элементной базы в устройствах релейной защиты и автоматики позволяет повысить их быстродействие, уменьшить массу и габаритные размеры. Наиболее существенный недостаток полупроводников - зависимость их параметра от температуры.
3. На простейших устройствах, использующие электромеханические и электротепловые элементы (электромеханические реле).