Реферат: Релейная защита
1. Основныеорганы релейной защиты
Пусковыеорганы
Пусковыеорганы непрерывно контролируют состояние и режим работы защищаемого участкацепи и реагируют на возникновение коротких замыканий и нарушения нормальногорежима работы. Выполняются обычно с помощью реле тока, напряжения, мощности идр.
Измерительныеорганы
Измерительныеорганы определяют место и характер повреждения и принимают решения онеобходимости действия защиты. Измерительные органы также выполняются с помощьюреле тока, напряжения, мощности и др. Функции пускового и измерительного органамогут быть объединены в одном органе.
Логическаячасть
Логическаячасть — это схема, которая запускается пусковыми органами и, анализируядействия измерительных органов, производит предусмотренные действия (отключениевыключателей, запуск других устройств, подача сигналов и пр.). Логическая частьсостоит, в основном, из элементов времени (таймеров), логических элементов,промежуточных и указательных реле, дискретных входов и аналоговых выходовмикропроцессорных устройств защиты.
Примерлогической части релейной защиты
/>
Катушка релетока K1 (контакты А1 и А2) включена последовательно со вторичной обмоткой трансформаторатока ТА. При коротком замыкании, на участке цепи, в котором установлентрансформатор тока, возрастает сила тока, и пропорционально ей возрастает силатока во вторичной цепи трансформатора тока. При достижении силой тока значенияуставки реле K1, оно сработает и замкнёт рабочие контакты(11 и 12). Цепь междушинками +EC и -EC замкнётся, и запитает сигнальную лампу HLW. Данная схемаприведена как простой пример. В эксплуатации используются более сложныелогические схемы.
2. Поврежденияи ненормальные режимы работы в энергосистемах
Повреждениявызывают появление значительных аварийных токов и сопровождаются глубокимпонижением напряжения на шинах ЭС и ПС. Ток повреждения выделяет большоеколичество теплоты, которое вызывает сильное разрушение в месте повреждения иопасное нагревание проводов неповрежденных ЛЭП и оборудования, по которым этотток проходит. Понижение напряжения нарушает нормальную работу потребителейэлектроэнергии и устойчивость параллельной работы ЭС энергосистемы. (ЭЭС).
Ненормальные режимыобычно приводят к отклонению напряжения, тока и частоты от допустимых значений.При понижении частоты и напряжения создается опасность нарушения нормальнойработы потребителей и устойчивости ЭЭС, а повышение напряжения и тока угрожаетповреждением оборудования и ЛЭП.
Для уменьшения разрушений в месте повреждения иобеспечения нормальной работы неповрежденной части ЭЭС необходимо возможнобыстрее выявлять и отделять место повреждения от неповрежденной части ЭЭС.Опасные последствия ненормальных режимов так же можно предотвратить, еслисвоевременно принять меры к их устранению (например, снизить ток или напряжениепри их увеличении), а при необходимости отключить оборудование, оказавшееся внедопустимом для него режиме.
Короткиезамыкания,возникающие в электрических сетях, машинах и аппаратах, отличаются большимразнообразием как по виду, так и по характеру повреждения. Для упрощениярасчетов и анализа поведения релейной защиты при повреждениях исключаютсяотдельные факторы, не оказывающие существенного влияния на величины токов инапряжений. В частности, как правило, не учитывается при расчетах переходноесопротивление в месте к. з. и все повреждения рассматриваются как «глухое» или,как говорят, «металлическое» соединение фаз между собой или на землю для сети сзаземленной нейтралью. Не учитываются токи намагничивания силовыхтрансформаторов и емкостные токи линий напряжением до 330—500 кВ. Сопротивлениявсех трех фаз считаются одинаковыми.
Основные видыкоротких замыканий приведены на рис. 1. Междуфазные короткие замыкания —двухфазные и трехфазные — возникают как в сетях с заземленной, так и в сетях сизолированной нейтралью. Однофазные короткие замыкания могут происходить тольков сетях с заземленной нейтралью.
Основнымипричинами, вызывающими повреждения на линиях, являются перекрытия изоляции вовремя грозы, схлестывание и обрывы проводов при гололеде, набросы, перекрытиязагрязненной и увлажненной изоляции, ошибки персонала и др.
Трехфазное короткое замыкание
Симметричноетрехфазное короткое замыкание — наиболее простой для расчета и анализа видповреждения. Он характерен тем, что токи и напряжения во всех фазах равны повеличине как в месте к. з., так и в любой другой точке сети: Так как все фазныеи междуфазные напряжения в месте трехфазного короткого замыкания равны нулю, ав точках, удаленных от места к.з. на небольшое расстояние, незначительны повеличине, рассматриваемый вид повреждения представляет наибольшую опасность дляработы энергосистемы.
Двухфазное короткое замыкание
При двухфазномк.з. токи и напряжения разных фаз неодинаковы. С точки зрения влияния наустойчивость параллельной работы генераторов и на работу электродвигателейрассматриваемый вид повреждения представляет значительно меньшую опасность, чемтрехфазное короткое замыкание.
Двухфазное короткое замыкание на землю в сети с заземленнойнейтралью
Этот видповреждения для сетей с изолированной нейтралью практически не отличается отдвухфазного короткого замыкания. Токи, проходящие в месте к. з. и в ветвяхрассматриваемой схемы, а также междуфазные напряжения в разных точках сетиимеют те же самые значения, что и при двухфазном к. з.
В сетях же сзаземленной нейтралью двухфазное к. з. на землю значительно более опасно, чемдвухфазное короткое замыкание. Это объясняется более значительным снижениеммеждуфазных напряжений в месте короткого замыкания, так как одно междуфазноенапряжение уменьшается до нуля, а два других — до величины фазного напряжениянеповрежденной фазы.
Однофазное короткое замыкание в сети с заземленной нейтралью
Однофазноекороткое замыкание может иметь место только в сетях с заземленной нейтралью (какправило, с заземленной нейтралью работают сети напряжением 110 кВ и выше).Однофазные короткие замыкания, сопровождающиеся снижением до нуля в местеповреждения одного
фазного напряжения, представляют меньшую опасность для нормальной работыэнергосистемы, чем рассмотренные выше междуфазные к. з.
Однофазное замыкание на землю в сети с малым токомзамыкания на землю
В сетях смалыми токами замыкания на землю, к которым относятся сети 3—35 кВ, работающиес изолированной нейтралью или с нейтралью, заземленной через дугогасящуюкатушку, замыкания одной фазы на землю сопровождаются значительно меньшимитоками, чем короткие замыкания.
Для снижениятока замыкания на землю применяются специальные компенсирующие устройства —дугогасящие катушки, которые подключаются между нулевыми точкамитрансформаторов или генераторов и землей. В зависимости от настройкидугогасящей катушки ток замыкания на землю уменьшается до нуля или до небольшойостаточной величины. Поскольку токи замыкания на землю имеют небольшуювеличину, а все междуфазные напряжения остаются неизменными, однофазноезамыкание на землю не представляет непосредственной опасности для потребителей.Защита от этого вида повреждения, как правило, действует на сигнал.
Однакодлительная работа сети с заземленной фазой нежелательна, так как длительноепрохождение тока в месте замыкания на землю, а также повышенные в 1,73 разанапряжения неповрежденных фаз относительно земли могут привести к пробою илиповреждению их изоляции и возникновению двухфазного к. з. Поэтому согласноПравилам технической эксплуатации допускается работа сети с заземлением однойфазы только в течение 2 ч. За это время оперативный персонал с помощью устройствсигнализации должен обнаружить и вывести из схемы поврежденный участок.
В сетях,питающих торфопредприятия и передвижные строительные механизмы, для обеспеченияусловий безопасности обслуживающего персонала защита от замыканий на землювыполняется с действием на отключение.
3. Релеминимального напряжения типов РНМ и РНВ
Устройствовстроенных реле минимального напряжения прямого действия показано на рис. 1
/>
Рис. 1 Релеминимального напряжения прямого действия
Релемгновенного действия типа РИМ показано на рис. 1, а. Обмотка реле 1 постояннонаходится под нормальным напряжением, вследствие чего якорь 3 притянут кнеподвижному полюсу 2. Пружина 6, связанная с бойком 4, находится в сжатомсостоянии и удерживается системой рычагов 5. Вторая пружина 7, связанная сякорем, растянута и тянет якорь вниз. При понижении напряжения электромагнитнаясила уменьшается, и когда она становится меньше противодействующей силы пружины7, якорь опускается. При этом система рычагов 5 освобождает пружину 6, поддействием которой боек 4 движется вверх и производит отключение выключателя.
На рис. 1, бпоказано реле минимального напряжения с выдержкой времени типа РНВ, котороеотличается от рассмотренного реле типа РНМ наличием часового механизма,аналогичного реле типа РТВ.
4. Назначениезащиты шин, и вида защит
Специальныезащиты шин предназначены для отключения без выдержки времени повреждении,возникающих на сборных шинах. На шинах могут возникать такие же повреждения,как и на линиях: однофазные и многофазные в сетях с заземленной нейтралью,многофазные в сетях с изолированной нейтралью. Защиты шин устанавливаютсяпрактически на всех станциях и подстанциях напряжением 110 кВ и выше,работающих в режиме многостороннего питания. Защиты шин используются также и всетях менее высокого напряжения.
/>
Рис. 1 Схемыэлектрических соединений
Повреждения на шинахмогут быть отключены без специальной защиты шин резервными защитами линий,установленными на соседних подстанциях. Так, например, при коротком замыканиина шинах подстанции А (рис. 1, а) подействуют резервные защиты на подстанции Би отключат выключатель В-2, отделяя поврежденный участок от остальной сети.Отключение при этом, конечно, происходит с выдержкой времени резервной защиты,а не мгновенно, как при наличии специальной защиты шин. Замедление в отключенииприводит к увеличению размеров повреждения в месте короткого замыкания, а вкольцевых сетях может вызвать нарушение устойчивости параллельной работы.Поэтому подстанции 110—500 кВ в кольцевых сетях с многосторонним питанием, какправило, оснащаются специальными защитами шин. На тупиковых же подстанцияхзащита шин обычно не устанавливается, и повреждения, возникающие на них,отключаются резервными защитами линий на питающих подстанциях.
Специальныезащиты шин позволяют также селективно отключить поврежденный участок ипредотвратить нарушение электроснабжения дополнительных подстанции. Так,например, в схеме, приведенной на рис. 1, б) в случае короткого замыкания нашинах подстанции В, при срабатывании резервных защит и отключении выключателяВ-4 одновременно с поврежденной подстанцией будет отключен и трансформатор Т,подключенный ответвлением к линии. При наличии на подстанции В специальнойзащиты шин рассматриваемое повреждение будет отключаться выключателем В-3, ипитание трансформатора Т сохранится от подстанции Г. Аналогично в схеме на рис.1, в) при повреждении на одной из систем шин подстанции Д она будет селективноотключена защитой шин, а вторая система шин сохранится в работе. В случаеотсутствия защиты шин короткое замыкание будет ликвидироваться отключениемвыключателей В-9 и В-10, что приведет к погашению обеих систем шин подстанцииД. Таким образом, специальные защиты шин целесообразно применять для ускоренияотключения повреждений и повышения селективности.
Дифференциальнаязащита шин
Принцип действия
Токовые реле(рис.2) подключаются к соединенным параллельно вторичным обмоткамтрансформаторов тока, установленных на каждом присоединении. Коэффициентытрансформации всех трансформаторов тока равны.
/>
Рис. 2Распределение токов в цепях дифференциальной защиты шин при коротком замыкании
При короткомзамыкании на шинах в зоне действия защиты шин по всем линиям ток подтекает кместу короткого замыкания, в реле проходит сумма токов, под действием которойоно срабатывает (рис. 2, а).При внешнем коротком замыкании на одной из линий(рис. 2, б) сумма токов, подтекающих к шинам по двум линиям, равна току, оттекающемуот шин по поврежденной линии. Сумма токов равна нулю, и реле не действует. Насамом деле при внешнем коротком замыкании в реле проходит ток небаланса,обусловленный разной погрешностью трансформаторов тока, включенных в схемузащиты
В отличие отпродольной дифференциальной защиты генератора ток небаланса в дифференциальнойзащите шин определяется не только и не столько различием характеристиктрансформаторов тока, но главным образом различием нагрузки на трансформаторытока поврежденного и неповрежденных присоединений, определенных разнымивеличинами проходящих по ним токов. На трансформаторах тока неповрежденныхприсоединений, через каждый из которых проходит только часть тока короткогозамыкания,
Защита шингенераторного напряжения
Наэлектростанциях и подстанциях с реактированными линиями на шинах 6—10 кВприменяются специальные защиты шин, обеспечивающие быстрое отключение короткихзамыканий, возникающих на шинах.
Наиболее просто защита шин осуществляется с помощью неполной дифференциальнойзащиты, выполненной токовыми реле, включенными на сумму токов всех источниковпитания. На схеме рис. 3 токовые реле — пусковые органы защиты включены на токигенератора, трансформатора связи с системой и секционного выключателя. Защитаобычно выполняется в двухфазном исполнении, так как применяется для защиты шин6—10 кВ, работающих с изолированной нейтралью.
/>
Рис.3 Схема неполной дифференциальной защиты шин
Неполнаядифференциальная защита шин (рис. 3) обычно выполняется двухступенчатой: перваяступень — токовая отсечка, предназначенная для действия при коротких замыканияхна шинах; вторая ступень — максимальная токовая защита, предназначеннаярезервировать защиты отходящих линий при коротких замыканиях за реакторами.
При короткихзамыканиях на соседней секции, в генераторе или трансформаторе защита вдействие не приходит, так как в реле при этом будет попадать только токнагрузки, а ток короткого замыкания будет балансироваться и в реле не попадет.
Перваяступень защиты шип действует без выдержки времени на отключение всех источниковпитания, за исключением генераторов, отключение которых будет осуществлено ихтоковыми защитами. Вторая ступень защиты действует с выдержкой времени,отстроенной от максимальной выдержки времени защит отходящих линий, паотключение трансформаторов, секционных и шиносоедннительпых выключателей.Обычно на второй ступени защиты предусматривается также и вторая выдержкавремени, с которой она действует на отключение генераторов, подключенных кповрежденной секции шин, если после отключения трансформаторов, секционных ишиносоединительных выключателей короткое замыкание не устранилось. На рис. 3 непоказан шиносоединительный выключатель, при наличии которого его цепи должныподключаться к токовым цепям защиты шин. На время опробования резервной системышин через шиносоединительный выключатель в схеме защиты должно бытьпредусмотрено устройство, автоматически выводящее при этом действие защиты шинна все присоединения, за исключением шиносоединителыюго выключателя. В случае,если первая ступень неполной дифференциальной защиты шин не обеспечиваетнеобходимой чувствительности при к. з. на шинах, может применяться неполнаядифференциальная дистанционная защита шин.
При этом обычноиспользуется схема дистанционной защиты с одним реле сопротивления спереключением в цепях тока и напряжения или только в цепях напряжения. Уставкасрабатывания реле сопротивления отстраивается от короткого замыкания зареактором. Пусковые токовые реле защиты используются в качестве второй ступенианалогично схеме, рассмотренной выше. На крупных подстанциях и станциях в рядеслучаев недостаточную чувствительность имеет вторая ступень защиты шин, необеспечивающая резервирование при коротких замыканиях за реакторами паотходящих линиях. Это особенно нежелательно, так как при коротких замыканиях зареакторами до выключателей отводящих линий вторая ступень защиты шин являетсяединственной защитой, действующей при повреждении в этой точке.
5. СхемаАВР, назначение, принцип действия
Ни одноустройство или система не обладает абсолютной надежностью, в том числеисточники питания. Для повышения надежности питания ответственных потребителейприменяется питание от двух и более источников, при этом потеря одногоисточника питания компенсируется питанием от второго источника. Сетинапряжением 110 кВ и выше работают, как правило, с замыканием всех транзитов,так как отключение основных связей может быть покрыто запасом по перегрузочнойспособности резервных связей. В сетях более низкого напряжения параллельнаяработа двух источников, как правило, недопустима.
При этомприменение АВР имеет некоторые ограничения. Согласно ПУЭ все потребителиэлектрической энергии делятся на три категории:
· Iкатегория — к потребителям этой группы относятся те, нарушениеэлектроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей,значительный материальный ущерб, опасность для безопасности государства,нарушение сложных технологических процессов и пр.
· IIкатегория — к этой группе относят электроприёмники, перерыв в питаниикоторых может привести к массовому не доотпуску продукции, простою рабочих,механизмов, промышленного транспорта.
· IIIкатегория — все остальные потребители электроэнергии.
В основномАВР используется для потребителей первой категории: в коммунально-бытовых,общественных и производственных зданиях. Основная задача АВР это быстроевосстановление и подачи электроэнергии, для этого АВР запускает режим подачиэнергии из запасных источников, до момента пока не будет установлена иисправлена причина нарушения подачи на основной линии.
Принцип действия АВР:
В качествеизмерительного органа для АВР в высоковольтных сетях служат реле минимальногонапряжения, подключённые к защищаемым участкам через трансформаторы напряжения.В случае возникновения изменения напряжения на защищаемом участке реле даётсигнал в схему АВР. При этом автоматическое включение резерва происходит несразу, должно быть соблюдено несколько правил, например:
Наличиенеисправности на линии которое вызывает короткое замыкание, необходимоустранение причины.
Приконтролируемом выключении, в данном случае также недопустимо срабатывание АВР.Также могут быть и другие условия для включения АВР, они необходимы для тогочтобы включение было действительно необходимым и не повлекло других более серьезныхаварий в электросети.
В случае,когда все заданные параметры соблюдены происходит безопасное включение АВР. Приэтом АВР самостоятельно запускает проверку всех условий и на основании полученныхданных идет дальнейший сигнал.
АВР разделяют на:
· АВРодностороннего действия. В таких схемах присутствует одна рабочая секцияпитающей сети, и одна резервная.
· АВРдвухстороннего действия. В этой схеме любая из двух линий может быть какрабочей, так и резервной.
Как правило на устройство АВР устанавливают дополнительноеоборудование:
· световаяиндикация и звуковая сигнализация;
· приборыучета и распределения электроэнергии;
· приборыконтроля нагрузки и параметров электропитания.
КонструкцияАВР:
Щит АВР представляет собойсборно-разборную металлоконструкцию. Дверь шкафа закрывается на замок.Аппаратура крепится на монтажных панелях и профилях. В корпусе щита имеютсяшины нулевая и защитного заземления.
Устройства АВР предусматриваются для восстановленияпитания потребителей путем автоматического присоединения резервного источникапитания при отключении рабочего источника питания. Устройства АВРпредусматриваются также для автоматического включения резервного оборудованияпри отключении рабочего оборудования, приводящем к нарушению нормальноготехнологического процесса.
К устройствам АВР предъявляются следующиетребования:
1. Схема АВР должнаприходить в действие при исчезновении напряжения на шинах потребителя по любойпричине, в том числе при аварийном, ошибочном или самопроизвольном отключениивыключателей рабочего источника питания, а также при исчезновении напряжения нашинах, от которых осуществляется питание рабочего источника. Включениерезервного источника часто допускается также при КЗ на шинах потребителя.
2. Дляуменьшения длительность перерыва питания потребителей, включение резервногоисточника питания должно производиться сразу же после отключения рабочегоисточника.
3. ДействиеАВР должно быть однократным.
4. АВР недолжно выполняться до отключения выключателя рабочего источника для того, чтобыисключить параллельную работу двух источников и включение резервного источникана неустранившееся КЗ.
5. Должнопредусматриваться ускорение защит резервного источника после работы АВР.
Опробование устройств АВР механизмов собственных нуждэлектростанций должно производиться оперативным персоналом не реже одного разав шесть месяцев, а устройств АВР вводов питания собственных нужд – не режеодного раза в год. Допуск этого персонала к таким опробованиям оформляетсяраспоряжением технического руководителя предприятия. Опробование выполняется поспециальным инструкциям, методикам и программам.