Повышение быстродействия релейной защиты сборных шин главных понизительных подстанций

метки: Защита, Токовый, Направить, Линия, Селективность, Устройство, Работа, Действие

На сегодняшний день электроэнергия занимает особое положение. Ее исключительные качества, такие как возможность трансформации и легкое преобразование в другие виды энергии: тепловую, механическую, обусловили сегодняшнее широкое развитие электроэнергетических систем (ЭЭС).

Сегодня производство, доставка и распространение электрической энергии осуществляется множеством служб: производства энергии, оперативные службы, диспетчерские службы распределительных сетей, ремонтники электрического оборудования и другие. Нужно отметить, что доставка и распространение электрической энергии обладает рядом отличительных особенностей, не характерных другим отраслям промышленности. Например, мгновенное распространение электрического тока, а также возможность передачи огромного количества энергии (при высоком напряжении) может привести к чрезвычайным последствиям в случае возникновения аварии. Вот почему ЭЭС особое место отводится обеспечению защиты.

Сегодня разработано множество принципиальных схем защиты линий, аппаратов и участков сетей от возникновения ненормальных режимов, самыми опасными из которых являются Короткие Замыкания (КЗ).

Кроме систем защиты также особое значение имеет контролирование параметров сети на отдельных ее участках, а также оперативное удаленное управление коммутационной аппаратуры. Телемеханика и измерения, наряду с защитой от ненормальных режимов, обычно также является зоной ответственности службы релейной защиты, обычно называют Служба Релейной Защиты, Автоматики и Измерений (РЗАИ)[ 2 ].

Краткая справка по истории развития релейной защиты

Историки утверждают, что реле впервые было разработано и построено русским ученым П.Л. Шиллингом в 1830–1832 гг. Это реле составляло основную часть вызывного устройства в разработанном им телеграфе.

Основные этапы развития техники релейной защиты автоматики (РЗА) следующие:

• В 1901 г. появляются индукционные (дисковые) реле тока
• В 1908 г. разрабатывается дифференциальный токовый принцип
• В 1910 г. появляются токовые направленные защиты
• В начале 20–х годов были разработаны первые дистанционные защиты
• В 1923–1928 гг. предпринимаются первые шаги по использованию для защиты электронных устройств
• В 1932 г. была разработана дистанционная защита на электронных лампах
• В 70–е годы началось широкое применение для РЗА электронных устройств, выполненных на дискретных полупроводниковых приборах
• В 80–е годы началось применение микроэлектронных устройств РЗА на интегральных микросхемах
• В начале 90–х годов и по настоящее время – внедряется новое поколение устройств РЗА, построенное на микропроцессорной элементной базе, так называемые цифровые реле защиты

Таким образом, в настоящее время в электроэнергетических системах одновременно эксплуатируются устройства РЗА построенные на различной элементной базе: электромеханические реле, блоки реле, шкафы и панели на интегральных микросхемах малой и средней степени интеграции (логические элементы и операционные усилители), а также защиты на микропроцессорной технике. Пока в действующих электроустановках до 60–80% эксплуатируются электромеханические защиты, однако, при реконструкции подстанций и строительстве новых энергетических объектов предпочтение отдают современным микропроцессорным защитам, на базе которых создаются автоматические системы управления и сбора информации (АСУ ТП) i.

Ремонт и обслуживание устройств релейной защиты

... защиты; реле указательные - для сигнализации и фиксации действия защиты; реле промежуточные, передающие действия основных реле на отключение выключателей и служащие для осуществления взаимной связи между элементами защиты. 3. Ремонт и обслуживание устройств релейной защиты ... правил технического обслуживания, действующих инструкций, в том числе и заводских, для данного конкретного типа устройств. ...

Назначение релейной защиты

При эксплуатации энергетического оборудования и электрических сетей неизбежны их повреждения и ненормальные режимы работы. Повреждения в большинстве случаев сопровождаются значительным увеличением тока и глубоким понижением напряжения в элементах энергосистемы. Повышенный ток выделяет большое количество тепла, вызывающее разрушения в месте повреждения и опасный нагрев неповрежденных линий и оборудования, по которым этот ток проходит. Понижение напряжения нарушает нормальную работу потребителей электроэнергии и устойчивость параллельной работы генераторов и энергосистемы в целом.

Ненормальные режимы обычно приводят к отклонению величин напряжения, тока и частоты от допустимых значений. При понижении частоты и напряжения создается опасность нарушения нормальной работы потребителей и устойчивости энергосистемы, а повышение напряжения и тока угрожает повреждением оборудования и линий электропередачи [ 5 ]. Наиболее опасными повреждениями являются короткие замыкания (КЗ) в энергетическом оборудовании и электрических сетях. Основной причиной возникновения КЗ является нарушение изоляции электрооборудования.

Нарушения изоляции вызываются:

• перенапряжениями (особенно в сетях с изолированными нейтралями)
• прямыми ударами молнии
• старением изоляции
• механическими повреждениями изоляции, проездом под ли-ниями негабаритных механизмов
• неудовлетворительным уходом за оборудованием, неквалифицированными действиями обслуживающего персонала

При возникновении КЗ в системе электроснабжения (СЭС) ее общее сопротивление уменьшается, что приводит к увеличению токов в ее ветвях по сравнению с токами нормального режима, а это вызывает снижение напряжения отдельных точек СЭС, которое особенно велико вблизи места КЗ. В зависимости от места возникновения и продолжительности повреждения последствия КЗ могут иметь местный характер или отражаться на всей СЭС.

Ток КЗ во много раз превышает номинальный ток электроустановки. Поэтому и при кратковременном протекании тока КЗ он может вызвать нагрев токоведущих элементов и проводников выше допустимых значений. Токи КЗ вызывают между проводниками значительные механи¬ческие усилия, которые особенно велики в начале процесса КЗ, когда ток достигает максимального значения. При недостаточной прочности проводников и их креплений могут иметь место разрушения механического характера. Внезапное глубокое снижение напряжения при КЗ отражается на работе потребителей. В первую очередь это касается двигателей, так как даже при кратковременном понижении напряжения на 30–40 % они могут остановиться (происходит опрокидывание двигателей).

Модернизация релейной защиты ГПП-3 ПАО «АВТОВАЗ

... квалификационная работа посвящена вопросу модернизации устаревшей электромеханической релейной защиты на современное оборудование с ... релейной защиты срабатывать безотказно в любой момент времени при ненормальных режимах работы и всех видах повреждений в области, подконтрольной этой защите, ... – Промежуточные реле Марка Диапа- Напряжение Напряжение Рабочее напряжение, В зон срабатывания, В срабатывания, ...

Опрокидывание двигателей тяжело отражается на работе промышленного предприятия, так как для восстановления нормального производственного процесса требуется длительное время, и неожиданная остановка двигателей вызывает аварии или брак продукции.

При малой удаленности и достаточной длительности КЗ возможно выпадение из синхронизма параллельно работающих генераторов, т. е. нарушение нормальной работы всей электроэнергетической системы (ЭЭС), что является самым опасным последствием КЗ. Возникающие при замыканиях на землю неуравновешенные системы токов способны создать магнитные потоки, достаточные для наведения в соседних цепях (линиях связи, трубопроводах) значительных ЭДС, опасных для обслуживающего персонала и аппаратуры этих цепей.

Таким образом, последствия КЗ следующие:

• механические и термические повреждения электрооборудования, возгорания в электроустановках
• снижение уровня напряжения в СЭС, ведущее к уменьшению вращающего момента электродвигателей, их торможению, снижению производительности или даже к их опрокидыванию
• выпадение из синхронизма отдельных генераторов, электростанций и частей ЭС и возникновение аварий, включая системные аварии
• электромагнитное влияние на линии связи, трубопроводы и другие коммуникации

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.

При отключении выключателей поврежденного элемента гаснет электрическая дуга в месте КЗ, прекращается прохождение тока КЗ и восстанавливается нормальное напряжение на неповрежденной части электрической установки или сети. Благодаря этому минимизируются или даже совсем предотвращаются повреждения оборудования, на котором возникло КЗ, а также восстанавливается нормальная работа неповрежденного оборудования. Вторым назначением РЗА является выявление нарушений нормальных режимов работы оборудования, которые могут привести к аварии, а также подача предупредительных сигналов обслуживающему персоналу или отключение оборудования с выдержкой времени [ 3 ].

Согласно требованиям ПТЭ силовое оборудование электростанций, подстанций и электрических сетей должно быть защищено от коротких замыканий и нарушений нормальных режимов работы устройствами релейной защиты и автоматики. Устройства РЗА должны быть постоянно включены и всегда готовы к действию [ 4 ]. Под устройством релейной защиты подразумевается совокупность реле, приборов и вспомогательных элементов, которые при возникновении повреждений и ненормальных режимов работы оборудования должны действовать на его отключение или на сигнал.

Основные требования предъявляемые к релейной защите

Каждые электроустановки должны быть оборудование устройствами релейной защиты, предназначены для:

1. автоматического отключение поврежденного элемента от остальной неповрежденной части электрической системы (электроустановки) с помощью выключателей; если повреждение непосредственно н нарушает работу электрической системы, допускается действие релейной защиты только на сигнал;
2. реагирование на опасные, ненормальные режимы работы элементов электрической системы; в зависимости от режима работы и условий эксплуатации электроустановки релейная защита должна быть выполнена с действием на сигнал или на отклонение тех элементов, оставление которых в работе может привести к возникновению повреждения [6 ].

Устройства релейной защиты должны обеспечивать наименьшее возможное время отключения КЗ в целях сохранения бесперебойной работы неповреждённой части системы и ограничения области и степени повреждения элемента. Релейная защита, действующая на отключение, должна обеспечивать селективность действия, чтобы при повреждении какого–либо элемента электроустановки отключался только тот повреждённый элемент.

Машины и оборудование для малярных работ

... трещины, олифят всю поверхность, выравнивают шпатлевкой, сушат и шлифуют. Инструменты для подготовки и окрашивание поверхностей В зависимости от вида малярных работ и состава используемой для окрашивания краски вам могут потребоваться различные ...

Допускается неселективное действие защиты (исправляемое последующим действием АПВ или АВР):

• для обеспечение ускорения отключения КЗ;
• при использовании упрощенных главных электрических схем с отделителями в цепях или трансформаторов, отключающими поврежденный элемент в бестоковую паузу [4 , 6 ].

Надежность релейной защиты предполагает надежное срабатывание устройства при появлении условий на срабатывание и надежное несрабатывание устройства при их отсутствии. Надежность функционирования релейной защиты должна обеспечиваться устройствами, которые по своим параметрам и исполнению соответствуют назначению и условиям применения.

Требования, предъявляемые к защитам шин:

1. Селективность – отключение только повреждённых элементов, входящие в зону её действия, ограниченную трансформаторами тока, оставляя в работе основное оборудование;

— Применяются несколько способов обеспечения селективности.

• Селективность по принципу действия. По принципу действия защиты могут иметь абсолютную или относительную селективность. В случае абсолютной селективности защита срабатывает только при КЗ в защищаемой зоне (например, газовая или дифференциальная защиты трансформатора).

  Защита, имеющая абсолютную селективность, принципиально не должна срабатывать при КЗ вне зоны действия (например, зона действия дифференциальной защиты ограничивается местом установки питающих ее ТТ).

  При относительной селективности защита срабатывает при КЗ в своей основной зоне, но может и применяться в качестве резервной при КЗ на смежных участках (например, максимальная токовая защита).

• Селективность по времени. Выдержка времени каждой посл¬дующей защиты (например, максимальной токовой (МТЗ)) выбирается на ступень селективности больше предыдущей защиты. Поэтому последующая защита не успевает сработать, так как ее опережает предыдущая защита линии при КЗ на ней. Этот принцип наиболее прост, однако имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что выдержка времени растет по мере приближения точки КЗ к источнику питания. Величина ступени селективности определяется точностью реле времени защиты, быстродействием примененного выключателя и для электромеханических защит составляет 0,5 с, а для микропроцессорных защит – 0,2–0,3 с.
• Селективность по чувствительности. Ток, напряжение или сопротивление срабатывания выбирается таким образом, чтобы последующая защита не действовала при КЗ на смежной линии или за трансформатором. Для этого (например, токовая отсечка (ТО)) отстраивается от токов КЗ в конце линии или за трансформатором и, следовательно, обладает селективностью по чувствительности.
• Логическая селективность применяется в том случае, если смежные защиты объединены линией связи. При этом последующая защита сработает без выдержки времени (быстродействующая ступень) при условии, что не запустилась предыдущая защита. Пуск предыдущей защиты свидетельствует о том, что КЗ произошло на смежной линии и последующая защита переводится в режим временной селективности, т. е. она сработает, если откажет предыдущая защита или ее выключатель. Логическую селективность целесообразно применять на коротких линиях и при использовании цифровых реле, у которых есть специальный вход логического ожидания .

2. Чувствительность , которая предполагает защиту оборудования от дальних коротких замыканий, что позволяет сохранить надёжность питания потребителей даже при малых величинах токов КЗ;

Релейная защита и автоматика трансформаторов

... линий. Основная особенность заключается в запрещении действия АПВ трансформаторов при внутренних повреждениях, которые.отключаются дифференциальной или газовой защитой; автоматическое включение резервного трансформатора, предназначенное для автоматического включения секционного выключателя при аварийном отключении ...

3. Быстродействие , которое позволяет почти мгновенно отключать повреждённые участки, что достигается правильным выбором уставок токовых реле. Это свойство РЗ отключать повреждение с минимально возможной выдержкой времени, так как быстрое отключение поврежденного оборудования или участка электрической установки предотвращает или уменьшает размеры повреждений, сохраняет нормальную работу потребителей неповрежденной части установки, предотвращает нарушение параллельной работы генераторов. Длительное протекание тока КЗ может привести к повреждению неповрежденных участков оборудования, линий, трансформаторов, по которым протекает ток КЗ вследствие термического перегрева оборудования. Допустимое время протекания тока через оборудование, не вызывающее его повреждения, указывается в ГОСТах на оборудование.

4. Надежность – это свойство защиты гарантированно выполнять свои функции на протяжении всего периода эксплуатации. Защита должна правильно и безотказно действовать на отключение выключателей при всех повреждениях и нарушениях нормального режима работы и не действовать в нормальных условиях. Требование надежности обеспечивается совершенством принципов защиты и конструкций аппаратуры, добротностью деталей, простотой выполнения, а также уровнем эксплуатации.

Методы защиты сборных шин

Рассмотрим методы защиты сборных шин:

• Дуговая защита;
• Дифференциальная защита;
• Максимально токовая защита.

1) Дуговая защита шин (ДуЗШ) или защита от дуговых замыканий (ЗДЗ) применяется для защиты сборных шин и элементов ошиновки распределительных устройств 6–10 кВ, размещенных в закрытых отсеках (КРУ или КРУН).

Работа защиты основана, в основном, на физическом принципе. Может реагировать на два фактора: вспышка света в отсеках распределительного устройства и на механическое воздействие дуги. В связи с этим может применяться только в КРУ, где все токоведущие части размещены в закрытых отсеках

Дуговая защита – особый вид быстродействующей защиты от коротких замыканий, основанный на регистрации спектра света открытой электрической дуги. Работа защиты основана, в основном, на физическом принципе. Может реагировать на два фактора: вспышка света в отсеках распределительного устройства и на механическое воздействие дуги. В связи с этим может применяться только в КРУ, где все токоведущие части размещены в закрытых отсеках. Выполнена блокировка защиты по току питающих присоединений [ 8 ].

Релейная защита и автоматика трансформаторов (2)

... Учитывая это, защиту обычно выполняют двухступенчатой. Первой ступенью защиты является токовая отсечка, ток срабатывания которой вы­бирается большим максимального тока при к. ... дифференциальной или газовой защитой; автоматическое включение резервного трансформато­ра, предназначенное для автоматического включения секционного выключателя при аварийном отключении одного из работающих ...

Существуют два основных вида дуговых защит:

• механическая дуговая защита настраивается на увеличение давления внутри объема ячейки в результате горения дуги – клапан, рамка;
• электронная дуговая защита настраивается на световой поток, появляющийся в момент возникновения дугового замыкания – фототиристор, фотодиод, оптоволокно.

Выполняется в камерах КРУ 6–10 кВ для защиты ошиновки и сборных шин. Предназначена для устройств с полностью закрытыми токоведущими частями. Работа осуществляется в двух направлениях:

• фиксирование световых вспышек;
• механическое воздействие дуги [9 ].

2) Дифференциальная защита – один из видов релейной защиты, отличающийся абсолютной селективностью и выполняющийся быстродействующей (без искусственной выдержки времени).

Дифференциальная токовая защита шин предназначена для быстрого отключения электрических цепей, включенных на сборные шины, при КЗ на сборных шинах или на любом другом оборудовании, входящем в зону действия защиты [ 7 ]. Зона ее действия ограничивается трансформаторами тока, к которым подключены реле защиты. В основу выполнения защиты положен принцип сравнения значений и фаз токов электрических цепей при КЗ и других режимах работы.

На шинах подстанций могут быть различные виды повреждений. К основным причинам повреждений на шинах относятся: ошибочные действия эксплуатационного персонала с шинными разъединителями, перекрытие вводов выключателей из–за дефектов изоляции, перекрытие изоляции при грозах и загрязнениях, поломка изоляторов разъединителей. Повреждения на шинах могут иметь серьезные последствия:

• значительное снижение напряжения на шинах, что может привести к расстройству технологических процессов на большой части предприятий;
• потеря устойчивости системы;
• повреждение и выход из строя оборудования.

Для предотвращения и ослабления последствий этих воздействий необходимо отключать к.з. на шинах распределительного устройства за минимальное время с помощью соответствующих устройств защиты. Основная защита, применяемая в качестве защиты шин – дифференциальная токовая защита. Принцип ее действия – сравнение фаз токов в присоединениях защищаемых шин. В условиях нормальной работы и при внешних коротких замыканиях в защите протекает ток небаланса. При к.з. на шинах в дифференциальных реле ДЗШ протекает сумма токов всех питающих к.з. присоединении, т.е. ток к.з. В этом случае ДЗШ срабатывает на отключение.

Ток срабатывания ДЗШ выбирается больше, чем максимальный ток небаланса. Основными достоинствами дифференциальной защиты являются: быстродействие в сочетании с селективностью; принципиальная простота реализации, действие при всех видах коротких замыканий. Одним из недостатков дифференциального принципа является возможность ложного срабатывания при обрыве соединительных проводов. Для устранения этого недостатка ток срабатывания выбирают несколько большим, чем рабочий ток наиболее мощного присоединения [ 10 ].

Дипломные работы релейная защита

... релейной защиты является то, что она должна реагировать на опасные ненормальные режимы работы элементов. В зависимости от их вида и условий эксплуатации установки защита действует на сигнал или отключении ... диагностики обеспечивает высокую готовность защиты при наличии требования к срабатыванию, а использование высокоинтегрированных ... 4.2 Расчет токов КЗ В точке короткого замыкания К-1 (на шинах РУ), ...

3)Максимальная токовая защита В случае если от секционированных шин подстанции с включенным секционным выключателем отходят реактированные линии, защиту шин можно выполнить в виде токовой мгновенной отсечки. Ток срабатывания защиты выбирается больше тока КЗ за реактором. Защита действует на отключение секционного выключателя без выдержки времени. Время срабатывания защиты выбирается больше времени срабатывания защиты потребителей. Защиты действуют на отключение секционного выключателя. Отключение трансформатора происходит под действием его резервной защиты.

МТЗ или дистанционные защиты. Эти защиты могут быть и основными, и единственными, если шины подстанции питаются от одного источника и несекционированы. В основном такое решение применяется на маломощных подстанциях. Если к шинам присоединено несколько источников или имеется две системы сборных шин, или сборные шины секционированы секционным выключателем, отключение КЗ резервными защитами получается неселективным.

Токовые защиты

В случае если от секционированных шин подстанции с включенным секционным выключателем отходят реактированные линии, защиту шин можно выполнить в виде токовой мгновенной отсечки. Ток срабатывания защиты выбирается больше тока КЗ за реактором. Защита действует на отключение секционного выключателя без выдержки времени. При наличии не реактированных линий применяются токовые отсечки с выдержкой времени и МТЗ. Ток срабатывания и выдержка времени выбирается из условия отстройки от тока срабатывания и выдержки времени защит потребителей, например, защит отходящих линий. Одним из признаков возникновения КЗ является увеличение тока в линии. Этот признак используется для выполнения защит, называемых токовыми. Токовые защиты приходят в действие при увеличении тока в фазах линии сверх определенного значения. В качестве реле, реагирующих на возрастание тока, служат максимальные токовые реле. Токовые защиты подразделяются на максимальные токовые защиты и токовые отсечки. Главное различие между этими защитами заключается в способе обеспечения селективности.

Селективность действия максимальных защит достигается с помощью выдержки времени. Селективность действия токовых отсечек обеспечивается соответствующим выбором тока срабатывания. В сетях с односторонним питанием максимальная защита должна устанавливаться в начале каждой линии со стороны источника литания (рис. 1,).

При таком расположении защит каждая линия имеет самостоятельную защиту, отключающую линию в случае повреждения на ней самой или на шинах питающейся от нее подстанции.

При КЗ в какой–либо точке сети, например в точке К1 (рис. 1, а), ток КЗ проходит по всем участкам сети, расположенным между источником питания и местом повреждения, в результате чего приходят в действие все защиты (1, 2, 3, 4).

Однако по условию селективности сработать на отключение должна только защита 4, установленная на поврежденной линии.

Для обеспечения указанной селективности максимальные защиты выполняются с выдержками времени, нарастающими от потребителей к источнику питания. При соблюдении этого принципа в случае КЗ в точке К1 раньше других сработает защита 4 и произведет отключение поврежденной линии. Защиты 1, 2 и 3 вернутся в начальное положение, не успев подействовать на отключение. Соответственно при к. з. в точке К2 быстрее всех сработает защита 3, а защиты 1 и 2, имеющие большее время, не подействуют.

Виды защит воздушных и кабельных линий

... на кратковременное прохождение тока. Блокировочный контакт, размыкая цепь отключения, защищает отключающую катушку от повреждения, что и является его вторым назначением. Рассмотренная схема максимальной токовой защиты широко используется для защиты линий и ... замыканиях на землю, выполняемая на специальных кабельных трансформаторах тока с кольцевым сердечником. Кабельные трансформаторы тока имеют ...

Рассмотренный принцип подбора выдержек времени называется ступенчатым. В сетях с двусторонним питанием достигнуть селективного действия максимальной защиты только путем подбора выдержек времени, как правило, не удается; в этих сетях вместо максимальной токовой защиты применяют более сложные направленные защиты [ 5 ].

Список литературы

[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/napravlennyie-tokovyie-zaschityi/

1. Краткая справка по истории развития релейной защиты [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://helpiks.org
2. История релейной защиты и автоматики в отечественной науке [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://
3. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Еврминов–Л.И., Гомель–М.А., 2016.
4. Правила устройства электроустановок. Х.:Изд–во Форт 2009–704 с.
5. Чернобровов Н.В. Релейная защита. Пособие для техникумов. Изд–4, перераб. и доп. М., Энергия , 1971.
6. Правила устройства электроустановок. Х.: Изд–во Форт , 2009–704с.
7. Дифференциальная защита [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org
8. Дуговая защита шин [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://dororz.ru
9. Дуговая защита: определение и характеристики [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://elquanta.ru
10. Елецкий К.В. Релейная защита энергосистем для оперативного персонала. Второе издание Центра подготовки кадров энергетики, Санкт–Петербурга, 2006.