Тема 11. Принципы выполнения релейных защит

Вопросы лекции:

1. Структурные части и основные элементы релейной защиты.

1.1. Аналоговые защиты.

1.2. Цифровые защиты.

Тезисы лекции:

Структурные части и основные элементы релейной защиты.

Аналоговые защиты

Каждое устройство РЗ должно обнаружить повреждение и дать команду на отключение силового выключателя. Оно имеет три структурные части (рисунок 2.1): измерительную (реагирующую), логическую (оперативную), управляющую (исполнительную).

Измерительная часть (ИЧ) (рисунок 1) осуществляет непрерывный контроль за состоянием защищаемого объекта и, реагируя на появление в нем повреждения (или не нормального режима), срабатывает и выдает дискретные сигналы на вход логической части (ЛЧ), приводящие её в действие.

В качестве контролируемых величин (входных сигналов) служит в зависимости от вида РЗ ток или (и) напряжение защищаемого объекта. Эти величины в установках с рабочим напряжением выше 1000 В подводятся к измерительной части защиты через измерительные трансформаторы тока ТА и напряжения TV.

Логическая часть (ЛЧ) воспринимает дискретные сигналы ИЧ, производит с помощью логических элементов (реле) по заданной программе логические операции и подает выходной сигнал о срабатывании РЗ на управляющую часть (УЧ).

Рисунок 1 - Структурная схема релейной защиты.

Управляющая (исполнительная) часть (УЧ) служит для усиления сигнала ЛЧ до значения, необходимого для отключения выключателя.

Источник питания (ИП). Для приведения в действие элементов ЛЧ и УЧ, подачи команды на отключение выключателей, а также для питания полупроводниковых элементов ИЧ и ЛЧ предусматривается специальный источник стабильного напряжения.

Основные элементы РЗ. Устройство РЗ состоит из реле, соединенных между собой по определенной схеме.

В технике РЗ длительное время применяются реле с коммутирующими контактами-электромеханические, имеющие подвижные части. В последние годы широкое распространение получают цифровые устройства защит.

Элементы исполнительной части. В контактных схемах функции усиления выходных сигналов и размножения сигналов выполняются промежуточными электромеханическими реле с контактами, способными замыкать цепь тока до 5-10 А, электромагнитов отключения (ЭО) выключателей или других устройств. В бесконтактных схемах эти функции выполняются с помощью промежуточных реле или посредством тиристорных схем управления.

Цифровые устройства зашиты

Цифровые устройства защиты различного назначения имеют много общего, а их структурные схемы очень похожи и подобны представленной на рисунке 2. Центральным узлом цифрового устройства является микро-ЭВМ (Электронная Вычислительная Машина), которая через свои устройства ввода-вывода обменивается информацией с периферийными узлами. С помощью этих дополнительных узлов осуществляется сопряжение микро-ЭВМ (микропроцессора) с внешней средой: датчиками исходной информации объектом управления, оператором и т.д. Следует отметить, что в реальном устройстве защиты может использоваться несколько микропроцессоров, каждый из которых занят решением отдельного фрагмента общей задачи с целью обеспечения высокого быстродействия. Например, в сложных защитах высоковольтных линий используется до 7...10 микропроцессоров, работающих параллельно.

Рисунок 2- Структурная схема цифрового устройства защиты.

Непременными узлами любого цифрового устройства РЗА являются: входные (U1...U4) и выходные (KL1...KLj) преобразователи сигналов, тракт аналого-цифрового преобразования (U6,U7), кнопки управления и ввода информации от оператора (SB1,SB2), дисплей (Н) для отображения информации и блок питания (U5). Современные цифровые устройства, как правило, оснащаются и коммуникационным портом (X1) для связи с другими цифровыми устройствами.

Основные функции вышеперечисленных узлов следующие.

Входные преобразователи.Они обеспечивают гальваническую развязку внешних цепей от внутренних цепей устройства. Одновременно, входные преобразователи осуществляют приведение контролируемых сигналов к единому виду (как правило,-к напряжению) и нормированному уровню. Здесь же осуществляется предварительная частотная фильтрация входных сигналов перед их аналого-цифровым преобразованием. Одновременно принимаются меры по защите внутренних элементов устройства от воздействия помех и перенапряжений. Различают преобразователи аналоговых (U3,U4) и логических (U1,U2) входных сигналов.

Выходные релейные преобразователи.Воздействия реле на объект защиты традиционно осуществляются в виде дискретных сигналов управления. При этом выходные цепи устройства защиты выполняют так, чтобы обеспечить гальваническую развязку коммутируемых цепей, как между собой, так и относительно внутренних цепей устройства защиты. Выходные преобразователи должны обладать соответствующей коммутационной способностью и, в общем случае, обеспечивать видимый разрыв коммутируемой цепи.

Тракт аналого-цифрового преобразованиявключает мультиплексор (U6) и собственно аналого-цифровой преобразователь-АЦП (U7). Мультиплексор-это электронный коммутатор, поочередно подающий контролируемые сигналы па вход АЦП. Применение мультиплексора позволяет использовать один АЦП (как правило, дорогостоящий) для нескольких каналов. В АЦП осуществляется преобразование мгновенного значения входного сигнала в пропорциональную ему цифровую величину.

Блок питания(БП) обеспечивает стабилизированным напряжением все узлы рассматриваемого устройства, независимо от возможных изменений напряжения в питающей сети. БП многих современных реле могут работать и с сетью переменного и с сетью постоянного тока. Как правило, в БП формируются и ряд дополнительных сигналов, исключающих неправильную работу ЭВМ и некоторых других электронных узлов устройства в момент появления и исчезновения напряжения питания.

Дисплей и клавиатура.Они являются непременными атрибутами любого цифрового устройства, позволял оператору получать информацию от устройства, изменять режим его работы, вводить новую информацию.

Порт связи с внешними цифровыми устройствами.Достоинством цифровых устройств является возможность-передачи имеющейся информации в другие цифровые системы: АСУ ТП, персональный компьютер и т.д., что позволяет интегрировать различные системы, экономя на каналах связи, затратах на предварительную обработку сигналов и т.п. Коммуникационный порт-необходимый элемент для дистанционной работы с данным устройством.

Вопросы самоподготовки:

1. Недостатки аналоговых защит.

2. Элементы функциональной схемы цифровой защиты.

Тема 12. Токовые защиты

Вопросы лекции:

1. Определение тока срабатывания МТЗ.

2. Согласование максимальных токовых защит по времени.

3. Определение тока срабатывания отсечки без выдержки времени.

Тезисы лекции:

Одним из признаков возникновения короткого замыкания 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.

Токовые защиты подразделяются на максимальные токовые защиты (МТЗ) и токовые отсечки. Главное различие между этими защитами заключается в способе обеспечения селективности [1].

Селективность действия максимальных токовых защит достигается с помощью выдержки времени, а токовых отсечек ограничением зоны действия.

В сетях с односторонним питанием максимальная защита должна устанавливаться в начале каждой линии со стороны источника питания. Тогда каждая линия имеет самостоятельную защиту, отключающую линию в случае повреждения на ней самой или на шинах питающейся от нее подстанции.

Токовая защита может быть с зависимой, независимой или ограниченно зависимой выдержкой времени [4].

Для согласования защит строят карту селективности, под которой понимают зависимость времени срабатывания защит от тока t_С.З.-f (I), построенных в общих для всех защит координатах. При построении карты селективности токи всех участков необходимо привести к одной ступени напряжения. Токовременные характеристики каждой защиты наносят в пределах от ее тока срабатывания до наибольшего тока короткого замыкания в месте установки этой защиты.

Ток срабатывания максимальной токовой защиты (МТЗ) определяется по выражению:

К_Н. - коэффициент надежности, учитывающий неточность работы реле;

К_В. - коэффициент возврата реле;

К_ЗАП. - коэффициент запуска, учитывающий возможность возрастания тока за счет токов самозапуска электродвигателей.

Чувствительность МТЗ оценивают коэффициентом чувствительности (К_Ч.) при заданном токе к.з. в конце защищаемого участка или в конце зоны резервирования:

I _{К. MIN.} - минимальный ток двухфазного тока короткого замыкания в конце участка; Минимальные допустимые значения К_Ч. при к.з. в основной зоне К_Ч. >1,5; в зоне резервирования К_Ч.>1,2.

В настоящее время применяются селективные отсечки, это отсечка без выдержки времени и с выдержкой времени, а также неселективная отсечка. Применение отсечек обуславливается требованиями устойчивости и надежности системы электроснабжения. Ток срабатывания отсечки без выдержки времени выбирают, исходя из условий: а) отстройки от максимального тока к.з. в конце линии:

I_С.О.=К'_Н.· I_К.МАКС.

где: I_К.МАКС.- максимальное значение периодической составляющей тока к.з.;

К'_Н. - коэффициент надежности, учитывающий погрешность реле и наличие апериодической составляющей в начальном токе, к.з.

б) несрабатывания при броске тока намагничивания силовых трансформаторов:

Коэффициент чувствительности отсечки определяется по максимальному току к.з. в месте установки отсечки:

В качестве тока срабатывания отсечки выбирается большее из значений, определенных расчетом.

Недостатком токовой отсечки без выдержки времени является ограниченная зона действия. Отсечка считается эффективной, если ее зона действия составляет не менее 20% длины линии.

Вопросы самоподготовки:

1. Условия выбора тока срабатывания МТЗ.

2. Условия выбора выдержек МТЗ.

3. При каких токах должна соблюдаться ступень селективности МТЗ.

4. Недостаток токовой отсечки без выдержки времени.

5. Почему увеличивается зона действия отсечки с выдержкой времени?

6. Где применяется неселективная отсечка?

Рекомендуемая литература:

1. Правила устройства электроустановок Астана 2003.

2. Чернобровов В.Н., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. М: Энергоатомиздат, 1998.

3. Шмурьев В.Я. Цифровые реле. Петербургский энергетический институт. Санкт-Петербург, 2001.

4. Шабад М.А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. Л: Энергоатомиздат, 2001.