Элементы релейной защиты и автоматики
Функционирование энергетического хозяйства промышленного предприятия, в настоящее время невозможно без автоматического управления, принципы которого базируются на повышении надежности и экономичности работы систем энергоснабжения. Структура комплексов автоматического управления становится многоуровневой и иерархической. На нижних иерархических уровнях используют локальные устройства, к которым относятся устройства промышленной автоматики (АВР, АПВ, АЧР и др.) и компьютерная техника. Алгоритм действия этих устройств ограничивается использованием информации, реализуемой на месте. На более высоких иерархических уровнях используют управляющую компьютерную технику, обладающую большими техническими возможностями. С помощью компьютеров осуществляется координация действия локальных устройств путем изменения их уставок.
Управление отдельными процессами производится в порядке декомпозиции общей задачи управления. Теоретические аспекты автоматического управления системами энергоснабжения базируются в основном на теории автоматического регулирования, режимах систем энергоснабжения и т. д.
Ниже рассмотрена локальная автоматика, наиболее широко применяемая на промышленных предприятиях, в первую очередь в системах электроснабжения.
Применение средств автоматизации, телемеханизации и компьютерной техники с учетом конкретных технологических и других особенностей работы потребителей обеспечивает надежное, рациональное и экономичное энергоснабжение промышленных предприятий.
Для повышения надежности питания электроэнергией промышленного предприятия, его цехов и установок в телемеханизируемой системе электроснабжения используют следующие виды автоматики:
а) автоматическое повторное включение (АПВ), предназначенное длябыстрого восстановления питания потребителей путем автоматическоговключения выключателей, отключенных устройством релейной защиты.АПВ предусматривают на воздушных и смешанных (кабельно-воздушных) линиях всех типов напряжением выше 1 кВ; на шинахэлектростанций и подстанций; на одиночных понижающихтрансформаторах мощностью более 1 МВА, имеющих выключатель имаксимальную токовую защиту с питающей стороны; на ответственныхэлектродвигателях, отключаемых для обеспечения самозапуска другихэлектродвигателей;
б) автоматическое включение резервного питания и оборудования(АВР), предназначенное для восстановления питания потребителей путем автоматического присоединения резервного источника питания (ИП) при отключении рабочего ИП, при водящем к обесточению электроустановок потребителя. Устройства АВР предназначены также для автоматического включения резервного оборудования при отключении рабочего оборудования, приводящем к нарушению нормального технологического процесса. Устройства АВР предусматривают в тех случаях, если при их применении возможно упрощение релейной защиты, снижение токов КЗ и удешевление аппаратуры за счет замены кольцевых сетей радиально-секционированными и т. п. Устройства АВР устанавливают на трансформаторах, линиях, секционных и шино-соединительных выключателях, электродвигателях и т. п.;
в) автоматическое регулирование возбуждения (АРВ), напряжения и реактивной мощности, предназначенное для поддержания напряжения приемников электроэнергии при нормальной работе энергосистемы, для распределения реактивной нагрузки между источниками реактивной мощности по заданному закону и повышения статической и динамической устойчивости электрических систем. Автоматическое регулирование возбуждения предусматривают на синхронных машинах (генераторах, компенсаторах, двигателях). Трансформаторы с регулированием под нагрузкой (РПН) и линейные регуляторы распределительных подстанций оснащают системой автоматическогорегулирования коэффициента трансформации. Конденсаторныеустановки оборудуют устройствами автоматического регулирования;
г) автоматическое регулирование частоты и активной мощности(АЧРМ), предназначенное для поддержания частоты в электрической системе в нормальном режиме, регулирования и распределения мощности на всех уровнях диспетчерского управления. Системы АРЧМ предусматривают в энергообъединениях, изолированных энергосистемах и на электростанциях;
д) автоматическое ограничение снижения частоты, осуществляющееавтоматический частотный ввод резерва, автоматическую частотную разгрузку (АЧР), включение питания отключенных потребителей привосстановлении частоты (ЧАПВ). Автоматический ввод резерва приснижении частоты используют, в первую очередь, для уменьшения объема отключений или длительности перерыва питания потребителей;
е) автоматическое предотвращение перегрузки оборудования, предназначенное для ограничения длительности тока в линиях, трансформаторах, устройствах продольной компенсации, превышающего наибольший допустимый ток, длительность которого составляет более 10 — 20 мин. Устройства автоматического предотвращения перегрузки оборудования воздействуют на отключение потребителей (перегружающегося оборудования);
ж) самозапуск электродвигателей. При наличии АПВ и АВР, когда питание электроэнергией прерывается кратковременно (на 1 - 2 с), т. е. на время работы устройств автоматики, необходимо, чтобы ответственные электродвигатели, если это допускается условиями технологического процесса и техники безопасности, не отключались от сети. Это достигается применением самозапуска этих двигателей. Остальные, менее ответственные потребители для облегчения самозапуска ответственных электродвигателей отключаются защитой минимального напряжения.
Лекция 4,5
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ВЫПОЛНЕНИЯ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
В электроэнергетических системах могут возникать повреждения и ненормальные режимы работы.
Повреждения: короткие замыкания – сверх ток, понижение напряжения – потеря устойчивости.
Ненормальные режимы – отклонения напряжения, тока и частоты.
Развитие аварии может быть предотвращено быстрым отключением поврежденного участка при помощи специальных автоматических устройств – релейной защиты.
Назначение – выявление места КЗ и быстрое отключение поврежденного участка от неповрежденной части.
Выявление нарушений нормального режима и подача предупредительных сигналов или проведение операций, необходимых для восстановления нормального режима. Связь РЗ с автоматикой – АПВ, АВР, АЧР.
Подробнее о повреждениях.
Причины: нарушение изоляции. ТВЧ – старение, механическое повреждение, перенапряжение.
ЛЭП – смыкание проводов.
Ошибки персонала.
Виды: КЗ – наиболее тяжелое.
Вследствие увеличения тока возрастает падение напряжения в элементах системы, что приводит к понижению напряжения во всех точках сети. Возникающая дуга разрушает оборудование, а понижение напряжения нарушает работу потребителей и устойчивость параллельной работы генераторов.
Замыкание на землю одной фазы в сети с изолированной нейтралью. (Обычно в системах собственных нужд эл. станций.)
Ток при этом невелик – несколько десятков ампер. Опасно тем, что вызывает перенапряжения – возможность перехода в междуфазное замыкание.
Ненормальные режимы
Перегрузка оборудования – перегрев ТВЧ и изоляции, её ускоренный износ.
Качания в системах – выход из синхронизма параллельно работающих генераторов. При этом ток колеблется от нуля до максимального, превосходящего нормальную величину значения. Садится напряжение.
Повышение напряжения – при внезапном отключении нагрузки.
Селективность – способность отключать только поврежденный участок сети.
Рис.1
Основное условие для обеспечения надёжного электроснабжения потребителей.
Быстродействие – главное условие для сохранения устойчивости параллельной работы генераторов. Уменьшается время снижения напряжения у потребителей, повышается эффективность АПВ, уменьшается ущерб для оборудования.
Таблица 1.1
| Номинальное напряжение, кВ | Время действия релейной защиты, с |
| 300...500 | 0,1...0,12 |
| 110...220 | 0,15...0,3 |
| 6...10 | 1,5...3 |
Критерий – остаточное напряжение не менее 60 % от номинального. Кроме того, нужно учитывать и время срабатывания выключателей:
tоткл=tз+tв,
где tз – время действия защиты,
tв – время отключения выключателя – 0,15...0,06 с.
Быстродействующей считается защита, имеющая диапазон срабатывания – 0,1...0,2 с, самые быстродействующие – 0,02...0,04 с.
В ряде случаев требование быстродействия является определяющим.
Быстродействующие защиты могут быть и неселективными, для исправления неселективности используется АПВ.
Чувствительность – для реагирования на отклонения от нормального режима.
Рис. 2
Резервирование следующего участка – важное требование. Если защита по принципу своего действия не работает за пределами основной зоны, ставят специальную резервную защиту.
Чувствительность защиты должна быть такой, чтобы она действовала при КЗ в конце установленной зоны действия в минимальном режиме системы.
Чувствительность защиты характеризуется коэффициентом чувствительности kч
, (1.2)
где Iк.мин – минимальный ток КЗ,
Iс.з – ток срабатывания защиты.
Надежность. Защита должна безотказно работать при КЗ в пределах установленной для неё зоны и не должна ложно срабатывать в режимах, при которых её работа не предусматривается.
ЭЛЕМЕНТЫ ЗАЩИТЫ
Пусковые органы – непосредственно и непрерывно контролируют состояние и режим работы защищаемого оборудования и реагируют на возникновение КЗ и нарушение нормального режима работы.
Это различные реле – автоматические устройства, срабатывающие при определенном значении воздействующей на него величины.
Логические органы – воспринимают команды пусковых органов и в зависимости от их сочетания, по заданной программе производят заранее предусмотренные операции.
Реле также подразделяются на основные и вспомогательные.
Типы основных реле: тока;
напряжения;
сопротивления;
мощности (определяющие величину и направление (знак)).
Реле бывают максимальными – действующие при возрастании контролируемой величины, и минимальными – при снижении этой величины.
Специальные реле: частоты;
тепловые.
Типы вспомогательных реле: времени;
указательные (для сигнализации);
промежуточные (передающие действие основных защит на отключение выключателей).
Каждое реле конструктивно можно подразделить на две части – воспринимающую и исполнительную.
Воспринимающая часть представляет собой обмотку, питающуюся током или напряжением.
Исполнительная часть – это механическая система, воздействующая на контакты реле, заставляя их замыкаться или размыкаться.
Различают два способа включения реле на ток и напряжение сети.
Первичные реле – включены непосредственно (рис. 1).
Вторичные реле – через измерительные трансформаторы тока и напряжения (рис. 2).
Рис. 1 Рис. 2
К достоинствам вторичных реле следует отнести: их изолированность от цепей высокого напряжения; удобство обслуживания; возможность выполнения их стандартными на одни и те же токи (5 или 1 А) и напряжение (100 В).
Достоинство первичных состоит в отсутствии измерительных трансформаторов тока и напряжения, источников оперативного тока и контрольного кабеля. Первичные реле широко используются в цепях низкого напряжения.
Различают два способа воздействия защит на выключатель: прямой и косвенный.
Прямой – защите не требуется оперативный ток, однако реле должны развивать большие усилия, поэтому не могут быть очень точными (рис. 3).
Косвенный – отличаются большой точностью. Проще осуществляется взаимодействие между реле. Однако для реле косвенного действия необходим источник оперативного тока (рис..4).
Рис. 3
Рис. 4
Лекция 6,7