Раздел 6. Релейная защита и автоматизация
Типы автоматических устройств релейной защиты и их функции. Повреждения и ненормальные режимы, возникающие в элементах сети. Релейная защита основного оборудования станций: синхронных генераторов, трансформаторов и блоков генератор-трансформатор. Защита сборных шин станций и подстанций. Противоаварийная автоматика: автоматическое включение резервного питания; автоматическое включение синхронных генераторов на параллельную работу; автоматическое регулирование напряжения и реактивной мощности, частоты и активной мощности; противоаварийная автоматика, автоматический контроль и телемеханика в энергосистемах.
Методические указания
Релейная защита (РЗ) представляет собой часть системной автоматики. Основное назначение РЗ – выявление повреждений (как правило, КЗ) и действие на отключение выключателей для отделения поврежденного элемента от системы.
Дополнительным назначением РЗ является выявление ненормальных режимов работы, не требующих принятия мер для их ликвидации (однофазное КЗ в сетях с изолированной нейтралью, перегрузка и др.), в этом случае защита действует на сигнал.
Студентам необходимо ознакомиться с такими требованиями к РЗ как: селективность (избирательность) действия; быстродействие защиты; чувствительность защиты.
Релейная защита выполняется с помощью различных типов реле, реагирующих на отклонение соответствующего контрольного параметра. При аварийных и ненормальных режимах в энергосистеме изменяются токи цепей и их фазы, напряжения в различных точках сети, направления потоков мощности, частоты и пр.
КЗ сопровождается резким увеличением тока, поэтому наиболее распространенными являются защиты, реагирующие на увеличение тока в защищаемом элементе. К таким защитам относятся: максимальная токовая; токовая отсечка; дифференциальная токовая. Также используются защиты, реагирующие на изменение напряжения, к ним относятся защиты минимального и максимального напряжения.
Релейная защита элементов станции рассматривается в следующей последовательности: от непосредственных потребителей электроэнергии (приемники с.н.) к источникам электроэнергии (генераторы). Основные виды защит элементов электростанции приведены в [ 2].
Для защиты генераторов нужно знать, какие повреждения могут возникнуть в генераторах. К ним относятся: аварийные режимы - междуфазные КЗ, замыкание между витками одной фазы, замыкание одной или двух фаз на корпус (землю) и ненормальные режимы – сверхтоки, перегрузка по току (возникает при отключении части параллельно работающих генераторов), несимметрия токов статора (при несимметричных КЗ), повышения напряжения (при резких сбросах нагрузки).
Для обеспечения надежной работы электростанции при повреждении в электрической сети и аппаратах широко применяются устройства противоаварийной автоматики. Устройства противоаварийной автоматики можно разделить на две группы: устройства станционной автоматики и устройства системной автоматики. Студентам рекомендуется познакомиться с некоторыми из них: автоматическое включение резервного питания; автоматическое включение синхронных генераторов на параллельную работу; автоматическое регулирование напряжения и реактивной мощности, частоты и активной мощности.
Автоматическое повторное включение (АПВ). Значительное число КЗ в линиях имеет неустойчивый характер, и самоликвидируется при снятии напряжения на время. Наиболее частым видом проходящего повреждения является однофазное КЗ в воздушных линиях, возникающих в результате атмосферных перенапряжений. АПВ как правило приводит к восстановлению работы линий.
Автоматическая частотная разгрузка (АЧР) состоит в отключении части неответственных нагрузок, если в результате аварии уменьшается генерирующая мощность в системе и частота начинает уменьшаться.
Автоматический ввод резерва (АВР) заключается в том, что при исчезновении или значительном снижении напряжения на секциях с.н. или в случае повреждения рабочего трансформатора отключить его и подключить резервный трансформатор с.н.
Контрольные вопросы
1. Перечислить требования, предъявляемые к релейной защите?
2. Что является достоинством дифференциальной токовой защиты?
3. Какой вид релейной защиты получил применение для защиты секций сборных шин?
4. Когда используется автоматический ввод резерва?
Раздел 7. Изоляция и перенапряжения
Виды электрической изоляции оборудования высокого напряжения. Изоляция электрооборудования станций и подстанций, закрытых и открытых распределительных устройств. Элегазовая изоляция. Молниезащита оборудования станций и подстанций. Защита изоляции электрооборудования от внутренних перенапряжений. Экологические аспекты электроустановок высокого напряжения.
Методические указания
Изоляция электроустановок должна надежно работать как при длительно приложенных рабочих напряжениях промышленной частоты, так и при возникающих в эксплуатации кратковременных перенапряжениях атмосферного (грозового) и коммутационного характера. Перенапряжения – опасные для изоляции электроустановок повышения напряжения.
Атмосферные (внешние) перенапряжения возникают при прямом ударе молнии в электроустановку или вблизи нее. Характерной чертой этих перенапряжений является их кратковременность. Главный разряд молнии длится несколько десятков микросекунд, а повышение напряжения носит импульсный характер.
Коммутационные (внутренние) перенапряжения возникают при коммутациях цепей в нормальных эксплуатационных и аварийных режимах. Эти перенапряжения имеют характер периодических колебаний длительностью от сотен микросекунд до нескольких секунд.
Каждому номинальному напряжению соответствует свой уровень изоляции, который устанавливается величинами испытательных напряжений, характеризующих электрическую прочность изоляции. Повышение уровня изоляции увеличивает размеры, массу и стоимость электроустановки, а снижение уровня изоляции может привести к аварии. Поэтому уровень изоляции для каждого напряжения устанавливается в соответствии с характером и величинами возможных перенапряжений и характеристиками устройств, применяемых для ограничения этих перенапряжений.
Изоляция электрооборудования подразделяют на внешнюю (работающую на открытом воздухе) и внутреннюю (работающей в масляной, газовой средах, защищенной от воздействия внешних атмосферных условий).
Уровень коммутационных (внутренних) перенапряжений может быть снижен путем выбора: режима заземления нейтралей; схем электрических станций и сетей; применением в выключателях сопротивлений, шунтирующих контакты.
Уровень атмосферных перенапряжений не зависит от номинального напряжения сети, а коммутационных – зависит. Поэтому уровень изоляции оборудования до 220 кВ лимитируется атмосферными перенапряжениями, а 330 кВ и выше – уровнем коммутационных перенапряжений.
Удар молнии в провод линии электропередачи приводит к возникновению наиболее опасных перенапряжений. От прямых ударов молнии электроустановки защищают стержневыми (ОРУ и зданий) и тросовыми (воздушные линии) молниеотводами.
Для защиты изоляции электрооборудования от волн атмосферных перенапряжений, набегающих со стороны линий, необходимо искусственно снизить амплитуду этих волн. Это достигается при помощи разрядников. Материал по способам защиты электроустановок от перенапряжений приведен в [2].
Контрольные вопросы
1. Какие типы молниеотводов используются для защиты электроустановок?
2. Перечислите причины возникновения коммутационных перенапряжений.
3. Какие методы защиты изоляции используются при атмосферных перенапряжениях?
Контрольные работы
Контрольные работы посвящены отдельным вопросам проектирования электрической части станций типа ТЭЦ. В табл. 1 приведены основные исходные данные для проектирования.
| Таблица 1 | ||||||||||
| Исходные данные | ||||||||||
| Параметры | Варианты | |||||||||
| Генераторы ТЭЦ | ||||||||||
| Количество | ||||||||||
| Номинальная мощность, МВт | ||||||||||
| Номинальное напряжение, кВ | 6,3 | 10,5 | 10,5 | 6,3 | 10,5 | 10,5 | 6,3 | 10,5 | 10,5 | 10,5 |
| Номинальный коэффициент мощности | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 |
| Сверхпереходное сопротивление | 0,203 | 0,153 | 0,192 | 0,143 | 0,153 | 0,136 | 0,143 | 0,192 | 0,136 | 0,192 |
| Потребители на генераторном напряжении | ||||||||||
| Максимальная нагрузка, МВт | ||||||||||
| Количество кабельных линий | ||||||||||
| Минимальное сечение кабелей, мм2 | ||||||||||
| Время отключения КЗ на кабеле, с | 0,20 | 0,25 | 0,15 | 0,20 | 0,25 | 0,30 | 0,35 | 0,25 | 0,20 | 0,25 |
| Система | ||||||||||
| Напряжение, кВ | ||||||||||
| Количество линий связи | ||||||||||
| Длина, ,км | ||||||||||
| Мощность трехфазного КЗ, МВА |
На станциях устанавливаются генераторы различных типов (в зависимости от номера варианта): ТВС-32У3, ТВФ -63-2, ТВФ-120-2У3. Графики выработки мощности генераторов постоянные. В течение суток (в течение всего года) генераторы работают с выдачей номинальной мощности.
С шин генераторного напряжения по кабельным линиям питается местная нагрузка. Кабели прокладываются от шин генераторного напряжения до распределительных пунктов (РП). Каждый РП питается по двум независимым кабелям, подключенным к разным секциям шин генераторного напряжения. Соответственно число РП в два раза меньше числа кабелей.
График местной нагрузки принимается равным 100% от максимальной нагрузки с 8 до 24 ч и 55% в остальное время суток (в течение всего года).
В местной нагрузке не учитывается расход электроэнергии на собственные нужды станции. Максимальная нагрузка собственных нужд станции принимается равной 8% от суммарной мощности генераторов. Вид графика собственных нужд аналогичен графику выработки мощности генераторов.
Коэффициенты мощности нагрузки и собственных нужд принимаются равными номинальному коэффициенту мощности генераторов.