Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем: определение, назначение, требования к РЗА

Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем: определение, назначение, требования к РЗА

Энергетическая система представляет собой сложную многозвенную техническую систему, предназначенную для производства, распределения и потребления электроэнергии. Процессы, происходящие в энергосистеме, отличаются быстротой, взаимосвязанностью, единством процессов производства, распределения и потребления электроэнергии. Управление ими без применения специальных технических средств, называемых средствами автоматического управления, в большинстве случаев оказывается невозможным.

Условно, все устройства автоматики по своему назначению и области применения можно разделить на следующие две большие группы: местную и системную технологическую автоматику, местную и системную противоаварийную автоматику.

Технологическая автоматика обеспечивает автоматическое управление в нормальном режиме:

пуск блоков турбина-генератор и включение на параллельную работу синхронных генераторов;

автоматическое регулирование напряжения и реактивной мощности на шинах электростанции;

автоматическое регулирование частоты и обеспечения режима заданной нагрузки электростанции;

оптимальное распределение электрической нагрузки между блоками;

регулирование напряжения в распределительной сети;

регулирование частоты и перетоков мощности и т.п.

Назначением противоаварийной автоматики является предотвращение или наиболее эффективная ликвидация последствий аварий:

релейная защита электрооборудования от коротких замыканий и ненормальных режимов;

автоматическое повторное включение;

автоматическое включение резерва;

автоматическая частотная разгрузка;

автоматическая ликвидация асинхронного режима.

автоматика предотвращения нарушения устойчивости и т.д.

Из перечисленных видов устройств автоматики особо выделяется релейная защита, изучающая поведение электроэнергетической системы и ее элементов в режимах глубоких возмущающих воздействий и скачкообразных изменений электрических параметров. Эти возмущения вызываются различного рода короткими замыканиями, которых могут возникнуть по причинам:

пробоя или перекрытия изоляторов линий электропередач в случае грозовых перенапряжений или при их загрязнении;

обрыва проводов или грозозащитных тросов из-за обледенения и вибраций;

механических повреждений опор, поломке изоляторов разъединителей, схлестывании проводов;

ошибочного действия оперативного персонала;

заводских дефектов оборудования и ряда других факторов.

Управление энергосистемой при нарушении ее нормальных режимов тесно связано с работой релейной защиты. Поэтому изложения материала целесообразно начать с рассмотрения этого вида автоматики. Требование безаварийности и надежности энергоснабжения закладывается уже на стадии проектирования энергосистемы за счет оптимального выбора источника электроэнергии (уголь, газ, вода или другое), расположения электростанций, передачи мощности, учета характеристик нагрузок и перспектив их роста, способов регулирования напряжения и частоты, планированием режимов работы и т.п. И все же полностью исключить факт отказа оборудования из-за коротких замыканий нельзя.

На релейную защиту возлагаются следующие функции:

1.Автоматическое выявление поврежденного элемента с последующей его локализацией. Защита подает команду на отключение выключателей этого элемента, восстанавливая нормальные условия работы для неповрежденной части энергосистемы.

2.Автоматическое выявление ненормального режима с принятием мер для его устранения. Нарушения нормального режима в первую очередь вызываются различного рода перегрузками, которые не требуют немедленного отключения. Поэтому защита действует на разгрузку оборудования или выдает сообщение дежурному персоналу.

В качестве примера на Рис.1 представлено современное микропроцессорное реле, выпускаемое инженерно-производственной фирмой «РеонТехно», на Рис.2 – типовая панель защиты линии, выполненная на электромеханических реле на Рис.3 – многофункциональное устройство РЗА НТЦ «Механотроника».

Рис. 1. Микропроцессорные реле тока типа РСТ 80АВ, выпускаемое ИПФ «Реон-Техно»

Рис. 2. Типовая панель защиты линии, выполненная на электромеханических реле

Рис. 3. Многофункциональное цифровое устройство релейной защиты и автоматики НПЦ «Механотроника»

Что такое релейная защита и для чего она нужна?

Для чего она нужна?

Первым делом расскажем о том, зачем нужно использовать РЗА. Дело в том, что существует такая опасность, как возникновение тока КЗ в цепи. В результате КЗ очень быстро разрушаются токопроводящие части, изоляторы и само оборудование, что влечет за собой не только возникновение аварии, но и несчастного случая на производстве.

Помимо короткого замыкания может возникнуть перенапряжение, утечка тока, выделение газа при разложении масла внутри трансформатора и т.д. Для того чтобы своевременно обнаружить опасность и предотвратить ее, используются специальные реле, которые сигнализируют (если сбой в работе оборудования не представляет угрозы) либо мгновенно отключают питание на неисправном участке. В этом и заключается основное назначение релейной защиты и автоматики.

Основные требования к защитным устройствам

Итак, по отношению к РЗА предъявляются следующие требования:

  1. Селективность. При возникновении аварийной ситуации должен быть отключен только тот участок, на котором обнаружен ненормальный режим работы. Все остальное электрооборудование должно работать.
  2. Чувствительность. Релейная защита должна реагировать даже на самые минимальные значения аварийных параметров (заданы уставкой срабатывания).
  3. Быстродействие. Не менее важное требование к РЗА, т.к. чем быстрее реле сработает, тем меньше шанс повреждения электрооборудования, а также возникновения опасности.
  4. Надежность. Само собой аппараты должны выполнять свои защитные функции в заданных условиях эксплуатации.

Простыми словами назначение релейной защиты и требования, предъявляемые к ней, заключаются в том, что устройства должны контролировать работу электрооборудования, своевременно реагировать на изменения рабочего режима, мгновенно отключать поврежденный участок сети и сигнализировать персонал об аварии.

Классификация реле

При рассмотрении данной темы нельзя не остановиться на видах релейной защиты. Классификация реле представлена следующим образом:

  • Способ подключения: первичные (включаются в цепь оборудования напрямую) и вторичные (подключение осуществляется через трансформаторы).
  • Вариант исполнения: электромеханические (система подвижных контактов расцепляет схему) и электронные (отключение происходит с помощью электроники).
  • Назначение: измерительные (осуществляют замер напряжения, силы тока, температуры и других параметров) и логические (передают команды другим устройствам, осуществляют выдержку времени и т.д.).
  • Способ воздействия: релейная защита прямого воздействия (связана механически с отключающим аппаратом) и косвенного воздействия (осуществляют управление цепью электромагнита, который отключает питание).

Что касается самих видов РЗА, их множество. Сразу же рассмотрим, какие бывают разновидности реле и для чего они используются.

  1. Максимальная токовая защита (МТЗ), срабатывает если ток достигает заданной производителем уставки.
  2. Направленная максимальная токовая защита, помимо уставки осуществляется контроль направления мощности.
  3. Газовая защита (ГЗ), используется для того, чтобы отключать питание трансформатора в результате выделения газа.
  4. Дифференциальная, область применения – защита сборных шин, трансформаторов, а также генераторов за счет сравнения значений токов на входе и выходе. Если разница больше заданной уставки, релейная защита срабатывает.
  5. Дистанционная (ДЗ), отключает питание, если обнаружит уменьшение сопротивления в цепи, что происходит в том случае, если возникает ток КЗ.
  6. Дистанционная защита с высокочастотной блокировкой, используется для отключения ВЛ при обнаружении короткого замыкания.
  7. Дистанционная с блокировкой по оптическому каналу, более надежный вариант исполнения предыдущего вида защиты, т.к. влияние электрических помех на оптический канал не такое значительное .
  8. Логическая защита шин (ЛЗШ), также используется для выявления КЗ, только в этом случае на шинах и фидерах (питающих линиях, отходящих от шин подстанции).
  9. Дуговая. Назначение – защита комплектных распределительных устройств (КРУ) и комплектных трансформаторных подстанций (КТП) от возгорания. Принцип работы основан на срабатывании оптических датчиков в результате повышения освещенности, а также датчиков давления при повышении давления.
  10. Дифференциально-фазная (ДФЗ). Применяются для контроля фаз на двух концах питающей линии. Если ток превышает уставку, реле срабатывает.

Отдельно хотелось бы также рассмотреть виды электроавтоматики, назначение которой в отличие от релейной защиты наоборот включать питание обратно. Итак, в современных РЗА используют автоматику следующего вида:

  1. Автоматический ввод резерва (АВР). Такую автоматику часто используют при подключении генератора к сети, как резервного источника электроснабжения.
  2. Автоматическое повторное включение (АПВ). Область применения – ЛЭП напряжением 1 кВ и выше, а также сборные шины подстанций, электродвигатели и трансформаторы.
  3. Автоматическая частотная разгрузка, которая отключает сторонние приборы при понижении частоты в сети.

Помимо этого существуют следующие виды автоматики:

Вот мы и рассмотрели назначение и области применения релейной защиты. Последнее, о чем хотелось бы рассказать – из чего состоит РЗА.

Конструкция РЗА

Устройство релейной защиты представляет собой схему из следующих частей:

  1. Пусковые органы – реле напряжения, тока, мощности. Предназначены для контроля режима работы электрооборудования, а также обнаружения нарушений в цепи.
  2. Измерительные органы – могут также находиться в пусковых органах (реле тока, напряжения). Основное назначение – запуск других устройств, подача сигнала в результате обнаружения ненормального режима работы, а также мгновенное отключение приборов или с задержкой по времени.
  3. Логическая часть. Представлена таймерами, а также промежуточными и указательными реле.
  4. Исполнительная часть. Отвечает непосредственно за отключение или же включение коммутационных аппаратов.
  5. Передающая часть. Может быть использована в дифференциально-фазной защите.

Напоследок рекомендуем вам просмотреть полезное видео по теме:

Это и все, что мы хотели рассказать вам о назначении релейной защиты и требованиях, предъявляемых к ней. Надеемся, теперь вы знаете, что такое РЗА, какая у нее область применения и из чего она состоит.

Читайте также:  Положение переключателя в электрической цепи: 3 вида устройств, механизм действия

Будет полезно прочитать:

Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем

Информация по профилю

Выпускники данной специальности могут работать в службах релейной защиты и автоматики Объединенных диспетчерских управлений энергосистем и электрических сетей, в электролабораториях электрических станций, в энергетических отделах крупных промышленных предприятий. Кроме того, инженер-релейщик может работать в специализированных организациях, занимающихся монтажом и наладкой устройств релейной защиты, на заводах, выпускающих электротехническую промышленность, в проектных и научно-исследовательских институтах.

Современные устройства релейной защиты и автоматики выполняются на микропроцессорной и полупроводниковой технике, служат для предотвращения и устранения аварийных ситуаций в энергосистемах и подстанциях, обеспечивают нормальный режим их работы.

Выпускник данной специальности занимается эксплуатационными проверками, монтажом и наладкой устройств релейной защиты и автоматики линий электропередач всех напряжений, генераторов, трансформаторов, сборных шин и энергоблоков. Проверка и наладка защит выполняется с использованием персональных ЭВМ и ноутбуков по специальным программам. Кроме того инженер-электрик по данной специальности занимается проектированием релейных защит и автоматики оборудования электрических станций, подстанций и линий электропередач.

Основные специальные дисциплины

Овладению специальностью способствует изучение таких курсов, как:

  • Релейная защита электроэнергетических систем;
  • Автоматика энергосистем;
  • Основы проектирования устройств релейной защиты и автоматики.

Для правильного выбора и для анализа работы устройств защиты и автоматики выпускник должен знать электрооборудование и главные схемы, электрических станций и подстанций, чему способствует изучение курсов:

  • Электрическая часть станций и подстанций;
  • Технические средства диспетчерского и технологического управления (АСДУ и АСУ ТП).

Возможные сферы деятельности выпускников

Сфера деятельности выпускников:

  • занимается монтажом, наладкой и проверкой микропроцессорных, полупроводниковых и электромеханических устройств защиты и автоматики;
  • занимается проектированием и расчетами сложных релейных защит и автоматики;
  • занимается менеджментом и маркетингом в фирмах по изготовлению и продаже электротехнического оборудования.

Примеры трудоустройства выпускников

Все выпускники по специальности 140203 «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем» устраиваются на работу и подавляющее большинство по полученной специальности. Выпускники данной специальности могут работать:

  • в службах релейной защиты и автоматики Объединённых диспечерских управлений (ОДУ энергосистем Средней Волги и Самарского РДУ);
  • в электролабораториях электрических станций «Волжской территориальной генерирующей компании»: Самарская ТЭЦ, Самарская ГРЭС, Безымянская ТЭЦ, Новокуйбышевская ТЭЦ-1, Новокуйбышевская ТЭЦ-2, Сызранская ТЭЦ, Тольяттинская ТЭЦ, ТЭЦ ВАЗа и ОАО «Жигулевская ГЭС»;
  • на предприятиях по монтажу и наладке релейной защиты и автоматики, например ЗАО «ВОЛГОЭНЕРГОСЕРВИС»;
  • в службах ОАО МРСК-Волги филиал «Самарские распределительные сети» (Самарское производственное отделение, Волжское производственное отделение, Чапаевское производственное отделение, Жигулевское производственное отделение);
  • в проектных институтах и организациях, например ОАО «Инженерный центр энергетики Поволжья», ГПИ «Электропроект»;
  • ведущие предприятия по разработке и производству энергетического оборудования (ОАО «Электрощит ТМ Самара», ОАО «Таврида Электрик»; ЗАО «Шнейдер Электрик» и др.);
  • ТЭЦ и отделы главного энергетика крупных предприятий нефтеперерабатывающего комплекса (Куйбышевский НПЗ, Новокуйбышевский НПЗ, Сызранский НПЗ).

Продолжить образование возможно в аспирантуре, кафедры по направлению «Электроэнергетика».

Компании с которыми сотрудничает кафедра

Кафедра имеет договора и соглашения с ведущими предприятиями России (как энергетического, так и неэнергетического профиля) на проведение производственной практики студентов на этих предприятиях с их последующим трудоустройством. Среди них:

  • ОАО «Волжская территориальная генерирующая компания» («ВоТГК») (службы и управления компании);
  • Ремонтные предприятия ТГК и ГЭС;
  • ОАО «СО ЦДУ ЕЭС» филиал ОДУ Средней Волги, Филиал «ОАО «СО ЕЭС» Самарское РДУ;
  • ОАО завод «Самарский Электрощит».

Релейная защита и автоматика электроэнергетических систем. Э.А.Киреева, С.А.Цырук

Рассмотрены схемы, принципы действия, об области применения токовых защит и расчеты их уставок. Приведены основные сведения о дистанционных и высокочастотных защитах, защитах трансформаторов, двигателей, шин и линий. Описаны схемы и принцип действия автоматического повторного включения, автоматического включения резерва, автоматической частотной разгрузки и частотного автоматического повторного включения, а также микропроцессорных устройств защиты.

Повреждения и анормальные режимы работы в электроэнергетических системах
Принципы выполнения релейной защиты
Общие сведения о релейной защите
Максимальные токовые защиты и токовые отсечки
Токовые направленные защиты
Защита от замыканий на землю в электрических сетях
Дифференциальная, дистанционная и высокочастотные защиты линий
Защита силовых трансформаторов
Защита электродвигателей и сборных шин
Автоматическое повторное включение и автоматическое включение резерва
Автоматическая частотная разгрузка и частотное автоматическое повторное включение
Устройства резервирования при отказах выключателей
Противоаварийная автоматика
Виды и принципы управления электрическими аппаратами и сигнализацией на подстанциях
Микропроцессорные (цифровые) релейные защиты

Перечень принятых сокращений

Глава 1. Повреждения и анормальные режимы работы в электроэнергетических системах

1.1. Общие сведения

1.2. Виды повреждений

1.3. Анормальные режимы

Глава 2. Принципы выполнения релейной защиты

2.1. Общие принципы выполнения релейной защиты

2.2. Изображение реле и их контактов на принципиальных схемах релейной защиты

2.3. Общие сведения об электромеханических реле

2.4. Электромагнитные реле

2.4.1. Устройство и принцип действия электромагнитных реле

2.4.2. Токи срабатывания и возврата реле, коэффициент возврата

2.4.3. Электромагнитные реле тока

2.4.4 Электромагнитные реле напряжения

2.4.5. Промежуточные электромагнитные реле

2.4.6. Рете с герметизированными магнитоуправляемыми контактами

2.4.7. Электромагнитные указательные реле

2.4.8. Электромагнитные реле времени

2.4.9. Электромагнитные поляризованные реле

2.5. Индукционные реле

2.5.1. Принцип действия индукционных реле

2.5.2. Индукционные измерительные реле тока

2.5.3. Индукционные реле направления мощности

Глава 3. Общие сведения о релейной защите

3.1. Источники оперативного тока и их характеристика

3.1.1. Назначение источников оперативного тока

3.1.2. Постоянный оперативный ток

3.1.3. Переменный оперативный ток

3.1.4. Выпрямленный оперативный ток

3.2. Основные требования, предъявляемые к релейной защите

Глава 4. Максимальные токовые защиты и токовые отсечки

4.1. Максимальная токовая защита

4.1.1. Принцип действия и селективность МТЗ

4.1.2. Выбор тока срабатывания

4.1.3. Выбор выдержки времени

4.1.5. Согласование защит по чувствительности

4.2. Токовая отсечка

4.2.1. Назначение и принцип действия ТО

4.2.2. Мгновенные ТО на линиях с односторонним питанием

4.2.3. Мгновенные ТО на линиях с двусторонним питанием

4.2.4. ТО с выдержкой времени

4-2.5. ТО с пуском (блокировкой) по напряжению

Глава 5. Токовые направленные защиты

5.1. Назначение и принцип действия токовых направленных защит

5.2. Зона каскадного действия и мертвая зона направленных МТЗ

5.3. Ток срабатывания направленных МТЗ

5.4. Выдержки времени направленных МТЗ

5.5. Реле направления мощности

5.6. Оценка направленных МТЗ

Глава 6. Защита от замыканий на землю в электрических сетях

6.1. Назначение защит от замыканий на землю

6.2. Защита от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью

6.3. Требования к защите от однофазных замыканий на землю

6.4. Выполнение защит

6.5. Оценка токовой защиты нулевой последовательности в сети с изолированной нейтралью

6.6. Защита от однофазных коротких замыканий на землю в сети с глухозаземленной нейтралью

6.6.1. Особенности сетей с глухозаземленной нейтралью

6.6.2 Схема и принцип действия МТЗ нулевой последовательности

6.6.3. Выбор уставок МТЗ нулевой последовательности

6.6.4. Токовые направленные защиты нулевой последовательности

6.6.5. О других типах защит нулевой последовательности

6.7. Оценка токовых защит нулевой последовательности в сети с глухим заземлением нейтрали

Глава 7. Дифференциальная, дистанционная и высокочастотные защиты линий

7.1. Назначение и виды дифференциальной защиты линии

7.2. Продольная дифференциальная защита линий

7.2.1. Принцип действия защиты

7.2.2. Определение параметра срабатывания защиты

7.2.3. Выполнение продольной дифференциальной защиты линий и ее оценка

7.3. Поперечная дифференциальная защита линий

7.3.1. Принцип действия защиты

7.3.2. Токовая поперечная дифференциальная защита

7.3.3. Направленная поперечная дифференциальная защита

7.3.4. Оценка и область применения защиты

7.4. Дистанционная защита линии

7.4.1. Назначение и принцип действия дистанционной защиты

7.4.2. Выполнение и работа дистанционной защиты

7.4.3. Оценка дистанционной защиты

7.5. Высокочастотные защиты

7.5.1. Назначение и виды высокочастотных защит

7.5.2. Принцип действия направленной защиты с ВЧ-блокировкой

7.5.3. Принципы выполнения и работы высокочастотной части защиты

7.5.4. Оценка и области применения высокочастотных защит

Глава 8. Защита силовых трансформаторов

8.1. Основные виды повреждений и анормальных режимов работы трансформаторов

8.2. Защита трансформаторов от междуфазных КЗ в обмотках и на их выводах

8.2.2. Токи небаланса в дифференциальной защите трансформаторов

8.2.3. Расчет дифференциальной защиты трансформаторов

8.3. Защита трансформаторов oт внешних КЗ

8.4. Защита трансформаторов от перегрузки

8.5. Газовая защита трансформаторов

8.5.1. Назначение и принцип действия газовой защиты

8.5.2. Совершенствование конструкции газового реле

8.6. Схема защиты цехового трансформатора

Глава 9. Защита электродвигателей и сборных шин

9.1. Основные виды повреждений и анормальных режимов электродвигателей

Читайте также:  Ёмкостное сопротивление конденсатора: влияние на переменный и постоянный ток, формулы для расчета

9.2. Защита электродвигателей от междуфазных КЗ

9.3. Защита электродвигателей от перегрузки

9.4. Защита электродвигателей от понижения напряжения

9.5. Защита электродвигателей от однофазных замыканиий обмотки статора на землю

9.6. Особенности защиты синхронных электродвигателей

9.7. Защита электродвигателей напряжением до 1 кВ

9.8. Защита сборных шин

Глава 10. Автоматическое повторное включение и автоматическое включение резерва

10.1. Назначение и основные требования, предъявляемые к устройствам АПВ

10.2. Классификация и характеристика устройств АПВ

10.3. Ускорение действия релейной защиты при АПВ

10.4. Принцип действии и схемы АПВ линии

10.5. Принцип действия и схемы АПВ шин

10.6. Принцип действия и схемы АПВ двигателей

10.7. Выбор уставок однократных АПВ для линий с односторонним питанием

10.8. Назначение устройств АВР и основные требования, предъявляемые к ним

10.9. Принцип действия и схемы АВР на секционном выключателе

10.10. Принцип действия и схема АВР линии

10.11. Принцип действия и схема АВР трансформаторов

10.12. Особенности выполнения АВР при наличии синхронной нагрузки Быстродействующие АВР

Глава 11. Автоматическая частотная разгрузка и частотное автоматическое повторное включение

11.1. Назначение АЧР и основные требования, предъявляемые к устройствам АЧР

11.2. Принцип выполнения АЧР

11.3. Назначение ЧАПВ и основные требования, предъявляемые к устройствам ЧАПВ

11.4. Схемы АЧР и ЧАПВ

Глава 12. Устройства резервирования при отказах выключателей

12.1. Назначение и способы резервирования

12.2. Принципы действия и схемы УРОВ

12 3 Выбор уставок УРОВ

Глава 13. Противоаварийная автоматика

13.1. Назначение и виды устройств противоаварийной автоматики

13.2. Принципы выполнения устройств противоаварийной автоматики

13.3. Основные технические требования, предъявляемые к устройствам противоаварийной автоматики

13.4. Примеры схем устройств противоаварийной автоматики

Глава 14. Виды и принципы управления электрическими аппаратами и сигнализацией на подстанциях

14.1. Общие принципы управления электроустановками

14.2. Виды управления

14.3. Телемеханические системы

14.4. Системы ТУ-ТС

14.5. Телемеханизация и диспетчеризация

Глава 15. Микропроцессорные (цифровые) релейные защиты

15.1. Общие сведения

15.2. Характеристика основных узлов цифровых устройств РЗ

15.3. Проводные каналы связи

15.4. Обработка информации в цифровых РЗ

15.5. Программное обеспечение и измерительные органы цифровой защиты

15.6. Токовая цифровая защита

15.7. Цифровая защита от перегрузки

15.8. Цифровая токовая отсечка

15.9. Цифровая защита от междуфазных КЗ

15.10. Эксплуатация цифровых устройств релейной защиты

15.11. Оценка цифровых РЗ

Релейная защита является важнейшей и наиболее ответственной составляющей автоматики, применяемой в современных энергетических системах. Она осуществляет автоматическую ликвидацию повреждений и анормальных режимов в электрической части энергосистем, обеспечивая их надежную работу.

В настоящее время релейная защита приобретает все большее значение в связи с ростом мощностей электростанций, повышением напряжения электрических сетей. Происходит постепенный переход релейной защиты и автоматики на микропроцессорную базу.

Дальнейшее совершенствование релейной защиты и автоматики пойдет по пути более широкого использования цифровой техники. Ее преимуществом является возможность фиксации параметров, определяющих действие релейной защиты и автоматики в доаварийном и аварийном режимах, с последующей передачей сведений на пункты диспетчерской связи.

В настоящем учебнике нашли отражение классические и современные устройства релейной защиты и автоматики, которые успешно эксплуатируются в энергосистемах России.

При написании данного учебника авторы использовали свой многолетний опыт преподавания аналогичной дисциплины в Московском энергетическом институте (Техническом университете), а также свои книги и статьи по релейной защите, автоматике и телемеханике.

В учебнике освещены основные вопросы и характерные особенности релейной защиты и автоматики электроэнергетических систем и промышленных систем электроснабжения. Значительное внимание уделено микропроцессорной релейной защите и быстродействующим устройствам автоматики.

Релейная защита. Общие принципы построения

ЧТО ТАКОЕ РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ВООБЩЕ?

Ажурные опоры линий электропередачи, хитроумные переплетения проводов, фантастические конструкции подстанций и электростанций — все это яркие приметы современной электроэнергетики, выделяющие её особым своеобразием.

Потоки электрической энергии, рождаясь на электрических станциях, растекаются к городам и заводам, разделяются на ручьи и проникают в каждый дом, к каждому потребителю электрической энергии. Все элементы этой огромной системы большую часть времени работают безупречно и слаженно.

Но, какими бы надёжными не были электроэнергетические системы, в них неизбежно возникают повреждения и ненормальные режимы, которые в свою очередь могут приводить к возникновению аварий. При этом управлять электроэнергетическими системами нужно так, чтобы потребители не замечали последствий этих повреждений и нежелательных возмущающих воздействий. Из-за дефицита времени и необходимости высочайшей точности действий в этих условиях управление осуществляется автоматически с помощью устройств автоматики и релейной защиты.

При возникновении повреждения или нежелательного режима управление электрическими системами должно осуществляться по особым алгоритмам. Это необходимо, чтобы и в экстремальных условиях всё же обеспечить нормальное электроснабжение (пусть не абсолютно всех) потребителей, предотвратить развитие аварии и снизить возможные объёмы разрушения повреждённого электрооборудования.

Релейная защита — это огромная управляющая система, представляющая собой совокупность согласованно и целенаправленно действующих взаимосвязанных (разнообразных по природе) элементов и автоматических устройств [1]. Она охватывает практически все основные элементы электроэнергетической системы (крупные и мелкие), от генераторов, вырабатывающих электрическую энергию, до приёмников электрической энергии, преобразующих её в другие виды энергии.

Независимо от того, какие принципы положены в основу отдельных устройств релейной защиты для выявления повреждений, система в целом должна безошибочно находить повреждённые элементы и отделять их от исправной части электроэнергетической системы. Ключевую роль в решении этой управленческой задачи играет логика целенаправленного взаимодействия устройств и параметры их срабатывания, обеспечивающие реализацию процедур взаимодействия.

Расчёты, выполняемые с целью определения конкретных значений параметров срабатывания устройств релейной защиты, имеют в связи с этим высочайшую практическую значимость и образуют методическую базу согласования устройств релейной защиты в единой системе.

ЧТО ДОЛЖНА ЗАМЕЧАТЬ РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА?

Ненормальные режимы обычно связаны с относительно небольшими отклонениями величин напряжения, тока и (или) частоты от допустимых значений [2]. К ненормальным режимам относят перегрузки, однофазные замыкания на землю в сетях с изолированной или компенсированной нейтралью, а также понижение уровня масла в расширителе масляного трансформатора [3].

Повреждения чаще всего сопровождаются значительным увеличением тока в элементах энергосистемы и глубоким понижением напряжения. Наиболее частыми и опасными повреждениями являются короткие замыкания.

Аварии — это нарушения работы электроэнергетической системы или её части, сопровождающиеся недоотпуском электроэнергии потребителям или недопустимым ухудшением её качества, разрушением основного оборудования, возникновением угрозы здоровью и жизни людей. Ненормальные режимы создают условия для возникновения повреждений, а вовремя не выявленные повреждения могут приводить к авариям.

Релейная защита — это комплекс автоматических устройств, предназначенных для быстрого (при повреждениях) выявления и отделения от электроэнергетической системы повреждённых элементов этой системы в аварийных ситуациях с целью обеспечения нормальной работы исправной части этой системы.

КАК ОРГАНИЗОВАНА РАБОТА РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ?

Действия средств релейной защиты организованы по принципу непрерывной оценки технического состояния отдельных контролируемых элементов электроэнергетических систем. На рисунке приведена схема электрической сети, содержащей линии электропередачи разных уровней напряжения W1 — W6, трансформаторы Т1 — Т4, электродвигатель М1, предохранители F1 — F3, коммутационные аппараты и эквивалентный источник питания ЕС. Отдельные устройства релейной защиты (УРЗ), установленные на элементах электроэнергетических систем (генераторах, трансформаторах, линиях электропередачи, электродвигателях и др.), объединены в единую систему релейной защиты общей целью функционирования.

В соответствии с этим принципом отдельные устройства релейной защиты (например, УРЗ-1 — УРЗ-13) функционально связаны между собой практически только общей логикой действий. Причём каждое устройство релейной защиты для локализации повреждения может воздействовать только на коммутационные аппараты того объекта, на котором оно установлено.

Необходимо отметить, что система релейной защиты, как правило, включает в себя устройства не только разные по принципам выявления повреждений, но и разные по способам воздействия на контролируемый объект. Так, единой логике действий должны подчиняться как сложнейшие многофункциональные устройства релейной защиты, воздействующие на выключатели и другие аппараты управления, так и простейшие защитные устройства (например, предохранители), в которых функции выявления и коммутации повреждённой электрической цепи совмещены. На рисунке предохранители F1, F2, F3 показаны в цепях питания трансформаторов Т2 — Т4.

В некоторых случаях УРЗ формируют лишь световые и звуковые сигналы, а отделение повреждённого элемента от исправной части электрической сети может производиться вручную оперативным персоналом.

Согласованность действий устройств, расположенных на значительных расстояниях друг от друга, как правило, достигается за счёт определённых параметров срабатывания (без применения физических каналов связи). Эти параметры в основном определяют точность и эффективность действия всей системы релейной защиты. В свою очередь это определяет живучесть электроэнергетических систем и степень риска развития аварийных ситуаций при возникновении повреждений.

Читайте также:  Цветовое обозначение резисторов: расшифровка цветной маркировки по таблице и онлайн-калькулятором

Логические связи действуют в любых условиях и не подвержены воздействию внешних электрических и электромагнитных помех. Во многом благодаря этому свойству релейная защита имеет высочайшую степень надёжности.

КАКИМИ ОСНОВНЫМИ СВОЙСТВАМИ
ОБЛАДАЕТ РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА?

Селективность — это свойство релейной защиты, характеризующее её способность выявлять и отделять от электроэнергетической системы только повреждённые элементы. Другими словами, селективность — это избирательность действия. Средства релейной защиты могут обладать абсолютной или относительной селективностью.

Быстродействие — это свойство релейной защиты, характеризующее скорость выявления и отделения от электроэнергетической системы повреждённых элементов. Быстродействие показывает, насколько быстро средства релейной защиты реагируют на возникновение тех или иных видов повреждений.

Показателем быстродействия является время срабатывания защиты. Это интервал времени от момента возникновения повреждения до отделения от сети повреждённого элемента. Наиболее быстродействующие защиты имеют время срабатывания 0,01—0,1 с. Медленные защиты могут иметь время срабатывания до нескольких секунд.

Следует отметить, что не во всех случаях от релейной защиты требуется высокое быстродействие. При возникновении одного из ненормальных режимов обычно достаточно дать предупредительный сигнал дежурному персоналу. На энергетических объектах без постоянного дежурного персонала производится отключение неисправного оборудования, но обязательно с выдержкой времени [3].

Чувствительность — это свойство, характеризующее способность релейной защиты выявлять повреждения в конце установленной для неё зоны действия в наиболее неблагоприятном для срабатывания режиме работы электроэнергетической системы. Другими словами, защита должна чувствовать те виды повреждений и ненормальных режимов, на которые она рассчитана, в любых состояниях работы защищаемой электрической системы.

Показателем чувствительности выступает коэффициент чувствительности, который для максимальных защит (реагирующих на возрастание контролируемой величины) определяется как отношение минимально возможного значения сигнала, соответствующего отслеживаемому повреждению, к установленному на защите параметру срабатывания (уставке).

Например, коэффициент чувствительности максимальной токовой защиты, установленной на линии электропередачи, определяется как отношение значения минимального тока короткого замыкания при повреждении в конце контролируемой защитой линии к значению тока срабатывания защиты.

В ряде случаев оценивается также чувствительность к повреждениям на соседнем (следующем по отношению к источнику) защищаемом объекте (т.е. в режиме дальнего резервирования).

Надёжность — это свойство релейной защиты, характеризующее её способность действовать правильно и безотказно при всех видах повреждений и ненормальных режимов, для действия при которых данная защита предназначена, и не действовать в нормальных условиях, а также при таких повреждениях и нарушениях нормального режима, при которых действие данной защиты не предусмотрено [3]. Иными словами, надёжность — это свойство релейной защиты, характеризующее ее способность выполнять свои функции в условиях эксплуатации, ремонта, хранения и транспортировки.

Показателями надёжности выступают время безотказной работы и интенсивность отказов — количество отказов за единицу времени.

Так как неправильно действующая защита может сама служить причиной возникновения аварий, её надёжность должна быть обеспечена в достаточной мере. Например, для защит линий электропередачи предельно допустимым считается один отказ за десять лет работы, а для защит генераторов — один отказ за несколько сотен лет.

Каждое свойство, в принципе, должно рассматриваться применительно к состоянию и виду функционирования релейной защиты. Детализация свойств может быть выполнена по общепринятой форме [1] как показано в таблице. Первые три свойства, характеризующие технические свойства релейной защиты, объединяются понятием «техническое совершенство».

ЛИТЕРАТУРА

1. Федосеев А.М., Федосеев М.А. Релейная защита электроэнергетических систем: учеб. для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1992. — 528 с.
2. Чернобровов Н.В. Релейная защита: учеб. пособие для техникумов. — 5-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергия, 1974. — 680 с.
3. Беркович М.А., Молчанов В.В., Семёнов В.А., Основы техники релейной защиты. — 6-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1984. — 376 с.

Нашли ошибку? Выделите и нажмите Ctrl + Enter

Релейная защита и автоматика

Назначение релейной защиты и автоматики

Релейная защита и автоматика – это совокупность устройств, служащих для быстрого выявления и отделения (отключения) от электроэнергетической системы, поврежденных или работающих в ненормальном режиме элементов этой системы в результате короткого замыкания с целью сохранения нормальной работоспособности остальной системы в целом. Коротким замыканием будем называть любой ненормальный режим работы системы.

В ходе эксплуатации любого электроэнергетического объекта или его проектирования, большое внимание оказывается возможности возникновения ненормального режима или повреждения (к.з.). Для сведения вероятности повреждений к минимуму и их своевременному ликвидированию, приходится производить огромные расчеты и установку РЗиА.

Без релейной защиты невозможна нормальная работа всей энергосистемы.

Особенно частовстречающиеся и опасные ненормальные режимы, это междуфазные короткие замыкания и замыкания фаз на землю при глухозаземленной нейтрали[6]. В электрических машинах и трансформаторах часто возникают замыкания между витками одной фазы. Короткое замыкание ведет за собой нарушение энергоснабжения и нормальной работы системы в целом, что в свою очередь, может привести к асинхронной работе синхронных машин. Так же, губительное воздействие на поврежденный участок и не только, оказывает электродинамическое и термическое действие тока короткого замыкания.

Для предупреждения развития аварии и уменьшения последствий уже произошедшей аварии необходимо очень быстро выявлять и отключать повреждения, зачастую это необходимо сделать за доли секунды. Человек просто физически не может этого сделать, это под силу только автоматике.

Релейная защита осуществляет непрерывный контроль за всеми элементами электроэнергетической системы, реагирует на возникновение аварийного или ненормального режима и воздействует на силовые выключатели, отключающие токи к.з.

Основными органами релейной защиты являются: пусковые и измерительные органы, а так же логическая часть.

Пусковые органы непрерывно контролируют состояние и режим работы защищаемого участка цепи и реагируют на возникновение коротких замыканий и нарушения нормального режима работы. Выполняются обычно с помощью реле тока, напряжения, мощности и др. Пусковые органы иногда

Измерительные органы определяют место и характер повреждения и принимают решения о необходимости действия защиты. Измерительные органы также выполняются с помощью реле тока, напряжения, мощности и др.

Логическая часть – это схема, которая запускается пусковыми органами и, анализируя действия измерительных органов, производит предусмотренные действия (отключение выключателей, запуск других устройств, подача сигналов и пр.). Логическая часть состоит, в основном, из элементов времени (таймеров), логических элементов, промежуточных и указательных реле, дискретных входов и аналоговых выходов микропроцессорных устройств защиты.

В некоторых случаях выключатель и защита совмещаются в одном устройстве защиты и коммутации, например в виде плавкого предохранителя. подстанция автотрансформатор перенапряжение замыкание

Однофазные замыкания на землю при изолированной нейтрали не требуют столь быстрой ликвидации, так как не сопровождаются большими токами, однако считать их нормальным режимом работы нельзя. В этом случае автоматика в основном посылает предупреждающий сигнал персоналу.

Иногда в эксплуатации возникают ненормальные режимы, вызванные перегрузкой оборудования или внешними короткими замыканиями, возникающими в других элементах. При этом по неповреждённому оборудованию проходят значительные токи (сверхтоки), которые приводят к преждевременному старению изоляции, износу оборудования. Сверхтоки, вызванные внешними кз, устраняются после отключения повреждённого элемента собственной защитой. От сверхтоков перегрузки на соответствующем оборудовании должна предусматриваться защита, действующая на сигнал. При этом оперативный персонал принимает меры к разгрузке оборудования или к его отключению. При отсутствии постоянного дежурного персонала защита должна действовать на автоматическую разгрузку или отключение.

Своеобразным ненормальным режимом является режим качаний параллельно работающих синхронных электрических машин, возникающий вследствие коротких замыканий, приводящих к торможению других и синхронных машин. Качания сопровождаются повышением тока и понижением напряжения, изменения действующих значений которых имеют пульсирующий характер. При этом устройства релейной защиты не должны действовать на отключение [6]. Для восстановления нормального режима предусматривается специальная противоаварийная автоматика (ПА), которая при возникновении качаний и возможном нарушении устойчивости работы осуществляет деление системы в определённых узлах на несинхронно работающие части. Из этого следует, что одной релейной защиты недостаточно для обеспечения надёжности и бесперебойности электроснабжения.

Бесперебойная работа электроэнергетических систем обеспечивается применением ряда автоматических устройств: автоматического повторного включения (АПВ) линий, шин; автоматического ввода резерва (АВР), автоматической частотной разгрузки (АЧР); автоматического регулирования возбуждения синхронных генераторов (АРВ) и других. Работа многих из этих устройств тесно связана с работой релейной защиты; все они входят в кибернетическую систему управления при нарушениях нормальных режимов работы.

Добавить комментарий