Принципы резервирования отказа защит (дублирование, ближнее резервирование, дальнее резервирование и т.п.)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

на тему: Принципы резервирования отказа защит (дублирование, ближнее резервирование, дальнее резервирование и т.п.).

Чебоксары 2013

Содержание

автоматический резервирование релейный

Введение

1. Ближнее резервирование

2. Дальнее резервирование

3. Дублирование

Заключение

Введение

Любой элемент электрической сети, в том числе устройства релейной защиты в некоторых обстоятельствах может отказать в срабатывании. Для того, чтобы отказ защиты не привел к тяжелым последствиям, применяется ближнее и дальнее резервирование защит.

Защиты наиболее ответственных элементов электрической сети делятся на основные и резервные. К основным защитам относятся защиты, которые отключают поврежденный элемент с минимальной выдержкой времени. Как правило, основные защиты - это защиты с абсолютной селективностью.

Статистика показывает, что при автоматической ликвидации повреждений отмечаются отдельные случаи отказа в действии релейной защиты или выключателей.

Несмотря на относительную редкость таких случаев, с ними нельзя не считаться, поскольку отказ защиты или выключателя означает неотключение короткого замыкания (КЗ) со всеми вытекающими из этого последствиями (длительное прохождение токов КЗ и снижение напряжения в сети).

Подобные отказы могут вызывать тяжелые аварии, сопровождающиеся массовым повреждением оборудования (не рассчитанного на длительное прохождение сверхтоков КЗ) и нарушением электроснабжения потребителей из-за понижения напряжения и нарушения устойчивости энергосистем. Наряду с принятием мер по повышению надежности и безотказности действия релейной защиты и выключателей особо важное значение приобретает резервирование отключения повреждений в случае отказа выключателя или действующей на него защиты.

Резервирование - метод обеспечения надежности, состоящий в применении дополнительных средств и возможностей с целью сохранения работоспособности объекта при отказе одного или нескольких его элементов или нарушении связей между ними. Наиболее часто резервирование используют в тех случаях, когда другие методы (снижение интенсивности отказов элементов, улучшение ремонтопригодности) оказываются недостаточными или ими нельзя воспользоваться в полной мере из-за ограничений, возникающих при проектировании и эксплуатации систем.

Основой резервирования является введение избыточности: дополнительных элементов, времени, информации, запасов продукции, запасов производительности, алгоритмической гибкости и пр. В связи с этим по источнику и физической природе можно различать следующие виды избыточности: структурную, временную, функциональную, информационную, нагрузочную, алгоритмическую, программную, режимную. Введение избыточности еще не создает резерва и не обязательно приводит к повышению надежности. Чтобы введение избыточности приводило к резервированию, требуется выполнение ряда дополнительных условий и технических мероприятий: проведения контроля работоспособности и технического состояния аппаратуры и оборудования; установки переключателей резерва, удовлетворяющих определенным требованиям по времени срабатывания и надежности; динамического перераспределения функциональной нагрузки элементов при изменении структуры системы, обеспечения возможности распараллеливания работ в системах с параллельной структурой; включения в состав систем алгоритмов и средств реконфигурации (перестройки структуры), позволяющих организовать работоспособные ресурсы для выполнения задания.

Резервирование во всех системах связано с ростом суммарного потока отказов. Повышая нормируемый показатель надежности, оно приводит к увеличению не только стоимости изделия, габаритно-весовых характеристик, энергопотребления и некоторых других характеристик, но и к росту эксплуатационных расходов и потребления запасных элементов, увеличению обслуживающего и ремонтного персонала. Поэтому резервирование следует рассматривать как вынужденное средство повышения надежности, когда другие возможности уже исчерпаны и не позволяют обеспечить требуемый уровень надежности.

Для каждого вида техники возможности резервирования как средства повышения надежности определяются в значительной степени технической реализуемостью методов резервирования. Поэтому при проектировании должны использоваться только такие методы резервирования, техническая реализуемость которых обеспечена известными схемотехническими и технологическими решениями или может быть подтверждена опытно-конструкторскими работами в приемлемые сроки.

Существуют следующие основные виды резервирования: дублирование, ближнее и дальнее резервирование.

1. Ближнее резервирование

Ближнее резервирование применяется на ответственных элементах электрической сети, несвоевременное отключение которых может вызвать тяжелые последствия (существенные повреждения дорогостоящего оборудования, нарушение устойчивости энергосистемы, потеря питания ответственных потребителей).

Выполняется путем установки на защищаемом элементе дополнительных устройств релейной защиты, выполняемых, как правило, на принципах, отличающихся от основной защиты. Защита, действующая с минимальной выдержкой времени при всех повреждениях на защищаемом элементе, называется основной, вторая защита, которая может работать с большей выдержкой времени, - резервной. Так, например, на трансформаторах большой мощности (раздел «Устройства РЗА трансформаторов») в качестве основных защит применяются газовая и дифференциальная защиты.

В качестве резервных применяются максимальная токовая, защита обратной последовательности или дистанционная защита, защита нулевой последовательности. На линиях электропередачи напряжением 110 кВ и выше в качестве основной применяется дифференциально-фазная или продольная дифференциальная защита (раздел «Высокочастотные защиты линий электропередачи»), в качестве резервных - дистанционная и токовая направленная защита нулевой последовательности (раздел «Комплектные ступенчатые защиты линий электропередачи»).

Под ближним резервированием также понимается использование на каком-либо присоединении двух защит, взаимно резервирующих друг друга, каждая из которых обладает в зоне основного действия достаточной чувствительностью, и которые, как правило, выполнены на разных принципах. Так, высокочастотная дифференциально-фазовая защита ДФЗ-201 и резервные защиты линии панели ЭПЗ-1636 -- это две разнотипные защиты, взаимно резервирующие друг друга при КЗ на линии. А вот две защиты ДФЗ-201, установленные на одной линии, нельзя считать полноценно резервирующими друг друга, поскольку они могут быть одновременно выведенными, например, при сильном гололеде. Не может, видимо, считаться полноценной резервной защитой при повреждении в генераторе максимальная токовая или дистанционная защита генератора с временем действия 5-6 с.

В целях повышения качества ближнего резервирования целесообразно основную и резервную защиты включать на разные группы предохранителей (автоматических выключателей), на разные группы ТТ. Желательно было бы также включать основную и резервные защиты на разные группы трансформаторов напряжения, однако технические возможности такого разделения в настоящее время ограничены.

При повреждении в трансформаторах работают две защиты -- газовая и дифференциальная, чем и обеспечивается ближнее резервирование защит (естественно, что ближнее резервирование обеспечивается только при таких видах повреждения, когда обе защиты обладают достаточной чувствительностью).

В тех случаях, когда на объекте выполняется ближнее резервирование защит, одновременный отказ обеих защит маловероятен и требование к дальнему резервированию защит соответствующих присоединений возникает крайне редко.

В последнее время ряд типовых защит выполняются таким образом, что они могут быть разделены на две независимые части, каждая из которых подключена на отдельные ТТ и отдельный автоматический выключатель оперативных цепей. Так, в модернизированной панели ЭПЗ-1636 одна группа защит состоит из первых двух зон дистанционной защиты и четвертой ступени защиты от замыканий на землю, вторая группа - из междуфазной отсечки, трех ступеней защиты от замыканий на землю и третьей зоны дистанционной защиты. Такое раздельное включение групп защит выполняется на тех линиях, где рассматриваемая защита является единственной. При близком к шинам подстанции КЗ на линии и отказе комплекта с первыми ступенями обеспечивается дальнее резервирование защитами прилежащей сети; возможно также и отключение от защит второй группы панели, если их время действия меньше времени действия защит, работающих в режимах дальнего резервирования. Если же произошло КЗ в конце линии и при отказе комплекта с первыми ступенями защит чувствительность у защит дальнего резервирования недостаточная, то будут работать защиты второй половины панели, обеспечивая при этом ближнее резервирование.

Такое комбинированное проявление ближнего и дальнего резервирования повышает надежность работы сети, где на линиях устанавливается по одному комплекту защиты.

На тупиковых линиях 110 кВ согласно старым проектам часто устанавливались простые токовые защиты: одна-две ступени от замыканий на землю, междуфазная отсечка и максимальная токовая защита. В некоторых системах для повышения качеств ближнего резервирования на таких линиях дополнительно устанавливается второй комплект защит, состоящий из земляной и междуфазной отсечки и включаемый на отдельные ТТ и отдельный автоматический выключатель оперативных цепей.

При повреждении на присоединении и отказе в отключении выключателя ближнее резервирование не может обеспечить локализацию повреждения. Поэтому средства ближнего резервирования дополняются специальными устройствами резервирования отказов выключателей (УРОВ), обеспечивающими в рассматриваемом режиме отключение ближайших к отказавшему выключателей.

2. Дальнее резервирование

Вариант резервирования отказа защит или выключателей смежных участков получил наименование дальнего. Такое резервирование выполняется защитами (и отключается выключателями) не на объекте с отказавшими устройствами, а на других удаленных подстанциях. Так, при повреждении на одной из ВЛ, отходящей от подстанции ПС1 (рис. 1), с отказом ее защит или выключателя должны сработать при выполнении функций дальнего резервирования защиты и отключиться выключатели на ПС2-ПС7.

Рисунок 1 - Схема сети

Дальнее резервирование обеспечивает локализацию аварий, прекращение протекания токов КЗ и развитие повреждения оборудования, однако необходимо считаться со следующими его недостатками.

1. При отказе выключателя присоединения, отходящего от подстанции с двумя системами (секциями) шин, и включенном шиносоединительном или секционном выключателе, работа защит в режиме дальнего резервирования приводит к погашению обеих систем шин или секций и к обесточиванию всех питающихся от данной подстанции потребителей. При этом также происходит погашение отпаечных подстанций, подключенных к линиям, отходящим от подстанции с отказавшим выключателем. Так, при схеме сети, показанной на рис. 1, одновременно с обесточением шин ПС1 происходит погашение отпаечных подстанций и ПС8-ПС12.

2. В режиме дальнего резервирования устройства защиты действуют на значительном числе подстанций. Так, в изображенной на рис. 1 сети отключение происходит на шести подстанциях. Это усложняет диспетчерскую ликвидацию аварий, затрудняет сбор информации об объемах отключений, что в ряде случаев не позволяет оперативно принять нужное решение по ликвидации аварийной ситуации.

3. Дальнее резервирование осуществляется, как правило, последними ступенями защит, т.е. защитами с большими выдержками времени. Во многих случаях их чувствительность обеспечивается только в результате каскадного действия. Например, вначале имеют чувствительность к' данному виду и месту повреждения защиты только на ПС2 и ПС5, после отключения обоих выключателей увеличивается до необходимого значения ток в защите ПС4, после отключения выключателя повышается чувствительность защиты на ПС6 и т.д. В результате полное время отключения КЗ может быть больше 10-20 с. При таких временах отключения возрастает вероятность устойчивых повреждений и неуспешных АПВ с обесточением большого числа потребителей. Даже при неустойчивых повреждениях АПВ большинства присоединений будет неуспешным, поскольку при выборе времени срабатывания АПВ обычно не учитывается столь длительное существование режима КЗ.

4. В ряде случаев при повреждении в конце линии и отказе ее защит или выключателя чувствительность защит в режимах дальнего резервирования вообще не обеспечивается. В первую очередь это касается чувствительности дистанционных защит к междуфазным КЗ на линиях, примыкающих к мощным подстанциям; не резервируются также КЗ за трансформаторами подстанций.

5. При действии защит в режимах дальнего резервирования, когда отключается большое количество выключателей отказ одного из выключателей или одной из защит на противоположном конце (в дальнейшем будем называть такие отказы сопутствующими), создает еще более тяжелые условия для работы смежных устройств релейной защиты. Применительно к рис. 1 при сопутствующем отказе выключателя на ПС7 обеспечить чувствительность защит на ПС13, ПС14 иПС15, как правило, невозможно.

Для повышения чувствительности защит при их работе в режимах дальнего резервирования дополнительно на шиносоединительных (ШСВ) и секционных (СВ) выключателях устанавливаются специальные комплекты защит. Если таким комплектом защиты обеспечить отключение ШСВ, то одна из систем шин, а вместе с ней ряд линий и подстанций отделяются от поврежденного участка системы. В присоединениях, подключенных к другой системе шин с неотключившимся поврежденным элементом, возрастают токи КЗ, повышается чувствительность защит, обеспечивающих дальнее резервирование.

3. Дублирование

Кратность резерва - отношение числа резервных элементов к числу резервируемых, которое выражается несокращаемой дробью. В частности, в соответствии с ГОСТ 27.00289 кратность резерва 3:2 нельзя представлять как 1,5, и иногда используемый термин «полуторное резервирование» не соответствует стандарту. При сокращении дроби исчезает важная информация об общем количестве элементов в системе. Дублированием называют резервирование с кратностью резерва один к одному.

Введение в структуру дополнительных элементов или средств может быть выполнено различными способами. Простейшим способом структурного резервирования является дублирование, когда параллельно основному включается резервный объект.

Дублирование: оно находит применение и в технических, и в человеко-машинных системах. Например, два оператора одновременно и независимо друг от друга преобразовывают поступающую к ним одинаковую информацию Iвх. В такую систему включаются средства, выполняющие функции сравнения реакций операторов. В случае несовпадения реакций операторов орган сравнения сигнализирует об этом, и реакция операторов блокируется. Дублирование операторов обеспечивает резкое снижение ошибочных действий. Если обозначить через Qi вероятность ошибки i-го вида в действии оператора, то вероятность единственной ошибки, допускаемой двумя операторами одновременно, определится вероятностью совмещения событий, то есть Qoi = Q2i.

Основным параметром резервирования является его кратность: отношение числа резервных соединений m к числу основных k

h = m / k.

По способу введения резервных соединений резервирование делится на общее и раздельное (поэлементное). Общий резерв характеризуется тем, что резервируется весь объект в целом, а раздельный - резервирование отдельных звеньев или элементов.

Резервное соединение может работать одновременно с основным или включаться в работу после отказа основного. Поэтому по способу включения резервных соединений в работу резервирование делится на нагруженное, облегченное и ненагруженное.

Нагруженный резерв содержит одно или несколько резервных соединений, которые работают в режиме основного соединения.

Облегченный резерв содержит одно или несколько резервных соединений, но менее нагруженных, чем основное.

Ненагруженный резерв содержит одно или несколько резервных соединений, которые не выполняют свои функции до момента их переключения в работу в качестве основного соединения.

В зависимости от способа введения резервных соединений и их включения в работу, резервные соединения могут образовывать комбинации перечисленных способов.

Заключение

Таким образом, все приведенные методы резервирования отказа защит имеют воплощение в устройствах для резервировании отказа выключателя - УРОВ. УРОВ предназначено для ликвидации повреждения,сопровождающегося отказом выключателя (или выключателей). УРОВ также должно действовать при к.з. в зоне между выносными ТТ и выключателем.

УРОВ применяется в сетях 110,220,330кВ и выше, когда из-за особенностей конструктивного выполнения выключателей (преимущественно воздушных и масляных с пофазным приводом) приходится считаться с их отказами в отключении одной, двумя и даже тремя фазами.

УРОВ действует с небольшой выдержкой времени (0,2-0,25 сек для присоединений 330,750 кВ и 0,3- 0,35 сек для присоединений 110-220кВ) на отключение ближайших к отказавшему выключателей присоединений, обеспечивая ликвидацию аварии с минимальными потерями для системы.

В энергосистеме эксплуатируются следующие типы схем УРОВ:

- централизованный УРОВ для выключателей 110-220кВ, являющийся общим для всех выключателей одного напряжения на подстанции;

- индивидуальный УРОВ для двух выключателей линии 330кВ;

- индивидуальный УРОВ для каждого выключателя 330-750кВ.

В общем случае УРОВ действует в следующих направлениях:

При коротком замыкании на одном из отходящих от данной системы (секции) шин присоединений и отказе в отключении его выключателя - на отключение данной системы (секции) шин через

выходные промежуточные реле избирательных органов дифференциальной токовой защиты данной системы (секции) шин.

При коротком замыкании на шинах и отказе в отключении шиносоединительного (секционного) выключателя на отключение второй неповрежденной системы (секции) шин.

При коротком замыкании на шинах и отказе в отключении выключателя трансформатора (автотрансформатора) или блока со стороны рассматриваемых шин -- на отключение этого трансформатора (автотрансформатора) или блока его выключателями с низкой стороны, со стороны питания).

При коротком замыкании на шинах и отказе в отключении выключателя питающей линии, оборудованной высокочастотной защитой -- на останов высокочастотного передатчика указанной линии с целью ускорения отключения повреждения с противоположной стороны.

Использованная литература

1. Электромонтажные устройства и изделия: Справочник / АООТ ЦПКБ "Электромонтаж" - 4-е издание, переработанное и дополненное - М.: ИНПА, 1999

2. Крюков К.П., Новгородцев Б.П.: Конструкции и механический расчет линий электропередачи. 2-е издание , переработанное и дополненное. - Л.: Энергия, Ленинградское отделение, 1979

3. Голубев М.Л.: Защита вторичных цепей от коротких замыканий. - М.: Энергоиздат, 1982

4. С.И.Лезнов, А.Л.Фаерман, Л.Н.Махлина.: Устройство и обслуживание вторичных цепей электроустановок. 2-е издание, переработанное и дополненное. - М.: Энергоатомиздат, 1986

5. Нефедова Н.В., Каменев П.М., Большунова О.М.: Карманный справочник по электронике и электротехнике. Издание третье. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2008

Размещено на Allbest.ru