Релейная защита

Размещено на http://allbest.ru

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Основные виды защит

1.1 Дифференциальная защита

1.1.1 Продольная дифференциальная защита

1.1.2 Поперечная дифференциальная защита

1.2 Дуговая защита

1.2.1 Процессы при замыкании

1.2.2 Регистрация электрической дуги

1.2.3 Дуговая защита шин

2. Требования предъявляемые к релейной защите

2.1 Селективность

2.2 Быстродействие

2.3 Чувствительность

2.4 Надёжность

3. Основные органы релейной защиты

3.1 Пусковые органы

3.2 Измерительные органы

3.3 Логическая часть

4. Эксплуатация релейной защиты и автоматики



ВВЕДЕНИЕ

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

Действия средств релейной защиты организованы по принципу непрерывной оценки технического состояния отдельных контролируемых элементов электроэнергетических систем.

Релейная защита (РЗ) осуществляет непрерывный контроль состояния всех элементов электроэнергетической системы и реагирует на возникновение повреждений и ненормальных режимов. При возникновении повреждений РЗ должна выявить повреждённый участок и отключить его от ЭЭС, воздействуя на специальные силовые выключатели, предназначенные для размыкания токов повреждения (короткого замыкания).

Релейная защита является основным видом электрической автоматики, без которой невозможна нормальная работа энергосистем.

Современные устройства защиты могут строиться на схеме, включающей в себя программируемый (микро)контроллер.



1. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ЗАЩИТ

1.1 Дифференциальная защита

Дифференциальная защита -- один из видов релейной защиты, отличающийся абсолютной селективностью и выполняющийся быстродействующей (без искусственной выдержки времени). Применяется для защиты трансформаторов, автотрансформаторов, генераторов, генераторных блоков, двигателей, воздушных линий электропередачи и сборных шин (ошиновок). Различают продольную и поперечную дифференциальные защиты.

1.1.1 Продольная дифференциальная защита

Принцип действия. Принцип действия продольной дифференциальной защиты основан на сравнении токов фаз, протекающих через участки между защищаемым участком линии (или защищаемом аппаратом). Для измерения значения силы тока на концах защищаемого участка используются трансформаторы тока (TA1, TA2). Вторичные цепи этих трансформаторов соединяются с токовым реле (KA) таким образом, чтобы на обмотку реле попадала разница токов от первого и второго трансформаторов.

Рисунок 1 - «Дифференциальная защита силового трансформатора»



В нормальном режиме значения величины силы тока вычитаются друг из друга, и в идеальном случае ток в цепи обмотки токового реле будет равен нулю. В случае возникновения короткого замыкания на защищаемом участке, на обмотку токового реле поступит уже не разность, а сумма токов, что заставит реле замкнуть свои контакты, выдав команду на отключение поврежденного участка.

В реальном случае через обмотку токового реле всегда будет протекать ток отличный от нуля, называемый током небаланса. Наличие тока небаланса объясняется рядом факторов:

· Трансформаторы тока имеют недостаточно идентичные друг другу характеристики. Чтобы снизить влияние этого фактора, трансформаторы тока, предназначенные для дифференциальной защиты, изготавливают и поставляют попарно, подгоняя их друг к другу ещё на стадии производства. Кроме того, при использовании дифференциальной защиты, например, трансформатора, у измерительных трансформаторов тока изменяют число витков, в соответствии с коэффициентом трансформации защищаемого трансформатора.

· Некоторое влияние на возникновение тока небаланса может оказывать намагничивающий ток, возникающий в обмотках защищаемого трансформатора. В нормальном режиме этот ток может достигать 5 % от номинального. При некоторых переходных процессах, например при включении трансформатора с холостого хода под нагрузку, ток намагничивания на короткое время может в несколько раз превышать номинальный ток. Для того, чтобы учесть влияние намагничивающего тока, ток срабатывания реле принимают большим, чем максимальное значение намагничивающего тока.

· Неодинаковое соединение обмоток первичной и вторичной стороны защищаемого трансформатора (например, при соединении обмоток Y/Д) так же влияет на возникновение тока небаланса. В данном случае во вторичной цепи защищаемого трансформатора вектор тока будет смещён относительно тока в первичной цепи на 30°. Подобрать такое число витков у трансформаторов тока, которое позволило бы компенсировать эту разницу, невозможно. В этом случае угловой сдвиг компенсируют с помощью соединения обмоток: на стороне звезды обмотки трансформаторов тока соединяют треугольником, а на стороне треугольника соответственно звездой.

Следует отметить, что современные микропроцессорные устройства защиты способны учитывать эту разницу самостоятельно, и при их использовании, как правило, вторичные обмотки измерительных трансформаторов тока соединяют звездой на обоих концах защищаемого участка, указав это в настройках устройства защиты.

Рисунок 2 - «Дифференциальная защита трёхфазного трансформатора, обмотки которого соединены по схеме Y/Д»

Область применения. Дифференциальная защита устанавливается в качестве основной для защиты трансформаторов и автотрансформаторов. Одним из недостатков такой защиты является сложность её исполнения: в частности, требуется наличие надёжной, помехозащищённой линии связи между двумя участками, на которых установлены трансформаторы тока. В связи с этим, дифференциальную защиту применяют для защиты одиночно работающих трансформаторов и автотрансформаторов мощностью 6300 кВА и выше, параллельно работающих трансформаторов и автотрансформаторов мощностью 4000 кВА и выше и на трансформаторах мощностью 1000 кВА и выше, если токовая отсечка не позволяет добиться необходимой чувствительности при коротком замыкании на выводах высокого напряжения, а максимальная токовая защита имеет выдержку времени более, чем 0,5 с.

1.1.2 Поперечная дифференциальная защита

Принцип действия. Принцип действия поперечной дифференциальной защиты так же заключается в сравнении значений токов, но в отличие от продольной, трансформаторы тока устанавливаются не на разных концах защищаемого участка, а на разных линиях, отходящих от одного источника (например, на параллельных кабелях, отходящих от одного выключателя). Если произошло внешнее короткое замыкание, то данная защита его не почувствует, так как разность значений силы тока, измеряемых на этих линиях, будет практически равна нулю. В случае же короткого замыкания непосредственно на одном из защищаемых кабелей разница токов не будет равняться нулю, что даст основание для срабатывания защиты.

Область применения. Данная защита устанавливается на ВЛ. Защита выбирает и отключает только одну поврежденную линию.

Защита состоит из пускового органа (токовое реле), которое включается также, как и в продольной дифференциальной защите с участка направления мощности, включенного на разность токов защищаемых линий и на напряжение шин подстанции.

Оперативный ток подается на реле защиты через последовательное соединение вспомогательных контактов защищаемых линий для того, чтобы защита автоматически выводилась из действия при отключении одной из линий, во избежание её не селективного действия при внешнем КЗ.

Значение и знак вращающего момента у реле направления мощности зависит от значения тока, напряжения и угла между ними.

При КЗ на линии 1 ток в линии 1 будет больше тока в линии 2, поэтому их разность, то есть ток в реле, будет иметь такое же направление, как и ток в линии 1. Реле направления мощности замкнет контакт KW1 и защита отключит поврежденную линию 1.

При повреждении на линии 2 ток в ней будет больше тока в линии 1, и ток в реле изменит направление на противоположное. Замкнется контакт KW2 и защита отключит поврежденную линию 2.

1.2 Дуговая защита

Дуговая защита (ДЗ) - подвид быстродействующей защиты от короткого замыкания (КЗ), основанный на предупреждении появления вспышки от электрической дуги. Самым распространенным видом являются междуфазные замыкания и замыкания на землю. Явление сопровождается:

1) переходными процессами;

2) импульсными перенапряжениями;

3) бросками тока;

4) выделением большого количества тепловой энергии.

1.2.1 Процессы при замыкании

Процессы при замыкании зависят от образующейся величины электротока и времени его действия. Большие значения токов характеризуются сильным перегревом. Степень урона зависит также от состояния самого оборудования: качества изоляции, коэффициента изношенности.

* Перенапряжение вызывает короткие замыкания.

* Дуга сокращает срок службы ОПН, т.к. защита срабатывает на протяжении всего времени существования дуги, оборудование подвергается перегреву.

* Внутренние КЗ КРУ 6-10 кВ, образованные электрической дугой, представляют большую опасность, вызывая нагрев оборудования до значений в 1200 градусов.

* Процесс характеризуется постоянным присутствием импульсных перенапряжений. Поэтому практически всегда сопровождается выгоранием кабельных линий и расплавлением металлических элементов электрооборудования.

* При отсутствии современных устройств защиты в камерах КРУ последствия дуги могут быть высокой степени тяжести: от повреждения изоляции до полного разрушения электрооборудования.

1.2.2 Регистрация электрической дуги

Датчик дуговой защиты _ устройство, предназначенное для фиксирования вспышки электродуги и передачи на другие электроаппараты информации с целью предотвращения негативных ее последствий.

Способы фиксирования электрической дуги:

1) фиксация и сравнение величины температуры и давления внутри камеры КРУ;

2) сравнение параметров электрических цепей;

3) регистрация изменения яркости световых потоков, вызванных появлением электродуги.

1.2.3 Дуговая защита шин

Дуговая защита шин выполняется в камерах КРУ 6-10 кВ для защиты ошиновки и сборных шин. Предназначена для устройств с полностью закрытыми токоведущими частями.

Работа осуществляется в двух направлениях:

1) фиксирование световых вспышек;

2) механическое воздействие дуги.

Принципы построения дуговых опто-волоконных систем ЗДЗ:

* Централизованные системы применяют для предохранения целых секций КРУ. При возникновении дуги отключает все камеры без выбора зоны повреждения. В основе действия используют фоторегистраторы.

* Индивидуальная. Позволяет защитить каждую камеру.

Особенности построения схем:

* Дуговая защита должна обеспечить селективность выявления электродуговых КЗ в отсеках КРУ.

* Применение КРУ с вакуумными выключателями обеспечивает возможность выявления неисправности и аварийного отключения камеры.

* Защитные мероприятия должны выбираться с учетом особенностей оборудования: типа камеры, входящих в состав отключающих аппаратов, ТТ, системы шин, ТН. Правильный подход к системе защиты обеспечит ее максимальную эффективность.

Волоконно-оптическая ЗДЗ. Основана на фиксации световых вспышек электродуги. Устройства содержат волоконно-оптические датчики.

Расположение защиты в КРУ:

* кабельный отсек;

* выкатной элемент;

* отсек ввода.

Регистрация электродуги происходит во всех элементах системы одновременно.

Отключение выключателей происходит при наличии двух факторов:

1) сигнала на всех датчиках;

2) сигнала пуска максимальной токовой защиты.

Датчики выделяют двух типов:

1) датчики с фиксацией торцевой поверхностью, позволяют более точно определить наличие электродуги;

2) распределительные - одним кабелем охватывают несколько контрольных точек фиксации вспышек.

Преимущества защиты:

1) низкая стоимость прибора, монтажа и наладки;

2) быстродействие;

3) применение диэлектрических материалов в конструкции датчиков;

4) нечувствительность к электромагнитным помехам.

Фототиристорная ЗДЗ. В качестве фиксатора явления используют фототиристоры, которые реагируют на яркость света.

Защита клапанного типа. Позволяет предохранять электрооборудование от дуговых КЗ. Основана на физических процессах, происходящих при дуговом КЗ: вспышки света, увеличение давления воздуха внутри камеры КРУ. В качестве датчиков, данная ЗДЗ использует разгрузочные клапаны с путевыми выключателями. ЗДЗ устанавливается в отсеках камер.

Дуговая защита мембранная. Действие основано на способности мембранного выключателя фиксировать изменения величины давления электродуги.

Состав:

* гибкие трубки;

* вентили обратного давления;

* мембранный выключатель.

Принцип действия заключается в том, что к ячейкам КРУ подводится трубка. Все трубки объединяют между собой и совмещают с выключателем.



2. ТРЕБОВАНИЯ ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЕ

2.1 Селективность

Селективность -- свойство релейной защиты, характеризующее способность выявлять именно поврежденный элемент электроэнергетической системы и отключать этот элемент от исправной части электроэнергетической системы (ЭЭС). Защита может иметь абсолютную или относительную селективность.

Защиты с абсолютной селективностью действуют принципиально только при повреждениях в их зоне. Защиты с относительной селективностью могут действовать при повреждениях не только в своей, но и в соседней зоне. А селективность отключения поврежденного элемента ЭЭС при этом обеспечивается дополнительными средствами (например, выдержкой времени срабатывания).

2.2 Быстродействие

Быстродействие -- это свойство релейной защиты, характеризующее скорость выявления и отделения от электроэнергетической системы повреждённых элементов. Показателем быстродействия является время срабатывания защиты -- это интервал времени от момента возникновения повреждения до момента отделения от сети повреждённого элемента.

2.3 Чувствительность

Чувствительность -- это свойство, характеризующее способность релейной защиты выявлять повреждения в конце установленной для неё зоны действия в минимальном режиме работы энергосистемы. Другими словами -- это способность 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).

2.4 Надежность

Надежность -- это свойство, характеризующее способность релейной защиты действовать правильно и безотказно во всех режимах контролируемого объекта 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. автоматика защита трансформатор электрический

Иными словами, надежность -- это свойство релейной защиты, характеризующее её способность выполнять свои функции в любых условиях эксплуатации. Основные показатели надёжности -- время безотказной работы и интенсивность отказов (количество отказов за единицу времени).



3. ОСНОВНЫЕ ОРГАНЫ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ

3.1 Пусковые органы

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.

3.2 Измерительные органы

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. Функции пускового и измерительного органа могут быть объединены в одном органе.

3.3 Логическая часть

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.

Пример логической части релейной защиты. Катушка реле тока K1 (контакты А1 и А2) включена последовательно со вторичной обмоткой трансформатора тока ТА. При коротком замыкании, на участке цепи, в котором установлен трансформатор тока, возрастает сила тока, и пропорционально ей возрастает сила тока во вторичной цепи трансформатора тока.

При достижении силой тока значения уставки реле K1, оно сработает и замкнёт рабочие контакты (11 и 12). Цепь между шинами +EC и -EC замкнётся, и запитает сигнальную лампу HLW.

Данная схема приведена как простой пример. В эксплуатации используются более сложные логические схемы.



4. ЭКСПЛУАТАЦИЯ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ

Для обеспечения надежной и экономичной работы энергосистем и энергетического оборудования, а также бесперебойного электроснабжения потребителей в электросетевых организациях проводится комплекс организационно-технических мероприятий по оснащению, эксплуатации и поддержанию на высоком техническом уровне устройств релейной защиты, электроавтоматики, дистанционного управления и сигнализации, сокращенно именуемых устройствами РЗА.

В России эта деятельность регулируется отраслевыми нормативно-техническими документами, основными из которых являются:

· Правила устройства электроустановок (ПУЭ)

· РД 153-34.0-04.418-98 «Типовое положение о службах релейной защиты и электроавтоматики»

Для осуществления указанного комплекса мероприятий на всех уровнях управления электроэнергетики России в соответствующих организациях создаются службы релейной защиты, автоматики и измерений (служба РЗА -- СРЗА, служба РЗАИ -- СРЗАИ), в подразделениях нижнего уровня (производственные отделения, предприятия электрических сетей (ПЭС)) -- местные службы РЗАИ (МС РЗАИ), на электростанциях и каскадах ГЭС -- службы РЗАИ или электротехнические лаборатории (ЭТЛ).

Размещено на Allbest.ru

...