Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА ЭЛЕМЕНТОВ
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Ни один из элементов электроэнергетической системы (генератор, трансформатор, линия электропередачи, сборные шины и др.) не обладает абсолютной надёжностью.
Во время эксплуатации возникают повреждения элементов, наиболее опасные из них короткие замыкания (КЗ).
Режим КЗ опасен для энергосистемы: устойчивая работа энергосистемы может быть нарушена, из-за существенного искажения параметров режима энергосистемы потребители электроэнергии теряют электропитание, токи КЗ разрушают повредившийся элемент энергосистемы.
Назначением релейной защиты (РЗА) является выявление повреждённого элемента и быстрое отключение его от энергосистемы с помощью выключателя.
Основные характеристики устройств РЗ:
селективность — способность устройства РЗ выявить и отключить именно повреждённый элемент энергосистемы, хотя при наличии короткого замыкания нарушается нормальная работа многих элементов энергосистемы;
быстродействие — способность релейной защиты в кратчайший промежуток времени выявить и отключить повреждённый элемент энергосистемы;
чувствительность — способность устройства релейной защиты чётко отличать режим КЗ любого вида (трёхфазное, двухфазное, однофазное короткое замыкание) от всевозможных режимов работы защищаемого объекта при отсутствии КЗ;
надёжность — отсутствие отказов или ложных срабатываний релейной защиты, что обеспечивается как функциональной, так и аппаратной надёжностью устройства защиты.
Устройства РЗ реагируют на значения параметров режима защищаемого объекта (ток, напряжение, направление мощности и др.).
По способу обеспечения селективности устройства релейной защиты подразделяются на две группы: с относительной селективностью и с абсолютной селективностью.
Селективность защит первой группы обеспечивается выбором значений параметров срабатывания (уставок) защиты, а селективность защит второй группы обеспечивается принципом их действия, т.е. защиты с абсолютной селективностью по принципу своего действия не реагируют на внешние по отношению к защищаемому объекту КЗ.
К защитам с относительной селективностью относятся в основном токовые и дистанционные защиты, а к защитам абсолютной селективностью продольные и поперечные дифференциальные защиты, направленные защиты с высокочастотной блокировкой, дифференциально-фазные защиты, а также защиты, реагирующие на неэлектрические параметры (газовая защита трансформатора).
Любое устройство релейной защиты содержит, как правило, три составные части: измерительную, логическую и исполнительную. В состав измерительной части может входить один или несколько пусковых органов.
Назначением измерительной части защиты является сравнение текущих значений параметров режима защищаемого объекта с заданными значениями, при которых защита должна срабатывать, т.е. с уставкой.
В зависимости от вида РЗ такими параметрами могут быть ток, напряжение, направление мощности, отношение напряжения к току, т.е. сопротивление, и др.
Если защита должна срабатывать при значениях параметра режима бóльших уставки, она называется максимальной, а если при значениях параметра меньших уставки — минимальной.
При КЗ на защищаемом объекте ток увеличивается, напряжение снижается, изменяется фазовый сдвиг между током и напряжением, нарушается симметрия токов и напряжений.
Эту информацию измерительная часть защиты получает от измерительных преобразователей (трансформатора тока ТА и трансформатора напряжения TV), изолирующих устройство релейной защиты от высокого напряжения на защищаемом объекте.
Измерительная часть защиты обрабатывает входную информацию.
В том случае, когда контролируемые параметры выходят за установленные пределы, пусковые органы измерительной части защиты выдают сигналы в логическую часть, реализующую логику действия защиты.
Сигнал на отключение объекта от энергосистемы поступает в исполнительную часть защиты, формирующую управляющее воздействие на выключатель (или выключатели) Q, отключающий повреждённый объект от источников питания.
Измерительные трансформаторы тока и трансформаторы напряжения, от которых устройство релейной защиты получает информацию о параметрах режима защищаемого объекта, должны иметь погрешность преобразования значений тока и напряжения защищаемого объекта в их вторичные значения, поступающие в измерительную часть защиты, не превышающую в условиях срабатывания защиты 10 %.
Наиболее простой является максимальная токовая защита (МТЗ).
МТЗ отличает режим КЗ от рабочего режима по значению тока, проходящего в защищаемом объекте, а селективность защиты обеспечивается выбором времени её срабатывания.
Максимальная токовая защита получила широкое распространение в радиальных электрических сетях с односторонним питанием напряжением до 110 кВ
Трансформаторы тока, к которым подключены токовые измерительные органы защиты, установлены в начале защищаемой линии.
При коротком замыкании в точке К ток КЗ проходит по линиям АБ, БВ и ВГ, что приводит к срабатыванию токовых измерительных органов защит.
Для обеспечения отключения только поврежденной линии на последовательно расположенных защитах устанавливается время срабатывания защиты, возрастающее по мере приближения к источнику питания, т.е.
Таким образом, при КЗ в точке К сработает РЗ линии ВГ и отключит выключатель .
Время срабатывания защит смежных участков сети отличается на ступень селективности (0,3—1с), учитывающую с некоторым запасом время отключения выключателя, т.е.
Чувствительность защиты оценивается коэффициентом чувствительности ( ), равным отношению минимального тока КЗ к току срабатывания защиты.
Коэффициент чувствительности определяется при КЗ в конце защищаемой линии.
Считается, что защита обладает достаточной чувствительностью, если = 2. Максимальная токовая защита, как правило, имеет хорошую чувствительность; её недостатком является относительно большое время срабатывания.
Токовая отсечка, как и максимальная токовая защита, реагирует на увеличение тока в защищаемом объекте.
Однако селективность токовой отсечки обеспечивается не выбором времени срабатывания защиты, а выбором тока срабатывания.
Ток срабатывания токовой отсечки отстраивается от максимального значения тока внешнего короткого замыкания.
Зависимость тока короткого замыкания от удалённости точки короткого замыкания К1 от шин питающей энергосистемы А.
Токи срабатывания токовых отсечек линий АБ и БВ отстраиваются от токов КЗ на шинах приёмных подстанций.
Чувствительность токовой отсечки оценивается длиной защищаемого участка линии, при коротком замыкании, на котором , т.е. токовая отсечка защищает не всю длину линии.
Таким образом, достоинства и недостатки токовой отсечки и максимальной токовой защиты противоположны.
Токовая отсечка не имеет выдержки времени, но не чувствительна к коротким замыканиям в конце линии, а максимальная токовая защита обладает хорошей чувствительностью, но имеет значительное время срабатывания.
Поэтому их целесообразно использовать совместно.
Токовая направленная защита. В радиальной сети с несколькими источниками питания, а также в кольцевой сети с одним источником питания, максимальная токовая защита не может быть использована, так как обеспечить селективность этой защиты путём выбора времени срабатывания оказывается невозможным.
При коротком замыкании на линии БВ (К1) время срабатывания защиты 2 должно быть больше времени срабатывания защиты 3, а при коротком замыкании на линии АБ (К2) для селективного отключения поврежденного объекта защита 2 должна срабатывать раньше защиты 3.
Максимальная токовая защита в такой сети может быть селективной только при наличии, кроме измерительного органа тока, органа направления мощности, который разрешает защите срабатывать только при направлении мощности короткого замыкания от шин в линию.
Наличие органа направления мощности подразделяет защиты сети на две группы — нечётную (1, 3, 5) и чётную ( 2, 4, 6). Селективность защиты будет обеспечена, если и .
Основным недостатком токовых защит является зависимость зоны их действия от тока КЗ, что не позволяет в ряде случаев иметь достаточную чувствительность токовой защиты, особенно быстродействующих её ступеней.
Кроме того, в сложных замкнутых сетях селективность токовых защит не может быть обеспечена.
Дистанционная защита реагирует на отношение подведенных к измерительному органу защиты напряжения и тока, т.е. на сопротивление.
Режим КЗ отличается от нормального режима работы сети пониженным значением напряжения и повышенным значением тока. Следовательно, сопротивление на входе измерительного органа защиты при КЗ меньше, чем в нормальном режиме.
Это обстоятельство и используется для выявления КЗ.
Таким образом, дистанционная защита представляет собой защиту минимального сопротивления.
Если на вход измерительного органа минимального сопротивления подаётся напряжение замкнувшейся фазы и ток этой фазы, то сопротивление на входе измерительного органа оказывается равным сопротивлению линии от места установки защиты до места КЗ: , где — удельное сопротивление линии; — расстояние до места КЗ.
Так как — величина постоянная, защита реагирует на расстояние до места короткого замыкания, что и обусловило её название.
Сопротивление на входе измерительного органа защиты представляет собой комплексную величину. Сопротивление на входе защиты в комплексной плоскости при коротком замыкании в точке К1 есть вектор БК1, сопротивление линии БВ и суммарное сопротивление линий БВ и ВГ — векторы БВ и БГ, а сопротивление до точки К2 и линии АБ — векторы БК2 и БА.
Сопротивление на входе защиты в рабочем режиме работы электрической сети отображается вектором сопротивления нагрузки, получающей питание по защищаемой линии ( ).
Этот вектор отличается от вектора сопротивления КЗ не только по величине, но и по фазе, так как коэффициент мощности нагрузки = 0,8—0,95.
С целью повышения чувствительности защиты, т.е. наилучшей отстройки защиты как от внешних КЗ, так и от режима нагрузки, используются реле сопротивления с различными характеристиками срабатывания
Характеристики а и б имеют соответственно ненаправленное и направленное реле полного сопротивления.
Характеристика в позволяет обеспечить чувствительность защиты при коротком замыкании через переходное сопротивление, а характеристика г — оптимальным образом отстроить защиту от сопротивления нагрузки.
Дистанционная защита выполняется, как правило, трёхступенчатой.
Первая ступень не имеет выдержки времени, а сопротивление срабатывания принимается несколько меньшим сопротивления защищаемой линии.
Сопротивления срабатывания вторых ступеней защит отстраиваются от суммарного сопротивления защищаемой линии и сопротивления срабатывания первой ступени защиты смежной линии, а также от короткого замыкания за трансформатором приёмной подстанции.
Назначением третьей ступени защиты является резервирование отказов защит и выключателей смежных элементов электрической сети. Сопротивление срабатывания третьей ступени определяется по условию обеспечения чувствительности при КЗ в конце смежной линии и за трансформатором приёмной подстанции, а также по условию возврата защиты в исходное состояние после отключения внешнего короткого замыкания.
Дистанционная защита может сработать ложно при качаниях в энергосистеме, а также при неисправностях в цепях трансформатора напряжения, приводящих к снижению напряжения на входе измерительного органа защиты.
Поэтому в комплект дистанционной защиты обычно входит устройство блокировки защиты при качаниях и неисправностях в цепях напряжения.
Дистанционная защита по сравнению с токовыми защитами обладает большей чувствительностью, имеет стабильную зону действия, однако она значительно более дорогая и технически сложная.