1.5. Основные требования, предъявляемые к устройствам релейной защиты

Требования к РЗ от повреждений и к РЗ, реагирующей на ненормальные режимы, имеют некоторые различия, поэтому они рассматриваются раздельно [1, 10].

Требования к защите от повреждений. Защита от поврежде­ний должна удовлетворять четырем основным требованиям: действовать селективно, быстро, обладать необходимой чувствительностью к повреждениям и надежно выполнять свои функции.

Селективность. Селективностью, или избирательностью, РЗ называется ее способность отключать только поврежденный участок сети. Так, при КЗ в точке К1 (рис.1.11) РЗ должна отключать поврежденную ЛЭП выключателем Q2, ближайшим к месту повреждения. При таком действии РЗ электроснабжение всех потребителей, кроме питавшихся от поврежденной ЛЭП, сохраняется. В случае КЗ в точке K2 при селективном действии РЗ должна отключаться поврежденная ЛЭП W1, а ЛЭП W2 оставаться в работе. При этом все потребители сохраняют питание. Селективность РЗ является обязательным требованием, отступление от него попускается только для обеспечения быстродействия, когда неселективное отключение не влечет за собой опасных последствий.

Б ыстрота действия. Отключение КЗ должно производиться с возможно большей быстротой для ограничения размеров разрушения в месте повреждения, обеспечения термической стойкости оборудования, кабельных и воздушных ЛЭП, повышения эффективности АПВ ЛЭП и сборных шин, уменьшения влияния снижения напряжения на работу потребителей и сохранения устойчивости параллельной работы генераторов электростанций.

Допустимое время отключения КЗ по условию сохранения устойчивости зависит от длительности и глубины снижения напряжения, характеризуемой значением остаточного напряжения на шинах ЭС и узловых ПС, связывающих электростанции с ЭЭС. Чем меньше остаточное напряжение, тем вероятнее нарушение устойчивости и, следовательно, тем быстрее нужно отключать КЗ. Наиболее тяжелыми по условиям устойчивости являются трехфазные КЗ и двухфазные КЗ на землю в сети с глухозаземленной нейтралью (см. рис.1.2, а и г).

Для сохранения устойчивости энергосистем требуется весьма малое время отключения КЗ. На ЛЭП 750-1150 кВ междуфазные КЗ необходимо отключать через 0,06 – 0,08 с после их возникновения, на ЛЭП 330-500 кВ – за 0,1 – 0,12 с, на ЛЭП 110-220 кВ – за 0,15 – 0,3 с.

В качестве приближенного критерия необходимости применения быстродействующих РЗ Правила устройства электроустановок (ПУЭ) [1] рекомендуют определять остаточное напряжение на шинах ЭС и узловых ПС при трехфазных КЗ в конце защищаемого участка. Если остаточное напряжение получается ниже 60% номинального, то для сохранения устойчивости следует обеспечить быстрое отключение повреждений, т.е. применять быстродействующую РЗ.

Приведенное выше полное время отключения КЗ t_о.к складывается из времени действия РЗ t₃ и выключателя t_В разрывающего ток КЗ t_о.к=(t₃+t_В).

Для уменьшения времени отключения КЗ необходимо ускорять действие как РЗ, так и выключателей. Выключатели 220-750 кВ действуют с t_В=0,04 - 0,06 с. Наиболее быстродействующие РЗ, применяемые в отечественных энергосистемах, действуют с t_З=0,02 - 0,04 с.

В распределительных сетях 6-35 кВ, удаленных от основных ЭС, допускается отключение КЗ с временем 1,5-3 с. Однако и в этих сетях следует стремиться к уменьшению времени действия РЗ.

Селективные быстродействующие РЗ сложны и дороги. В целях упрощения допускают применение простых быстродействующих РЗ, не обеспечивая необходимой селективности. При этом для исправления неселективности используют АПВ, быстро включающее обратно неселективно отключившийся участок при КЗ за его пределами.

Чувствительность. РЗ должна обладать достаточной чувствительностью при возникновении КЗ в пределах зоны ее действия. Так, например, Р31 (рис.1.12) должна отключать повреждения на участке АВ (первом – основном), защищаемом Р31, и, кроме того, иметь достаточную чувствительность для действия при КЗ на следующем (втором – резервируемом) участке ВС, защищаемом Р32. Последняя функция Р31 называется дальним резервированием. Такое резервирование необходимо для отключения КЗ в том случае, если РЗ второго участка (Р32) или выключатель Q2 не подействуют из-за неисправности. Таким образом, РЗ, предназначенные для дальнего резервирования, должны быть чувствительны и к КЗ в конце следующего участка (ВС, рис.1.12).

Чувствительность РЗ должна быть достаточной во всех, в том числе и в минимальных, режимах ЭЭС. Подобным режимом электростанции А (рис.1.12) будет вывод из работы одного или нескольких генераторов.

Таким образом, чувствительность РЗ должна быть достаточной для надежного действия ее при КЗ в конце установленной для нее зоны в минимальном режиме энергосистемы и при замыканиях через переходное сопротивление R_П. Требования к чувствительности РЗ для разных защищаемых объектов приведены в ПУЭ.

Надежность. Требование надежности состоит в том, что РЗ должна безотказно работать при повреждении в пределах установленной для нее зоны и не должна работать неправильно, когда работа ее не предусматривается. Отказ в работе или неправильное действие РЗ приводят к дополнительному нарушению электропитания потребителей, а иногда к авариям системного значения. Например, при КЗ в точке К1 (рис.1.13) и отказе Р31 сработает Р33 в результате чего дополнительно отключатся подстанции II и III, а при неправильной работе Р34 в нормальном режиме отключится ЛЭП W4, и потребители подстанций I-IV потеряют питание.

Р ис.1.13. Неселективное отключение КЗ в случае отказа РЗ

Надежность устройств РЗ обеспечивается простотой их схем, уменьшением в них количества элементов, реле, контактных соединений, простотой и надежностью применяемых конструкций и схем, реле, полупроводниковых элементов, качеством изготовления вспомогательной аппаратуры и монтажных материалов, качеством самого монтажа и контактных соединений, а также периодической проверкой исправности РЗ в процессе эксплуатации. Важное значение для надежности РЗ имеет автоматический и тестовый контроль за ее исправностью. Общие принципы выполнения РЗ элементов энергосистемы регламентируются ПУЭ [I], Руководящими указаниями по релейной защите [2-8].

Требования к РЗ от ненормальных режимов. Эти РЗ также должны обладать селективностью, чувствительностью и надежностью. Быстроты действия от них, как правило, не требуется. Отключение оборудования при ненормальном режиме должно производиться только тогда, когда создается опасность его повреждения. Если устранение ненормальных режимов может произвести дежурный персонал с соблюдением t_ДОП, РЗ от ненормальных режимов может выполняться с действием только на сигнал.