Ответы по ОПРЗА экзамен

Проекты РЗА различных объектов энергетической системы предопределяют в значительной степени надежность э/снабжения потребителей, экономичность работы оборудования, размеры капитальных затрат и степень автоматизации процесса выработки и распределения э/э, автоматизацию проверки и наладки УРЗА.

Проектирование релейной защиты и автоматики обычно производится несколькими этапами (стадиями).

Первым этапом является так называемое проектное задание. На этой стадии намечаются принципиальные решения в части защиты и автоматики, которые обеспечивают технические характеристики с точки зрения условий работы объекта в системе. Решения проектного задания подкрепляется расчетами, определяющими времена отключений КЗ, избирательность (селективность) таких отключений, чувствительность к повреждениям и необходимую степень автоматизации. Определяется примерная стоимость проекта. Рекомендации проектного задания должны опираться на выпускаемые реальные УРЗА. Для новых разработок определяется используемая элементная база.

Чисто техническая часть проектного задания носит названия технического задания на разработку какого либо (конкретного) УРЗА. Техническое задание, которое, как правило, готовит заказчик проектирования, является отправным пунктом для выполнения технических требований (ТТр) на разработку УРЗА. ТТр готовит проектная организация, например ВНИИР, занимающаяся режимами э/энергетических систем вместе с исполнителями разработки. ТТр согласуются со всеми заинтересованными сторонами и после их утверждения являются основным техническим документом, которому должна

утвержденных проектного (технического задания) и технических требований в техническом проекте приводятся полные схемы УРЗА для того или иного объекта энергетической системы. В случае микропроцессорных УРЗА (МП УРЗА) на этом этапе дается описание алгоритмов или создаются программные на языках высокого уровня.

Составляются спецификации в объеме необходимом для выдачи заказа. Для этой цели определяются предельные значения уставок УРЗА, указываются присоединения оборудования к измерительным трансформаторам тока и напряжения, показываются цепи оперативного питания, сигнализации, цепи отключения и коммутации. Определяются схеме контроля и самоконтроля устройства.

Третьим этапом проектирования является рабочий проект. На этой стадии выбираются рабочий уставки УРЗА, строятся графики селективности, указывается размещение аппаратуры в шкафах защиты, дается маркировка проводов и зажимов, проверяется правильность выбора сечения проводов, выпускаются монтажные схемы, по которым производится монтаж и наладка оборудования. Здесь же выбираются места подключения поверочной и контрольной аппаратуры.

Число стадий проектирования может быть уменьшено. Часто совмещают разработку ТЗ с техническим проектом или технического проекта с рабочим проектом. При необходимости срочного производства работ проектирование может быть даже одноэтапным.

Этапы проектирования при создании новых УРЗА (микропроцессорных УРЗА – МП УРЗА)

На первом этапе по заданию проектные организации ЭСП, ВНИИЭ часто с участием будущего исполнителя разрабатывают техническое задание. Первый этап заканчивается согласованием и утверждением ТЗ. Разница между проектированием новых УРЗА и использованием существующих (выпускаемых) устройств заключается в том, что в проектном задании используются выпускаемые устройства. Часто такой проектирование называется привязкой защит к проектируемой подстанции.

11

Иногда первый и второй этапы – разработка технических требований (ТТр)

совмещают результатом работы являются ТТр. В ТТр указываются тип разрабатываемой защиты, элементная база, основные режимы работы, типы измерительных органов, диапазон уставок, сигнализация, методы проверки и контроля и т. п.

Третий этап проектирования создание функциональной схемы УРЗА. Здесь с помощью логических элементов И, ИЛИ описываются все взаимосвязи ИО, выдержки времени, сигнализация, входные и выходные сигналы. Наряду с разработкой функциональных схем протекает работа по созданию алгоритмов ИО. Особенностью МП цифровых защит является то, что разработав той или иной орган, его алгоритмы и модули без изменений могут быть использованы при создании других ИО.

В настоящее время фирмы, создающие МП УРЗА, разрабатывают библиотеки макроопределений, из которых, как из “кирпичиков” можно очень быстро “слепить” любой ИО и даже защиту в целом. Основными кирпичиками библиотеки обычно являются п/п обработки входных величин. Часто создание УРЗА сводится к получению векторов токов и напряжений фаз, а также их симметричных составляющих. Дальнейшая алгоритмизация сводится попросту к операциям сравнения с уставкой для токовых защит

являющаяся копией аналоговых устройств, в силу ряда причин не могут конкурировать с существующими аналогами (по быстродействию, по чувствительности, по диапазону входных токов и т. п.). Их достоинство заключается в сервисе, которое представляет цифровая техника (в самоконтроле, в проверке, в установке уставок, в отображении информации и т. д.).

Достоинство и преимущество цифровых защит проявляются в том случае, если в них вводятся новые качества:

-полная обработка всей входной информации (получение и использование всей входной информации);

-получение величин, которые либо совсем недоступны в аналоговых защитах, либо требуют сложных схем для реализации;

-разработка новых алгоритмов, адаптивных уставок зависящих от предшествующих режимов;

-создание алгоритмов, учитывающих текущее состояние системы и коммутационной аппаратуры и зависимости от этого работающие по разным ветвям, например использующих либо фазные величины, либо их симметричные или аварийные составляющие;

-сервис, контроль и самоконтроль МП УРЗА находятся на не досягаемом для аналоговых защит уровне;

-важнейшим преимуществом МП УРЗА является возможность математического моделирования и создания моделей на языках высокого уровня;

-возможность моделирования процессов и стыковки моделей защит и защищаемого объекта;

-скорость создания защит и проведения ее испытаний

Четвертый этап – алгоритмизация защиты на языке высокого уровня. Пятый этап – создание математической модели защищаемого объекта.

Шестой этап – испытания математических моделей защиты и программирование на машинно-ориентированном языке МП УРЗА.

Седьмой этап – испытания МП УРЗА, исправление выявленных ошибок. Восьмой этап – создание аппаратных средств МП УРЗА и запись программы.

Девятый этап – выпуск опытной партии МП УРЗА, разработка технических условий.

12

13. Вопросы, которые необходимо учесть при проектировании УРЗА: - сигнализация УРЗА; - контроль и диагностика защит; - оперативное питание на подстанциях; - регистрация аварийных процессов.

Сигнализация УРЗА. При проектировании УРЗА следует предусмотреть сигнализацию в таком объеме, который бы позволял судить как об исправности самого устройства, так и о сработанных элементах (блоках защиты). Различают следующие виды сигнализации в УРЗА:

-сигнализация в блоках (светодиоды) внутри шкафов; эта сигнализация доступна только при открытых дверях; количество сигнальных диодов достигает 20 штук; используется в основном при наладке шкафа;

-сигнализация на двери – лампочки, до 5-6 штук (работа, неисправность, вывод);

-блинкера (указательные реле) на двери – это энергонезависимая сигнализация. При пропадании питания она сохраняет информацию о состоянии УРЗА в момент аварии. Количество блинкеров не велико и редко превышает 5-6 штук;

-сигнализация у пульта диспетчера о срабатывании УРЗА. Сигнализация выполняется на триггерных элементах и ее перевод в первоначальное состояние осуществляется с помощью специальных кнопок оператором (дежурным персоналом) подстанции.

Вопросы контроля и диагностики

При проектировании УРЗА важнейшим элементом является надежность УРЗА. Поэтому вопросам контроля при создании УРЗА уделяется значительное внимание.

Аналоговая защита. Различают следующие методы контроля:

- Постоянный контроль всех выходов функциональных блоков шкафа. Длительность сработанного состояния не должна превышать 10 сек.

Сигнал

неисправности

-Проверка основных ИО шкафа с помощью блока тестовой проверки. В этом случае один из полосовых фильтров УРЗА переводит в генераторный режим и сего выхода сигнал частотой 50 Гц по очереди подается на все ИО шкафа по очереди в соответствии со специальной программой. Фиксируется выход каждого ИО (модуля шкафа). При успешном прохождения теста зажигается светодиод и тестовый блок проверяет очередной модуль. При неисправности загорается соответствующий светодиод. Все тесты проходят под контролем оператора. Здесь следует признать, что блок тестовой проверки один из самых сложных блоков УРЗА и его настройка представляет значительные сложности персонала.

-Автоматический контроль от централизованного блока. На новых п/с обычно устанавливаются шкафы защиты одной серии (например ШЭ). В одном из этих шкафов (ШЭ0705) устанавливается блок, который через заданные промежутки времени переводит тот или иной шкаф

в режим проверки и, как при тестовом контроле, проверяет его основные блоки. После нормального отклика шкаф автоматически восстанавливает свой рабочий режим функционирования. Иначе поступает сигнал тревоги на оперативный пункт п/с.

- Проверка с помощью автоматизированных проверочных устройств осуществляется при обнаружении сложной неисправности, а также при вводе УРЗА в эксплуатацию и при периодических контрольных проверках (раз в 3-5 лет). Для таких проверок необходимо предусмотреть выходные цепи. Следует заметить, что при проверке в соответствии с выше перечисленным выходные реле шкафа автоматически обесточиваются и его ложного воздействия не будет.

13

Микропроцессорная защиты. В таких защитах весь контроль (самопроверка) осуществляется под управлением арбитра – специального процессора, имеющего высший приоритет. Предусматривается в таких защитах и тестовая проверка. Однако необходимо в МП защитах предусматривать аппаратный модуль проверки самого процессора. Часто функцию аппаратной проверки осуществляет обыкновенный одно вибратор, который сбрасывает свое значение после каждого цикла программы.

Оперативное питание на подстанциях. Для питания цепей управления, автоматики, сигнализации и защиты применяется оперативный ток. Существует три основных вида оперативного тока: переменный, постоянный и выпрямленный. Источниками переменного оперативного тока являются измерительные трансформаторы тока и напряжения, а также трансформаторы собственных нужд (ТСН). Источниками постоянного оперативного тока служат аккумуляторные батареи. В качестве источников выпрямленного оперативного тока используются выпрямительные установки и специальные блоки питания, которые получают переменный ток от измерительных трансформаторов тока и напряжения и ТСН. Кроме того, в качестве источников оперативного тока используются предварительно заряженные конденсаторы.

Источники оперативного тока должны быть в постоянной готовности к действию в любых режимах работы электроустановки, в том числе и в аварийном. Постоянный оперативный ток применяется обычно на электростанциях, тяговых подстанциях, крупных трансформаторных подстанциях с первичным напряжением 110 кВ и выше. Переменный ток используется на трансформаторных подстанциях напряжением 35 кВ и ниже, на небольших подстанциях 110 кВ без выключателей на стороне высшего напряжения, имеющих на стороне среднего и низшего напряжения выключатели с пружинными приводами. Выпрямленный ток используется на подстанциях напряжением 35 кВ и ниже с выключателями, укомплектованными электромагнитными приводами, а также на подстанциях напряжением 110-220 кВ с числом выключателей на стороне высшего напряжения не более двух с электромагнитным приводом, либо не более трех с пружинными или пневматическими приводами.

В ряде случаев применяют схемы питания оперативных цепей с использованием различных источников тока. Так, например, при малой мощности аккумуляторной батареи от нее получают питание цепи управления и защиты, а включающие электромагниты — от выпрямительных устройств.

Наиболее надежными источниками переменного оперативного тока для работы защит являются трансформаторы тока, обеспечивающие их четкую работу при перегрузках и коротких замыканиях. Трансформаторы напряжения нельзя использовать для питания оперативных цепей отключения, так как при близких трехфазных КЗ напряжение на шинах электроустановки может понизиться настолько, что не сработает отключающая катушка привода выключателя. По этой причине трансформаторы напряжения используются для питания тех защит, которые действуют при режимах, не связанных со значительным понижением напряжения на шинах. От ТСН получают питание устройства и цепи, для которых не требуется особая стабильность подводимого напряжения и допускаются временные перерывы в подаче питания (например, электродвигатели пружинных приводов).

Источники выпрямленного тока можно разделить на три основные группы: источники для заряда и подзаряда аккумуляторных батарей; источники оперативного тока для питания цепей управления, защиты, автоматики и сигнализации; источники питания включающих электромагнитов приводов выключателей. К источникам выпрямленного тока следует также отнести предварительно заряженные от выпрямителей конденсаторы. Блоки питания, находящиеся в эксплуатации, можно разделить на четыре группы: токовые (БПТ); напряжения (БПН); зарядные устройства (УЗ); комбинированные, совмещающие в

14

себе блоки питания и зарядные устройства.

На рис. 1, а представлена принципиальная схема питания оперативных цепей от блоков БПТ и БПН. Блок БПТ состоит из промежуточного трансформатора TLy выпрямительного моста К5, вспомогательных элементов — дросселя L и конденсатора С, обеспечивающих стабилизацию выходного напряжения. Питание БПТ получает от трансформатора тока. Трансформатор TL{ может иметь две первичные обмотки для подключения к трансформаторам тока двух фаз. Блок БПН получает питание от трансформатора напряжения или собственных нужд (рис. 1, а). Он состоит из промежуточного трехфазного трансформатора TL2 (или двух однофазных), ко вторичным обмоткам которого подключены выпрямительные мосты VS2, соединяемые последовательно (рис. 1, а) или параллельно в зависимости от величины требуемого напряжения. Блоки БПТ и БПН могут работать на общие шинки выпрямленного напряжения для возможности взаимного резервирования. БПН обеспечивает питанием оперативные цепи в нормальных условиях работы, а БПТ — в режимах КЗ, когда блоки БПН не могут обеспечить питание вторичных устройств из-за большого снижения напряжения в первичных цепях.

Рис. 1:

а — схемы блоков питания БПТ и БПН; б — схема комбинированного блока БПЗ-401 Зарядные устройства серии УЗ предназначены для предварительной зарядки конденсаторов, используемых для создания кратковременного разрядного импульса для питания отдельных элементов схемы, например, катушек отключения высоковольтных выключателей. Устройство УЗ-401 рассчитано на одновременный заряд конденсаторов напряжением 400 В общей емкостью от 500 до 1000 мкФ.

Комбинированные блоки БПЗ-401 и БПЗ-402 являются одновременно блоками питания и зарядными устройствами. Эти блоки пришли на смену зарядным устройствам УЗ-401. БПЗ-401 получают питание от трансформаторов напряжения или собственных нужд. Упрощенная схема блока типа БПЗ-401 представлена на рис. 1, б, наиболее часто применяемого для заряда конденсаторов. Блок состоит из промежуточного трансформатора напряжения TL V, выпрямителя VS, промежуточного реле К L, конденсаторов С, и С2, резистора R и диода VD. Первичные и вторичные обмотки трансформатора TL V выполнены секционированными, а вторичная обмотка имеет отпайки, выведенные на зажимы платы трансформатора (секционирование и отпайки на рис. 1, б не показаны). Установкой соответствующих перемычек на зажимах секций и изменением положения переключателей на плате трансформатора обеспечивается получение на выходе выпрямленного напряжения 110 или 220 В при включении блока на 120-127 В или 200-254 В переменного тока. Выпрямление напряжения осуществляется мостом VS, собранным из восьми кремниевых диодов (по два диода в каждом плече). Контроль наличия зарядного напряжения на выходе блока осуществляет реле KL. Конденсатор С, предназначен для защиты выпрямителя от перенапряжений, а С2 — для

15

предотвращения вибраций якоря реле KL. Диод VD препятствует разряду заряжаемых конденсаторов при исчезновении напряжения питания блока. Токоограничивающий резистор R обеспечивает термическую стойкость реле KL. Заряженные конденсаторы подключаются к выпрямителю VS через диод VD, а нагрузка — непосредственно к выпрямителю. Блок БПЗ-402 подключается к измерительным трансформаторам тока первичными обмотками насыщающегося трансформатора. Выпрямитель блока БПЗ-402 такой же, как и в блоке БПЗ-401.

Для надежного питания оперативным током реле защиты и автоматики применяют схемы с использованием разных блоков питания. Например, одного блока БПЗ-402 и двух блоков БПЗ-401, На стороне выпрямленного напряжения все блоки включаются параллельно.

Регистрация аварийных процессов.

Микропроцессорный регистратор "Бреслер-0107.010" аварийных процессов позволяет регистрировать и анализировать состояние аналоговых и дискретных сигналов, как в нормальных, так и в аварийных режимах работы объектов. Регистратор может использоваться как автономное устройство или как терминал, включенный в состав сетей различной конфигурации. В последнем случае обеспечивается доступ к регистраторам, в том числе и по телефонным линиям. Устройства могут поставляться в виде панелей и шкафов аварийных регистраторов для воздушных и кабельных линий любого класса напряжения.

Функциональные возможности.

совмещение функций аварийного осциллографа и устройства пуска

гибкая логика пусковых органов

пуск при изменении частоты сети

блокировка пускового органа при "длительном пуске"

блокировка от несанкционированного изменения уставок

встроенные функции цифровых вольтметров (амперметров) по всем аналоговым входам

вычисление симметричных составляющих

часы реального времени

хранение записанной информации в энергонезависимой памяти и встроенный накопитель на картах флеш памяти

встроенный порт USB для перезаписи информации на FlashDrive

автоматическая самодиагностика

аварийная сигнализация о неисправности измерительных ТН ЛЭП

аварийная сигнализация о неполнофазных режимах ЛЭП

программный комплекс обработки цифровых осциллограмм с возможностью просмотра векторных диаграмм фазных величин и симметричных составляющих и одновременной синхронизацией просмотра нескольких файлов осциллограмм

локальная сеть регистраторов до 1200 м – витая пара, свыше - оптоволокно

непосредственное подключение к информационным сетям по протоколу TCP/IP

модемная связь сети с центральной службой

поддержка протокола IEC 60870-5-103, IEC 60870-5-104

режим автослежения за регистраторами сети

формирование экспресс-протокола аварии

ведение журнала и вывод графика нагрузки линии

вывод текущего режима на структурной схеме подстанции

определение места повреждения при междуфазных замыканиях на воздушных и кабельных линиях и при однофазных замыканиях в сетях с глухозаземленной нейтралью.

Регистратор позволяет одновременно записывать до 64 (наращиваемые по 8) аналоговых сигнала – до 40 из них имеют трансформаторную развязку и могут

16

подключаться непосредственно к вторичным цепям измерительных трансформаторов электрооборудования, или до 64 входов специального назначения, имеющих электронную развязку, к которым могут подключаться слаботочные цепи переменного или постоянного тока. Кроме того возможна регистрация до 268 (наращиваемые по 32) дискретных (логических) сигнала.

В базовом варианте в кассете регистратора различных габаритов устанавливается один блок аналоговых входов (8 аналоговых входов), так же 12 входов дискретных сигналов (на блоке процессора).

Регистратор имеет выход синхронизации пуска, который может использоваться для запуска других регистраторов. Программа WinBres обеспечивает взаимную синхронизацию файлов различных регистраторов. Таким образом, несколько регистраторов можно рассматривать как "один многовходовой регистратор".

Регистратор питается от сети оперативного постоянного тока напряжением 86…320 В или переменного напряжения 80…230 В.

Потребление по цепи питания — не более 85 мА.

Регистратор эксплуатируется в помещениях при температуре окружающей среды от -

40°C до +45°C.

14. Расчетные режимы и выбор их при проектировании. Расчетные условия при выборе уставок.

Расчетные режимы и выбор их при проектировании.

Для определения предельных условий работы устройств РЗ требуется знание максимальных и нормальных токов нагрузки, а также ТКЗ при минимальном и

чувствительности данного типа защиты, намеченного проектом, и суждения, таким образом, о его пригодности.

Учет максимального режима требуется для проверки селективности действия. Распределение ТКЗ при нормальном режиме позволяет проводить анализ поведения УРЗ в конкретных условиях работы системы и имеет существенное значение для текущей эксплуатации.

Минимальный режим работы энергетической системы характеризуется минимальным количеством включенных генераторов на станциях и схемой включения ЛЭП, при которой ток КЗ в случае повреждения в конце защищаемого элемента имеет минимальное значение.

Методику выбора расчетных режимов энергетической системы рассмотрим на примере.

2 60 МВА

Пример узла энергетической системы.

А, Б – э/станции; 1, 2, 3, 4 - п/с и ЛЭП 110 кВ, образующие замкнутую сеть, к которой подсоединены одиночной линией п/с 5 и 6.

На линии 2 5 установлена в числе ряда защит МТЗ от междуфазных повреждений. Требуется выбрать ее токи срабатывания и определить чувствительность. Так как токи нагрузки на ЛЭП не заданы, предельное значение уставки срабатывания МТЗ выбираются исходя из обеспечения чувствительности в конце защищаемой зоны. Для участка 2 5 это защита основная, поэтому Кч при КЗ на шинах п/с 5 должен быть не менее 1.5 2 . Для

участка 5 – 6 защита резервная, при КЗ на шинах 6 Кч 1.2 1.5 .

Минимальное значение токов, протекающих по линии 2 – 5 – 6 при повреждениях на п/с 5 и 6 можно ожидать в следующих случаях:

-отключение линии 2 – 3 и остановлена станция А;

-отключена линия 1 – 2 и остановлена станция.

Для указания двух случаев следует произвести расчет ТКЗ и выяснить их наименьшее значение.

Максимальный режим работы характеризуется включенным состоянием всех генераторов и выбором конфигурации сети, при которой будет наибольший ТКЗ, протекающий по защищаемому присоединению, в случае повреждения на его конце. Этот режим требуется учитывать для выяснения селективности действия ТКЗ. Для проверки действия токовой отсечки (ТО) на линии 3 – 2 необходимо выяснить величину тока в ЛЭП 3 – 2 при КЗ на шинах п/с 2.

Максимальное значение тока будет в режиме отключенной линии 1 – 2 . Этот режим – расчетный для анализа действия рассматриваемой защиты. Для выяснения поведения защит, установленных на других объектах, расчетный режим будет другим. Например, для ЛЭП 2 – 5 максимальный режим соответствует включенному состоянию всех линий узла связи. Поэтому для конкретных защит и их условий работы требуется конкретное выяснение режимов работы системы и конфигурация сети.

18

Катраси

106 км

Венец

Максимальный и минимальный режимы работы ЧувашЭнерго (Северные электрические сети).

Рассмотрим режимы работы для выбора защиты на ЛЭП “Катраси – Венец”, “Катраси

– ТЭЦ 2”.

Максимальный режим характеризуется включением всех генераторов станций и линий для “Катраси – Венец” и отключенной ЛЭП со стороны ТЭЦ 2 линии Катраси – ТЭЦ 2”. Для этого режима работы по условиям селективности проверяют действие МФО, I – ступеней ТЗНП, ДЗ.

Минимальный режим будет при отключенных генераторах ЧеГЭС и минимальных режимах работы ТЭЦ 2, ТЭЦ 3 и отключенной линии Катраси – ТЭЦ 2”. Возможно отключение и линии “ ТЭЦ 3 - Катраси ”. Необходимо рассчитать все указанные режимы работы при КЗ на шинах п/с “Моргауши” и выбрать из них минимальный.

Расчетные условия при выборе уставок.

Вид КЗ и момент времени от начала КЗ

19

б) место КЗ Место КЗ в зависимости от назначения расчета выбирается из следующих

соображений:

-ТКЗ должен проходить по ветвям, для которых выбирается аппаратура или рассчитываются параметры РЗ.

-Для определения наибольшего значения ТКЗ при данном режиме место КЗ выбирается у места установки защиты. Для определения наименьшего значения ТКЗ место КЗ выбирается в конце защищаемого участка или в конце следующего (резервируемого) участка для проверки резервирующего действия защиты

-Для согласования чувствительности двух УРЗ место КЗ выбирается в конце действия того устройства, с которым ведется согласование

-Для определения коэффициентов распределения место КЗ выбирается в конце участка, следующего за узлом, в котором происходит подпитка или распределение ТКЗ.

в) режим, предшествующий КЗ

20