книги из ГПНТБ / Фабрикант, В. Л. Элементы устройств релейной защиты и автоматики энергосистем и их проектирование учеб. пособие
.pdf
В. Л. Фабрикант, В. П. Глухов, Л. Б. Паперно
ЭЛЕМЕНТЫ УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
ИАВТОМАТИКИ ЭНЕРГОСИСТЕМ
ИИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ, ИСПРАВЛЕННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ
Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР
в качестве учебного пособия для студентов электротехнических специальностей вузов
МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА» 1974
6П2.11 Ф12
УДК 621.316.925
Фабрикант В. Л. и др.
Ф 12 Элементы устройств релейной защиты и автоматики энергосистем и их проектирование. Изд. 2-е, испр. и доп. Учеб, пособие для втузов. М., «Высш. школа», 1974.
472 с. с ил.
Перед загл. авт.: Фабрикант В. Л., Глухов В. П., Паперцо Л. Б.
В книге рассмотрены методы проектирования и расчета элементов устройств релейной защиты и автоматики энергосистем. Большое внимание уделено полупроводниковым и новым магнитным элементам, применение
которых |
обеспечивает |
снижение |
габаритов |
и |
улучшение |
пока |
||
зателей |
устройств. Рассмотрены |
также |
и другие |
элементы: трансформа |
||||
торы, фильтры, элеткромеханические реле и др. Во |
всех, расчетах |
учиты |
||||||
вались |
специфические требования |
к элементам устройств |
релейной |
защиты |
||||
и автоматики |
энергосистем. |
|
студентов, специализирующихся |
в обла |
||||
Книга |
предназначена для |
|||||||
сти релейной защиты и автоматики энергосистем; может быть полезна ин женерам, аспирантам и работникам научно-исследовательских организа ций, работающим в данной области.
6П2.11
30311—050
Ф------------------ 126-74 001(01)—74
»I ос. пуоличная
Инпучно-техничеоЦр
;библиотека С О /
‘3EN'/ Я.
j Ч!‘ ‘ |
Н О Г О Й ' ; ' |
Р е ц е н з е н т ы
Кафедра электрических станций, сетей и систем Новочеркасского политехнического института; 'профессор доктор технических наук И. Д. К у т я в и н
У
. . . ? / /
/-Вениамин Львович Фабрикант Василий Павлович Глухов Леонид Борисович Паперно
ЭЛЕМЕНТЫ УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
ИАВТОМАТИКИ ЭНЕРГОСИСТЕМ
ИИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Редактор В. А. Титова. Художественный редактор Н. К. Гуторов. Технический редактор Н. В. Яшукова. Корректор М. И. Козлова
Т-07908 |
Сдано |
в набор |
3/V1II-73 г. |
Подп. к |
печати 15/1V-74 г. |
Формат 60 x 90/16. |
Бум. тип. |
№ 2. Объем 29,5 печ. л. Уч.-изд. л. 27,90. |
|||
Изд. № СТД-176. Тираж |
15 000 экз. Цена 1 р. |
22 к. Заказ 216 |
|||
План |
выпуска литературы |
издательства |
«Высшая |
школа» (вузы и |
|
|
техникумы) |
на 1974 г. Позиция № 126 |
|||
Москва, К-51, Неглинная ул., д. 29/14. Издательство «Высшая школа»
Типография Изд-ва МГУ. Москва, Ленинские горы
(б) Издательство «Высшая школа», 1974
ПРЕДИСЛОВИЕ
Современная энергосистема не может работать без устройств релейной защиты и автоматики. Влияние этих устройств на надежность, качество и производительность энергосистем очень велико и непрерывно возрастает.
В то же время устройства релейной защиты и автоматики де шевы по сравнению с первичным оборудованием, которое ими обслуживается, что способствует их быстрому прогрессу. Кроме того, даже относительно небольшие изменения в первичном обору довании и схемах энергосистем приводят к значительным измене ниям требований к устройствам релейной защиты и автоматики и к существенному изменению этих устройств. Как показывает опыт, устройства релейной защиты и автоматики быстро изменяются и совершенствуются. Все это требует от инженера, работающего в области релейной защиты и автоматизации энергосистем, не толь ко хорошего знакомства с существующими устройствами, но и умения правильно спроектировать новое устройство, удовлетворяю щее повышенным требованиям.
Эти требования в первую очередь относятся к инженерам, раз рабатывающим новые устройства релейной защиты и автоматики. Потребность в таких инженерах непрерывно возрастает. Однако эти требования относятся и к инженерам, работающим в области эксплуатации и проектирования. Часто несоответствие существую щих устройств новым требованиям выявляется именно в эксплуа тации и при проектировании в виде неправильной работы установ ленной аппаратуры или невозможности спроектировать защиту и автоматику новых объектов существующими средствами. При этом приходится оперативно реконструировать существующие или соз давать новые аппараты. Практика подтверждает, что многие устройства, выпускаемые в настоящее время промышленностью, родились в энергосистемах и проектных институтах.
Таким образом, специалист по релейной защите и автоматиза
ции энергосистем, |
независимо от места |
своей работы, должен |
уметь правильно спроектировать новое устройство. |
||
Поэтому наряду |
с изучением курсов |
релейной защиты (Л. 1, |
2, 3] и автоматизации энергосистем [Л. 4, 5], в которых рассматри ваются принципы действия релейной защиты и автоматики и по-
з
строение их из готовых элементов, необходимо изучение и самих этих элементов, методов их построения и расчета. В настоящее время происходит интенсивная разработка устройств релейной за щиты и автоматики с полупроводниковыми и новыми магнитными элементами и предстоит их широкое внедрение в эксплуатацию. Появились возможности построения органов защиты и автоматики различными способами. Многообразие этих способов требует вве дения определенной системы при их изучении, выделения принци пов — общих закономерностей построения и расчета элементов, в свете которых могут быть лучше поняты частные задачи. Первая, хотя и несовершенная, попытка обобщить такие закономерности элементов релейной защиты дана в [Л. 6].
В настоящем учебном пособии авторы стремились изложить вопросы в последовательности, соответствующей этим общим зако номерностям. Хотя изучение элементов устройств релейной защиты и автоматики энергосистем необходимо в основном для курсов релейной защиты и автоматизации энергосистем, порядок изучения элементов должен, по нашему мнению, соответствовать внутрен ним закономерностям самих элементов, а не использованию их в соответствующих устройствах. Совместно должны рассматриваться те элементы, построение и расчет которых подчиняются одинако вым или близким законам, а не те, которые используются для определенного вида устройств защиты и автоматики. Это тем более необходимо, что одни и те же элементы (например трансформа торы) используются в самых различных устройствах защиты и автоматики.
Все большее внедрение полупроводниковых и новых магнитных элементов заставило авторов посвятить значительную часть объе ма книги изучению этих элементов. Однако рассмотрены также электромеханические реле и такие элементы, как трансформаторы, трансреакторы и др. Такое рассмотрение необходимо, так как мно гие из этих элементов содержатся и в полупроводниковых устрой ствах и проектирование полупроводниковых устройств невозможно без расчета, например, трансформаторов разного вида. Кроме того, все эти элементы широко применяются в настоящее время и будут еще применяться достаточно долго, а систематическое их изучение в других курсах данной специальности отсутствует (ряд элемен тов рассматривается в общих курсах автоматики [Л. 7, 8], не учитывающих, однако, специфики требований энергетики и рас сматривающих многие элементы, редко используемые в автоматике энергетики). Наконец, они часто выполняют те же функции, что и полупроводниковые устройства, и, следовательно, должны с ними сопоставляться.
В первой главе книги даются общие представления о структуре устройств релейной защиты и автоматики энергосистем и выделя ются основные части этих устройств — измерительные органы и логическая часть; даются также общие свойства элементов авто матики.
4
Во второй главе дается структура измерительных органов. При этом показывается, как может быть получен орган с заданной характеристикой при помощи измерительных схем и схем сравне ния. Тем самым выясняются составные части измерительного орга на и требования к ним.
Остальные главы посвящены выявлению, описанию и расчету элементов, из которых должны состоять измерительные органы и логическая часть. Элементы, преобразующие непрерывные величи ны на входе в непрерывные на выходе рассмотрены в третьей, четвертой и пятой главах. В шестой главе рассмотрены полупро водниковые и магнитные усилители; при этом считалось целесооб разным объединить при рассмотрении усилители, работающие в ключевом и линейном режимах. В седьмой и восьмой главах рас смотрены элементы, преобразующие непрерывные величины на входе в дискретные на выходе, в девятой — элементы, преобра зующие дискретные величины на входе в дискретные на выходе.
В книге изложены методы расчета ряда рассмотренных эле ментов; даны отдельные примеры расчета. Приведенные расчеты не должны, однако, рассматриваться как установленный шаблон, которому необходимо всегда точно следовать. Разнообразие предъ являемых требований может изменить и необходимый ход расчета. Приведенные в книге расчеты являются именно примерами, по аналогии с которыми студент или инженер сможет легче выпол нить расчет, необходимый для заданных ему условий. Для тре нировки в выполнении таких расчетов в конце каждой главы (кро ме первой) даны задачи для самостоятельного решения. В конце книги приведены ответы на эти задачи.
Поскольку в задачи авторов входило дать лишь основы прин ципов расчета, а также, учитывая учебный характер книги, неко торые расчеты упрощены и усложняющие обстоятельства устра нены.
Книга составлена в соответствии с курсом, который читается студентам Рижского политехнического института, специализирую щимся в области автоматизации электроэнергетических процессов (специальность 0650). Большое число отзывов, полученных по кни ге, показывает, что она может быть использована не только сту дентами, но и инженерами, проектирующими, разрабатывающими и эксплуатирующими устройства релейной защиты и автоматики энергосистем.
По с р а в н е н и ю с п е р в ы м и з д а н и е м учтен ряд заме чаний, сделанных проф. А. Д. Дроздовым и доц. Е. М. Ивановым в рецензии на книгу, опубликованной в журнале «Вестник высшей школы», 1970, № 6. Изменено распределение материала по гла вам. Дополнительно рассмотрены некоторые элементы, получившие широкое распространение (расширители импульсов, триггеры и др.), а также динамические характеристики элементов и их клас сификация по этим характеристикам. Существенно переработаны параграфы о магнитных усилителях, тиристорах, автотрансформа-
5
торах, трансреакторах и некоторые другие; в задачах устаревшие полупроводниковые приборы и типы сталей заменены новыми.
В. Л. Фабрикантом написаны главы первая, вторая, третья,
четвертая, пятая (кроме § 5.9), § 6.1 -*■6.7 (§ 6.5-^-6.7— совместно с инженером Энергосетьпроекта Е. В. Лысенко), главы седьмая, восьмая (кроме § 8.10) и приложение 1; В. П. Глуховым написаны
§ 6.84-6.18; Л. Б. Паперно написаны § 5.9, 6.19, 8.10 и глава девя тая; § 6.20 написан В. Л. Фабрикантом и В. П. Глуховым совмест но; в составлении приложения 2 принимали участие все авторы.
Авторы выражают глубокую благодарность рецензентам — ка федре электрических станций, сетей и систем Новочеркасского политехнического института, руководимой докт. техн. наук, проф. А. Д. Дроздовым, докт. техн. наук, проф. И. Д. Кутявину и канд. техн. наук А. В. Шмойлову (Томский политехнический институт), а также всем организациям, приславшим свои отзывы по книге.
Г Л А В А П Е Р В А Я
СТРУКТУРА УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
ИСИСТЕМНОЙ АВТОМАТИКИ
ИОСНОВНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ИХ ЭЛЕМЕНТОВ
§ 1.1. Входные сигналы устройств релейной защиты и системной автоматики
Задача каждого устройства релейной защиты и автома тики энергосистем заключается в преобразовании входных сигна лов, зависящих от состояния электрической системы, в выходные. Выходные сигналы либо воздействуют на те или иные элементы системы, либо привлекают внимание персонала, либо отсутствуют.
В качестве входных сигналов обычно используются значения напряжений, токов или углов между ними в какой-либо точке си стемы, значение частоты или положение выключателей. Чаще всего эти величины могут иметь бесконечное число значений и изме няться непрерывно в определенном диапазоне. Так, напряжение между какими-либо фазами в определенной точке системы может иметь любое значение от нуля до номинального (или несколько больше номинального). В этом диапазоне нет такого значения, которого данное напряжение не могло бы достигнуть при опреде
ленных условиях. |
Такие величины, как известно, называются не |
п р е р ы в н ы м и . |
К непрерывным величинам относятся также си |
ла тока, угол сдвига фаз, частота и до. Диапазоны изменения этих электрических величин различны, но в рамках этих диапазонов они могут иметь любое значение.
На вход устройств релейной защиты, регуляторов напряжения и частоты или устройств синхронизации подаются непрерывные величины.
Положение выключателей фиксируется обычно специальными блок-контактами, связанными с валом. Эти контакты замкнуты при одном положении выключателей и разомкнуты при другом. В первом случае их сопротивление близко к нулю, во втором очень велико. Это сопротивление является входным сигналом для неко торых устройств системной автоматики, например автоматического повторного включения (АПВ) или автоматического включения ре зерва (АВР). Часто сигнал о положении выключателя исполь зуется и в устройствах релейной защиты и синхронизации в каче стве вспомогательного. В рассматриваемом случае входной сигнал может принимать только два значения: очень малое сопротивление или очень большое. Хотя сопротивление может изменяться в неко торых пределах (например, из-за состояния контакта), оно не может иметь любое значение. Между одним значением сигнала
7