Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Релейная защита и автоматические системы управления устройствами электроснабжения. Учебное пособие для СПО
.pdf
СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
__________________________________________________________________
А.В. Куксин
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА
И АВТОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
УПРАВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВАМИ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ СПО
2-е издание
Рекомендовано Учебно-методическим отделом СПО в качестве
учебного пособия для использования в учебном процессе
образовательными учреждениями среднего профессионального
образования по укрупненной группе профессий
и специальностей «Электро- и теплоэнергетика»
Москва
Ай Пи Ар Медиа
2025
Саратов
Профобразование
2025
УДК 621.316.925.1
ББК 31.2
К89
Автор:
Куксин А.В. — канд. техн. наук, декан энергетического факультета
АНОО ВО «Международный институт компьютерных технологий»
Рецензенты:
Зацепин Е.П. — канд. техн. наук, доц., руководитель
Научно-образовательного центра проблем энергетики
и электротехники НИИ Липецкого государственного
технического университета;
Агапов А.Ю. — начальник службы релейной защиты,
автоматики, измерения, метрологии филиала
ПАО «МРСК Центра» «Воронежэнерго»
Куксин, Алексей Владимирович.
К89 Релейная защита и автоматические системы управления устройствами
электроснабжения : учебное пособие для СПО / А.В. Куксин. — 2-е изд.
Москва : Ай Пи Ар Медиа ; Саратов : Профобразование, 2025. — 179 с. —
(Среднее профессиональное образование). — Текст : электронный.
ISBN 978-5-4497-3708-3 (Ай Пи Ар Медиа)
ISBN 978-5-4488-2261-2 (Профобразование)
Материалы, изложенные в учебном пособии, позволят твердо и
четко ориентироваться в существующих видах и типах релейных защит,
а также станут хорошей базой для изучения модернизируемых и новых
типов устройств релейной защиты и автоматизации электроэнергетических систем.
Подготовлено в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом среднего профессионального образования.
Учебное пособие предназначено для изучения дисциплин «Релейная защита и автоматические системы управления устройствами электроснабжения», «Релейная защита электрооборудования электрических
станций», «Обслуживание высоковольтного оборудования, устройств релейной защиты, автоматики, средств измерений и систем сигнализации»
по укрупненной группе профессий и специальностей «Электро- и теплоэнергетика».
Учебное электронное издание
© Куксин А. В., 2020
© Оригинал-макет, оформление.
ISBN 978-5-4497-3708-3 ООО Компания «Ай Пи Ар Медиа», 2025
ISBN 978-5-4488-2261-2 © ООО «Профобразование», 2025
Учебное пособие
Куксин Алексей Владимирович
Редактор М.В. Половникова
Технический редактор, компьютерная верстка М.В. Половникова
Корректор Т.Г. Саблина
Обложка Я.А. Кирсанов, С.С. Сизиумова
Подписано к использованию 19.09.2024. Объем данных 7 Мб.
ООО «Профобразование»
8-800-511-14-70 (бесплатный звонок по России)
E-mail: office@profspo.ru, sale@profobr.pro
4
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ...................................................................................... 5
1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ РЕЛЕЙНОЙ
ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИЗАЦИИ .............................................. 6
1.1. Назначение релейной защиты .............................................. 6
1.2. Основные элементы релейной защиты
и источники оперативного тока ................................................ 13
2. ТОКОВЫЕ ЗАЩИТЫ ЛЭП ................................................... 31
2.1. Максимальная токовая защита .......................................... 31
2.2. Токовая отсечка и токовые направленные защиты .......... 48
2.3. Дифференциальная защита линий ..................................... 56
2.3.1. Защиты от замыканий на землю ................................... 56
2.3.2. Дифференциальные токовые защиты ........................... 70
3. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТИПЫ РЕЛЕЙНЫХ ЗАЩИТ .............. 86
3.1. Дистанционная защита ....................................................... 86
3.2. Высокочастотные защиты .................................................. 96
3.3. Защита блоков генератор-трансформатор ...................... 104
4. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ЭЛЕМЕНТОВ СТАНЦИЙ,
ПОДСТАНЦИЙ И ОТДЕЛЬНЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ........ 107
4.1. Защита синхронных генераторов..................................... 107
4.2. Защита трансформаторов ................................................. 114
4.3. Защита потребителей
и отдельных электроустановок ............................................... 124
5. АВТОМАТИКА И ТЕЛЕМЕХАНИКА
В РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЕ .......................................................... 137
5.1. Автоматика ЛЭП ............................................................... 137
5.2. Автоматика генераторов, трансформаторов,
электродвигателей .................................................................... 154
5.3. Телемеханизация и автоматизированная
система управления (АСУ) электроснабжением ................... 167
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .......................................................................... 176
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК .................................... 177
5
ВВЕДЕНИЕ
Релейная защита является основным видом электри-
ческой автоматики, обеспечивающей надежную и эконо-
мичную работу потребителей электрической энергии.
В настоящее время промышленностью освоен выпуск
различных типов быстродействующих защит: направленные и ненаправленные токовые отсечки, отсечки по
напряжению с токовой блокировкой, дистанционные защиты, продольные дифференциальные защиты, дифферен-
циально-фазные высокочастотные защиты, дистанционные
и направленные защиты с высокочастотной блокировкой.
Объем и типы релейных защит отдельных элементов системы электроснабжения и потребителей электрической
энергии должны соответствовать требованиям «Правил
устройства электроустановок».
Глобальной целью изучения дисциплины «Релейная
защита и автоматические системы управления устройствами
электроснабжения» является привить способность прини-
мать участие в проектировании объектов релейной защиты и
автоматизации в соответствии с техническим заданием и
нормативно-технической документацией. Но изучение слож-
ных типов защит и автоматизированных систем, выполненных на основе цифровой техники невозможно, не зная при
этом принципы построения и функционирования элементар-
ных устройств.
Материалы, изложенные в пособии, позволят твердо
и четко ориентироваться в существующих видах и типах
релейных защит, а также станут хорошей базой для изуче-
ния модернизируемых и новых типов устройств релейной
защиты и автоматизации электроэнергетических систем.
Изучение дисциплины позволит сформировать у студен-
тов знания основных вопросов релейной защиты и автомати-
ки, умения расчёта уставок основных типов защиты и навы-
ки проектирования схем релейной защиты и автоматики.
6
1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ РЕЛЕЙНОЙ
ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИЗАЦИИ
Работа электроэнергетических систем сопровождается повреждениями и аварийными режимами. Для защиты
элементов электроэнергетических систем от опасных последствий повреждений и аварийных режимов необходи-
мы автоматические устройства — реле. Совокупная работа
этих устройств в энергосистеме называется релейной за-
щитой. Для обеспечения адекватной реакции устройств
релейной защиты на все повреждения и аварийные режимы, возникающие в сложной энергосистеме, к релейной
защите предъявляется ряд специальных требований. Исходя из этих требований, следует состав и порядок функцио-
нирования основных элементов релейной защиты.
1.1. Назначение релейной защиты
В энергетических системах могут возникать повреждения и аварийные режимы работы электрооборудования
электростанций и подстанций, распределительных
устройств, ЛЭП и электроустановок потребителей элек-
трической энергии.
Повреждения в большинстве случаев сопровожда-
ются значительным увеличением тока и глубоким понижением напряжения в элементах энергосистемы. Повышенный ток выделяет большое количество тепла, вызывающее
разрушения в месте повреждения и опасный нагрев неповрежденных ЛЭП и оборудования. Понижение напряжения
нарушает нормальную работу потребителей электроэнергии и устойчивость параллельной работы генераторов и
энергосистемы в целом.
Наиболее опасными и частыми видами повреждений
являются короткие замыкания (КЗ) между фазами электрической установки и КЗ фаз на землю. В обмотках элек-
7
трических машин и трансформаторов кроме перечисленных
КЗ бывают замыкания между витками одной фазы (межвит-
ковые замыкания). При КЗ в сетях с глухо заземлённой
нейтралью возрастает ток и происходит снижение напряже-
ния в сети, это приводит к ряду опасных последствий:
• ток КЗ в месте повреждения производит большие
разрушения (вследствие теплового воздействия), а, проходя по неповрежденным участкам ЛЭП и оборудования, вы-
зывает их нагрев выше допустимого значения;
• понижение напряжения приводит к уменьшению
момента вращения электродвигателей (а в ряде случаев и
их остановку), также нарушается нормальная работа осве-
тительных установок;
• снижение напряжения сопровождается нарушени-
ем устойчивости параллельной работы генераторов.
Замыкания на землю одной фазы в сети с изолиро-
ванной нейтралью не приводит к КЗ, так как возникающий
при этом ток в месте повреждения замыкается через емкость проводов относительно земли и имеет, как правило,
небольшую величину, при этом линейные напряжения остаются неизменными. Однако возможно нарушение изоляции
относительно земли двух неповрежденных фаз и перехода
однофазного замыкания на землю в междуфазное КЗ.
Аварийные режимы обычно приводят к отклонению
величин напряжения, тока и частоты от допустимых зна-
чений. При понижении частоты и напряжения, создается
опасность нарушения нормальной работы потребителей и
устойчивости энергосистемы, а повышение напряжения и
тока угрожает повреждению оборудования и ЛЭП.
Аварийные режимы сопровождаются следующими
процессами:
1. Протеканием сверхтоков, вызванных перегрузкой
оборудования или внешнем КЗ, при этом по неповрежденному оборудованию протекают токи, превышающие номи-
8
нальное значение, допустимое время прохождения повышенных токов, зависит от их величины, в том случае если
время прохождения сверхтоков превышает допустимое,
это приводит к старению изоляции и выходу оборудования
из строя.
2. Повышением напряжения сверх допустимого зна-
чения, что связано с внезапной разгрузкой синхронных генераторов, вследствие аварийного отключения части потребителей. Это приводит к увеличению числа оборотов
синхронных генераторов и как следствие повышению
напряжения на выводах генератора, такие перенапряжения
особенно опасны для изоляции обмотки статора синхрон-
ного генератора. Защита в таких случаях должна снизить
ток возбуждения генератора или отключить его.
3. Качанием в системах, которые возникают при вы-
ходе из синхронизма параллельно работающих синхронных генераторов, при этом происходит периодическое изменение тока и напряжения; ток во всех элементах сети
колеблется от нуля до максимального значения (в несколько раз превышающих номинальный); напряжение изменяется от номинального до некоторого минимального значения. При этом защита должна действовать не на отключе-
ние, а на деление системы в определенных точках.
В результате повреждения нарушают работу
энергосистемы и потребителей электроэнергии, а
аварийные режимы создают возможность возникновения повреждений или расстройства работы энергосистемы.
Для обеспечения нормальной работы энергетической
системы и потребителей электроэнергии необходимо как
можно быстрее выявлять и отделять место повреждения от
неповрежденной сети, восстанавливая, таким образом,
нормальные условия их работы и прекращая разрушения в
месте повреждения.
9
Для предотвращения опасных последствий аварийных режимов, необходимо своевременно обнаружить отклонение от нормального режима и принять меры к его
устранению (например, понизить напряжения при его воз-
растании или снизить ток при его увеличении и т.д.).
В связи с этим возникает необходимость в создании и
применении автоматических устройств, выполняющих
указанные операции и защищающие систему и ее элементы от опасных последствий повреждений и аварийных режимов. В качестве таких автоматических устройств используют защитные устройства, выполняемые при помощи
специальных автоматов-реле. Совокупность таких автома-
тических устройств, работающих в энергосистеме, называется релейной защитой. Релейная защита является основным видом электрической автоматики, без которой невозможна нормальная и надежная работа современных энер-
гетических систем.
Основным назначением релейной защиты является выявление места возникновения короткого замыкания и
быстрое автоматическое отключение поврежденного эле-
мента сети — это защита, действующая на отключение.
При возникновении нарушения нормальных режимов
работы (перегрузка, замыкание на землю одной фазы в сети с изолированной нейтралью, понижение уровня масла в
трансформаторе и др.), когда эти явления не представляют
непосредственной опасности для электрооборудования,
достаточно дать предупредительный сигнал оперативному
персоналу — это защита, действующая на сигнал.
Таким образом, исходя из назначения и функций, выполняемых релейной защитой, следует, что аппараты релейной защиты монтируются в «цепях вторичной коммутации», т.е. в слаботочных электрических цепях, предназначенных для управления и контроля режимов работы си-
ловых цепей и систем электроснабжения.
10
Все релейные защиты классифицируются следующим образом:
• в зависимости от вида повреждения. Защиты,
реагирующие на симметричные трехфазные КЗ; реагирующие на симметричные двухфазные КЗ (т.е. на токи
КЗ обратной последовательности); реагирующие на токи
однофазного КЗ (т.е. на токи КЗ нулевой последовательности); реагирующие на емкостные токи замыкания од-
ной фазы на землю;
• в зависимости от вида ненормального режима.
Защиты от перегрузок; от понижения напряжения; от по-
вышения напряжения;
• в зависимости от вида защищаемого оборудова-
ния. Защиты воздушных ЛЭП; кабельных ЛЭП; шин; сило-
вых трансформаторов; синхронных компенсаторов; элек-
тродвигателей;
• в зависимости от принципа действия. Токовые
защиты (токовые отсечки, максимальные токовые защиты); защиты напряжения; направленные токовые защиты
(МТЗ или отсечки); дифференциальные (продольные и поперечные); высокочастотные защиты; дистанционные за-
щиты.
Рассмотрим основные требования, предъявляемые к
релейной защите.
Селективность защиты. Под селективностью по-
нимается свойство релейной защиты, действующее на отключение, избирать поврежденный участок и отключать
только его. Для релейной защиты, действующей на сигнал,
под селективностью понимается способность однозначно
указывать место возникновения ненормального режима и
конкретно элемент энергосистемы. Если по принципу своего действия защита срабатывает только при КЗ на защищаемом элементе, то ее относят к защитам, обладающим
абсолютной селективностью.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]