Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Релейная защита устройств электроэнергетики. Курс лекций
.pdf
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Уральский государственный университет путей сообщения
Кафедра «Электроснабжение транспорта»
И. П. Неугодников
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА
УСТРОЙСТВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ
Курс лекций по дисциплине
«Релейная защита устройств электроэнергетики»
для магистрантов направления подготовки
13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника»,
профиль «Автоматика энергосистем» всех форм обучения
I.P. Neugodnikov
RELAY PROTECTION
OF ELECTRICITY POWER DEVICES
The Lecture course of the discipline
«Relay protection of electricity power devices»
for undergraduate program of study
13.04.02 «Power and Electrical Engineering»,
educational program specialization «Power Systems Automation»
for all program modes
Екатеринбург
УрГУПС
2019
УДК 621.316.9
Н58
Неугодников, И.П.
Н58 Релейная защита устройств электроэнергетики : курс лекций /
И. П. Неугодников. – Екатеринбург : УрГУПС, 2019. – 91, [1] с.
ISBN 978-5-94614-480-3
Составлен в соответствии с рабочей программой дисциплины «Релейная защита
устройств электроэнергетики» по направлению подготовки 13.04.02 «Электроэнергетика
и электротехника», профиль «Автоматика энергосистем».
Содержит основные понятия и требования, предъявляемые к релейной защите,
краткие теоретические сведения, справочные материалы и рекомендации по расчету
релейной защиты устройств электроэнергетики: линий электропередачи напряжением
6-220 кВ, устройств электроснабжения тяговых и трансформаторных подстанций.
The course of lectures has been drawn up in accordance with the work program for the
discipline «Relay protection of electricity power devices» for undergraduate program of study
13.04.02 «Power and Electrical Engineering», educational program specialization «Power
Systems Automation».
The lecture course contains the basic concepts and requirements for relay protection, brief
theoretical information, reference materials and recommendations for the calculation of relay
protection of electric power devices: 6-220 kV power transmission lines, power supply devices for
traction and transformer substations.
УДК 621.316.9
Издано по решению
редакционно-издательского совета университета
Автор: И. П. Неугодников, доцент кафедры «Электроснабже-
ние транспорта», канд. техн. наук, УрГУПС
Рецензенты: А. Н. Штин, доцент кафедры «Электроснабжение
транспорта», канд. техн. наук, УрГУПС
А. В. Паранин, доцент кафедры «Электроснабжение
транспорта», канд. техн. наук, УрГУПС
ISBN 978-5-94614-480-3
© Уральский государственный университет
путей сообщения (УрГУПС), 2019
Оглавление
Введение ..................................................5
1. Назначение релейной защиты, основные понятия ............6
1.1. Назначение релейной защиты ..........................6
1.2. Функции и свойства релейной защиты...................7
2. Реле и комплекты защит ..................................11
2.1. Назначение и классификация реле .....................11
2.2. Электромагнитные реле...............................12
2.3. Электронные реле....................................21
3. Измерительные преобразователи тока и напряжения .........23
3.1. Проверка трансформаторов тока по погрешности ........23
3.2. Расчет трансформаторов напряжения по погрешности....27
4. Защиты электрических сетей ..............................29
4.1. Токовая отсечка без выдержки времени .................29
4.2. Максимальная токовая защита.........................30
4.3. МТЗ с пуском по напряжению .........................33
4.4. Комбинированная схема защиты линии
с помощью МТЗ и ТО ................................36
4.5. Максимальная токовая направленная защита............38
4.6. Дистанционная защита ...............................41
4.7. Продольная дифференциальная токовая защита .........50
4.8. Поперечная дифференциальная токовая защита .........52
4.9. Направленная высокочастотная защита.................54
4.10. Дифференциально-фазная высокочастотная защита.....57
4.11. Защита от однофазных замыканий на землю в сетях
110–220 кВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.12. Защита от однофазных замыканий на землю
в сетях 6–35 кВ .....................................61
5. Защиты силовых трансформаторов.........................66
5.1. Основные виды защит силовых трансформаторов ........66
5.2. Дифференциальная защита............................67
5.3. Максимальная токовая защита.........................71
3
6. Релейная защита элементов подстанций ....................73
6.1. Релейная защита вводов РУ 6–35 кВ....................73
6.2. Релейная защита фидеров РУ 6–35 кВ ..................74
6.3. Релейная защита шин РУ 6–35 кВ ......................74
6.4. Расчет времени срабатывания защиты ..................75
7. Релейная защита преобразовательных агрегатов тяговых
подстанций..............................................76
7.1. Основные виды защит преобразовательных агрегатов.....76
7.2. МТЗ и ТО преобразовательных агрегатов................77
7.3. Защиты от пробоя диодов .............................79
Библиографический список .................................91
4
Введение
Релейная защита является составной частью системной автоматики управления в аварийных режимах, без которой невозможна
нормальная и надежная работа электроэнергетических установок:
линий электропередачи, тяговых и трансформаторных подстанций и т. д.
Релейная защита осуществляет непрерывный контроль за состоянием и режимом работы всех элементов системы электроснабжения и реагирует на возникающие повреждения и нарушения режима
работы [1–3].
Таким образом, основным назначением релейной защиты является выявление места возникновения повреждения и быстрое автоматическое отключение с помощью выключателей поврежденного
оборудования или участка сети от остальной неповрежденной части. Релейная защита является обязательной частью всех электроэнергетических установок, объектов и систем напряжением 1 кВ
и выше.
На основе электромеханических элементов создавались устройства релейной защиты и автоматики первого поколения. Прогресс
в развитии электромеханических реле был полностью остановлен
30-35 лет назад в связи с тем, что все усилия разработчиков были направлены на создание электронных, а затем и микропроцессорных
защит [4, 5].
Дисциплина «Релейная защита устройств электроэнергетики»
предусматривает изучение теоретических сведений об устройствах релейной защиты, а также основ проектирования релейной
защиты.
Курс лекций содержит основные понятия и требования, предъявляемые к релейной защите, краткие теоретические сведения,
справочные материалы и рекомендации по расчету релейной защиты устройств электроэнергетики: линий электропередачи напряжением 6–220 кВ, устройств электроснабжения тяговых и трансформаторных подстанций.
5
1. Назначение релейной защиты,
основные понятия
1.1. Назначение релейной защиты
Релейная защита является одной из составных частей системной автоматики управления в аварийных режимах, без которой
невозможна надежная работа электроэнергетических установок.
Вместе с устройствами автоматического повторного включения
(АПВ) и автоматического включения резерва (АВР) релейная защита образует так называемую систему противоаварийной автоматики (ПА). Релейная защита является обязательной частью всех
электроэнергетических установок, объектов и систем напряжением 1 кВ и выше.
Релейная защита – это автоматическое устройство, контролирующее режим работы электроустановки и действующее на отключение поврежденного элемента при возникновении аварийного
режима или на сигнал при ненормальном режиме работы электроустановки.
Таким образом, основным назначением релейной защиты является выявление места возникновения повреждения и быстрое
автоматическое отключение с помощью выключателей поврежденного оборудования или участка сети от остальной неповрежденной
части.
Релейная защита в общем случае состоит из следующих основных блоков: одного или нескольких измерительных органов ИО1,
ИО2, …, логической части ЛЧ, выходного органа ВО и блока сигнализации БС. Каждый измерительный орган состоит из измерительной схемы ИС и схемы сравнения СС (рис. 1.1). В логической части
защиты выходные сигналы с измерительных органов анализируются по определенному алгоритму, формируются выдержки времени
защиты. При возникновении аварийного режима на выходе ЛЧ появляется логический сигнал, который усиливается в выходном органе ВО, а затем поступает на катушку электромагнита отключения
ЭО выключателя Q [1].
6
Q
ТA
TV
ИС2
СС2
ИО2
ИС1
СС1
ИО1
От других
защит
Защищаемый
элемент
системы
ЛЧ
ВО
БС
ЭО
АК
Рис. 1.1. Структурная схема релейной защиты
1.2. Функции исвойства релейной защиты
Основные требования к релейной защите связаны с ее функци-
ями и свойствами.
Релейная защита должна обеспечивать следующие функции [1,
3–5]:
1. Срабатывание защиты (выдача сигнала на отключение выключателя) при наличии короткого замыкания (КЗ) в защищаемой зоне
на контролируемом объекте.
2. Несрабатывание защиты при отсутствии КЗ в защищаемой
зоне на контролируемом объекте.
3. Несрабатывание защиты при наличии КЗ за пределами зоны
защиты.
Невыполнение защитой вышеуказанных функций приводят к ее
неправильным действиям.
7
Невыполнение защитой первой функции, т. е. несрабатывание
AК
защиты при наличии КЗ в защищаемой зоне на контролируемом
объекте называется отказом защиты.
Невыполнение защитой второй функции, т. е. срабатывание защиты при отсутствии КЗ в защищаемой зоне на контролируемом
объекте называется ложным срабатыванием защиты.
Невыполнение защитой третьей функции, т. е. срабатывание защиты при наличии КЗ за пределами зоны защиты называется излишним срабатыванием защиты.
Для обеспечения правильного функционирования релейная защита должна обладать следующими свойствами: селективностью,
быстродействием, резервированием, устойчивостью и надежностью
функционирования [1, 2, 3].
Селективность (избирательность) защиты – это способность защиты с заданным быстродействием отключать с помощью выключателей только поврежденный элемент электроустановки.
Рассмотрим, например, электрическую цепь с односторонним
питанием, связывающую подстанцию П1 с подстанциями П2, П3
и П4 (рис. 1.2). На каждом отдельном участке сети установлены
выключатели Q1, Q2, …, Q7 соответственно с комплектами релейных защит АК1, АК2, … АК7. При КЗ в точке К1 в соответствии
с принципом селективности должен отключиться выключатель
Q3, при КЗ в точке К2 – выключатель Q5, при КЗ в точке К3 – выключатель Q7.
1
А
Q1
~
W1
Q3
Q2
AК3
AК2
W3
W2
K1
Q5
Q4
AК5
AК4
K2 K3
W5
W4
Q7
Q6
AК7
W7
AК6
W6
Рис. 1.2. Схема электрической сети
Таким образом, селективность защиты обеспечивает отключение минимально возможного участка электрической сети и, следовательно, сохранение нормального электроснабжения максимального числа потребителей.
8
Короткие замыкания в пределах защитной зоны рассматриваемой релейной защиты называют внутренними, а вне зоны защиты –
внешними.
Защиты, которые реагирует только на внутренние КЗ, являются
защитами с абсолютной селективностью. К таким защитам, например, относятся продольные дифференциальные защиты и токовые
отсечки без выдержки времени.
Защиты, которые реагируют не только на внутренние КЗ, но и на
внешние КЗ, обладают относительной селективностью. К таким защитам, например, относятся ступенчатые дистанционные защиты
линий и максимальные токовые защиты.
Селективность защит обеспечивается следующими основными
способами: применением защит с разными выдержками времени;
настройкой защит на разные токи срабатывания; учетом направления мощности в сетях с двухсторонним питанием и др.
Например, максимальная токовая защита АК5 должна иметь
большую выдержку времени, чем защиты АК7 и АК6. В свою очередь
защита АК3 должна иметь большую выдержку времени, чем защиты
АК5 и АК4 и т. д. В этом случае при КЗ в точке К2 быстрее сработает
защита АК5 и отключит выключатель Q5, ликвидируя КЗ. Защиты
АК1 и АК3 не успеют сработать и отключить выключатели Q1 и Q3,
так как имеют большую выдержку времени.
В ряде случаев допускается неселективная работа защит с целью
упрощения или ускорения их действия. Например, допускается одновременное отключение выключателей Q3 и Q5 при КЗ в точке К2,
если выключатель Q3 снабжен устройством АПВ. Неселективное
срабатывание защиты АК3 исправляет АПВ, обеспечивая включение выключателя Q3.
Быстродействие релейной защиты определяется временем ее
срабатывания. Защиты с временем срабатывания не более 0,1–0,2 с
являются быстродействующими защитами. Чем меньше время
срабатывания защиты, тем меньше термическое и динамическое
воздействие токов КЗ на защищаемую электроустановку. Быстродействие и селективность могут вступать в противоречие, если селективность обеспечивается выдержками времени.
Резервирование релейной защиты заключается в том, что на каждом элементе системы электроснабжения устанавливают, как
правило, основные и резервные защиты. Основные защиты являются быстродействующими и обладают абсолютной селективностью. Резервные защиты могут быть небыстродействующими
9
и неселективными. Свойством резервирования обладают защиты
с относительной селективностью. Резервная защита должна сработать с выдержкой времени в случае отказа основной защиты.
Устойчивость функционирования (чувствительность) релейной
защиты – это способность защиты реагировать на КЗ в защищаемой зоне при самых неблагоприятных для ее работы условиях
(в минимальном режиме работы системы). Устойчивость функционирования характеризуется коэффициентом чувствительности K
ч
Применительно к токовым защитам
I
где I
– минимальный ток КЗ в защищаемой зоне;
кмин
KI=
Ч
КМИН
(1.1)
,
СЗ
Iсз – ток срабатывания защиты.
Коэффициент чувствительности для различных защит нормируется ПУЭ, например, для максимальной токовой защиты Kч ≥ 1,5
(если защита основная) и Kч ≥ 1,2 (если защита резервная).
Надежность функционирования релейной защиты – это способность защиты выполнять возложенные на нее функции в полном
объеме при определенных условиях эксплуатации. Для обеспечения
надежной работы защиты необходимо высокое качество изготовления устройств защиты, правильная эксплуатация и своевременный
ремонт аппаратуры.
В настоящее время большая роль отводится системам диагностики для выявления неисправностей и нарушений в работе защиты, способных привести к отказу или ложному срабатыванию защиты.
При проектировании микропроцессорных средств защиты необходимо проводить оценку электромагнитной обстановки в местах
их установки.
.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]