5.Релейная защита и автоматика.

При отключении устройством защиты одного из элементов системы электроснабжения, например линии или трансформатора, часть потребителей электроэнергии оказывается отключенной от источников питания, что нежелательно. Восстановление питания таких потребителей осуществляется, как правило, автоматически устройствами автоматического повторного включения (АПВ) или автоматического включения резервного источника питания (АВР). Устройство АПВ производит включение элемента системы, отключившегося в результате действия устройства защиты. Если за время бестоковой паузы повреждение (к. з.) устранилось, то включаемый устройством АПВ элемент системы остается в работе и питание потребителей восстанавливается. В противном случае устройство защиты вновь срабатывает и отключает поврежденный элемент. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЕ И АВТОМАТИКЕ Релейная защита н автоматика выполняются в виде автономных устройств, устанавливаемых на элементах энергосистемы. Устройства релейной защиты реагируют на к. з. и действуют на отключение выключателей защищаемых элементов. Релейная защита должна срабатывать при повреждениях в защищаемой зоне (при внутренних повреждениях) и не должна срабатывать при повреждениях вне защищаемой зоны (при внешних повреждениях), а также при отсутствии повреждений. При эксплуатации защиты возможны нарушения данных функций (например, вследствие погрешностей отдельных органов защиты, выхода из строя ее элементов), т. е. происходят отказы функционирования. Возможны следующие виды отказов (в соответствии с основными функциями защиты): отказы срабатывания при требуемом срабатывании, излишние срабатывания при повреждениях с требованием несрабатывания и ложные срабатывания при отсутствии повреждений в энергосистеме. Достаточно полноценное функционирование защиты обеспечивается при выполнении определенных требовании к некоторым общим свойствам. Первое из этих свойств представляет собой селективность защиты. Второе называют устойчивостью функционирования. Третье свойство представляет собой надежность функционирования. Совокупность первого н второго свойств образует техническое совершенство защиты. Селективностью называется свойство защиты, обеспечивающее отключение при к. з. только поврежденного элемента системы с помощью выключателей. Селективность не исключает возможности срабатывания защит как резервных в случаях отказа выключателей или защит смежных поврежденных элементов. Селективность срабатывания устройства защиты при внутренних к. з. характеризуется его защитоспособностью и быстротой срабатывания. Защитоспособность — это свойство (способность) защиты защищать весь элемент при всех учитываемых видах к. з. Быстрота срабатывания защиты необходима для уменьшения влияния понижения напряжения на работу потребителей, благодаря чему повышается устойчивость нагрузки, уменьшаются размеры разрушения поврежденного элемента, повышается эффективность ЛПВ и ЛВР. Устойчивость функционирования определяется устойчивостью несрабатывания (отстроенностью) при внешних к. з. ив режимах без к. з. и устойчивостью срабатывания (чувствительностью) прн к. з. в защищаемой зоне. Чувствительность защит обычно оценивается их коэффициентом чувствительности. Устойчивость быстроты срабатывания характеризуется стабильностью времени срабатывания защиты при внутренних к. з. Это понятие относится в основном к защитам, работающим без выдержки времени. Надежность. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ЗАЩИТ Функциональная схема защиты как устройства автоматического управления содержит следующие основные органы. Измерительный орган, непрерывно контролирующий состояние защищаемого объекта и определяющий условия срабатывания (или несрабатывания) в соответствии со значениями параметров электрических сигналов, поступающих на его вход от измерительных преобразователей ИП. Логический орган, формирующий логический сигнал при выполнении определенных условий. называется защита, предусматриваемая для работы вместо основной защиты данного элемента при ее отказе или выводе из работы, а также вместо защит смежных элементов при их отказе или отказах выключателей смежных элементов. В соответствии со способами обеспечения селективности при внешних к. з. различают две группы защит: с абсолютной селективностью и с относительной селективностью. Относительную селективность имеют защиты, на которые по принципу действия можно возложить функции резервных при к. з. на смежных элементах. С учетом этого такие защиты в общем случае должны выполняться с выдержками времени. Абсолютную селективность имеют защиты, селективность которых при внешних к, з. обеспечивается их принципом действия, т. е, защита способна сработать только при к. з. на защищаемом элементе. Поэтому защиты с абсолютной селективностью выполняются без выдержек времени. Короткие замыкания в системе электроснабжения, как правило, сопровождаются возрастанием тока. Поэтому первыми в энергосистемах появились токовые защиты, действующие в тех случаях, когда ток в защищаемом элементе превышает заданное значение. Такие защиты выполняются плавкими предохранителями и реле. Токовые защиты могут кроме полных токов фаз использовать также слагающие обратной и нулевой последовательностей тока, практически отсутствующие в нормальном режиме. Если сравнивать действующее значение тока (или его симметричных составляющих) с заданными значениями, то защита будет иметь относительную селективность. Если же сравнивать комплексы токов по концам защищаемого элемента, указанную защиту называют дифференциальной токовой. Этот принцип позволяет выполнить защиту с абсолютной селективностью. В качестве измерительных органов применяются также минимальные реле напряжения, которые срабатывают, когда значение воздействующей величины становится меньше заданного. Защиты напряжения могут фиксировать повреждения и по появлению слагающих напряжения обратной и нулевой последовательностей. В этих случаях измерительные органы выполняются на основе максимальных реле напряжения. В ряде случаев не удается выполнить защити на основе отмеченных простейших принципов. Поэтому применяется дистанционный принцип, который предусматривает совместное использование тока и напряжения защищаемого объекта таким образом, что при к. з. на границе защищаемой зоны в измерительном органе защиты (реле сопротивления) формируется сигнал, пропорциональный сопротивлению петли к. з. На основе рассмотренных принципов могут быть выполнены защиты с относительной селективностью. При реализации защит с относительной селективностью для элементов системы электроснабжения, получающих питание от двух или более источников питания, для обеспечения их селективности возникает необходимость фиксировать направление мощности к. 3. и тем самый обеспечивать их действие при условии определенного направления этой мощности (например, от шин—в линию). В этих случаях рассмотренные токовые и дистанционные защиты выполняются направленными. Способность определять направление мощности обеспечивается применением специальных органов направления мощности (как правило, в токовых защитах) или приданием направленности действия измерительному органу (направленные реле сопротивления в дистанционных защитах).ИЗОБРАЖЕНИЕ РЕЛЕ НА ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ СХЕМАХ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ В настоящее время принципиальные схемы релейной защиты выполняются разнесенными. На разнесенных схемах отдельно изображаются цепи измерительных органов, оперативного тока и цепи сигнализации. Различные элементы реле защиты (например, обмотка и контакты) оказываются при этом изображенными на разных схемах или в различных частях одной и той же схемы. Изображение реле и его отдельных элементов на схемах регламентируется ГОСТ. Положение контактов реле, а также контактов других коммутационных аппаратов на принципиальных схемах релейной защиты соответствует обесточенному состоянию аппарата. Контакты классифицируются по выполняемым ими функциям в электрических цепях при переходе реле из обесточенного состояния в новое состояние, обусловленное подачей на него достаточного по значению управляющего воздействия. В технике релейной защиты различают контакты: - замыкающие без выдержки времени, с выдержкой времени на замыкание, с выдержкой времени на - размыкание, с выдержкой времени на замыкание и размыкание; - размыкающие контакты с теми же временными характеристиками; - переключающие контакты.ТОКОВЫЕ НАПРАВЛЕННЫЕ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ Токовыми направленными защитами называются защиты, реагирующие на значение тока и направление (знак) мощности к. з. в месте их включения. Защита приходит в действие при соблюдении двух условий: ток превышает заданное значение (ток срабатывания); знак мощности к. з. соответствует к. з. в защищаемом направлении. Защита относится к классу защит с относительной селективностью. Орган, определяющий знак мощности к. з., называется реле направления мощности. Кроме измерительного органа (реле тока), органа направления мощности защита, как правило, имеет орган выдержки времени. Реле направления мощности защиты Л1 на подстанции Б в рассматриваемом случае не будет замыкать свои контакты, запрещая действие зашиты, так как знак мощности на его входе имеет отрицательное значение. Таким образом, реле направления мощности, реагирующее на сдвиг фаз между подводимыми к нему, при правильном их сочетании определяет направление мощности к. з. в защищаемой линии. Векторные диаграммы токов и напряжений, относятся к реле направления мощности защиты от междуфазных к.з., включенному на полные токи и напряжения. В схемах направленных токовых защит нулевой последовательности реле направления мощности включается на ток и напряжение нулевой последовательности: токовая обмотка — в нулевой провод трансформаторов тока схемы полной звезды, а обмотка напряжения—на обмотки трансформаторов напряжения, соединенные в разомкнутый треугольник (фильтр напряжения пулевой последовательности). Иногда реле направления мощности в схемах направлен них защит от несимметричных к. з. включают на фильтры тока и напряжения обратной последовательности. МАКСИМАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ НАПРАВЛЕННАЯ ЗАЩИТА В сети с двухсторонним питанием с помощью максимальной токовой защиты невозможно обеспечить селективную ликвидацию повреждения. Например, при к.з. в точке защита 2 должна иметь меньшую выдержку времени, чем защита 3, а при к.з. в точке К2 выдержка времени зашиты 2 должна быть больше выдержки времени защиты 3. Одновременно удовлетворить оба этих условия невозможно. Дополнение токовых защит реле направления мощности позволяет сделать их селективными. Для этого случая при осуществлении защиты на электромеханических реле последовательно с контактами реле тока (РТ) защиты необходимо включить контакты реле направления мощности (РМ), срабатывающего только при направлении тока (мощности) от шин в линию. Выдержки времени двух групп зашит выбираются по встречно-ступенчатому принципу, что обеспечивает селективное отключение поврежденной линии. Принципиально можно было бы не учитывать токи определяемые мощностью, направленной к шипам, например, для защит 2 и 5, установленных на приемных концах головных участков кольцевой сети. Однако здесь принимается во внимание возможность нарушения цепей напряжения между измерительным трансформатором напряжения и реле направления мощности (н частности, при перегорании части защитных предохранителей), когда реле направления мощности может ложно сработать при направлении мощности нагрузки к шинам. ЗОНА КАСКАДНОГО ДЕЙСТВИЯ И МЕРТВАЯ ЗОНА ЗАЩИТЫ При к. з. в кольцевой сети с одним источником питания вблизи шин противоположной подстанции (например, в точке КЗ) ток к. з., проходящий через место установки защиты, может оказаться недостаточным для ее срабатывания. После отключения линии с противоположного конца защитой ток в месте установки защиты увеличивается, что приводит к ее срабатыванию и отключению поврежденной линии. Невозможность срабатывания защиты вследствие ее недостаточной чувствительности при наличии к. з. на защищаемой линии до момента отключения линии с противоположного конца носит название каскадного действия защиты. Зоной каскадного действия называется доля длины защищаемой линии, при к. з. в которой защита не действует до отключения линии с противоположного конца. При к. з. в зоне каскадного действия защиты, до отключения выключателя 6 может излишне сработать защита смежного участка. При трехфазном к.з. вблизи места установки направленной защиты напряжение, подводимое к реле направления мощности, может оказаться настолько малым, что реле направления мощности РМ не сработает, а следовательно, защита откажет в действии. Доля длины защищаемой линии, при к.з. в которой защита не срабатывает из-за недостаточного напряжения, подводимого к реле направления мощности, носит название мертвой зоны. Таким образом, каскадное действие защит связано с недостаточной чувствительностью токового органа, а отказ в пределах мертвой зоны с конечной чувствительностью (по напряжению) органа направления мощности. Мертвая зона возникает лишь при трехфазных к. з.вблизи места установки защиты при включении органа направления мощности на полные напряжения.ПЕРВЫЕ И ВТОРЫЕ СТУПЕНИ ТОКОВЫХ НАПРАВЛЕННЫХ ЗАЩИТ Токовые направленные защиты, как и ненаправленные, выполняются обычно с несколькими ступенями. В качестве резервных (третьих) ступеней направленных защит применяются рассмотренные ранее максимальные направленные токовые защиты. Первые и вторые ступени представляют собой токовые отсечки без выдержки и с выдержкой времени, включаемые на полные токи фаз и дополненные органом направления мощности. Рассмотрим, как выбираются токи срабатывания отсечек, устанавливаемых на линии АБ с двухсторонним питанием. Определение тока срабатывания, выдержки времени и проверка чувствительности для вторых ступеней (направленных токовых отсечек с выдержкой времени) производится, как и для аналогичных ненаправленных отсечек , с учетом соображений, рассмотренных для направленной первой ступени токовой защиты. характеристикой выдержки времени. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К РЕЛЕ НАПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТИ К реле направления мощности предъявляются следующие требования: - для уменьшения мертвой зоны напряжение, при котором реле еще может срабатывать, должно быть возможно меньшим; - для обеспечения селективности защиты реле должно срабатывать при всех фазовых сдвигах фр между напряжением и током, подводимым к реле, соответствующих направлению мощности к. з. от шин в линию, и не срабатывать при противоположном направлении мощности; - реле должно быть быстродействующим; - должен отсутствовать самоход реле (под самоходом понимается загрубление реле или его срабатывание под влиянием только одной величины (напряжения или тока), подводимой к реле; - наличие самохода может привести к увеличению мертвой зоны или к ложному срабатыванию защиты.