РЗА. Лекция1 - Корпоративный портал ТПУ

Релейная защита. Лекция 1
Юдин С.М.
Основная литература
Дьяков
А.Ф.
Микропроцессорная
автоматика
и
релейная
защита
электроэнергетических систем : учебное пособие /— 2-е изд., стер.. — Москва:
МЭИ, 2010. — 336 с.
Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита. — М.: Энергоатомиздат, 2007. 549 с.:
ил.
Басс Э.И., Дорогунцев В.Г. Релейная защита электроэнергетических систем. – М.:
Издательство МЭИ, 2002. – 296 с.
Киреева Э.Р. Релейная защита и автоматика электроэнергетических систем —
Москва: Академия, 2014. — 287 с.
Копьев, Владимир НиколаевичРелейная защита [Электронный ресурс]: учебное
пособие / В. Н. Копьев; Национальный исследовательский Томский
политехнический университет (ТПУ). — 1 компьютерный файл (pdf; 7.94 MB). —
Томск: Изд-во ТПУ, 2011. — Заглавие с титульного экрана. — Доступ из
корпоративной сети ТПУ. — Системные требования: Adobe Reader..
1.
2.
3.
4.
5.
Дополнительная литература
6.
А.М.Федосеев, М.А.Федосеев. Релейная защита электроэнергетических систем:
Учебник для вузов.- 2-е изд., М.: Энергоатомиздат, 1992 -528с.
7.
Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. Учебное
пособие для техникумов. М.: Энергоатомиздат, 1998 -800с
8.
В.А. Андреев, Релейная защита и автоматика систем
9.
электроснабжения. 4-е изд. М.Ж Высш. Шк. 2006
10.
Беркович М.А., Комаров А.Н., Семенов В.А. Основы автоматики энергосистем.
11.
М.: Энергоиздат, 1981.-432 с.
12.
Беркович М.А. и др. Основы техники релейной защиты.М.Ж Энергоатомиздат,
1984.
13.
Беркович М.А, Молчанов В.В., Семенов В.А. Основы техники релейной
защиты. М.:Энергоатомиздат, 1984.-376 с.
Назначение релейной защиты и требования, предъявляемые к ней.
А
3
В
С
2
1
G
К3
К2
К1
В условиях эксплуатации возможны повреждения отдельных элементов
системы электроснабжения.
Если предприятие питается по одной линии, то при ее повреждении
электроснабжение прекращается. Наличие двух линий не повышает
надежности. При коротком замыкании на одной из них снижается
напряжение на обеих, и оно не может быть восстановлено до тех пор, пока
поврежденный участок не будет выявлен и отключен. В ряде случаев
повреждение должно быть отключено в течение долей секунды.
Совершенно очевидно, то человек не в состоянии справиться с этой задачей.
Поэтому для определения места повреждения и подачи сигнала на
отключение соответствующего выключателя устанавливаются специальные
автоматические устройства. Это и есть релейная защита.
Основное назначение релейной защиты – автоматическое отключение
поврежденного элемента от неповрежденной части системы при помощи
выключателей.
Дополнительным назначением релейной защиты является то, что она
должна реагировать на опасные ненормальные режимы работы
элементов.
По действию релейная защита бывает с действием на отключение и с
действием на сигнал.
Релейная защита обычно выполняется в виде автономных устройств,
устанавливаемых на элементах электрической системы, реагирующих на к.з.
в заданных зонах и действующих на выключатели этих элементов.
Функции комплекта релейной защиты заключаются в срабатывании при
внутренних повреждениях и несрабатывании при внешних повреждениях и
нормальных режимах.
Внутренним обычно является К.З. в защищаемом элементе – линии,
трансформаторе, генераторе и т.д. В некоторых случаях к защите может быть
предъявлено требование срабатывать при К.З. на смежных элементах в
случае отказа его защиты или выключателя.
С учетом этого защиты делятся на основные и резервные.
Основной называется защита, которая защищает весь элемент со
временем меньшим, чем у других установленных защит.
Резервной называется защита, предусматриваемая для работы вместо
основной в случае ее отказа.
Релейная защита должна удовлетворять ряду требований. Основными
требованиями являются: селективность, чувствительность,
быстродействие и надежность.
Селективность – свойство релейной защиты избирать поврежденный
участок и отключать только его.
Если по принципу своего действия защита срабатывает только при к.з. на
защищаемом элементе, то она обладает абсолютной селективностью.
Если защита способна срабатывать не только при К.З. на защищаемом
элементе, но и при К.З. на смежном элементе в случае отказа его защиты, то
она обладает относительной селективностью.
Под чувствительностью релейной защиты понимают ее способность
реагировать на возможные повреждения в минимальных режимах системы
электроснабжения, когда изменение воздействующей величины будет
минимальным.
Чувствительность защит, как правило, оценивается коэффициентом
чувствительности.
Быстрота срабатывания является очень важным свойством защиты при
внутренних К.З.
Ускорение отключения К.З.:
- повышает устойчивость параллельной работы машин в энергосистеме и
дает возможность увеличить пропускную способность электропередач;
- уменьшает влияние понижения напряжения на работу потребителей;
- уменьшает размеры разрушения поврежденного элемента и т.д.
Время отключения повреждения to:
to = tз + tв
где - t з, tв
Защиты с t з = 0,1- 0,2 с. считаются быстродействующими. Время отключения
наиболее распространенных выключателей tв = 0,06-0,15 с.
Под надежностью в релейной защите понимают свойство устройств
выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели
в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени.
Основные принципы построения защит.
Защищаемый
объект
Источник
питания
ИП
СО
Исп.О
ЛО
Функциональная схема защиты.
ИО
Функциональная схема защиты имеет следующие основные органы:
ИП – измерительный преобразователь (как правило ТТ, ТН);
ИО – измерительный орган непрерывно контролирует состояние
защищаемого объекта и определяет условия срабатывания в соответствии со
значениями воздействующих величин.
ЛО – логический орган, формирует управляющие воздействия по заданному
алгоритму.
Исп.О – исполнительный орган, формирует на основе сигнала логического
органа управляющее воздействие УВ на выключатель.
СО – сигнальный орган, формирует сигнал о срабатывании защиты. (звук,
свет)
Для питания устройства используются источники постоянного
(Аккумуляторы) и переменного оперативного тока.
Основные принципы действия релейной защиты.
1. Токовые защиты. Защиты, для которых воздействующей величиной
является ток, проходящий в месте их включения, получили название
токовых. Первыми токовыми защитами и вообще первыми защитами
были плавкие предохранители. В настоящее время наряду с плавкими
предохранителями широко используются реле.
Основным элементом токовых защит является реле тока, которое
приходит в действие при отклонении тока.Обозначение на схемах KA.
2. Защиты напряжения. Для защиты напряжения воздействующей
величиной является напряжение цепи в месте включения защиты.
Основной элемент защиты – реле напряжения, которое приходит в
действие при отключении напряжения. Обозначение на схемах KV.
3. Токовые направленные защиты. Токовая направленная защита
действует в зависимости от величины тока и его фазы по отношению к
напряжению на шинах подстанции, где защита установлена. Основные
элементы – реле тока и реле напряжения мощности. Обозначение на
схемах KW.
4. Дистанционные защиты. При коротком замыкании в связи с
увеличением тока и снижения напряжения уменьшается по значению
отношение U/I. Дистанционная защита действует при изменении этого
отношения. Основным элементом является реле сопротивления.
Обозначение на схемах KZ.
5. Дифференциальные защиты. Основаны на принципе сравнения токов
или фаз токов по концам защищаемого участка или в соответствующих
ветвях параллельно соединенных элементов электрической установки.
6. Высокочастотные защиты. Как и дифференциальные основаны на
принципе сравнения между собой однородных электрических величин
по концам защищаемой линии. Связь между сравниваемыми
величинами осуществляется обычно с помощью токов высокой
частоты.
Изображение реле на принципиальных схемах.
Основным элементом схем релейной защиты является реле.
Обмотка реле (или измерительная часть
реле)
Контакты.
-Замыкающий без выдержки времени
- С выдержкой времени на замыкание
- С выдержкой времени на размыкание
- Размыкающий без выдержки времени
- С выдержкой времени на размыкание
- С выдержкой времени на замыкание
- Переключающий
- Переключающий без размыкания цепи
- Замыкающий без самовозврата
- Размыкающий без самовозврата
- Замыкающий кратковременно
(импульсный).
Положение контактов реле на принципиальных схемах релейной защиты
соответствует обесточенному состоянию.
Виды повреждений и ненормальных режимов.
Основными видами повреждений являются короткие замыкания,
причинами возникновения которых могут быть перекрытия или перебои
изоляторов в результате прямых ударов молнии или перенапряжений;
неправильные действия эксплуатационного персонала, перекрытия
изоляторов при их загрязнении; нарушение изоляции животными и птицами
и т.д.
А
В
С
1.
Трехфазное короткое замыкание К(3) (5%)
А
В
С
2. Двухфазное короткое замыкание К(2) (10%)
А
В
С
3. Двухфазное короткое замыкание на землю К(1,1)
А
В
С
4.Двойное замыкание на землю К(1,1) дв (К(1,1) и К(1,1) дв 20%)
А
В
С
5.Однофазное короткое замыкание на землю К(1) и однофазное замыкание
на землю К(1)з (65%)
3. Обрыв фазы
4. Замыкание между витками одной фазы (в трансформаторах и
электрических машинах)
5. Протекание сверхтоков, вызванных перегрузкой оборудования или
внешними короткими замыканиями.
6. Снижение напряжения или повышение напряжения за допустимые
пределы.
7. Снижение частоты.
8. Качания в энергосистеме.
Защиты ЛЭП
Защита от междуфазных замыканий.
Токовые защиты линий
Для защиты линий от короткого замыкания широкое распространение
получили защиты, реагирующие на превышение током некоторого заранее
установленного значения.
Такие защиты называются токовыми. Токовые защиты могут быть
реализованы с помощью различных технических средств:
- предохранителей с плавкими вставками;
- электромагнитных и тепловых расцепителей выключателей напряжением
до 1000В (автоматических выключателей);
- максимальных реле тока в совокупности с реле времени, промежуточными
реле (и указательными реле).
В сетях напряжением ниже 1000В защита выполняется как правило на
предохранителях и автоматических выключателях. К достоинствам этих
аппаратов относится простота, дешевизна, отсутствие ТТ отсутствие
оперативного тока. Однако нестабильность время-токовых характеристик
ограничивает область их применения.
Защиты линий напряжением выше 1000В выполняются с помощью реле.
Токовые защиты подразделяются на два вида.
- Максимальные токовые защиты
- Токовые отсечки
1.Максимальные токовые защиты
Время срабатывания защит выбирается по ступенчатому принципу начиная с
защит наиболее удаленных элементов
tn = t(n-1)макс + ∆t
∆t - ступень селективности,
tn – время срабатывания n-ой защиты
∆tn = tв(n-1) + tn(n-1) + tnn + tзап
tв(n-1) – время действия выкл. n-1 участка – 0,02-0,3 с
tп(n-1) – положительная погрешность защиты n-1 участка 0,05-0,1.
tпn – отрицательная погрешность защиты n-го участка
tзап – некоторый запас.
= 0,2 – 0,6 с. В предварительных расчетах принимают ∆t=0,5 с.
Ток срабатывания.
Током срабатывания защиты Iс.з – минимальный ток в фазах линии при
котором защита срабатывает.
Током срабатывания реле Iс.р – называется минимальный ток в реле тока при
котором оно срабатывает. I с.р= I с.з / n TA
Током возврата защиты называется максимальный ток в фазах линии при
котором защита возвращается.
Током возврата реле Iв.р – называется максимальный ток в реле, при котором
оно возвращается в исходное состояние.
Коэффициент возврата реле Кв = Iв.р/Iс.р
Для максим. реле Кв<1.
Ток срабатывания I с.р должен быть больше максимального рабочего тока
Iраб. макс. защищаемой линии. Однако, как правило, выбор Iс.р
определяется более тяжелыми условиями.
∆t
Рис.
Рассмотрим случай к.з. в точке К2 Защита 3 сработать не успевает и после
отключения участка БВ должна вернуться в исходное положение. Это
произойдет если Iв.з больше (расчетного) тока самозапуска –
Iв.з > Iз. Макс
Iз. Макс = IРаб.Макс * кз.
Iв.з>= к отс * кз. * IРаб.Макс
Iс.з>= к отс * кз. * IРаб.Макс /к в
Оценка и область применения
Достоинства: простота, высокая чувствительность.
Недостатки: большие выдержки времени при коротких замыканиях близких к
источнику.
Области применения: используется в сетях напряжением до 10 кВ.
2.Токовые отсечки
2.1Токовая отсечка без выдержки времени
Оценка продольной дифференциальной защиты ЛЭП
Достоинства:
- быстрота срабатывания
- как правило хорошая чувствительность
Недостатки:
- необходимость прокладки вспомогательных проводов, что удорожает
защиту и снижает ее надежность.
Применяется для
линий 110кВ и выше длиной не более 10 км при
невозможности использования других более простых и дешевых защит.