1. Назначение релейной защиты и основные требования, предъявляемые к ней

Нормальная работа электроустановок и потребителей электроэнергии нарушается при возникновении повреждений и ненормальных режимов, которые сопровождаются возраста­нием тока, снижением или повышением напряжения и частоты. В этом случае возможны по­вреждения оборудования и нарушения синхронизма в электроэнергетической системе (ЭЭС). В связи с этим возникает необходимость в создании и применении различных автоматиче­ских устройств, защищающих ЭЭС и ее элементы от опасных последствий повреждений и ненормальных режимов. Большинство повреждений в ЭЭС приводит к возникновению раз­личного вида коротких замыкания (к.з.) - наиболее опасных и тяжелых видов повреждений, которые сопровождаются значительным возрастанием тока, снижением напряжения и сопро­тивления. Ток короткого замыкания (I_кз), протекая по элементам ЭЭС, может вызвать раз­рушения, размеры которых тем больше, чем больше величина I_кз и время его протекания. Последнее следует из электродинамическою и термического действия I_кз.

Снижение напряжения при к.з. нарушает работу потребителей и может вызвать оста­новку асинхронных двигателей, что приводит к расстройству технологического процесса на предприятиях. Снижение напряжения может вызвать нарушение устойчивости в ЭЭС и при­вести к дальнейшему тяжелому развитию аварии.

Релейная защита (РЗ) представляет собой автоматическое устройство, предназначенное для защиты ЭЭС и ее элементов от опасных последствий повреждений и ненормальных ре­жимов. РЗ производит автоматическую ликвидацию аварии (при возникновении ненормаль­ных режимов) или ее локализацию (отключение поврежденного элемента).

Устройства РЗ и автоматики состоят из отдельных функциональных элементов, связан­ных между собой общей схемой (рис. I) и предназначенных для решения стоящих перед ни­ми задач.

Входной (воздействующей) величиной для РЗ является электрический параметр, опре­деляемый типом РЗ. Так, например, для максимальных токовых защит, в качестве воздейст­вующей (входной) величины принимается ток (I), проходящий через защищаемый элемент ЭЭС. Если величина I превысит установленное значение (I_уст), то происходит срабатыва­ние пускового органа РЗ и сигнал (Z₁) поступает на логическую часть защиты (реле вре­мени КТ). При срабатывании логической части вырабатывается сигнал Z₂, поступающий на исполнительную часть защиты, выполняющую функцию усилительного органа, - промежу­точное реле KL (см. рис. 1).

Для сложных защит в качестве входных параметров могут использоваться несколько воздействующих величин. Так, например, для максимальных токовых защит с блокировкой по минимальному напряжению пусковой орган РЗ выполняется по схеме, приведенной на рис. 2.

Рис. 1. Структурная схема релейной защиты

С

Рис. 2. Пусковой орган для МТЗ с пуском по минимальному напряжению

игналZ₁ на выходе пускового органа ПО появится, если одновременно будут сигна­лы на выходе пускового органа по току (X₁) и пускового органа по напряжению (X₂).

В ЭЭС действие РЗ тесно связано с устройствами автоматики, предназначенными для быстрого автоматического восстановления нормального режима и питания потребителей. Например, устройство АПВ силового трансформатора запускается при срабатывании его максимальной токовой защиты и блокируется при срабатывании основных защит трансфор­матора (дифференциальной и газовой).

РЗ должна удовлетворять следующим требованиям:

1. Селективность (избирательность) - основное требование к РЗ. Заключается в спо­собности РЗ отключать при к.з. только поврежденный элемент, хотя ток к.з. протекает и по другим неповрежденным элементам ЭЭС. Для различных типов защит селективность обес­печивается различными способами. При селективной работе РЗ не происходит излишних от­ключений оборудования и потребителей, тем самым минимизируется ущерб от аварийной ситуации.

2. Быстродействие - способность работать с минимально допустимой выдержкой вре­мени. Без выдержки времени могут работать только защиты, обладающие абсолютной селек­тивностью (дифференциальные, высокочастотные, первые ступени токовых защит - токовые отсечки). Для сетей с уровнем номинального напряжения 110-220 кВ предельное время от­ключения коротких замыканий составляет 0,3-0,5 с, а для сетей 330-500 кВ - 0,15 с. Такие жесткие ограничения по скорости отключения коротких замыканий в сетях высокого напря­жения определяются в первую очередь условиями обеспечения динамической устойчивости в энергосистеме. На низких напряжениях (6-35 кВ) время отключения к.з. может достигать нескольких секунд. Быстродействие РЗ находится в противоречии с их селективностью.

3. Чувствительность - способность РЗ реагировать на те отклонения от нормального режима, которые возникают в результате повреждения. Для схемы ЭЭС (рис. 3) установлены токовые защиты Р31 и Р32, которые отличают нормальный режим от режима к.з. по возраст

Рис.З. Схема ЭЭС и размещение токовых защит линий АВ и ВС (а) и схема замещения в аварийном режиме при К(3) в точке К2. (б)

анию тока. Р31 служит для защиты линии АВ, а Р32 - ВС. Однако в случае возникновения к.з. на шинах С (в точке К2.) и отказе Р32 или выключателяQ2 ликвидация повреждения должна осуществляться Р31, которая при своем срабатывании дает сигнал на отключение Q1 , т.е. защита Р31 должна «чувствовать» короткое замыкание в конце смежной линии ВС (в точке К2), чтобы она смогла выполнить функции резервирования Р32.

Так для токовой защиты ток срабатывания защиты I_сз - наименьший первичный ток, при котором приходят в действие ПО защиты. Ток срабатывания защиты должен быть меньше тока короткого замыкания для Р31 (точка К1). Для защит от междуфазных к.з. чувствительность проверяется по наименьшему току для двухфазного к.з., когда

; ;

Коэффициент чувствительности защиты характеризует отношение величины контроли­руемого параметра в режиме к.з. к величине порога срабатывания защиты. Коэффициент чувствительности по току определяет, во сколько раз минимальный ток к.з. больше тока срабатывания защиты:

Выбор величины I_сз зависит от типа применяемой защиты.

ПУЭ определяют, что должен быть больше 1,5, если защита является основной (для к.з. в точке К1 защита Р31 - основная), и больше 1,2, если защита является резервной (для к.з. в точке К2 защита Р31 - резервная). Столь высокие требования к коэффициенту чувствительности объясняются тем, что ток к.з. в реальных условиях эксплуатации энергосистемы может быть существенно меньше расчетного.

4. Надежность - способность защиты безотказно действовать в пределах установлен­ной для нее зоны и не работать ложно в режимах, при которых действие РЗ не предусматривается. Иначе говоря, при функционировании РЗ не должно быть случаев отказов и ложной работы. Для повышения надежности работы РЗ используются устройства диагностики - тестового контроля и функционального диагностирования. Кроме того, повышению надежности способствует и перевод РЗ на новую современную элементную базу - интегральные микро­схемы и микропроцессорную технику. Последнее улучшает и характеристики РЗ с точки зрения ее быстродействия и чувствительности, уменьшает нос и габариты устройств РЗ, сокращает потребление электpoэнергии, облегчает ремонт и эксплуатацию устройств РЗиА.

С

Рис. 4. Способы изображения реле на схемах:

а - совмещенный; б - раздельный.

уществует два способа изображения реле на схемах: совмещенный и раздельный. При совмещенном способе катушки и контакты реле изображаются на одном рисунке (рис. 4, а). Условно считают, что катушки реле располо­жены в нижней части, там же указывается количество катушек. В верхней части рисунка изображаются контакты реле, их может быть несколько. В средней части располо­жено условное обозначение реле по ГОСТ (КА - реле тока;KU - реле напряжения).

При раздельном способе катушки реле и его контакты распложены в той части схемы, которая соответствует порядку работы устройства релейной защиты. Способ изображения катушек реле приведен на рис. 4, б.

Схемы релейной защиты, содержащие большое число отдельных реле, чаще всего изображаются раздельным способом.