1.2 Назначение релейной защиты и автоматики
Любая электроэнергетическая система представляет сложный объект с большим количеством различных связей между множеством ее элементов. Нарушение какой-то связи или появление излишней вызывает повреждение или ненормальную работу этой системы.
Основное назначение РЗА заключается в том, чтобы обеспечить защиту электроустановок от повреждений и ненормальных режимов работы, которые могут привести к распространению аварии. Чтобы исключить перерыв питания, необходимо быстро отключить поврежденный элемент, восстановить электрическое питание потребителей, автоматически отключенных от источника питания в результате возникшего в системе повреждения, поддерживать на заданном уровне параметры качества электроэнергии, обеспечить пуск и остановку синхронных машин, обеспечить отключение части потребителей при возникновении дефицита активной мощности в энергосистеме и многое другое.
Перед РЗА стоит множество сложных задач. Рассмотрим фрагмент сети, изображенной на рис. 1.1.
Рисунок 1.1. Фрагмент схемы системы электроснабжения
Несмотря на простоту электрической схемы (ГПП – главная понизительная подстанция; РП – распределительная подстанция), в ней имеется большое количество устройств релейной защиты и автоматики, а именно: ДЗ – дифференциальная защита (трансформатора, двигателя или генератора); МТЗ – максимальная токовая защита; ЗП – защита от перегрузки; МТО – максимальная токовая отсвечка; ЗЗСК – защита от замыканий статора на корпус; АПВ – автоматическое повторное включение; АРKТ – автоматическое регулирование коэффициента трансформатормации; АВР – автоматический ввод резерва; АЧР – автоматическая частотная разгрузка; ЧАПВ – частотное автоматическое повторное включение; АСГ – автоматическая синхронизация генератора; АРВ – автоматическое регулирование возбуждения; АГП – автомат гашения поля; АСС – автоматическая синхронизация синхронной машины.
Например, можно отметить, что межсистемный автотрансформатор связи имеет до двадцати видов защит, а блок «генератор-трансформатор» более тридцати. Некоторые основные виды устройств автоматики приведены на рис. 1.1.
1.3 Требования, предъявляемые к свойствам релейной защиты (рз)
1. Селективность (избирательность) ― высшее свойство РЗ, обеспечивающее отключение при коротком замыкании (КЗ) только поврежденного элемента системы с помощью выключателей [1]. Селективность не исключает срабатывание резервной защиты при повреждении на смежном участке и отказе на нем основной защиты. Иногда допускают неселективное действие защит при исправлении ее действия автоматикой. Оценка селективности защит производится с помощью карты селективности.
2. Быстродействие – время срабатывания tСЗ защиты на отключающий коммутационный аппарат при возникновении повреждения должно быть наименьшим. Очень часто для обеспечения селективности приходится искусственно увеличивать время срабатывания защиты, которое называется выдержкой времени. Время отключения КЗ складывается из собственного времени работы защиты и времени отключения коммутационного аппарата.
3. Чувствительность – способность защиты срабатывать при повреждении в зоне действия и минимальном режиме работы системы c необходимым запасом. Чувствительность оценивается коэффициентом чувствительности kЧ и находится как:
― отношение параметра КЗ в минимальном режиме работы системы к параметру срабатывания (для защит максимального действия – токовая, напряжения нулевой или обратной последовательности и др.);
― отношение параметра срабатывания к параметру КЗ в минимальном режиме работы системы (для защит минимального действия – напряжения, дистанционная и др.).
4. Надежность – способность защиты безотказно срабатывать при возникновении повреждения в зоне действия, не срабатывать при повреждении вне зоны действия и не срабатывать при отсутствии повреждения. При рассмотрении вопроса надежности конкретного устройства защиты необходимо учитывать не только аппаратную надежность всех элементов устройства, но и надежность правильного расчета уставок, их выставления, высококвалифицированного обслуживания (поверка, ремонт, настройка и т.д.). К требованию надежности относятся понятия: защитоспособность, безотказность, долговечность, ремонтопригодность [1], надежность функционирования, эффективность функционирования, устойчивость функционирования [2], функциональная диагностика, тестовая диагностика и т.д.