Структурная схема релейной защиты

Релейная защита выполняется с помощью реле. Реле — это автоматически действующий аппарат, осуществляющий скачкообразные изменения в управляемых системах при заданном значении воздействующей на него величины. При этом под воздействующей понимается величина, на которую должно реагировать реле (ток, напряжение, температура, поток газовых пузырей и т. д.).

Релейная защита (рис. 2) состоит из одного или нескольких измерительных органов ИО1, И02 логической части или выходного органа ВО. Каждый измерительный орган содержит измерительный элемент (схему) ИСI, ИС2, … и элемент (схему) сравнения СС1, СС2... На входе релейной защиты АК подаются один или несколько сигналов от трансформатора тока ТА и трансформатора напряжения ТV несущих информацию о режимах работы защищаемого объекта. Из мерительные органы анализируют информацию о входных величинах (значениях тока, напряжения, их соотношения или фазового угла между ними и т. д.) и при определенных условиях формируют дискретный сигнал, поступающий на вход логической части. В измерительных органах могут быть использованы реле тока, напряжения, сопротивления и др.

Рис. 2. Структурная схема релейной защиты

В логической части защиты выходные дискретные сигналы от всех измерительных органов анализируются по определенной программе, формируется выдержка времени защиты. Если выполняются заранее заданные условия, то на выходе ЛЧ появляется дискретный сигнал, поступающий на вход выходного органа ВО, в котором сигнал усиливается и поступает на катушку электромагнита отключения ЭО выключателя Q. Информацию о срабатывании релейной защиты в целом в ее отдельных измерительных органов выдает блок сигнализации БС.

Релейная защита является частью комплекса устройств автоматики в системе электроснабжения железных дорог. Вместе с устройствами автоматического повторного включения (АПВ) и автоматического включения резерва (АВР) релейная защита образует так называемую систему противоаварийной автоматики (автоматики управления в аварийных режимах).

Релейная защита, контролирующая состояние только одного объекта и отключающая при аварийных режимах выключатель только данного объекта, называется индивидуальной. Во многих случаях основные свойства защиты (чувствительность, селективность, быстродействие) улучшаются, если индивидуальные устройства взаимосвязаны.

Взаимная связь таких устройств может быть продольной и поперечной. Продольная взаимная связь объединяет защиты АК1 и АК2 на разных концах (на входе и выходе) одного объекта, например, линии (рис. 3, а). Взаимная связь, при которой объединяются защиты АК1 и АК2 разных объектов, присоединенных к общим шинам, называется поперечной рис. 3, б).

До недавнего времени релейная защита и другие устройства автоматики выполнялись только на релейно-контактных элементах. В последние десятилетия широко начали применять электронные устройства. Это повышает надежность защит, уменьшает их размеры, собственное потребление и эксплуатационные расходы, а также позволяет реализовать совершенно новые функциональные зависимости. Применение полупроводниковой электроники дает возможность выполнить релейную защиту вместе с другими устройствами автоматики и телемеханики в виде единой системы, комплекса.

Рис. 3. Взаимные связи релейных защит

Применение микроэлектроники и микропроцессорных систем еще больше повышает эффективность релейной защиты и автоматики, открывает перспективы для подачи функций релейной защиты и автоматики специальными управляющими вычислительным машинам, которые будут управлять устройствами электроснабжения в нормальных и аварийных режимах.

Виды повреждений и ненормальные режимы работы энергосистемы Большинство повреждений в ЭЭС приводит к коротким замыканиям (КЗ) фаз между собой или на землю (рис. 1). В обмотках электрических машин и трансформаторов могут также возникать КЗ между витками одной фазы. Основными причинами повреждений являются: нарушения изоляции токоведущих частей, вызванные ее старением, перенапряжениями, механическими повреждениями; повреждения проводов и опор ЛЭП, вызванные их неудовлетворительным состоянием, гололедом, ураганным ветром, «пляской проводов» и другими причинами; ошибки персонала при операциях (отключение разъединителей под нагрузкой или включение их на ошибочно оставленное заземление и др.).

Рис. 1. Виды повреждений в электрических установках: а, б, в, г - трехфазное, двухфазной, однофазное и двухфазное КЗ на землю; д, е - замыкания одной и двух фаз на землю в сети с изолированной нейтралью

При КЗ в контуре накоротко замкнутой ЭДС Е источника питания (генератора) возникает большой ток . Короткие замыкания подразделяются на трехфазные К⁽³⁾, двухфазные К⁽²⁾, однофазные на землю К⁽¹⁾ и двухфазные на землю К^(1.1), (рис.1).

Происходящие при КЗ увеличение тока и снижение напря­жения приводят к ряду тяжелых последствий:

а) ток КЗ выделяет в активном сопротивлении цепи R, по которой он проходит в течение времени t, теплоту, опреде­ляемую по закону Джоуля-

Ленца: . В месте повреждения теплота, выделяема током, и пламя электрической дуги производят большие разрушения, размеры которых тем больше, чем больше ток и время t. Проходя по неповрежденному оборудованию, ток КЗ нагревает его выше допустимого предела, что может вызвать повреждение изоляции и токоведущих частей;

б) при протекании больших токов КЗ усиливаются электро­динамические взаимодействия между проводниками, сопро­вождающиеся значительными механическими напряжениями;

в) понижение напряжения при КЗ нарушает работу потребителей: синхронных и асинхронных электродвигателей, освети тельных установок и других электроприемников;

г) снижение напряжения может сопровождаться нарушением устойчивости параллельной работы генераторов, что приводит к распаду энергосистемы и прекращению электроснабжения части или всех потребителей.

Особым видом повреждения являются замыкания на землю одной фазы в сети с изолированной нейтралью или заземленной через большое сопротивление дугогасящего реактора (ДТР) или большое активное сопротивление. На рис. 1, д видно, что замыкание на землю в сети с изолированной нейтралью не вызывает КЗ, так как ЭДС Е_А поврежденной фазы не шунти­руется появившимся соединением с землей. Возникающий при этом в месте повреждения ток замыкается через емкость С проводов неповрежденных фаз (В и С) сети относительно земли и имеет поэтому, как правило, небольшое значение. Междуфазные напряжения при этом виде повреждения остаются неизменными. Благодаря этому однофазное замыкание на землю в сетях с изолированной нейтралью не отражается на работе потребителей и не нарушает синхронной работы генераторов. Однако этот вид повреждения вызывает перенапряжения в сети, что представляет опасность с точки зрения возможности нарушения изоляции относительно земли двух неповрежденных фаз (В и С) и перехода однофазного замыкания на землю в междуфазное КЗ или двойное замыкание на землю.

Ненормальные режимы.Перегрузка оборудования, вызванная сверхтоком, т. е. уве­личением тока сверх номинального значения. Номинальным называется максимальное значение тока, допускаемое для данного оборудования в течение неограниченного времени. Если ток I, проходящий по оборудованию, превышает номинальное значение, то за счет выделяемой им дополнительной теплоты температура токоведущих частей и изоляции через некоторое время превосходит допустимое значение, что приводит к ускоренному старению изоляции и токоведущих частей. Время допустимое для прохождения повышенных токов, зависит от их значения. Причиной сверхтока может быть увеличение нагрузки или появление КЗ за пределами защищаемого элемента (внешнее КЗ). Для предупреждения повреждения оборудования при еперегрузке необходимо принять меры к его разгрузке или отключению в пределах времени .

Повышение напряжения сверх допустимого значения может возникнуть на гидрогенераторах, а также на турбогенераторах большой мощности, работающих по схеме блока, при внезапном отключении их от сети. Для предотвращения повреждения оборудования предусматривается РЗ действующая на гашение поля генератора.

Опасное для изоляции оборудования повышение напряжения может возникнуть также при одностороннем отключении или включении длинных ЛЭП высокого напряжения (ВН) с большой емкостной проводимостью. Ликвидация опасных повышений напряжения в сетях сверхвысокого напряжения осуществляется с помощью специальной автоматики.

Качания возникают при нарушении синхронной работы ге­нераторов электростанций ЭЭС. Качание - очень опасный ненормальный режим, отражающийся на работе всей ЭЭС.

По характеру изменения тока и напряжения ка­чания похожи на КЗ. Большинство устройств РЗ могут приходить в действие при качаниях и отключать защищаемые ими элементы. Такие хаотичные отключения разделяют ЭЭС на изолированные участки с дефицитом или избытком генерируемой мощности, что может привести к частичному или полному нарушению электроснабжения питающихся от ЭЭС потребителей. Поэтому необходимы меры, исключающие хаотичное действие РЗ при возникновении качаний.

Асинхронный режим. К ненормальным режимам относится также работа синхронного генератора без возбуждения например, при отключении автомата гашения поля (АГП). При работе в асинхронном режиме увеличивается частота вращения генератора и возникает пульсация тока статора. Для генераторов некоторых типов длительная работа в асинхронном режиме не допускается, а для других допускается лишь при уменьшенном значении активной мощности. В отдельных случаях потеря возбуждения, не представляя опасности для самого генератора, может послужить причиной резкого снижения напряжения, угрожающего нарушением устойчивости параллельной работы. В этом случае генератор должен быть немедленно отключен от сети.