лекции

58

при токе к.з. менее 10А и на двигателях мощностью более 2000кВт при токе к.з. менее 5А. Защита выполняется с действием на отключение без выдержки времени с использованием ТНП, ТЗЛ (рис. 5.7).

Защита от перегрузки

Рис. 5. 7. Схема защиты двигателя от однофазных КЗ

Перегрузка возникает в следующих случаях:

-при затянувшемся пуске или самозапуске;

-по техническим причинам и перегрузке механизмов;

-обрыве фазы;

стью сверхтоков является сопровождающее их повышение температуры отдельных частей и обмоток. Перегрузочная способность электродвигателя определяется характеристикой зависимости между величиной сверхтока и допустимым временем его прохождения:

t =T a −1

к−1

где t – допустимая длительность перегрузки, с; Т – постоянная времени нагрева, с;

а – коэффициент, зависящий от типа изоляции, а также периодичности и характера сверхтоков, равный1,3;

к – кратность сверхтоков,

к=Iдл/Iном.

58

59

5.7. Зависимость температуры обмотки двигателя от кратности сверхтоков

На электродвигателях не подверженных технологическим перегрузкам и не имеющих тяжелых условий пуска защита от перегрузки не устанавливается (циркуляционные, питательные насосы). На электродвигателях, подверженных перегрузкам защита должна устанавливаться обязательно (электродвигатели мельниц, дробилок). Защита выполняется на отключение, если не обеспечивается самозапуск двигателя. Защита выполняется на сигнал или разгрузку механизма автоматически или вручную без останова механизма.

Лучше других работает защита, выполненная с тепловыми реле. Реле настраивается так, чтобы уставка срабатывания по теплу, выделение которого происходит в электродвигателе, была равна предельно допустимому:

Qс. р. = Qпр.доп.

Защита от перегрузки также может быть выполнена с токовым реле

(рис. 5.8):

Ток срабатывания равен:

Уставка по времени срабатывания: tперег>tпуск или tперег>tсамоз . Т.к. время пуска асинхронного двигателя (10-15)сек, то характеристика реле РТ-80 в

независимой части времени должна быть не менее (12-15)сек.

59

60

+

КА1.1

откл.

сигнал

м

Рис.5.8. Схема защиты от перегрузки

5.3. ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ КОМПЕНСАТОРОВ

Синхронным компенсатор (СК) является генератором реактивной мощности, особенностью которого является процесс пуска. Самый простой способ пуска – это асинхронный. Включение СК на напряжение сети осуществляется при отсутствии возбуждения в цепи ротора (как асинхронный двигатель). После пуска, когда скорость вращения ротора приближается к синхронной, включается возбуждение и СК втягивается в синхронизм. В момент включения СК на напряжение сети возникает бросок тока (пусковой ток). Для уменьшения этого тока мощные СК пускаются через реактор.

АГП – это автоматы гашения поля разрывающие цепь возбуждения и замыкающие обмотку ротора на сопротивление R.

На СК устанавливаются все защиты от внутренних повреждений, как и у генераторов той же мощности. Основной защитой от внутренних повреждений СК является дифференциальная защита и защита от замыканий на землю. Защита от витковых замыканий с параллельными ветвями в фазах по соображениям упрощения не применяется. Защита от сверхтоков внешних КЗ на СК не ставится. Защита от перегрузки возможна при продолжительном уменьшении напряжения, вызывающим действие регулятора напряжения на форсировку возбуждения СК. Для устранения этого применяется разгрузочное устройство, снижающее ток возбуждения и отключающее регулятор. Устройство реагирует на фазный ток с выдержкой времени 1 мин.

60

61

Q1

R

Q2

GC

АГП

R

В

Рис.5 9. Схема защиты синхронного компенсатора от перегрузки

61

62

Для того, чтобы предотвратить подачу напряжения на остановленный СК, когда его выключатель остался включенным, устанавливается защита минимального напряжения.

Защита отключает СК при длительном отсутствии напряжения на его выводах. Контакты реле напряжений соединяются последовательно для исключения ложной работы при перегорании предохранителей в цепях напряжения.

Уставка по напряжению рассчитывается:

Uс. р. = 0,4 Unном

н

Время срабатывания защиты составляет 8-9сек. Она должна на 1-2 ступени превышать максимальное время действия резервных защит отходящих ЛЭП.

На СК, как и на гидрогенераторах, должна быть выполнены защиты от замыканий на землю в одной точке цепи возбуждения.

5.4. ТИПЫ КОМПЛЕКТОВ И РЕЛЕ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ШИН, ДВИГАТЕЛЕЙ И СИНХРОННЫХ КОМПЕНСАТОРОВ

Электротехническая промышленность России серийно выпускает следующие виды реле и комплектных устройств для защиты основного оборудования подстанций:

•реле тока типа РТ-40/Р для применения в схемах УРОВ;

•реле тока типа РТЗ-51 для применения в схемах защит от замыканий на землю мощных электродвигателей;

•реле дифференциальные типов РНТ-565, РНТ-566 с промежуточным насыщающимся трансформатором для дифференциальных защит мощных электродвигателей;

•реле дифференциальные типа РНТ-567 с промежуточным насыщающимся трансформатором для дифференциальных защит сборных шин и ошиновок;

•реле дифференциальные типа ДЗТ-11 с промежуточным насыщающимся трансформатором с магнитным торможением для дифференциальных защитмощныхэлектродвигателей;

•реле напряжения типов РН-53(153) и РН-54(154) для использования в качестве измерительных органов, реагирующих на повышение (РН-53) и понижение (РН-54) напряжения;

62

63

блок-реле типа КИВ-500Р входящим в состав устройства контроля состояния изоляции высоковольтных вводов напряжением 500 кВ;

•блоки электрические типов БЭ 1104, БЭ 1105 для защиты цепей возбуждения синхронных компенсаторов от замыкания на землю в одной точке;

•БЭ 1104 — блок контроля сопротивления изоляции; БЭ 1105 — блок частотного фильтра;

•реле токовые типа РСТ 15 для использования в дифференциальных защитах электродвигателей.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Дони, Н. А. Панели высокочастотной защиты для линий электропередачи 110-330 кВ / Н. А. Дони, Л. А. Надель, А. М. Наумов, Я. С. Гельфанд // Электротехническая промышленность. Сер. АНН, 1983 г. № 6. 183 с.

1.Скитальцев, В. С. Аппаратура каналов связи для передачи сигналов автоматики АНКА-АВПА / В. С. Скитальцев // Электрические станции, 1984

г. № 6. с.63-67.

2.Гельфанд, Я. С. Панель высокочастотной направленной защиты ПДЭ 2802 / Я. С. Гельфанд, Н. А. Дони, А. И. Левиуш. М.: Энергоатомиздат, 1992 г. 128 с.

3.Бирг, А. Н. Устройства дистанционной и токовой защит типов ШДЭ 2801, ШДЭ 2802 / А. Н. Бирг, Г. С. Нудельман, Э. К. Федоров. М.: Энергоатом-

издат, 1988 г. 144 с.

4.Орлов, И. Н. Электротехнический справочник. Т. 3 / Под ред. И. Н. Орлова. – М.: Энергоатомиздат, 1998 г. 800 с.

5.Антюшин, А. А. Справочник по наладке вторичных цепей электростанций и подстанций / А. А. Антюшин, А. Е. Гомберг, В. П. Караваев. Под ред. Э. С. Мусаэляна. – М.: Атомиздат, 1989 г. 348 с.

6.Дьяков, А. Ф. Основы проектирования релейной защиты и автоматики электроэнергетических систем / А. Ф. Дьяков, В. В. Платонов. – М.: Энер-

гия, 2000 г. 248 с.

7.Ершов Ю. А. Релейная защита и автоматика электрических систем. Расчет релейной защиты объектов электроэнергетической системы. Уч. пособие. /Ю. А. Ершов, О. П. Халезина. Красноярск, КГТУ, 2004. – 126 с.

СОДЕРЖАНИЕ

63

64

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………….3

ГЛАВА 1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ ЭЭС………………………………………….4

1.1.Назначений релейной защиты и автоматики…………… ….4 1.2.Виды повреждений и ненормальные режимы

работы электрооборудования………………………………… 5 1.3.Основные требования, предъявляемые к устройствам РЗ…….7 1.4.Основные принципы действия РЗ……………………………...11 1.5.Первичные измерительные преобразователи

в устройствах РЗ. Источники оперативного тока…………….17

ГЛАВА 2. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА С ОТНОСИТЕЛЬНОЙ СЕЛЕКТИВНОСТЬЮ……………..20

2.1.Токовая отсечка без выдержки времени……………………...21

2.2.Токовая отсечка с выдержкой времени……………………….27

2.3.Максимальная токовая защита………………………………...31

2.4.Максимальная токовая направленная защита………………...48

2.5.Токовая защита нулевой последовательности………………..55

2.6.Дистанционная защита…………………………………………57

2.7.РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА АБСОЛЮТНОЙ СЕЛЕКТИВНОСТЬЮ ……………………….63

2.7.1. Продольная дифференциальная защита…………………….69

2.7.2.Поперечная дифференциальная защита…..………………....73

2.7.3. Панель высокочастотной направленной защиты ПДЭ 2802…………………….………………………...75

2.7.4.Шкаф защит ШДЭ 2801………………………………………..88

2.7.5.Многофункциональный блок микропроцессорной РЗ БМРЗ-04……………………………

ГЛАВА 3. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРОВ ……………………………………….115

3.1.Основные виды повреждений и ненормальных режимов работы трансформаторов………………………….115

3.2.Основные виды защит…………………………………………116

3.3.Защиты от многофазных КЗ…………………………………..117

3.4.Газовая защита…………………………………………………131

3.5.Дополнительные защиты трансформаторов…………………135

3.6.Защита трансформаторов в распределительных

устройствах без включателей на стороне высшего напряжения…………………………………………..137

3.7.Разновидности исполнения защит……………………….140

3.8.Релейная защита трансформатора «Сириус»………….141

64

65

ГЛАВА 4. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ГЕНЕРАТОРОВ…………………..145

4.1.Основные виды повреждений и ненормальных режимов …………………………………………………….145

4.2.Защита от многофазных КЗ в обмотке статора………….148

4.3.Защита генератора от витковых замыканий……………..150

4.4.Защита генератора от замыканий на землю……………...151

4.5.Токовые защиты генератора от внешних КЗ и перегрузки……………………………………….…….….154

4.6.Защита от повышения напряжения………………………..156

4.7.Защита цепей возбуждения от замыканий на землю……………………………………..158

4.8.Защита блока генератор-трансформатор, генератор-автотрансформатор…………………………….159

4.9.Типы комплектных устройств РЗ генератора…………….161

ГЛАВА 5. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА СБОРНЫХ ШИН, ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И СИНХРОННЫХ КОМПЕНСАТОРОВ ………………… ...162

5.1.Релейная защита сборных шин……………………………...162

5.2.Релейная защита высоковольтных двигателей…………….168

5.3.Релейная защита синхронных компенсаторов……………..173

5.4.Типы комплектов и реле, применяемых РЗ шин, двигателей и синхронных компенсаторов……….175

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ………………………………..…176

65

66

Часть 2. АВТОМАТИКА

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

УДК 621. 316. 925. (07) Е80

Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем. Курс лекций. Ч.2. Автоматика электроэнергетических систем. Для студентов направления подготовки 140200 «Электроэнергетика и электротехника» (специальностей 141204 «Электрические станции», 140205 «Электроэнергетические системы и сети», 140211 «Электроснабжение», 140203 «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем») / Сост. Ю. А. Ершов, А. В. Малеев, О. П. Халезина. Красноярск: ИПЦ СФУ, 2007. 28 с.

Приведены основные положения, определения и схемы автоматического управления и регулирования в автоматике электроэнергетических систем. Представлены расчеты уставок автоматического повторного включения и автоматического включения резервного источника питания объектов.

ВВЕДЕНИЕ

Энергетическое производство включает в себя производство, передачу

ираспределение электрической энергии. Электрические станции, питающие

ираспределительные сети, понизительные подстанции и собственно потребители электроэнергии находятся на большой территории, представляют собой большое хозяйство со сложным технологическим процессом, связанное единством режима и непрерывности производства.

Основная особенность энергетического производства, отличающая ее от других отраслей промышленности, заключается в единовременности процесса производства и потребления. Т.е. увеличение или уменьшение потреб-

66

67

ления электроэнергии должно быть немедленно откорректировано соответственно увеличением или уменьшением выработки на электрической станции.

Непрерывность и взаимосвязь процесса производства, передачи и распределения электроэнергии особенно остро проявляется при нарушениях нормального режима работа. Результаты повреждения одного объекта сказываются на работу не только смежного с ним элемента электрической сети, но и на весь районной данной электроэнергетической системы, что может привести к нарушению всего промышленного цикла.

Другой не менее важной особенностью является быстротечность процесса нарушения режима. Оперативный и диспетчерский персонал электроэнергетический системы не в состоянии ни вмешаться, ни тем более предотвратить аварию.

Все выше сказанное определило необходимость широкой автоматизации электроэнергетических систем. Все устройства автоматики можно разделить на две большие группы: технологическую и системную автоматику.

Технологическая автоматика является местной, локальной автоматикой, выполняет функции управления процессами на электрооборудовании, или поддержания на заданном уровне или по заданному алгоритму параметров режима данного агрегата при этом практически не влияя на режим электроэнергетической системы в целом.

Системная автоматика осуществляет функции управления, тем самым оказывая влияние на режим части или всей электроэнергетической сис-

управления в нормальных и аварийных режимах. К автоматике управления в нормальных режимах относится:

•автоматическое регулирование частоты и активной мощности (АРЧМ),

•автоматическое регулирование напряжения на шинах подстанций (АРКОН, АРТ-1Н).

Спомощью автоматики управления в нормальных режимах работы обеспечивается установленное качество электроэнергии, обеспечивается экономичность работы электрической системы, запас устойчивости параллельно работающих объектов.

К автоматике управления в аварийных режимах относятся устройства релейной защиты, рассмотренной в первой части дисциплины, автоматического включения резерва, автоматического повторного включения электрооборудования электроэнергетической системы (линий электропередачи, трансформаторов, сборных шин), а также противоаварийная автоматика.

Спомощью устройств противоаварийной автоматики осуществляется разгрузка межсистемных линий электропередачи для предотвращения нарушения параллельной работы частей электроэнергетической системы, отключение части электропотребителей с целью предотвращения глубокого снижения частоты и напряжения, представляющего опасность для электрооборудования электроэнергетических систем.

67