Русский   English

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

На сьогоднішній день електроенергія займає особливе положення. Її виняткові якості, такі як можливість трансформації і легке перетворення в інші види енергії: теплову, механічну, завдяки широкому розвитку електроенергетичних систем (ЕЕС). Сьогодні виробництво, доставка та поширення електричної енергії здійснюється безліччю служб: виробництва енергії, оперативні служби, диспетчерські служби розподільних мереж, ремонтники електричного обладнання та інші. Потрібно відзначити, що доставка і поширення електричної енергії має низку відмінних рис, не характерних іншим галузям промисловості. Наприклад, миттєве поширення електричного струму, а також можливість передачі величезної кількості енергії (при високій напрузі) може привести до надзвичайних наслідків у разі виникнення аварії. Ось чому ЕЕС особливе місце відводиться забезпеченню захисту.

Сьогодні розроблено безліч принципових схем захисту ліній, апаратів і ділянок мереж від виникнення ненормальних режимів, найнебезпечнішими з яких є Короткі Замикання (КЗ). Крім систем захисту також особливе значення має контролювання параметрів мережі на окремих її ділянках, а також оперативне віддалене управління комутаційної апаратури. Телемеханіка та вимірювання, поряд із захистом від ненормальних режимів, зазвичай також є зоною відповідальності служби релейного захисту, зазвичай називають Служба релейного захисту, автоматики і вимірювань (РЗАВ) [2].

Коротка довідка з історії розвитку релейного захисту

Історики стверджують, що реле вперше було розроблено і побудовано російським вченим П.Л. Шилінгів в 1830–1832 рр. Це реле становило основну частину викличного пристрою в розробленому ним телеграфі.

Основні етапи розвитку техніки релейного захисту автоматики (РЗА) наступні:

  • У 1901 р. з'являються індукційні (дискові) реле струму
  • У 1908 р. розробляється диференційний струмовий принцип
  • У 1910 р. з'являються струмові спрямовані захисту
  • У 1923–1928 рр. робляться перші кроки по використанню для захисту електронних пристроїв
  • У 1932 р. була розроблена дистанційна захист на електронних лампах
  • У 70–ті роки почалося широке застосування для РЗА електронних пристроїв, виконаних на дискретних напівпровідникових приладах
  • У 80–ті роки почалося застосування мікроелектронних пристроїв РЗА на інтегральних мікросхемах
  • На початку 90–х років і по теперішній час – впроваджується нове покоління пристроїв РЗА, побудоване на мікропроцесорній елементній базі, так звані цифрові реле захисту

Таким чином, в даний час в електроенергетичних системах одночасно експлуатуються пристрої РЗА побудовані на різній елементній базі: електромеханічні реле, блоки реле, шафи і панелі на інтегральних мікросхемах малої і середньої ступені інтеграції (логічні елементи і операційні підсилювачі), а також захисту на мікропроцесорній техніці. Поки в діючих електроустановках до 60–80% експлуатуються електромеханічні захисту, однак, при реконструкції підстанцій і будівництві нових енергетичних об'єктів перевагу віддають сучасним мікропроцесорним захистах, на базі яких створюються автоматичні системи управління та збору інформації (АСУ ТП) [1].

Призначення релейного захисту

При експлуатації енергетичного обладнання та електричних мереж неминучі їх пошкодження і ненормальні режими роботи. Пошкодження в більшості випадків супроводжуються значним збільшенням струму і глибоким зниженням напруги в елементах енергосистеми. Підвищений струм виділяє велику кількість тепла, що викликає руйнування в місці пошкодження і небезпечний нагрів непошкоджених ліній і обладнання, за якими цей струм проходить. Зниження напруги порушує нормальну роботу споживачів електроенергії і стійкість паралельної роботи генераторів і енергосистеми в цілому.

Ненормальні режими зазвичай призводять до відхилення величин напруги, струму і частоти від допустимих значень. При зниженні частоти і напруги створюється небезпека порушення нормальної роботи споживачів і стійкості енергосистеми, а підвищення напруги і струму загрожує пошкодженням обладнання та ліній електропередачі [5]. Найбільш небезпечними ушкодженнями є короткі замикання (КЗ) в енергетичному обладнанні та електричних мережах. Основною причиною виникнення КЗ є порушення ізоляції електрообладнання.

Порушення ізоляції викликаються:

  • перенапруженнями (особливо в мережах з ізольованими нейтралями);
  • прямими ударами блискавки;
  • старінням ізоляції;
  • механічними пошкодженнями ізоляції, проїздом під линями негабаритних механізмів;
  • поганим доглядом за обладнанням, некваліфікованими діями обслуговуючого персоналу.

При виникненні КЗ в системі електропостачання (СЕП) її загальний опір зменшується, що призводить до збільшення струмів в її гілках в порівнянні з струмами нормального режиму, а це викликає зниження напруги окремих точок СЕП, яке особливо велике поблизу місця КЗ. Залежно від місця виникнення і тривалості пошкодження наслідки КЗ можуть мати місцевий характер або відбиватися на всій СЕП.

Струм КЗ в багато разів перевищує номінальний струм електроустановки. Тому і при короткочасному протіканні струму КЗ він може викликати нагрівання струмоведучих елементів і провідників вище допустимих значень. Токи КЗ викликають між провідниками значні механічні зусилля, які особливо великі на початку процесу КЗ, коли струм досягає максимального значення. При недостатній міцності провідників і їх кріплень можуть мати місце руйнування механічного характеру.

Раптове глибоке зниження напруги при КЗ відбивається на роботі споживачів. В першу чергу це стосується двигунів, так як навіть при короткочасному зниженні напруги на 30–40% вони можуть зупинитися (відбувається перекидання двигунів). Перекидання двигунів важко відбивається на роботі промислового підприємства, так як для відновлення нормального виробничого процесу потрібен тривалий час, і несподівана зупинка двигунів викликає аварії або брак продукції.

При малої віддаленості і достатній тривалості КЗ можливе випадання з синхронізму паралельно працюючих генераторів, тобто порушення нормальної роботи всієї електроенергетичної системи (ЕЕС), що є найнебезпечнішим наслідком КЗ. Виникаючі при замиканнях на землю неврівноважені системи струмів здатні створити магнітні потоки, достатні для наведення в сусідніх колах (лініях зв'язку, трубопроводах) значних ЕРС, небезпечних для обслуговуючого персоналу і апаратури цього кола.

Таким чином, наслідки КЗ наступні:

  • механічні та термічні пошкодження електрообладнання, загоряння в електроустановках;
  • зниження рівня напруги в СЕП, що веде до зменшення крутного моменту електродвигунів, їх гальмування, зниження продуктивності або навіть до їх перекидання;
  • випадання з синхронізму окремих генераторів, електростанцій і частин ЕЕС і виникнення аварій, включаючи системні аварії;
  • електромагнітний вплив на лінії зв'язку, трубопроводи та інші комунікації.

Основним призначенням релейного захисту є виявлення місця виникнення КЗ і швидке автоматичне відключення вимикачів пошкодженого обладнання або ділянки мережі від решти неушкодженою частини електричної установки або мережі. При відключенні вимикачів пошкодженого елемента гасне електрична дуга в місці КЗ, припиняється проходження струму КЗ і відновлюється нормальне напруга на непошкодженій частині електричної установки або мережі. Завдяки цьому мінімізуються або навіть зовсім запобігають пошкодження обладнання, на якому виникло КЗ, а також відновлюється нормальна робота неушкодженого обладнання.

Другим призначенням РЗА є виявлення порушень нормальних режимів роботи обладнання, які можуть привести до аварії, а також подача попереджувальних сигналів обслуговуючому персоналу або відключення обладнання з витримкою часу [3]. Згідно з вимогами ПТЕ силове обладнання електростанцій, підстанцій і електричних мереж повинно бути захищене від коротких замикань і порушень нормальних режимів роботи пристроями релейного захисту та автоматики. Пристрої РЗА повинні бути постійно включені і завжди готові до дії [4]. Під пристроєм релейного захисту мається на увазі сукупність реле, приладів і допоміжних елементів, які при виникненні пошкоджень і ненормальних режимів роботи обладнання повинні діяти на його відключення або на сигнал.

Основні вимоги пред'являються до релейного захисту

Кожні електроустановки повинні бути обладнання пристроями релейного захисту, призначені для:

  1. автоматичного відключення пошкодженого елементу від решти неушкодженою частини електричної системи (електроустановки) за допомогою вимикачів; якщо пошкодження безпосередньо не порушує роботу електричної системи, допускається дію релейного захисту тільки на сигнал;
  2. реагування на небезпечні, ненормальні режими роботи елементів електричної системи; в залежності від режиму роботи та умов експлуатації електроустановки релейний захист повинен бути виконана з дією на сигнал або на відхилення тих елементів, залишення яких в роботі може привести до виникнення пошкодження [6].

Пристрій релейного захисту повинні забезпечувати найменшу можливу час відключення КЗ з метою збереження безперебійної роботи неушкодженою частини системи і обмеження області та ступеня пошкодження елемента. Релейний захист, що діє на відключення, повинна забезпечувати селективність дії, щоб при пошкодженні будь–якого елементу електроустановки відключався тільки той пошкоджений елемент.

Допускається неселективне дію захисту (виправляти наступним дією АПВ або АВР):

  • для забезпечення прискорення відключення КЗ;
  • при використанні спрощених головних електричних схем з віддільниками в ланцюгах або трансформаторів, що відключають пошкоджений елемент в беструмоваю паузу [4, 6].

Надійність релейного захисту передбачає надійне спрацьовування пристрою при появі умов на спрацьовування і надійне не спрацювання пристрою при їх відсутності. Надійність функціонування релейного захисту повинна забезпечуватися пристроями, які за своїми параметрами і виконання відповідають призначенню та умовам застосування.

Вимоги, що пред'являються до захисту шин:

1. Селективність – відключення тільки пошкоджених елементів, що входять в зону її дії, обмежену трансформаторами струму, залишаючи в роботі основне обладнання;

Застосовуються кілька способів забезпечення селективності.

  • Селективність за принципом дії. За принципом дії захисту можуть мати абсолютну або відносну селективність. У разі абсолютної селективності захист спрацьовує тільки при КЗ в захищається зоні (наприклад, газова або диференціальна захисту трансформатора). Захист, що має абсолютну селективність, принципово не повинна спрацьовувати при КЗ поза зоною дії (наприклад, зона дії диференціального захисту обмежується місцем установки живлять її ТТ). При відносній селективності захист спрацьовує при КЗ в своїй основній зоні, але може і застосовуватися в якості резервної при КЗ на суміжних ділянках (наприклад, максимальний струмовий захист).
  • Селективність по часу. Витримка часу кожної наступної захисту (наприклад, максимального струмового (МТЗ)) вибирається на ступінь селективності більше попереднього захисту. Тим самим зменшується час захист не встигає спрацювати, так як її випереджає попереднійзахист лінії при КЗ на ній. Цей принцип найбільш простий, однак має суттєвий недолік, що полягає в тому, що витримка часу зростає в міру наближення точки КЗ до джерела живлення. Величина ступені селективності визначається точністю реле часу захисту, швидкодією застосованого вимикача і для електромеханічних захистів становить 0,5 с, а для мікропроцесорних захистів 0,2–0,3 с.
  • Селективність по чутливості. Струм, напруга або опір спрацьовування вибирається таким чином, щоб наступний захист не діял при КЗ на суміжній лінії або за трансформатором. Для цього (наприклад, струмовий відсічення (ТО)) відбудовується від струмів КЗ в кінці лінії або за трансформатором і, отже, має селективність по чутливості.
  • Логічна селективність застосовується в тому випадку, якщо суміжні захисту об'єднані лінією зв'язку. При цьому подальша захист спрацює без витримки часу (швидкодіюча щабель) за умови, що не відкривається попередній захист. Пуск попереднього захисту свідчить про те, що КЗ сталося на суміжній лінії і подальша захист переводиться в режим тимчасової селективності, т. Е. Вона спрацює, якщо відмовить попередній захист або її вимикач. Логічну селективність доцільно застосовувати на коротких лініях і при використанні цифрових реле, у яких є спеціальний вхід логічного очікування.

Чутливість, яка передбачає захист обладнання від далеких коротких замикань, що дозволяє зберегти надійність живлення споживачів навіть при малих величинах струмів КЗ;

Швидкодія, яке дозволяє майже миттєво відключати пошкоджені ділянки, що досягається правильним вибором уставок струмових реле. Це властивість РЗ відключати ушкодження з мінімально можливою витримкою часу, так як швидке відключення пошкодженого обладнання або ділянки електричної установки запобігає або зменшує розміри пошкоджень, зберігає нормальну роботу споживачів неушкодженої частини установки, запобігає порушенню паралельної роботи генераторів. Тривале протікання струму КЗ може привести до пошкодження непошкоджених ділянок обладнання, ліній, трансформаторів, по яких протікає струм КЗ внаслідок термічного перегріву устаткування. Допустимий час протікання струму через обладнання, що не викликає його пошкодження, вказується в ГОСТах на обладнання.

Надійність – це властивість захисту гарантовано виконувати свої функції протягом всього періоду експлуатації. Захист повинна правильно і безвідмовно діяти на відключення вимикачів при всіх пошкодженнях і порушеннях нормального режиму роботи і не діяти в нормальних умовах. Вимога надійності забезпечується досконалістю принципів захисту і конструкцій апаратури, добротністю деталей, простотою виконання, а також рівнем експлуатації.

Методи захисту збірних шин

Розглянемо методи захисту збірних шин:

  • Дугова захист;
  • Диференціальний захист;
  • Максимально струмовий захист.

1) Дугова захист шин (ДуЗШ) або захист від дугових замикань (ЗДЗ) застосовується для захисту збірних шин і елементів ошиновки розподільних пристроїв 6–10 кВ, розміщених в закритих відсіках (КРУ чи КРУН). Робота захисту заснована, в основному, на фізичному принципі. Може реагувати на два фактори: спалах світла в відсіках розподільного пристрою і на механічний вплив дуги. У зв'язку з цим може застосовуватися тільки в КРУ, де все струмопровідні частини розміщені в закритих відсіках. Дугова захист – особливий вид швидкодіючої захисту від коротких замикань, заснований на реєстрації спектра світла відкритої електричної дуги.

Робота захисту заснована, в основному, на фізичному принципі. Може реагувати на два фактори: спалах світла в відсіках розподільного пристрою і на механічний вплив дуги. У зв'язку з цим може застосовуватися тільки в КРУ, де все струмопровідні частини розміщені в закритих відсіках. Виконана блокування захисту по струму живлять приєднань [8].

Існують два основних види дугових захистів:

  • механічна дугова захист налаштовується на збільшення тиску всередині обсягу осередку в результаті горіння дуги – клапан, рамка;
  • електронна дугова захист налаштовується на світловий потік, що з'являється в момент виникнення дугового замикання – фототиристор, фотодіод, оптоволокно.

Виконується в камерах КРУ 6–10 кВ для захисту ошиновки і збірних шин. Призначена для пристроїв з повністю закритими струмоведучих частин.

Робота здійснюється в двох напрямках:

  • фіксування світлових спалахів;
  • механічний вплив дуги [9].

2) Диференціальний захист – один з видів релейного захисту, що відрізняється абсолютною селективністю і виконується швидкодіючої (без штучної витримки часу). Диференціальний струмовий захист шин призначена для швидкого відключення електричних ланцюгів, включених на збірні шини, при КЗ на збірних шинах або на будь-якому іншому обладнанні, що входить в зону дії захисту [7]. Зона її дії обмежується трансформаторами струму, до яких підключені реле захисту. В основу виконання захисту покладено принцип порівняння значень і фаз струмів електричних ланцюгів при КЗ і інших режимах роботи.

На шинах підстанцій можуть бути різні види пошкоджень. До основних причин пошкоджень на шинах відносяться: помилкові дії експлуатаційного персоналу з шинними роз'єднувачами, перекриття вводів вимикачів через дефекти ізоляції, перекриття ізоляції при грозах і забрудненнях, поломка ізоляторів роз'єднувачів. Пошкодження на шинах можуть мати серйозні наслідки:

  • значне зниження напруги на шинах, що може привести до розладу технологічних процесів на великій частині підприємств;
  • втрата стійкості системи;
  • пошкодження і вихід з ладу обладнання.

Для запобігання та послаблення наслідків цих впливів необхідно відключати к.з. на шинах розподільного пристрою за мінімальний час за допомогою відповідних пристроїв захисту. Основний захист, що застосовується в якості захисту шин – диференціальний струмовий захист. Принцип її дії – порівняння фаз струмів в приєднання захищаються шин. В умовах нормальної роботи і при зовнішніх коротких замикань в захисті протікає струм небалансу. При к.з. на шинах в диференціальних реле ДЗШ протікає сума струмів всіх живлять к.з. приєднання, тобто ток к.з. В цьому випадку ДЗШ спрацьовує на відключення. Струм спрацьовування ДЗШ вибирається більше, ніж максимальний струм небалансу.

Основними достоїнствами диференційного захисту є: швидкодія в поєднанні з селективністю; принципова простота реалізації, дія при всіх видах коротких замикань. Одним з недоліків диференціального принципу є можливість помилкового спрацьовування при обриві сполучних проводів. Для усунення цього недоліку струм спрацьовування вибирають дещо більшим, ніж робочий струм найбільш потужного приєднання [10].

3) Максимальний струмовий захист. У разі якщо від секціонованих шин підстанції з включеним секційним вимикачем відходять реактірованние лінії, захист шин можна виконати у вигляді струмової миттєвої відсічення. Струм спрацьовування захисту вибирається більше струму КЗ за реактором. Захист діє на відключення секційного вимикача без витримки часу. Час спрацювання захисту вибирається більше часу спрацьовування захисту споживачів. Захисту діють на відключення секційного вимикача. Відключення трансформатора відбувається під дією його резервного захисту.

МТЗ або дистанційні захисту. Ці захисту можуть бути і основними, і єдиними, якщо шини підстанції живляться від одного джерела і несекціоніровани. В основному таке рішення застосовується на малопотужних підстанціях. Якщо до шин приєднано кілька джерел або є дві системи збірних шин, або збірні шини секціонованими секційним вимикачем, відключення КЗ резервними захистами виходить неселективних.

Cтрумовий захист

У разі якщо від секціонованих шин підстанції з включеним секційним вимикачем відходять реактірованние лінії, захист шин можна виконати у вигляді струмової миттєвої відсічення. Струм спрацьовування захисту вибирається більше струму КЗ за реактором. Захист діє на відключення секційного вимикача без витримки часу. За наявності не реактірованних ліній застосовуються струмові відсічення з витримкою часу і МТЗ. Струм спрацьовування і витримка часу вибирається з умови відбудови від струму спрацювання і витримки часу захистів споживачів, наприклад, захистів ліній, що відходять. Однією з ознак виникнення КЗ є збільшення струму в лінії. Ця ознака використовується для виконання захистів, які називаються струмовими. Струмові захисту приходять в дію при збільшенні струму в фазах лінії понад певного значення. В якості реле, що реагують на зростання струму, служать максимальні струмові реле.

Струмові захисту поділяються на максимальні струмові захисту і струмові відсічення. Головна відмінність між цими захистами полягає в способі забезпечення селективності. Селективність дії максимальних захистів досягається за допомогою витримки часу. Селективність дії струмових відсічок забезпечується відповідним вибором струму спрацьовування. У мережах з одностороннім харчуванням максимальний захист повинна встановлюватися на початку кожної лінії з боку джерела літанія (рис. 1,). При такому розташуванні захистів кожна лінія має самостійний захист, що відключає лінію в разі пошкодження на ній самій або на шинах живиться від неї підстанції.

При КЗ в будь-якій точці мережі, наприклад в точці К1 (рис. 1, а), струм КЗ проходить по всіх ділянках мережі, розташованим між джерелом живлення і місцем ушкодження, в результаті чого приходять в дію всі захисту (1, 2, 3, 4). Однак за умовою селективності спрацювати на відключення повинна тільки захист 4, встановлена на пошкодженій лінії.

Для забезпечення зазначеної селективності максимальні захисту виконуються з витримками часу, наростаючими від споживачів до джерела живлення. При дотриманні цього принципу в разі КЗ в точці К1 раніше інших спрацює захист 4 і зробить відключення пошкодженої лінії. Захисту 1, 2 і 3 повернуться в початкове положення, не встигнувши подіяти на відключення. Відповідно при к. З. в точці К2 швидше за всіх спрацює захист 3, а захисту 1 і 2, мають більший час, не подіють.

Рисунок 1 – Максимально струмові захисти в радіальної мережі з одностороннім живленням

Розглянутий принцип підбору витягів часу називається ступінчастим. У мережах з двостороннім живленням досягти селективного дії максимального захисту тільки шляхом підбору витягів часу, як правило, не вдається; в цих мережах замість максимального струмового захисту застосовують більш складні спрямовані захисту [5].

Перелік посилань

  1. Краткая справка по истории развития релейной защиты [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://helpiks.org
  2. История релейной защиты и автоматики в отечественной науке [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://masters.donntu.ru
  3. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Еврминов–Л.И., Гомель–М.А., 2016.
  4. Правила устройства электроустановок. Х.:Изд–во Форт 2009–704 с.
  5. Чернобровов Н.В. Релейная защита. Пособие для техникумов. Изд–4, перераб. и доп. М., Энергия, 1971.
  6. Правила устройства электроустановок. Х.: Изд–во Форт, 2009–704с.
  7. Дифференциальная защита [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org
  8. Дуговая защита шин [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://dororz.ru
  9. Дуговая защита: определение и характеристики [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://elquanta.ru
  10. Елецкий К.В. Релейная защита энергосистем для оперативного персонала. Второе издание Центра подготовки кадров энергетики, Санкт–Петербурга, 2006.