НАЗНАЧЕНИЕ, ФУНКЦИИ И СВОЙСТВА РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ

Прогнозирование применяется в областях, где планирование нецелесообразно или невозможно, но оно ни в коем случае не может заменить планирование.

Планирование – метод осуществления хозяйственно-организаторской функции государства и экономической политики. Важной частью планирования является программирование. Оно базируется на прогнозных разработках и имеет своей целью составление проектов целевых комплексных программ.

Комиссия готовит предложения по определению приоритетных направлений развития регионов, совершенствованию мониторинга социально-экономического развития, оказанию помощи в реализации целевых программ развития территорий. С учетом предложений государство может выделять региональные квоты по кредитам на инвестиционные программы. Эта квота определяется суммой доли участия региона в производстве продукции и в кредитных ресурсах страны:

где Q1 – объем производства в регионе; Q0 – объем производства в стране; Кри – квота по кредитам на инвестиционные программы; КВр – кредитные вложения банков данного региона; КВ0 – общие кредитные вложения всех кредитных банков; КВм – кредитные вложения местных банков.

Региональное целевое программирование позволяет федеральному центру активно влиять на проблемные регионы, успешно решать как текущие, так и стратегические задачи, направленные на уменьшение различий в уровне социально-экономического развития регионов. Однако существующие в России программы все еще имеют существенные недостатки. Главные из них – слабое обоснование проблемных приоритетов, отбора и эффективности программ, отсутствие надлежащей межпрограммной увязки и координации, недостаточная проработка вопросов территориально-хозяйственной комплексности и интеграции, плохой контроль за реализацией, неустойчивость финансирования.

Литература:

1. Экономическая теория, учебное пособие, под ред.д.э.н., профессора В.М.Соколинского, КНОРУС, Москва, 2013
2. Экономическая теория, учебник, под ред.В.Д.Камаева, Е.Н.Лобачевой, Москва, Юрайт, 2006

НАЗНАЧЕНИЕ, ФУНКЦИИ И СВОЙСТВА РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ

На рис. 1.1 показана схема части электроэнергетической системы. Условно изображены: электростанция (ЭС) с генераторами G и трансформаторами Т, электроэнергетическая система (ЭЭС), связывающие их транзитные линии электропередачи с двухсторонним питанием Л1 - Л3, их автоматические выключатели Q и линии потребителей электроэнергии с односторонним питанием, отходящие от шин А, Б, В, Г подстанций. Каждый выключатель снабжен приводом, представляющим собой механическое или электромеханическое устройство, имеющее электромагниты включения YAC и отключения YAT. При подаче напряжения на электромагнит включения происходит включение выключателя (срабатывает YAC); при подаче напряжения на электромагнит отключения – его отключение (срабатывает YAТ). При номинальных напряжениях применяются трехфазные приводы, производящие включение или отключение одновременно всех трех фаз.

Рис. 1.1. Схема электроэнергетической системы

При функционировании ЭЭС возможны различные ее состояния: нормальный режим работы, утяжеленный (ненормальный), аварийный и послеаварийный режим.

К утяжеленному относится режим, сопровождающийся сверхтоками перегрузок, сниженными амплитудой и (или) частотой напряжения, качаниями синхронных генераторов, однофазным замыканием на землю в сети с изолированной (компенсированной) нейтралью.

Аварийный режим наступает при возникновении короткого замыкания (КЗ). При КЗ в т. К на Л2 токи КЗ протекают по линиям Л1 - Л3. Для линии Л2 указанное КЗ – это внутренне повреждение, а для Л1 и Л3 – внешнее, проходящие по ним токи называются внешними (сквозными) токами. Для ликвидации повреждения защиты 3 и 4 (номера защит и выключателей совпадают) должны воздействовать на отключение выключателя Q3 и Q4. При отказе защиты 3 или выключателя Q3 ликвидация повреждения возможна отключением Q1 и Q2.

Основное назначение релейной защиты – выявление повреждения и действие на отключение выключателей для отделения поврежденного электроэнергетического объекта.

Дополнительное назначение релейной защиты – выявление утяжеленного режима работы и выдача информации о нем – действие на сигнал.

На каждом из указанных на схеме рис. 1.1 элементов ЭЭС в общем случае должна быть установлены основная и резервная защиты.

Основной называют защиту, которая должна действовать ранее других при внутренних повреждениях – при КЗ на защищаемом элементе.

Резервная защита предусматривается для действия вместо основной и вместо защит смежных элементов при их отказе или отказе их выключателей.

Включенная в работу защита выполняет ряд функций:

- не срабатывает в нормальном и утяжеленном режимах при отсутствии повреждений – отсутствии требований к срабатыванию;

- не срабатывает при внешних КЗ, если работают защиты и выключатели поврежденного элемента;

- срабатывает при внутренних повреждениях.

В процессе эксплуатации возможны отказы функционирования, к которым относятся:

- ложное срабатывание – срабатывание при отсутствии повреждений;

- излишнее срабатывание – срабатывание при внешних КЗ и отсутствии требований к срабатыванию (когда на смежных элементах сработают защиты и отключат соответствующие выключатели);

- отказ срабатывания – несрабатывание при требовании к срабатыванию (или повреждении на защищаемом элементе, или внешних повреждениях и отказе защит или выключателей этих элементов).

Для выполнения перечисленных функций защита должна обладать определенными свойствами: селективностью и устойчивостью функционирования, составляющими техническое совершенство, а также надежностью функционирования.

Селективность – избирательность действия защиты. Защита селективна, если она не срабатывает без КЗ, при внешних КЗ (когда там работают свои защиты и выключатели) и срабатывает при КЗ на защищаемом элементе.

По принципу обеспечения селективного действия различают защиты абсолютно селективные и относительно селективные.

Абсолютно селективными называются защиты, которые по принципу действия реагируют на повреждения только на защищаемом элементе, т.е. имеют ограниченную защищаемую зону, и не требуют при этом выдержки времени, т.к. при КЗ на «чужих» участках они не приходят в действие.

Быстродействие – главное достоинство основных защит с абсолютной селективностью. Однако абсолютно селективные защиты не могут выполнять функции резервных защит при отказе защит или выключателей смежных элементов. Поэтому такие защиты не могут использоваться как единственные на защищаемом элементе. Для этого необходима защита, которая могла бы выполнять все функции резервной.

Относительно селективными защитами называются защиты, селективность действия которых обеспечивается ступенчатым выбором параметров срабатывания защит нескольких элементов (например, выдержек времени). Такие защиты могут срабатывать и при внешних КЗ, если отказал защиты или выключатели поврежденного элемента. Однако, для того чтобы защита поврежденного элемента имела возможность сработать, нужно конечное время. Поэтому, в общем случае, относительно селективные защиты медленнодействующие. Возможны сочетания функций основных и резервных защит.

Селективность срабатывания при внутренних КЗ оценивается защитоспособностью и быстротой срабатывания.

Защитоспособность – способность устройства обеспечивать заданную полноту защиты элемента при учитываемых внутренних металлических КЗ.

Быстрота срабатывания. В общем случае желательно иметь основную защиту с возможно меньшей выдержкой времени времени t_з, т.к. при этом уменьшается время отключения КЗ: t_от = t_з + t_ов, где t_ов – время отключения выключателя. Снижение t_от уменьшает размеры повреждений, повышает запас устойчивости, надежность работы потребителей. Вместе с тем выполнение быстродействующей защиты, как правило, требует более сложных решений, например установки одновременно абсолютно селективной защиты как основной и относительно селективной в качестве резервной.

Необходимое быстродействие выбирается таким, чтобы время t_от не превосходило максимально допустимое. Для ЛЭП напряжением допустимое t_от определяется в соответствии с ПУЭ критерием остаточного напряжения: трехфазные КЗ в точках системы, при которых остаточное напряжение на шинах, через которые осуществляется параллельная работа синхронных генераторов, меньше 0,6 U_ном, должны отключаться без выдержки времени.

Устойчивость функционирования должна быть обеспечена прежде всего при отсутствии КЗ и при внешних КЗ (отстроенность от них). Устойчивость несрабатывания обеспечивается выбором параметров срабатывания защит.

Параметры срабатывания защиты (например, токи срабатывания, выдержки времени) выбираются так, чтобы защита не срабатывала без КЗ и при внешних КЗ (если там срабатывают свои защиты и отключат свои выключатели).

После этого проверяется устойчивость функционирования при внутренних КЗ, оцениваемая чувствительностью.

Чувствительность характеризует способность защиты реагировать на заданные виды повреждений (и утяжеленные режимы работы), т.е. выполнять функции срабатывания.

При параметрах срабатывания, выбранных из условий устойчивости несрабатывания в режимах без КЗ и при внешних КЗ, не всегда удается выполнит защиту с требуемой по ПУЭ чувствительностью. Последнее обусловливается отсутствием четкого разграничения областей режимов без КЗ, внешних КЗ и КЗ в защищаемом элементе. Например, на длинных, сильно нагруженных линиях рабочие токи I_раб могут быть соизмеримы с токами при КЗ на удаленном конце линии в минимальном режиме работы системы.

Чувствительность оценивается коэффициентом чувствительности k_ч. Для максимальных токовых защит, срабатывающих при возрастании воздействующей входной величины, коэффициент чувствительности оценивается при повреждении в расчетной точке отношением минимального тока в измерительном органе – реле тока защиты I_{р min} к его току срабатывания I_ср:

.

Значения k_ч, требуемые для разных типов защит различных элементов системы, устанавливаются ПУЭ в пределах 1,2-2.

Значения k_ч >1 учитывают возможность КЗ через переходные сопротивления R_п и снижения тока КЗ относительно расчетного.

Под надежностью рекомендуется принимать способность объекта (системы, устройства) выполнять заданные функции в заданном объеме при определенных условиях функционирования.

Применительно к релейной защите заданный объем функций определяется их перечнем и ограничивается техническим совершенством устройства. Для оценки уровня надежности устройств релейной защиты обычно используются частные показатели:

· коэффициент неготовности к срабатыванию, характеризующий надежность срабатывания, т.е. выполнение функций при внутренних и внешних КЗ с требованиями к срабатыванию;

· коэффициент неготовности к несрабатыванию при внешних КЗ, характеризующий недежность выполнения функции несрабатывания при внешних КЗ без требования к срабатыванию;

· параметр потока ложных срабатываний, характеризующий надежность несрабатывания в режимах без КЗ.

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ЧАСТИ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ

В настоящее время в энергосистемах в эксплуатации одновременно находятся разные устройства релейной защиты и автоматики: электромеханические реле, блоки реле, шкафы и панели на интегральных микросхемах малой и средней степени интеграции (операционные усилители и логические элементы), разрабатываются и внедряются устройства с исполнением универсальных и специализированных микропроцессорных систем.

Главные функциональные части, составляющие структуру устройства релейной защиты от КЗ, приведены на рис. 1.2. На выходе измерительной преобразовательной части ИПЧ по совокупности входных токов i(t) и напряжений u(t) формируются комбинации сигналов, характеризующие работу в нормальном режиме, при внешних КЗ или при КЗ в защищаемой зоне. Указанное формирование комбинаций сигналов в ИПЧ выполняется измерительными органами ИО различных типов и назначения.

Рис. 1.2. Функциональная схема релейной защиты

В логической части ЛЧ по совокупности сигналов, поступающих от ИО, по заданным алгоритмам принимается одно из двух возможных решений – отключить или не отключить выключатель Q.

Исполнительная часть ИЧ необходима для усиления сигналов – превращения их в управляющее воздействие непосредственно на электромагнит отключения привода выключателя.

Сигнальная информационная часть СЧ выдает информацию о действии защиты, когда проходит управляющее воздействие на отключение выключателя. Источник оперативного тока ИП обеспечивает напряжением питания все цепи защиты, автоматики и управления приводами выключателей, независимо от режима работы присоединения.

Процессы функционирования устройств РЗ всегда могут быть представлены в виде последовательности действий, в результате выполнения которых после поступления входных воздействующих величин всегда должно быть получено одно из двух возможных решений – отключить или не отключить присоединение (выключатель).

Такие процессы относятся к алгоритмическим процессам. Алгоритмические процессы могут быть представлены алгоритмом функционирования. Алгоритм может описывать все части процесса независимо, или абстрагировано, от элементов базы реализации, т.е. представлять только принцип действия измерительной и логической части устройств релейной защиты.

Логическая часть устройств релейной защиты содержит комбинационные логические элементы И, ИЛИ, НЕ и различного рода временные задержки.

Измерительная часть устройств релейной защиты содержит несколько измерительных органов, воспринимающих от первичных измерительных трансформаторов сигналы и обрабатывающих их по различным алгоритмам.

Напряжения u(t) и токи i(t) – входные сигналы ИПЧ, называются входными воздействующими величинами. Принято различать ИО с одной, двумя или более входными воздействующими величинами. Например, ИО тока или напряжения являются органами с одной входной воздействующей величиной.

ИО направления мощности или сопротивления – ИО с двумя входными воздействующими величинами (напряжением и током).

ВИДЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ И НЕНОРМАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЭС

В энергетических системах могут возникать повреждения и ненормальные режимы работы электрооборудования электростанций и подстанций, их распределительных устройств, линий электропередачи и электроустановок потребителей электрической энергии.

Повреждения в большинстве случаев сопровождаются значительным увеличением тока и глубоким понижением напряжения в элементах энергосистемы.

Повышенный ток выделяет большое количество тепла, вызывающее разрушения в месте повреждения и опасный нагрев неповрежденных линий и оборудования, по которым этот ток проходит.

Понижение напряжения нарушает нормальную работу потребителей электроэнергии и устойчивость параллельной работы генераторов и энергосистемы в целом.

Ненормальные режимы обычно приводят к отклонению величин напряжения, тока и частоты от допустимых значений. При понижении частоты и напряжения создается опасность нарушения нормальной работы потребителей и устойчивости энергосистемы, а повышение напряжения и тока угрожает повреждением оборудования и линий электропередачи.

Таким образом, повреждения нарушают работу энергосистемы и потребителей электроэнергии, а ненормальные режимы создают возможность возникновения повреждений или расстройства работы энергосистемы.

Для обеспечения нормальной работы энергетической системы и потребителей электроэнергии необходимо возможно быстрее выявлять и отделять место повреждения от неповрежденной сети, восстанавливая таким путем нормальные условия их работы и прекращая разрушения в месте повреждения.

Опасные последствия ненормальных режимов также можно предотвратить, если своевременно обнаружить отклонение от нормального режима и принять меры к его устранению (снизить ток при его нарастании, понизить напряжение при его увеличении и т.д.).

В связи с этим возникает необходимость в создании и применении автоматических устройств, выполняющих указанные операции и защищающих систему и ее элементы от опасных последствий повреждений и ненормальных режимов.

ПОВРЕЖДЕНИЯ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ

Большинство повреждений в электрических системах приводит к коротким замыканиям фаз между собой или на землю (рис. 1.3). В обмотках электрических машин и трансформаторов, кроме коротких замыканий бывают также замыкания между витками одной фазы.

Рис. 1.3. Виды повреждений в электрических установках:

а, б, в и д – трехфазное, двухфазное, однофазное и двухфазное на землю КЗ;

г и е – замыкания одной фазы и двух фаз на землю в сети с изолированной нейтралью

Основными причинами повреждений являются:

1) нарушение изоляции токоведущих частей, вызванное ее старением, неудовлетворительным состоянием, перенапряжениями, механическимим повреждениями;

2) повреждение проводов и опор линий электропередач (ЛЭП), вызванное их неудовлетворительным состоянием, гололедом, ураганным ветром, пляской проводов и другими причинами;

3) ошибки персонала при операциях (отключение разъединителей под нагрузкой, включение их на ошибочно оставленное заземление и т.д.);

Все эти повреждения являются следствием конструктивных недостатков или несовершенства оборудования, некачественного его изготовления, дефектов монтажа, ошибок при проектировании, неудовлетворительного или неправильного ухода за оборудованием, ненормальных режимов работы оборудования, работы оборудования в условиях, на которые оно не рассчитано. Поэтому повреждения нельзя считать неизбежными, но в то же время нельзя и не учитывать возможность их возникновения.

Короткие замыкания (КЗ) являются наиболее опасным и тяжелым видом повреждения. При КЗ ЭДС Е источника питания (генератора) замыкается «накоротко» через относительно малое сопротивление генераторов, трансформаторов и линий.

Поэтому в контуре замкнутой накоротко ЭДС возникает большой ток I_к, называемый током короткого замыкания.

КЗ подразделяются на трехфазные, двухфазные и однофазные в зависимости от числа замкнувшихся фаз; на замыкания с землей и без земли; замыкания в одной и двух точках сети.

При КЗ вследствие увеличения тока возрастает падение напряжения в элементах системы, что приводит к понижению напряжения во всех точках сети, т.к. напряжение в любой точке М (рис. 1.4) , где - ЭДС источника питания, а – сопротивление от источника питания до т. М.

Наибольшее снижение напряжения происходит в месте КЗ (т. К) и в непосредственной близости от него (рис. 1.4). В точках сети, удаленных от места повреждения, напряжение снижается в меньшей степени.

Рис. 1.4. Влияние понижения напряжения при КЗ на работу потребителей

Происходящее в результате КЗ увеличение тока и снижение напряжения приводят к ряду опасных последствий:

а) Ток КЗ I_к согласно закону Джоуля-Ленца выделяет в активном сопротивлении r цепи, по которой он проходит в течение времени t, тепло .

В месте повреждения это тепло и пламя электрической дуги производят большие разрушения, размеры которого тем больше, чем больше ток I_к и время t.

Проходя по неповрежденному оборудованию и линиям электропередачи, ток КЗ I_к нагревает их выше допустимого предела, что может вызвать повреждение изоляции и токоведущих частей.

б) Понижение напряжения при КЗ нарушает работу потребителей.

Основным потребителем электроэнергии являются асинхронные электродвигатели. Момент вращения двигателей M_д пропорционален квадрату напряжения U на их зажимах: .

Поэтому при глубоком снижении напряжения момент вращения электродвигателей может оказаться меньше момента сопротивления механизмов, что приводит к их остановке.

Нормальная работа осветительных установок, составляющих вторую значительную часть потребителей электроэнергии, при снижении напряжения также нарушается.

Вторым наиболее тяжелым последствием снижения напряжения является нарушение устойчивости параллельной работы генераторов. Это может привести к распаду системы и прекращению питания всех ее потребителей.

НЕНОРМАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ

К ненормальным относятся режимы, связанные с отклонениями от допустимых значений величин тока, напряжения и частоты, опасные для оборудования или устойчивой работы энергосистемы.

Рассмотрим наиболее характерные ненормальные режимы.

Перегрузка оборудования, вызванная увеличением тока сверх номинального значения. Номинальным называется максимальный ток, допускаемый для данного оборудования в течение неограниченного времени.

Если ток, проходящий по оборудованию, превышает номинальное значение, то за счет выделяемого им дополнительного тепла температура токоведущих частей и изоляции через некоторое время превосходит допустимую величину, что приводит к ускоренному износу изоляции и ее повреждения. Время, допустимое для прохождения повышенных токов, зависит от их величины. Характер этой зависимости показан на рис. 1.5 и определяется конструкцией оборудования и типом изоляционных материалов. Для предупреждения повреждения оборудования при его перегрузке необходимо принять меры к разгрузке или отключению оборудования.

Рис. 1.5. Зависимость допустимой длительности перегрузки от величины тока t=f(I):

I_н – номинальный ток оборудования

Повышение напряжения сверх допустимого значения возникает обычно на гидрогенераторах при внезапном отключении их нагрузки. Разгрузившийся генератор увеличивает частоту вращения, что вызывает возрастание ЭДС статора до опасных для его изоляции значений. Защита в этих случаях должна снизить ток возбуждения генератора или отключить его.

Качания возникают при нарушении синхронной работы генераторов электростанций ЭЭС. Для пояснения процесса качаний рассмотрим упрощенную схему ЭЭС с двумя электростанциями А и В (рис. 1.6, а). В режиме нормальной синхронной работы электростанций А и В электрические частоты вращения векторов ЭДС Е_А и Е_В одинаковы: ω_А = ω_В = ω =2∙π∙ f (рис. 1.6., б). При отсутствии нагрузки и равенстве по значению и фазе ЭДС Е_А = Е_В = Е ток в межсистемной ЛЭП отсутствует (рис. 1.10, а). В случае нарушения синхронизма, когда, например, ω_А > ω_В, положение вектора Е_А по отношению к Е_В будет изменяться, появится разность ЭДС Δ Е = Е_А – Е_В, под действием которой возникнет уравнительный ток . Разность ЭДС Δ Е будет изменяться с изменением угла δ (рис. 1.6, б). При δ=0 Δ Е =0, при δ=180° Δ Е =2 Е. При дальнейшем нарастании угла δ ЭДС Δ Е начнет уменьшаться и станет равной нулю, когда δ достигнет 360° (или δ=0). При повторном цикле увеличения δ процесс изменения Δ Е повторяется вновь. Колебания значения Δ Е вызывают соответствующие колебания (качания) значения тока I_у и напряжений U_A и U_B, как показано на рис. 1.6, в.

Рис. 1.6. К пояснению действия релейной защиты при качаниях: а – схема энергосистемы, б – векторная диаграмма при наличии между ЭДС угла δ, в – диаграмма изменений токов и напряжений, г – определение положения центра качаний К_Ц

Напряжение снижается от нормального до некоторого минимального значения, имеющего разное значение в разных точках сети (рис. 1.6, г). В точке К_Ц, называемой электрическим центром качаний, напряжение имеет наименьшее значение и снижается до нуля при δ=180°, когда Е_А = Е_В. В остальных точках сети напряжение снижается, но остается больше нуля, нарастая от центра качаний К_Ц к источниками питания А и В. Возрастание тока вызывает нагрев оборудования, а уменьшение напряжения нарушает работу всех потребителей ЭЭС. Качание – очень опасный ненормальный режим, отражающийся на работе всей ЭЭС.

По характеру изменения тока и напряжения (рис. 1.6, в) 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. При работе в асинхронном режиме увеличивается частота вращения генератора и возникает пульсация тока статора. Для генераторов некоторых видов 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, оставшийся без возбуждения, должен быть немедленно отключен от сети.

ЛЕКЦИЯ №2

Поиск по сайту: