Дистанционная защита. Назначение, принцип выполнения, достоинства, недостатки.

В сложных сетях МТНЗ не всегда удовлетворяет требованиям селективности и быстродействия. В связи с этим желательно иметь защиту величина которой не зависит от режима работы СЭС, а время действия определяется только расстоянием от места ее установки до места КЗ (дистанционная защита). Она реагирует на отношение напряжения к току в месте установки защиты (сопротивление на зажимах реле). Защита реагирует на сопр-е, которое пропорц. расстоянию до места повреждения. Имеет несколько ступеней, параметрами каждой ступени являются длинна защищаемой зоны и время срабатывания. По характеристикам выдержек времени ее 1, 2, 3, аналогичны ступеням токовой защиты. 1. Работает без выдержки времени (от начала до 0,85L). 2. Начинает работать с конца зоны действия 1 ступени, заканчивает на расстоянии <0,85L. 3. Работает до конца 2 ступени и является резервной. Пусковым органом может являться реле тока или реле сопротивления, что является более качественным. KZ1, KZ2 – дистанционные органы, предназначенные для формирования I и II ступени защиты.

На линиях с двухсторонним питание дистанционная защита выполняется направленной, а выдержки времени ступеней выбираются как у ТНЗ по встречно-ступенчатому принципу.

Орган направления мощности (реле KW) предотвращает срабатывание защиты при направлении мощности к шинам подстанции. Орган выдержек времени совместно с другими органами формирует трехступенчатую характеристику защиты.

Токовая ступенчатая защита, ее составляющие. Пример.

Сочетая максимальную защиту 1 с мгновенной отсечкой 3 и отсечкой с выдержкой времени 2, можно получить трехступен­чатую защиту, обеспечивающую быстрое отключение повреждений на защищаемой линии Л1 и резервирующую защиту 4 и 5 следующего участка. Протяженность зон меняется в зависимости от режима работы системы.

-

8. Особенности реле дифференциальной защиты трансформаторов: РНТ – 565, ДЗТ – 11, РСТ - 15. Для защиты трансформаторов используется продольная дифференциальная токовая защита

Основными элементами реле РНТ являются промежуточный трансформатор (НТТ) и исполнительный орган - реле РТ-40 или ЭТ-521

 

Промежуточный НТТ имеет два назначения:

1) обеспечивает отстройку реле от токов небаланса при переходных процессах;

2) служит одновременно для выравнивания магнитодвижущих сил (МДС), возникающих под действием различных по величине вторичных токов в плечах дифференциальной защиты.

Быстронасыщающийся трансформатор реле РНТ-565 является одновременно и промежуточным трансформатором для компенсации неравенства вторичных токов в плечах дифференциальной защиты и имеет для этой цели специальные уравнительные обмотки. Ток во вторичной обмотке БНТ, к которой подключено реле, определяется суммарным магнитным потоком в сердечнике, который создается как рабочей, так и уравнительными обмотками. Для того чтобы при прохождении через трансформатор сквозного тока нагрузки или КЗ ток во вторичной обмотке был равен нулю, необходимо правильно включить рабочую и уравнительные обмотки в дифференциальную схему и так подобрать числа витков обмоток, чтобы компенсировать неравенство вторичных токов ТТ и установить необходимый ток срабатывания.

 

Рис.. Принципиальная схема токовых цепей дифференциальной защиты двухобмоточного трансформатора с реле типа РНТ-565 (РНТ-562).

При выполнении дифференциальной защиты двухобмоточного трансформатора (рис) цепи от ТТ с обеих его сторон присоединяются к уравнительным обмоткам Y1 и Y2 так, чтобы при прохождении через трансформатор сквозного тока токи в уравнительных обмотках были направлены встречно. В принципе для компенсации неравенства вторичных токов ТТ можно было бы использовать только одну уравнительную обмотку БНТ. Однако при использовании обеих обмоток обеспечивается более точная компенсация неравенства вторичных токов.

ДЗТ - 11.

Для защиты трансформаторов используется продольная дифференциальная токовая защита

Для повышения чувствительности дифференциальной защиты в таких случаях используются реле КА W с тормозным действием типа ДЗТ. У таких реле на БНТ кроме обмоток, аналогичных тем, что имеются у реле типа РНТ, расположены дополнительно одна или несколько тормозных обмоток. Включение реле с одной тормозной обмоткой типа ДЗТ-11 показано на рис.

Принципиальная схема токовых цепей дифференциальной защиты с реле ДЗТ-11 для двухобмоточного трансформатора: а — схема включения реле: б — тормозная характеристика зависимости тока срабатывания Iс.р от тока в тормозной обмотке Iт.о

Тормозная обмотка Т, включенная в плечо дифференциальной защиты, по которой проходит ток сквозного КД, подмагничивает сердечник БНТ, что приводит к увеличению тока срабатывания реле. Зависимость тока срабатывания реле ДЗТ от тока, проходящего в тормозной обмотке, показана на рис. б. Эта зависимость, называемая тормозной характеристикой, показывает, что при увеличении тока сквозного КЗ ток срабатывания также возрастает, что обеспечивает отстройку от увеличивающихся токов небаланса.

Промышленностью выпускается реле с одной тормозной обмоткой типа ДЗТ-11, с тремя тормозными обмотками типа ДЗТ-13 и с четырьмя тормозными обмотками типа ДЗТ-14.

РСТ - 15.

Принципиальная схема реле РСТ-15

Реле предназначены для дифференциальной защиты одной фазы высоковольтных электродвигателей и понижающих трансформаторов в комплектных устройствах, от которых требуется повышенная устойчивость к механическим (сейсмическим) воздействиям.

 

9. Особенности и принцип действия полупроводниковых реле тока (на примере РСТ – 80АВ)

 

Реле применяется в схемах релейной защиты и противоаварийной автоматики в качестве органа, реагирующего на повышение тока в контролируемой цепи.

Основные преимущества реле:

● не требуется оперативное питание – реле питается от входного тока, вследствие чего обладает высокой помехоустойчивостью, и может применяться вместо реле РТ80, РТ90, при этом мощность, потребляемая на минимальной уставке диапазона, не более 1,5 ВА;

● в одном реле два функциональных элемента – измерительный орган тока со стандартными зависимыми характеристиками срабатывания типов А и В и быстродействующий орган отсечки;

● Применение зависимых характеристик срабатывания стандартных типов (А и В) позволяет оптимально согласовать защиту с характеристиками защищаемых объектов и с современными микропроцессорными защитами;

● РСТ-80АВ выполнено на микроэлектронной элементной базе, поэтому в отличие от электромеханических реле обладает высокой виброустойчивостью и ударопрочностью;

коммутационная способность контактов реле позволяет действовать непосредственно на отключающую катушку выключателей.

Электронный преобразователь U2 преобразует уровень напряжения, выделяемого на резисторе R1, в рабочий сигнал, во-первых, необходимый для формирования зависимой выдержки времениэлементомU3, и, во‑вторых, требуемый для срабатывания без выдержки времени элемента отсечки U4. Орган формирования зависимой выдержки времени U3 является основным элементом схемы и служит для получения выдержки времени срабатывания реле, зависящей от кратности входного тока относительно уставки срабатывания. Элемент отсечки U4 служит для обеспечения срабатывания реле без выдержки времени при больших кратностях входного тока относительно уставки срабатывания.

10. Особенности и принцип действия индукционных реле тока (на примере РТ – 80)

Реле состоит из подвижной системы (алюминиевый диск) – 3, расположенной в поле магнитных потоков Ф1 и Ф2, которые создаются токами, проходящими по обмоткам неподвижных электромагнитов 1 и 2. При вращении подвижная система преодолевает момент пружины 5 и замыкает контакты 4. Пронизывая подвижную систему магнитные потоки наводят ЭДС: Е_д1 = -dФ₁/dt; Ед₂ = -dФ2/dt. Под действием ЭДС возникают вихревые токи I_д1 и I_д2. Между магнитным потоком и током, находящемся в его поле возникает электромагнитная сила взаимодействия: F_э1 и F_э2. Направление их определяется углом сдвига фаз между магнитным потоком и током. Т.е. силы F_э1 и F_э2 образуют результирующую электромагнитную силу F_э = F_э1+ F_э2. Результирующая сила создает вращающий момент, приводящий в движение подвижную систему.

На этом принципе выполняются измерительные реете тока и реле направления мощности.

11. Особенности и принцип действия электромагнитных реле тока (на примере РТ – 40)

1-электромагнит, состоящий из стального сердечника и обмотки, 2-стальной подвижный якорь с контактом-3, 5-притиводействующая пружина. Ток, проходящий по обмотке электромагнита создает намагничивающую силу НС = I_p*w_p, под действием которой возникает магнитный поток, замыкающийся через сердечник электромагнита, воздушный зазор δ и якорь. Якорь намагничивается и притягивается к полюсу электромагнита и замыкает контакт. Fэ = к*Ф². Ф = I_p*w_p / R_м, где R_м - магнитное сопротивление пути, по которому замыкается магнитный поток. w_p – витки обмотки. Т.е. F_э = к I_p²*(w_p² / R_м ²) = к’* I_p². Коэффициент к’ зависит от Rм.

После притягивания якоря реле в электромагниту в связи с различным характером изменения эл/м и механической хар-к на подвижную часть реле действует избыточная сила. Значение коэффициента возврата тем существеннее отличается от 1, чем больше избыточная сила. С др стороны, с ростом избыт силы повышается надежность работы замыкающих контактов реле. Поэтому избыт сила должна быть достаточной для надежной работы контактов, но не слишком большой чтобы не влиять на коэф возврата. Эти условия удовлетворяются при использовании П-образной магнитной системы с поперечным движением якоря. На ее основе выполнено РТ-40.

12. Устройства АЧР. Принцип действия, основные требования.

Для нормальной работы потребителей необходимо поддерживать f равной номинальной. Поддержание частоты производится как автоматически, так и вручную. Причем успешное регулирование частоты возможно при наличии в энергосистеме резерва активной мощности “вращающийся резерв”. При отсутствии такого резерва отключение части генераторов или включение дополнительной группы потребителей приведет к снижению частоты. На электростанциях это ведет к снижению мощности, вырабатываемой генераторами. Т.е. дефицит активной мощности растет и появляется дефицит реактивной мощности, возникает так называемая “лавина частоты” и возможно также лавинообразное снижение напряжения, что ведет к нарушению всей системы электроснабжения. Чтобы этого не произошло, необходимо автоматически отключать часть наименее ответственных потребителей. Это осуществляется с помощью устройств АЧР ”свет жизни”. Устройства АЧР должны срабатывать при снижении f до 47-:-48 Гц. При выборе величины мощности, отключаемой устройствами АЧР, должен учитываться регулирующий эффект нагрузки – мощность, потребляемая нагрузкой, снижается вместе с f. Но в системе возможны и небольшие дефициты активной мощности. В этом случае нет необходимости отключать всю неответственную группу потребителей, как при больших авариях. Т.е. нагрузка, которую отключает АЧР при снижении f должна разбиваться на очереди. Таким образом, схема АЧР выполняется состоящей из нескольких (порой более 10) очередей с разными уставками срабатывания по f. Устройства АЧР могут выполняться и с временными ступенями селективности (АЧР II). Т.е. очереди в этом случае имеют одинаковую уставку по частоте (около 48 Гц), но разные уставки по времени: минимальную – 15-:-20 с., максимальную – до 60-:-90 с. Таким образом, устройство АЧР состоит из двух органов: пускового (реле частоты), реагирующего на изменение частоты, и органа выдержки времени (реле времени). В некоторых типах реле эти органы объединены в одно целое. В энергосистемах, наряду с АЧР, используются и другие виды автоматики. Поэтому для успешного осуществления частотной разгрузки необходимо, чтобы отключенные АЧР потребители не включались повторно устройствами АПВ или устройства АВР не восстанавливали их питание от тех же источников. Т.е. необходимо согласовывать действие различных устройств автоматики.
13. Устройства АПВ. Принцип действия, основные требования.

Назначением АПВ, как указывалось, является авто­матическое восстановление питания потребителей в слу­чае отключения питающей линии устройством релейной защиты путем ее нового (повторного) включения. Воз­можность восстановления таким образом питания потре­бителей объясняется тем, что большинство к. з. на воз­душных линиях оказываются неустойчивыми и исчезают,-если линию кратковременно отключить.

Требования

1. УАПВ должны находиться в состоянии постоянной готовности к действию и срабатывать при всех случаях аварийного отключения выключателя, кроме случаев отключения выключателя релейной защитой после включения его дежурным персоналом; не должны приходить в действие при оперативных отключениях выключателя дежурным персоналом.

2. Устройства АПВ должны иметь минимально возможное время срабатывания t_АПВ1 для того, чтобы сократить продолжительность перерыва питания потребителей. Время срабатывания АПВ линии с односторонним питанием:  с.

3. Автоматически с заданной выдержкой времени УАПВ должны возвращаться в состояние готовности к новому действию после включения в работу выключателя. Должно выполняться:

а). устройство не должно производить многократные включения выключателя на неустановившееся короткое замыкание: , где t_зап-время принимаемое равным ступени селективности защиты линии.

б). устройство должно быть готовым к действию не раньше, чем это допускается по условиям работы выключателя после успешного включения его в работу устройством АПВ.

Для однократного АПВ оба условия выполняются, если применять =15…25 с. Для двукратного =60…100 с.

14. Устройства АВР. Принцип действия, основные требования.

В качестве измерительного органа для АВР в высоковольтных сетях служат реле минимального напряжения, подключённые к защищаемым участкам через трансформаторы напряжения. В случае снижения напряжения на защищаемом участке электрической сети реле даёт сигнал в схему АВР. Однако, условие отсутствия напряжения не является достаточным для того, чтобы устройство АВР начало свою работу.

 Как правило, должен быть удовлетворён еще ряд условий:

· На защищаемом участке нет неустранённого короткого замыкания. Так как понижение напряжения может быть связано с коротким замыканием, включение дополнительных источников питания в эту цепь нецелесообразно и недопустимо.

· Вводной выключатель включён. Это условие проверяется, чтобы АВР не сработало, когда напряжение исчезло из-за того, что вводной выключатель был отключён намеренно.

· На соседнем участке, от которого предполагается получать питание после действия АВР, напряжение присутствует. Если обе питающие линии находятся не под напряжением, то переключение не имеет смысла.

После проверки выполнения всех этих условий логическая часть АВР даёт сигнал на отключение вводного выключателя обесточенной части электрической сети и на включение межлинейного (или секционного) выключателя. Причём, межлинейный выключатель включается только после того, как вводной выключатель отключился.

Требования:

1. Находиться в состоянии постоянной готовности к действию и срабатывать при прекращении питания потребителей по любой причине и наличии нормального напряжения на другом, резервном для данных потребителей источнике питания.

2. Иметь минимально возможное время срабатывания t_АВР1.

3. Обладать однократностью действия, что необходимо для предотвращения многократного включения резервного источника на устойчивое короткое замыкание.

4. Обеспечивать вместе с защитой быстрое отключение резервного источника питания и его потребителей от повреждённой резервируемой секции шин и тем самым сохранять их нормальную работу. Для этого предусматривается ускорение защиты после АВР.

5. Не допускать опасных несинхронных включений синхронных электродвигателей и перегрузок оборудования.

15 Принцип действия и основные требования к автоматическим регуляторам возбуждения синхронных генераторов.

Системой возбуждения называется совокупность оборудования, ап­паратов и устройств, которая обеспечивает необходимое возбуждение генераторов в нормальных и аварийных режимах. Основными уст­ройствами системы возбуждения являются возбудитель и устройство автоматического регулирования возбуждения (УАРВ).

Основным назначением УАРВ синхронных генераторов является повышение динамической устойчивости систем электроснабжения пу­тем быстрого и значительного увеличения возбуждения генераторов в аварийных режимах. При этом также облегчается самозапуск электро­двигателей и обеспечивается более четкая работа релейной защиты за счёт уменьшения затухания тока КЗ.

В нормальном режиме работы УАРВ поддерживает заданное на­пряжение на шинах электростанции или в иной точке электросистемы и обеспечивает наивыгоднейшее распределение реактивной мощности между параллельно работающими генераторами и электростанциями. Сущность АРВ состоит в том, что автоматический регулятор воспри­нимает изменения напряжения или других электрических величин (например, тока) и преобразует их в изменения тока возбуждения ге­нератора.

Обмотка возбуждения генератора расположена на подвижной части синхронной машины — роторе — и вращается вместе с ним, поэтому подключение обмотки к возбудителю и выполнение самого возбудителя связаны с рядом трудностей. Трудности эти возрастают по мере увели­чения мощности синхронной машины. В связи с этим существуют раз­личные системы возбуждения, которые классифицируются по виду применяемого возбудителя. Основными из них являются электро­машинная и тиристорная.

К электромашинной относятся:

• схема возбуждения с генератором постоянного тока;

• схема возбуждения с генератором переменного тока повышенной частоты с неуправляемым полупроводниковым;

• бесщеточная схема возбуждения с генератором переменного тока повышенной частоты.

Электромашинные возбудители обычно располагают непосредст­венно на валу синхронного генератора.