Защита синхронных компенсаторов

3.2.131. Устройства релейной защиты синхронных компенсаторов следует выполнять аналогично предусматриваемым для турбогенераторов соответствующих мощностей со следующими отличиями:

1. Защита от токов, обусловленных симметричной перегрузкой, действующая на сигнал, должна выводиться на период пуска, если в этом режиме возможно ее действие.
2. Следует предусматривать минимальную защиту напряжения, действующую на отключение выключателя синхронного компенсатора. Напряжение срабатывания защиты должно быть принято равным 0,1-0,2 U_ном, выдержка времени - около 10 с.
3. Должна быть предусмотрена защита, действующая при кратковременном исчезновении питания подстанции (например, в бестоковую паузу АПВ питающей линии). Защита должна выполняться в виде минимальной защиты частоты и действовать на отключение выключателя синхронного компенсатора или на АГП. Допускается использование защиты, выполненной на других принципах, например реагирующей на скорость снижения частоты.
4. На синхронных компенсаторах мощностью 50 Мвар и более следует предусматривать защиту от потери возбуждения (снижения тока возбуждения ниже допустимого предела) с действием на отключение синхронного компенсатора или на сигнал. Для синхронных компенсаторов, на которых предусматривается возможность перевода на режим работы с отрицательным током ротора, эту защиту допускается не применять.
5. Для синхронного компенсатора, работающего в блоке с трансформатором, при замыкании на землю в обмотке статора должно быть предусмотрено действие защиты, установленной на стороне низшего напряжения трансформатора.

Если ток замыкания на землю на стороне низшего напряжения трансформатора превышает 5 А, допускается не устанавливать дугогасящий реактор и выполнять защиту с двумя выдержками времени; с меньшей выдержкой времени предусматривается отключение выключателя синхронного компенсатора, а с большей - подача сигнала.

При токе замыкания на землю до 5 А защита должна быть выполнена с одной выдержкой времени и с действием на сигнал. Для синхронных компенсаторов мощностью 50 Мвар и более должна быть предусмотрена возможность действия защиты на сигнал или на отключение.

3.2.132. На подстанциях без постоянного дежурства персонала защита от перегрузки синхронного компенсатора должна выполняться с независимой выдержкой времени и действовать с меньшей выдержкой времени на сигнал и снижение тока возбуждения, а с большей - на отключение синхронного компенсатора (если предотвращение длительных перегрузок не обеспечивается устройствами автоматического регулирования возбуждения).

3.2.133. Защиту от замыканий на землю в цепи возбуждения синхронного компенсатора следует выполнять так же, как для гидрогенераторов (см. 3.2.85).

Релейная защита (РЗ)

Назначение релейной защиты

Релейная защита – это часть электрической автоматики, предназначенная для выявления и автоматического отключения поврежденного электрооборудования.

Некоторые устройства релейной защиты предназначены для выявления не повреждении, а ненормальных режимов работы электрооборудования, (перегрузка трансформатора, замыкание на землю одной фазы в сети с изолированной нейтралью, выделение газов в результате разложение, трансформаторного масла в трансформаторе или понижения уровня масла в его расширителе).

Виды технологической электроавтоматики:

1. автоматическое повторное включение (АПВ)
2. автоматическое включение резервного питания (АВР - автоматический ввод резерва)
3. автоматическое регулирование возбуждения генераторов и синхронных двигателей (АРВ)
4. автоматическая регулировка батарей статических конденсаторов
5. автоматика охлаждения силовых трансформаторов
6. определения места повреждения линий электропередачи (ОМП)

Противоаварийная режимная автоматика

1. автоматическая частотная разгрузка (АЧР)
2. автоматическая регулирование частоты и активной мощности (АРЧМ)
3. дополнительная автоматическая разгрузка по напряжению (ДАРН)
4. дополнительная автоматическая разгрузка по току (ДАРТ)

Основные требования к релейной защите.

1. Быстродействие:

Современные устройства быстродействующей РЗ имеют время действия 0,02-0,1 сек.

Распредустройства 0,05-0,1,

2. Селективность:

Селективностью – называется способность РЗ выявлять место повреждения и отключать его только ближайшему к нему выключателю.

По способу обеспечения селективности все защиты разделяются на два вида:

а) защиты с абсолютной селективностью

б) и защиты с относительной селективностью

Защиты с абсолютной селективностью по принципу своего действия работают только при повреждении защищаемого элемента.

Защиты с относительной селективностью по принципу свого действия могут срабатывать при повреждениях, как защищаемого элемента, так и соседних элементов.

Защиты с относительной селективностью, как правило, выполняются с выдержкой времени, что является их недостатком.

Защиты с абсолютной селективностью выполняются без выдержки времени, что является их достоинством.

Способы обеспечения селективности

а) Селективность по принципу действия.

Защита принципиально не срабатывает при коротком замыкании вне зоны ее действия

б) Селективность по чувствительности.

Ток, напряжение или сопротивления срабатывания выбирается таким образом, что бы защита не действовала при коротком замыкании на смежные линии или за трансформатором – отсечка.

в) Селективность по времени.

Выдержка времени каждой предшествующей защиты выбирается на ступень селективности больше чем последующая. Поэтому она не успевает сработать, так как ее опережает защита последующей линии при коротком замыкании на ней.

3. Чувствительность:

Чувствительность - это способность релейной защиты реагировать на возникновение короткого замыкания или не нормального режима работы оборудования. Защита должна обладать такой чувствительность к тем видам повреждений и нарушении нормального режима работы в данной электрической установки или электрической сети, на которую она рассчитана, чтобы было обеспечено ее действие в начале возникновения повреждения. Ток срабатывания должен быть меньше тока короткого замыкания на величину называемую – коэффициентом чувствительностью, напряжение и сопротивление срабатывания должно быть больше при повреждениях на такую же величину.

Коэффициент чувствительности - учитывает погрешности реле, расчетов параметров, влияния переходного сопротивления и электрической дуги в месте короткого замыкания.

Коэффициент чувствительности для короткого замыкания в защищаемой зоне =1,5,в зоне резервирования = 1,2, для быстродействующих защит коэффициент чувствительности равен =2.

1. Надежность:

Зажита должна правильно и безотказно действовать на отключение оборудования при всех его повреждениях и нарушениях нормального режима работы для действия, при которых она предназначена, и не действовать в нормальных условиях работы оборудования, а так же при повреждениях, при которых действие данной защиты не предусмотрено и должна действовать другая защита. У современных микропроцессорных и микроэлектронных устройств релейной защиты существуют встроенные системы автоматической и тестовой проверки, которые позволяют быстро выявить появившиеся неисправности и предотвратить отказ или не правильную работу релейной защиты. Для дальнейшего повышения надежности применяют принципы ближнего или дальнего резервирования.

При ближнем резервировании защит, для защиты одного элемента применяется не одно устройство РЗ (релейной защиты), а сразу два: основная защита и резервная защита, а для резервирования отказа выключателя используется устройство резервирования отказа выключателя (УРОВ).

Условия обеспечения ближнего резервирования защит:

а) основная и резервная защиты должны защищать оборудования от всех видов короткого замыкания во всех точках, во всех режимах работы энергосистемы.

б) основная и резервные защиты должны иметь разные принципы действия.

в) основная и резервная защиты должны питаться от разных автоматов (предохранителей) оперативного тока (источники питания).

г) основная и резервная защиты должны быть включены на разные трансформаторы тока.

д) основная и резервная защиты должны быть включены на разные трансформаторы напряжения.

е) основная и резервная защиты должны действовать на разные электромагниты отключения выключателя.

При дальнем резервировании защит устройства релейной защиты предназначены для защиты одного элемента, является резервной защитой для другого элемента. При дальнем резервировании, отказ защиты и выключателя, резервируется резервной защитой на выше стоящем, предшествующем элементе.

Основные органы релейной защиты.

Релейная защита состоит из пусковых органов, измерительных органов и логической части.

Пусковые органы - непосредственно и непрерывно контролируют состояние и режим работы защищаемого оборудования и реагируют на возникновение короткого замыкания, и нарушения нормального режима работы.

Пусковые органы выполняются с помощью: реле тока, реле напряжения, реле мощности и т.д.

Измерительные органы – на них возлагается задача определения места и характера повреждения, а так же принятия решения о необходимости действия защиты.

Измерительные органы так же выполняются с помощью реле тока, напряжения, мощности и других.

Функции пускового и измерительного органа могут быть объединены в одном органе.

Логическая часть – представляет собой схему которая запускается пусковыми органами и сопоставляя последовательность и продолжительность действия измерительных органов, производит отключение выключателей мгновенно или с выдержкой времени, запускает другие устройства, подает сигналы и производит другие предусмотренные действия.

Логическая часть состоит в основном из логических элементов, элементов времени (таймеров), а так же промежуточных и указательных реле. В аналоговых и микропроцессорных устройствах к ним добавляются дискретные входы и индикаторные светодиоды.

Рис. Структурная релейная защита (ИЧ - измерительная часть), (ЛЧ - логическая часть)

Управляющая - усиливающая часть служит, для усиления сигнала логической части, до значения необходимого для отключения выключателя и приведения в действие других устройств, по сколько сигналы логической части обычно имеют недостаточную мощность, так же служит для размножения логической части.

Элементные базы

1. Электромеханическая база – может использоваться для осуществления всех функциональных частей и органов релейной защиты, в виде электромеханических реле.

2. Полупроводниковая база - может использоваться для осуществления всех функциональных частей и органов релейной защиты, в виде полупроводниковых элементов, аналоговых и цифровых микросхем.

3. Микропроцессорная база – может использоваться для осуществления измерительной и логической частей релейной защиты, на базе микропроцессорных ЭВМ и многопроцессорных систем.

Виды реле

1. Элементы измерительной части.

На вход измерительного органа непрерывно подается один, два или несколько входных сигналов в виде тока или напряжения защищаемого объекта, дающие информацию об его состоянии. Измерительный орган срабатывает, если входные сигналы фиксируют появления повреждения.

Выходной сигнал имеет два дискретных значения соответствующих действию или бездействию измерительного органа. Измерительные реле (тока, напряжения) действующие при возрастании величины, на которую они реагируют – называются максимальные. А при снижении величины – минимальные.

По способу включения на ток и напряжения сети измерительные реле делятся на;

вторичные - включаемые на ток и напряжение защищаемого участка через измерительные трансформаторы,

и на первичные - включаемые непосредственно на первичные токи и напряжение.

2. Элементы логической части.

Логическая часть состоит из тепловых элементов (реле) различного назначения;

органов логики - выполняющих типовые логические операции,

элементов времени - создающих выдержки времени,

органов памяти - продлевающих действие кратковременного сигнала,

сигнальных органов - подающих сигналы о действии релейной защиты или ее отдельных органов,

По характеру выполняемых функции, эти реле называются логическими или вспомогательными.

1. Элементы исполнительной части. (усиливающая часть)

В контактных схемах функции усиления выходных сигналов и размножения сигналов выполняются промежуточными реле с контактами, способными замыкать цепь тока до 5- 10 ампер, электромагнитов отключения выключателей или других устройств.

В бесконтактных схемах эти функции выполняются чаще всего посредством тиристорных схем управления.

Источники и схемы оперативного тока.

Назначение и основные требования

Источники оперативного тока служат для питания цепей дистанционного управления выключателями, устройств релейной защиты, автоматики и других устройств управления.

Главное требование к источнику оперативного тока состоит в том, что бы во время любых повреждении и ненормальных режимов напряжение источника и его мощность всегда имели достаточное значение.

Для питания оперативных цепей применяются источники постоянного и переменного тока.

Постоянный оперативный ток.

Аккумуляторная батарея с номинальным напряжением 220-110 V. На не больших подстанциях применяются аккумуляторы 48 V.

Рис. Принципиальная схема питания оперативных цепей релейной защиты, управления и сигнализации, оперативным постоянным током.

GB - аккумуляторная батарея, подключается к сборным шинам, от которых получает все потребители постоянного тока. Всегда работает в режиме подзаряда. Для этого подключаются зарядные устройства SF слева и справа (с выпрямителями).

Самым ответственным участком является цепи релейной защиты и автоматики, цепи управления силовыми выключателями и их электромагнитов отключение. Они получают питание от шинок называемых – шинками управления (ШУ),

Вторым по значению участком является цепи электромагнитов включения выключателей питающиеся от отдельных шин называемые - шинками включениями (ШВ),

Третьим по значимости участком является сигнализация, и питается отдельно шинок сигнализации (ШС).

На электростанциях и крупных узловых подстанциях главные сборные шины питания цепей управления выполняются виде секции, каждая из которых получает питание от аккумуляторной батареи через автоматические выключатели или батарей. То есть на эту сборную один аккумулятор, на вторую другой.

Потребители, подключенные к ШУ, ШВ, ШС подразделяются на участи по территориальному принципу (пример РУ 220 кВ, 110 кВ, щит управления и т.д.). Каждый такой участок питается по кольцевой схеме не мене чем по двум линиям, отходящим от разных секции, соответствующих шинок.

(чем ближе к потребителю, тем защиты больше)

Ток срабатывания защитных устройств отстраивается от максимального тока нагрузки и должен обеспечивать их действие при коротком замыкании в конце следующего резервируемого участка.

Для выявления неисправности в сети постоянного тока предусматриваются специальные устройства контроля, например; исправность предохранителей и целостность цепи контролируется реле KH.

Рис. Контроль исправности в цепи отключения выключателя с помощью реле КН.

В случае замыкания на землю в точках К1 и К2, контакты РЗ шунтируются и в электромагните отключения выключателя (YAT) выключателя, появляется тока и выключатель может ложно выключится.

Что бы предупредить подобное отключение, применяется контроль за появлением земли на постоянном токе. Контроль осуществляется с помощью вольтметров V1 и V2 и сигнального реле KL-(смотри предыдущую схему).

В следствии надежности аккумуляторные батарей устанавливаются на всех электростанциях и подстанциях с напряжением 110 кВ и выше.