Дипломная работа: Модернизация релейной защиты на тяговой подстанции Улан-Удэ на базе микропроцессорной техники
К началу 30-х годов относится появление высокочастотных защит линий электропередач с электронными лампами. С конца 40-х годов наметилась тенденция конструирования реле с использованием полупроводниковых диодов и транзисторов. Уже в 60-х годах такие реле стали получать всебольшее распространение и в настоящее время, например, вместо индукционных реле направления мощности и сопротивления выпускаются полупроводниковые.
В 80-х годах стали появляться отдельные реле и комплекты защит, выполненные с применением элементов микроэлектроники (аналоговых и цифровых микросхем). Дальнейшая тенденция развития техники релейной защиты связана с использованием микропроцессорных комплексов. Такие комплексы осуществляют как функции релейной защиты, так и ряд дополнительных и сервисных функций (автоматическое повторное включение, определение места повреждения, фиксация параметров аварийного режима и т.п.) с отображением на встроенном дисплее.
С развитием техники релейной защиты уменьшались ее габариты и собственное потребление, улучшались ее характеристики, повышались быстродействие, чувствительность и надежность, совершенствовались алгоритмы функционирования. Все это позволяет более уверенно решать основную проблему: четкое разграничение аварийного и нормального режимов.
Релейная защита, контролирующая состояние только одного объекта и отключающая при аварийных режимах выключатель только данного объекта, называется индивидуальной. Во многих случаях основные свойства защиты (чувствительность, селективность, быстродействие) улучшаются, если индивидуальные устройства взаимосвязаны.
Взаимная связь таких устройств может быть продольной и поперечной. Продольная взаимная связь объединяет защиты АК1 и АК2 на разных концах (на входе и выходе) одного объекта, например, линии – рисунок 1, а. Взаимная связь, при которой объединяются защиты АК1 и АК2 разных объектов, присоединенных к общим шинам, называется поперечной - рисунок 1, б.
До недавнего времени релейная защита и другие устройства автоматикивыполнялись только на релейно-контактных элементах. В последние десятилетия широко начали применять электронные устройства. Это повышает надежность защит, уменьшает их размеры, собственное потребление и эксплуатационные расходы, а также позволяет реализовать совершенно новые функциональные зависимости. Применение полупроводниковой электроники дает возможность выполнить релейную защиту вместе с другими устройствами автоматики и телемеханики в виде единой системы, комплекса.Применение микроэлектроники и микропроцессорных систем еще больше повышает эффективность релейной защиты и автоматики, открывает перспективы для передачи функций релейной защиты и автоматики специальным управляющим вычислительным машинам, которые будут управлять устройствами электроснабжения в нормальных и аварийных режимах. В этой связи особое значение приобретает изучение алгоритмов (программ), которым должно подчиняться действие релейной защиты вне зависимости от той элементной базы, на основе которой она выполнена.
1.2 Основные виды релейной защиты
Наибольшее распространение получили токовые защиты. Для нихвоздействующей величиной является ток, проходящий по токоведущим частям электрической установки в месте включения защиты. Измерительный орган защиты приходит в действие, если воздействующая величина (контролируемый ток) превысит заранее установленное значение, называемое уставкой срабатывания.
Защита, измерительный орган которой сравнивает значения или фазы токов в разных концах защищаемого объекта или в параллельных ветвях, присоединенных к общим шинам, называется дифференциальной токовой защитой. Если сравниваются токи разных концов защищаемого объекта, например, линии – рисунок 1, а, то дифференциальная защита является продольной, если же сравниваются токи, например, параллельных линий рисунок 1, б, то – поперечной. Для передачи в измерительный орган информации о значениях и фазах сравниваемых токов используют вспомогательные провода. Дифференциальные защиты относятся к защитам с взаимной связью. Они обладают абсолютной селективностью и являются быстродействующими.
Защиты, для которых воздействующей величиной является напряжение, называются защитами напряжения, вольтметровыми или потенциальными. В качестве измерительного органа в них применяется реле напряжения. В трехфазных системах такую защиту можно выполнить, включая реле не только на полные фазные и линейные напряжения, но и на их симметричные составляющие. В последнем случае повышается чувствительность к тем видам к.з., которые сопровождаются существенной несимметрией напряжений. Для этого реле напряжения включают через фильтры симметричных составляющих напряжений.
В линиях электропередачи напряжением 35 кВ и выше, в контактных сетях переменного тока широко используют дистанционные защиты. В качестве измерительного органа этих защит применяют реле сопротивления.
Дистанционная защита в отличие, например, от токовой, реагирует не на один признак, а на три: ток, напряжение и фазовый угол между ними. Такая защита более четко отличает ненормальные режимы от нормальных и способна выявить к.з. даже в том случае, если ток к.з. меньше тока нормального режима.
В тяговых сетях получила распространение так называемая телеблокировка (устройство телеотключения), которая, как и высокочастотная защита, относится к защитам с продольной взаимной связью. При срабатывании АК1 на одном конце линии и отключении, например, выключателя Q1 – рисунок 1, а, на выключатель Q2, находящийся на другом конце линии, по каналам телемеханики подается команда на отключение.
В релейной защите находят применение и такие измерительные органы, для которых воздействующая величина не является электрической. Так, для трансформаторов используют газовую, а для преобразовательных агрегатов тяговых подстанций – тепловую защиту. Измерительный орган первой реагирует на интенсивность газообразования трансформаторного масла, а второй – на температуру полупроводниковых приборов.
Функциями релейной защиты являются: срабатывание (выдача команды на отключение) при к.з. в защищаемой зоне на контролируемом объекте; несрабатывание при отсутствии к.з. в защищаемой зоне; несрабатывание при к.з. за пределами зоны защиты. Действия защиты, выполняемые в соответствии с указанными функциями, являются верными.
Однако в силу тех или иных причин, например, отказов элементов защиты, внешних электромагнитных помехах и т. п., защита может действовать неправильно: не сработать при к.з. в зоне защиты (отказ срабатывания), сработать при отсутствии повреждений на защищаемом объекте (ложное срабатывание), сработать при к.з. за пределами зоны защиты (излишнее срабатывание). Неправильные действия защиты относятся к отказам ее функционирования. Отказ функционирования при к.з. приводит к тяжелым повреждениям электрооборудования, распределительных устройств, пережогу проводов контактной сети и т.д., а отказ функционирования в нормальном режиме работы защищаемого объекта влечет за собой прекращение питания потребителей.
Для обеспечения правильного функционирования защита должна обладать определенными свойствами: селективностью, устойчивостью функционирования, надежностью функционирования. Обобщенным показателем качества защиты является эффективность ее функционирования.
Селективность (избирательность). Это свойство заключается в способности с заданным быстродействием отключать с помощью выключателей только поврежденный элемент системы. Рассмотрим, например, электрическую сеть, связывающую источник питания П1 с подстанциями П2, ПЗ, П4 – рисунок 2. На отдельных участках установлены выключатели Q1, Q2,..., Q7, каждый из которых имеет самостоятельное устройство релейной защиты АК1, АК2,..., АК7.
По принципу селективности, если к.з. произошло в точке К2, должен отключиться выключатель Q4, а при к.з. в точке КЗ — выключатель Q5. Селективность защиты обеспечивает отключение минимального возможного участка и, следовательно, сохранение нормального электроснабжения максимального числа потребителей.
Рисунок 2 – Схема электрической сети
Короткие замыкания в пределах защищаемой данной защитой зоны называются внутренними, а за пределами этой зоны — внешними. Если защита способна реагировать только на внутренние повреждения, то ее селективность является абсолютной. Таким свойством обладают, например, продольные дифференциальные защиты и токовые отсечки. В ряде случаев, однако, к защите предъявляется требование срабатывать и при внешних к.з., т.е. неселективно. Защита, которая селективно срабатывает в обычных условиях только при внутренних к.з., но может при необходимости отключить и внешние к.з., обладает относительной селективностью. Защиты с относительной селективностью используются для резервирования выключателей смежных участков.
Селективность при внутренних к.з. характеризуется защитоспособностью и быстродействием. Защитоспособностью называется свойство, обеспечивающее способность защищать контролируемый объект при всех видах к.з. В ряде случаев, однако, защита может не реагировать на некоторые к.з. Часть контролируемой линии, в пределах которой данная защита не реагирует на к.з., называется мертвой зоной. Мертвые зоны перекрываются обычно резервными защитами.
Быстродействие защиты определяется необходимым временем отключения короткого замыкания. Чем меньше время отключения повреждения, тем:
- выше устойчивость параллельной работы генераторов электростанций (нарушение синхронизма является наиболее тяжелой аварией в энергосистеме);
- меньше разрушения изоляции, токоведущих частей, а также конструкций электротехнических аппаратов, оборудования и сетей;
- меньше продолжительность снижения напряжения, отрицательно влияющего на технологические процессы, работу электроподвижного состава и условия безопасности (снижение напряжения, например, в высоковольтных линиях питания автоблокировки может привести к неверному действию или погасанию светофоров, а это связано с безопасностью движения поездов);
- выше эффективность действия АПВ и АВР, так как чем меньше время существования к.з., тем меньше вероятность разрушения оборудования.