Назначение устройств релейной защиты. Схемы соединения трансформаторов тока и обмоток реле в устройствах токовых защит. Возможные повреждения и ненормальные режимы синхронных генераторов

1. Назначение устройств РЗ. Требования к УРЗ. Влияние совершенства выполнения на надёжность работы эл. эн. Систем

Для отключения повреждённых элементов сети используются УРЗ.

Основное назначение:

-  выявление места КЗ;

- быстрое автоматическое отключение выключателя повреждённого элемента;

- выявление ненормальных режимов работы оборудования и подача сигнала персоналу или отключение с выдержкой времени.

Основные требования:

·  Селективность – способность защиты отключать только повреждённый участок сети (избирательность);

·  Быстродействие;

·  Чувствительность – защита должна быть чувствительна к нарушениям работы сети на которые она рассчитана;

·  Надёжность – РЗ должна безотказно работать только при КЗ в пределах установленной для неё зоны действия.

Выполнение этих требований повышает надёжность эл. снабжении, уменьшает размеры повреждения током КЗ.

2. Схемы соединения трансформаторов тока (ТА) и обмоток реле в устройствах токовых защит. Область применения различных схем соединения ТА и реле. Соотношение м/у токами в фазах и токами при различных схемах соединения и различных видах КЗ.

- Схема соединенияТА и КА в полную звезду

I_реле = I_A. Коэффициент схемы К_СХ = I_P/I_A  = 1.

Схема реагирует на все виды КЗ.

- Схема соединения в неполную звезду:

I_{реле 3} = I_A + I_C ; I_{реле 1} = I_A; К_СХ = 1;

Защита от междуфазных КЗ. КА3 повышает качество защиты при двойных КЗ на землю.

- Схема соединения ТА в треугольник, а КА в звезду.

I_P1 = I_A – I_B; I_P2 = I_B – I_C; I_P3 = I_C – I_A; K_CX = Ö3.

Защита от междуфазных КЗ.

- Схема соединения ТА на разность тока двух фаз

I_P = I_A – I_C; K_CX = Ö3.

Схема реагирует на все междуфазные КЗ.

- Схема соединения ТА в фильтр тока нулевой последовательности.

I_P = I_A + I_B + I_C; В нормальном режиме I_P =0

Схема реагирует на замыкания на землю.

- Схема последовательного соединения двух ТА в одной фазе.

При такой схеме нагрузка на ТА уменьшается в 2 раза.

3. МТЗ принцип действия. Выбор тока срабатывания и выдержки времени. Учёт двигательной нагрузки при выборе параметров МТЗ. Проверка чувствительности.

МТЗ устанавливается в начале каждого участка сети со стороны источника питания.

I_СЗ³К_Н×К_СЗ×I_{РАБ.МАХ.}

К_Н – коэффициент надёжности; К_СЗ  -коэффициент самозапуска.

Коэффициент чувствительности

К_Ч = I_{КЗ. MIN}⁽²⁾/I_CЗ.  Где I_{КЗ. MIN}⁽²⁾ – минимальный ток КЗ в конце защищаемого участка. В качестве исполнительного органа применяются максимальные токовые реле. Селективность действия МТЗ обеспечивается с помощью выдержки времени. При ходят в действие при увеличении тока сверх определённого значения.

4. Токовая отсечка. Принцип действия. Выбор тока срабатывания. Согласование их параметров и проверка чувствительности.

Приходит в действие при увеличении тока сверх определённого значения. В качестве исполнительного органа защиты применяются максимальные токовые реле. Селективность действия ТО обеспечивается путём выбора тока срабатывания.

На линии АБ предусматривают 2 ступени ТО с выдержкой и без выдержки времени.

На линии БВ предусмотрена одна ступень – без выдержки времени.

I_СЗА^1ст. = К_Н×I_K1.MAX^(3)КЗ; I_СЗБ^1ст. = К_Н×I_K2.MAX^(3)КЗ

I_СЗА^2ст. = К_Н×I_СЗБ^1ст.

К_Ч^1СТ = I_КЗ.MAX⁽²⁾/ I_СЗА^1ст..

К_Ч^2СТ = I_К1⁽²⁾/ I_СЗА^2ст..

5. МТ направленные защиты. Область применения. Принцип действия. Расчёт тока срабатывания и выдержки времени.

В кольцевой сети и на линиях с двусторонним питанием для обеспечения селективности защиты необходимо применять реле направления мощности.

Выдержки времени защиты выбираются по ступенчатому принципу, но с учётом направления их действия. Защиты линий с нечетными номерами (1;3;5;7)должны действовать при протекании тока от А к Г, а с четными (2;4;6;) от Г к А. Защиты действует при протекании тока от шин в линию. Это обеспечивается при помощи реле направления мощности.

6. Принцип выполнения дистанционных защит ЛЭП. Возможные характеристики измерительных реле сопротивления. Определение сопротивления срабатывания и выдержки времени.

Дистанционная защита (ДЗ) применяетсяв сетях сложной конфигурации когда МТЗ не удовлетворяет требованиям (чувствительности, быстродействия, селективности). В нормальном режиме работы напряжение на шинах U_Л и ток I_Л близки к нормальным значениям. U_Л = U_НОРМ, I_Л = Ö3I_НОРМ, поэтому сопротивление линии Z_ЛН = U_Л/I_Л = U_НОРМ/I_НОРМÖ3.

На головном участке АБ предусмотрено 3 ступени защиты. 1 – без выдержки (защищает часть АБ); 2 – с выдержкой (половину АБ и половину БВ); 3  -резервирует защиту АБ и резервирует все защиты линии БВ. При КЗ на линии АБ точка К1: Z_ЛН = U_К/I_КÖ3 < Z_ЛН

Дистанционная защита может фиксировать факт появления КЗна линии и определить удаленностьточки КЗ от места установки защиты. Измерительныеорганы ДЗ выполняются на индуктивной или полупроводниковой основе.

Характеристики:

1. Характеризует реле с центром в начале окружности:

угол j_Р угол между U_p и I_Р. Сопротивление срабатывания защиты:, Z_СР не зависит от j_Р. Такое реле направленностью действия не обладает.

2. Круговая характеристика проходящая ч/з начало координат Z_{СР. МАХ}  - максимальное сопротивление на которое реагирует защита.

Такое реле работает при направлении тока только от шин в линию. Реле обладает направленностью действия.d - угол мах чувствительности. При КЗ в начале линии (Z = 0) реле сопротивления не работает.

3. Реле с эллиптической характеристикой.

Такие реле применяются для третьей ступени защиты, чтобы улучшить отстройку от рабочих режимов ( для повышения чувствительности).  

7.Назначение АПВ ЛЭП. Способы организации пуска УАПВ. Выбор параметров настройки УАПВ.

Большинство повреждений в электрических сетях кратковременны, быстрое отключение повреждённого участка с последующим автоматическим включением часто позволяет сохранить его в работе.

SA – ключ управления.

АПВ срабатывает после отключения выключателя РЗ. Срабатывание АПВ успешно только после отключения неустойчивых КЗ, или при ошибочных отключениях от защиты. АПВ повышает надёжность электроснабжения, дают большой экономический эффект, согласно ПУЭ рекомендуются на всех линиях напряжениях выше 1000 В. Наиболее успешны АПВ на ВЛЭП с односторонним питанием. Время для срабатывания АПВ:

t_АПВ = t_ЗАЩ. + t_ЗАПАСА + t_{ГОТОВНОСТИ ПРИВОДА}

t_ЗАПАСА учитывает время для погасания дуги. В рабочем режиме УАПВ находится в режиме ожидания готовности к действию.

Два способа пуска:

- от РЗ;

- пуск от несоответствия положения ключа управления и положения выключателя (наиболее распространён).

8. Дифференциальная токовая защита. Принцип действия. Причины появления тока небаланса. Выбор тока срабатывания ДТЗ.

На дифф. Принципе выполняют продольные и поперечные дифф. Защиты. Они обладают абсолютной селективностью, поэтому срабатывают без выдержки времени.

- Продольная дифф. защита применяется на генераторах, трансформаторах, синхронных компенсаторах и мощных электродвигателях и на линиях малой длины.

- поперечные защиты применяются на //-х линиях и генераторах имеющих //-е обмотки статора.

Исполнительным органом является реле тока и реле направления мощности (КW только в поперечных защитах)

В поперечной защите в нормальном режиме и при внешних КЗ токи в реле направлены встречно и ток в реле равен 0. I_P = I_{TA1 +} I_TA2 = 0. При КЗ в зоне действия защиты

I_P = I_{TA1 +} I_TA2 и реле КА срабатывает.

I_СЗ = К_Н×I_НБ.МАХ; I_НБ.МАХ = К_А×К_ОДН.×e×I_{КЗ.ВН.МАХ.}

Чтобы защита не сработала при внешних КЗ ток срабатывания должен быть больше максимально возможного тока небаланса. К_А – коэффициент учитывающий наличие апериодической составляющей. К_ОДН – коэффициент учитывающий однотипность ТА.

К_Ч = I_К.МИН./I_CЗ; I_К.МИН. – минимальный ток КЗ в зоне действия защиты.

Принцип действия поперечной защиты основан на сравнении токов одноимённых фаз //-х линий. На концах линий установлены ТА с одинаковым коэффициентом трансформации. Вторичные обмотки ТА соединяются на разность токов и К ним подключаются реле КА и КW. КW служит для определения поврежденной линии, и контакты этого реле замыкаются либо в одну сторону либо в другую, в зависимости от направления тока протекающего в защите.

При КЗ в точке 1 I_Л1>I_Л2 и КА1 и КW1 срабатывают и отключают Q1. Затем КА2 и КW2 отключают Q2.

I_СЗ>К_Н×(I_НБ^’+I_НБ^”);I_НБ^’ =  К_А×К_ОДН.×e×I_{КЗ.ВН.МАХ.}

I_НБ^” = (Z_Л1-Z_Л2/(Z_Л1+Z_Л2))× I_КЗ.ВН.⁽³⁾

Защита не должна срабатывать при отключении одной из //-х линий. Когда по второй протекает МАХ рабочий ток

I_СЗ = К_Н×I_{РАБ.МАХ}/К_В. Чувствительность определяется при КЗ на границе зоны каскадного действия и в точке равной чувствительности. На линиях Л1 и Л2 необходима резервная МТЗ от междуфазных КЗ.

9. Особенности выполнения АПВ на линиях с двухсторонним питанием. Разновидности устройств АПВ, применяемых для таких линий.

На обоих концах линии устанавливаются защиты и УАПВ. При КЗна линии срабатывают защиты и выкл.Q1 и Q2. Связь между станциями нарушается, включение от АПВ  может произойти при недопустимых толчках уравнительного тока. Поэтому применяют АПВ с контролем синхронизма.

Возможны варианты без контроля синхронизма: 1)линия имеет шунтирующие связи. Вкл. линии от АПВ не приводит к нарушению синхронной работы. 2)линия не имеет шунтирующей связи, но оборудована быстродействующими выключателями и РЗ. Оснащаются быстродействующим АПВ. 3)можно применять несинхронные АПВ, если толчки уравнительного тока не превышают допустимых значений.

На одном конце линии необходимо осуществить контроль отсутствия напряжения. УАПВ с контролем синхронизма применяется если применение несинхронного АПВ недопустимо из-за нарушения синхронизма или больших уравнительных токов. С одной стороны линии устанавливается контроль отсутствия напряжения, а с другой – контроль наличия напряжения. Команда на включение  второго выключателя проходит при наличии напряжения, если U₁ = U₂ и совпадают по фазе. Настройка работы реле КSS производится при мах допустимой частоте скольжения w_{SМАХ.ДОП.,} чтобы включить выключатель при U_s когда I_УР = допустимому.

10. Согласование действия РЗ и АПВ. Ускорение защиты до и после АПВ. Схемы установок в которых целесообразно применять ускорение до и после АПВ. 

Мероприятия по согласованию действия УРЗ и УАПВ повышают надёжность электроснабжения потребителей. К их числу относится: 1)ускорение действия РЗ; 2)АПВ с возрастающей кратностью; 3)поочерёдное АПВ (для сети имеющей несколько участков); 4)АПВ линий, на приёмной стороне которых вместо выключателей применяются короткозамыкатели с отделителями.

Ускорение действия РЗ при наличии АПВ позволяет сократить время отключения КЗ и следовательно уменьшить размеры повреждений от токов КЗ.

- Ускорение после АПВ. В случае неуспешного АПВ РЗ отключает выключатель с меньшей выдержкой времени. Целесообразно применять во всех случаях, особенно тогда когда используется МТЗ с зависимой выдержкой времени.

- Ускорение до АПВ применяется для сети которая состоит из нескольких участков при одностороннем питании. Позволяет расширить зону действия токовой отсечки без выдержки времени, увеличивает вероятность успешного действия АПВ.

11. Назначение АВР. Схемы электроустановок в которых целесообразно применять АВР. Выбор параметров АВР.        

Бесперебойность электроснабжения обеспечивается если потребитель подключён к источнику двумя линиями или двумя трансформаторами, при этом: 1)источники могут работать раздельно, например на отдельную секцию шин; 2)потребитель нормально питается от рабочего источника, а другой находится в резерве. Для уменьшения токов КЗ секционный выключатель держат отключенным. При нарушении электроснабжения: 1)АПВ включает разомкнутый секционный выключатель; 2)резервный источник питания включается только после отключения рабочего источника. Применяют во всех случаях, когда перерыв в  эл. сн. Вызывает ущерб, превышающий стоимость установки АВР. Схема АВР проста, надёжна в эксплуатации. В схеме АВР предусмотрен пусковой орган напряжения в состав которого входят КV1, KV2, KV3 – минимальные реле напряжения, которые контролируют напряжение на шинах потребителя и на резервном источнике питания. КV3 отключает рабочее питание и и включает резерв если напряжение на шинах потребителя сильно снижается. Расчёт уставок:

1) Выдержка времени на отпадания якоря КV выбирается из условия надёжного однократного включения резервного питания

t_KV = t_BO + Dt, Dt = 0,2-0,3 с.

2) Напряжение срабатывания КV1 и КV2 выбирается по двум условиям:

- отстройка от мин. Остаточного напряжения на шинах потребителя при 3-х фазном КЗ за сопротивлениями.

U_СР = U_{ОСТ. МИН.}/К_Н×К_U; К_Н-коэффициент надёжности, К_U-коэффициент трансформации.

- отстройка от мин. Напряжения при самозапуске эл. двигателя после откл .КЗ.

U_СР = U_СЗ.ДВ./К_Н×К_U. Принимается меньшее значение U_СР.

3) Выдержка времени на Dt больше, чем мах выдержка защиты действующей при КЗ на электроприёмнике. t_КТ = t_РЗ + Dt/

4)U_{СР КV3} выбирается по условию возврата в рабочее состояние при мин. Рабочем напряжении на резервном источнике питания.

U_{СР КV3} = U_{РАБ.МИН.}/К_Н×К_U×К_В. При U_{РАБ.МИН} контакты КV3 замкнуты.

12. Возможные повреждения и ненормальные режимы синхронных генераторов. Какие виды РЗ применяются на синхронных генераторах. Какая из защит генераторов предназначена для работы при внутренних междуфазных КЗ генераторов.

Повреждения генераторов

1) для обмотки статора:

- многфазное КЗ;

- однофазное КЗ на землю;

- замыкание м/у витками;

Наиболее опасны междуфазные КЗ, они должны отключаться без выдержки времени.

2) для обмотки ротора

- замыкание на землю в одной точке не нарушает режим работы системы возбуждения, но КЗ во второй точке весьма опасно и защита должна действовать на отключение.

Основными защитами генератора являются :

Продольная и поперечная дифференциальная защита, защита от однофазных замыканий на землю. Для защиты от внутренних междуфазных замыканий устанавливается продольная дифференциальная защита  и применяется на генераторах, имеющих две //-х ветви на фазу. Защита реагирует на разность токов проходящих в //-х ветвях обмотки статора. Допускается срабатывание защиты при двойных замыканиях в обмотках ротора (возникает несимметрия магнитных потоков в обмотках статора).  

13. Возможные повреждения и ненормальные режимы синхронных генераторов. Какие виды РЗ применяются на синхронных генераторах. Какая из защит генераторов предназначена для работы при внешних междуфазных КЗ генераторов.

Повреждения генераторов

3) для обмотки статора:

- многфазное КЗ;

- однофазное КЗ на землю;

- замыкание м/у витками;

Наиболее опасны междуфазные КЗ, они должны отключаться без выдержки времени.

4) для обмотки ротора

- замыкание на землю в одной точке не нарушает режим работы системы возбуждения, но КЗ во второй точке весьма опасно и защита должна действовать на отключение.

Основными защитами генератора являются :

Продольная и поперечная дифференциальная защита, защита от однофазных замыканий на землю. Для защиты от внешних КЗ применяется токовая защита обратной последовательности.

14. Почему опасно снижение частоты в энергосистеме? При каких условиях возможно недопустимое снижение частоты в энергосистеме? Как изменяется частота в энергосистеме при возникновении дефицита активной мощности  и исчерпании мощности агрегатов электростанции? Принцип действия устройства АЧР. Две категории АЧР и их назначение.  

При понижении частоты нарушается нормальный режим работы потребителей. Особенно сильно это сказывается на производительности механизмов СН ТЕС. Снижается производительность генераторов, что влечет за собой увеличение дефицита. И при дополнительном снижении частоты можно возникнуть неуправляемый процесс. «Лавина частоты» это дополнительно приводит к уменьшению выработки реактивной мощности и понижение напряжения, т.е. возникает процесс лавина напряжения. Весь технический процесс нарушается. Развал энергосистемы. Изменение частоты происходит при нарушении баланса между суммарной мощностью первичных двигателей (турбин) и нагрузкой генераторов. При набросе или сбросе нагрузки, а также при аварийном отключении отдельных агрегатов возникает небаланс мощностей, приводящий к изменению частоты в энергосистеме.

Принцип действия АЧР заключается в том, что при возникновении дефицита частоты происходит отключение части потребителей от питания, а затем после восстановления частоты подключает отключенных потребителей обратно к питанию. По своему назначению устройства АЧР подразделяются на 3 основных категории

- АЧР 1  -служит для ограничения понижения частоты, выполняется в виде нескольких очередей разгрузки, имеющие разные уставки по частоте.

- АЧР 2 – служит для подъёма частоты после действия АЧР1, выполняется в виде нескольких очередей, имеющих общую уставку по частоты и различную уставку по времени.

- Дополнительная категория разгрузки, служит для ускорения разгрузки и увеличение её объёма при значительных дефицитах мощности (45% и более).например при аварийном250

отделении района от главного И.П.