Назначение устройств релейной защиты и предъявляемые к ним требования

1. Назначение устройств релейной защиты и предъявляемые к ним требования

1.1. Общие сведения

Электроэнергетическая система (ЭЭС) может работать устойчиво и надежно при выполнении следующих условий:

-  вырабатываемая активная мощность равна потребляемой, благодаря чему частота практически равна номинальной;

-  отклонения напряжения в узлах не превышают допустимых значений;

-  перетоки мощности в элементах системы не превышают допустимых пределов;

-  взаимные углы сдвига по фазе эквивалентных ЭДС отдельных частей ЭЭС не превышают допустимых значений.

При длительном протекании тока, превышающего номинальный, возникает перегрев и, как следствие, ускоренное старение изоляции, деформация токоведущих частей. Такой режим, возникающий вследствие внезапного отключения элементов сетей или подстанций (ПС), называется перегрузкой или сверхтоком. Этот режим опасен и поэтому может допускаться лишь на короткое время. Элементы ЭЭС, которые могут перегружаться, должны снабжаться устройствами для защиты от перегрузки, действующими с небольшой выдержкой времени на сигнал. Перегрузки бывают симметричными и несимметричными. Для вращающихся электрических машин опасны несимметричные перегрузки, возникающие, например, в неполнофазном режиме работы ЛЭП, кратковременном или длительном.

Особенно опасны режимы, сопровождающиеся внезапным глубоким снижением напряжения. При этом  с одной стороны возникает опасность нарушения устойчивости параллельной работы СГ (при снижении напряжения на шинах параллельной работы СГ ниже «критического» значения нарушается их синхронная работа), а с другой стороны из - за уменьшения вращающего момента электродвигателей нарушается нормальная работа части потребителей. Незначительная задержка в локализации такого развития событий приводит к аварии, то есть к выходу из строя части системы, значительному недоотпуску электроэнергии, ухудшению ее качества, если за некоторый допустимый промежуток времени  не будет выявлена и устранена причина нарушения нормального режима.

Как правило, аварии происходят вследствие коротких замыканий (КЗ), которые возникают из-за ухудшения изоляции и ошибок обслуживающего персонала. Иметь большой запас прочности изоляции невыгодно экономически. Таким образом, при неблагоприятном сочетании факторов КЗ могут возникнуть на любом элементе ЭЭС. Чаще они случаются на открытых электроустановках (ЛЭП, открытых распредустройствах), которые подвержены воздействию  атмосферных перенапряжений.

Предотвращение развития аварии при КЗ возможно лишь путем быстрого отключения поврежденного элемента от неповрежденной части системы с помощью высоковольтных выключателей. Время отключения КЗ должно быть весьма малым (десятые или даже сотые доли секунды), что возможно лишь при использовании специальных средств автоматики – релейной защиты. Устройство релейной защиты (УРЗ) представляет собой комплектное устройство, состоящее из реле и вспомогательных коммутационных и сигнальных элементов, предназначенное для отключения части ЭЭС, на которой произошло повреждение или опасное нарушение нормального режима работы.

УРЗ может быть выполнено на различных элементах. По мере развития науки и техники осуществлялся переход с одной элементной базы на другую. Все используемые в технике релейной защиты элементы  и сами эти устройства можно представить в виде трех поколений:

электромеханические, характерным признаком которых является наличие подвижных частей и контактов;

полупроводниковые, выполненные из дискретных элементов (диодов, транзисторов);

электронные (аналоговые или цифровые), выполненные на интегральных микросхемах (ИМС).

Полупроводниковые УРЗ, которые правильнее следовало бы называть комбинированными (в качестве логических и исполнительных элементов в них используются электромеханические реле) применяются с 60-х годов до настоящего времени в установках с номинальным напряжением до 220 кВ.

Электронные (аналоговые) УРЗ, которые применяются в нашей стране с конца 70-х годов, впервые практически полностью выполнены на элементах, не имеющих контактов. Цифровые УРЗ (на микропроцессорных элементах) находились в стадии разработки с конца 70 – х годов. В 90 – е годы прошлого века рядом предприятий начат их серийный выпуск.

РЗ следует рассматривать как первую ступень сложной многоступенчатой системы противоаварийной автоматики (ПАА). Второй ступенью ПАА являются устройства автоматического повторного включения (АПВ), предназначенные для восстановления нормального режима работы поврежденного элемента и ЭЭС в целом. Для этой цели используются также устройства автоматического включения резервного питания (АВР), автоматической частотной разгрузки (АЧР) и другие. Восстановление нормального режима работы ЭЭС возможно лишь при согласованной работе УРЗ и указанных устройств автоматики.