Общие вопросы выполнения релейной защиты и автоматики

Введение

Электроэнергетические сети и системы характеризуются непрерывностью производства и потребления электроэнергии во времени, быстротечностью распространения электромагнитных возмущающих воздействий и неизбежностью возникновения повреждений. В таких условиях надлежащее качество и надежность электроснабжения могут быть обеспечены только при широком применении комплекса автоматических устройств, среди которых первостепенное значения имеют устройства релейной защиты и противоаварийной автоматики (РЗА). Устройства РЗА предназначены для быстрой автоматической локализации поврежденного электрооборудования или линии системы электроснабжения, автоматического восстановления напряжения на неповрежденных участках и предотвращения ненормальных режимов.

Применение устройств РЗА началось в конце 19-го века одновременно с появлением первых линий электропередач. На первом этапе элементная база устройств РЗА строилась на электромеханических реле, затем - на микроэлектронных реле и в последние годы - на микропроцессорных (цифровых) реле. В республике Беларусь в значительной степени  еще используются РЗА на электромеханической элементной базе, однако вновь строящиеся и реконструируемые объекты электроснабжения оборудуются современными микропроцессорными устройствами защиты и автоматики – цифровыми реле (ЦР). Отличительной особенностью цифровых реле является их многофункциональность и универсальность, то есть возможность без аппаратной избыточности в одно реле заложить множество видов защит с различными характеристиками срабатывания, а так же заложить функции автоматики, измерения, управления и сигнализации. Такая многофункциональность обеспечивается тем, что обработка информации в цифровом реле осуществляется исключительно программными средствами с использованием математического аппарата.            Термин «цифровое  реле» применяется в станах СНГ. Зарубежные фирмы называют их «терминалами», поскольку они, обладая универсальностью, имеют интерфейсы с ПЭВМ и выходы для подключения волоконно-оптической линии связи с АСУ ТП.    

Переход на цифровые принципы обработки информации в микропроцессорных реле не привел к появлению каких-либо новых принципов построения релейных защит, но существенно улучшил их эксплуатационные качества, такие как:

-надежность, быстродействие и непрерывный автоматический контроль;

-малое потребление от измерительных трансформаторов тока и напряжения;

-возможность запоминания параметров аварийных процессов;

-возможность реализации более сложных и совершенных алгоритмов, удобство наладки, настройки и эксплуатации;

-интеграция (объединение)  систем оперативного и автоматического управления, позволяющая создать терминал, в пределах одного защищаемого объекта;

-сервисные возможности и самодиагностика.

Внедрение цифровых реле  на электроэнергетических объектах обосновывается следующей экономической эффективностью.

1.  Многофункциональность ЦР. При малых габаритах одно ЦР заменяет от 10 до 20 аналоговых реле, а также несколько измерительных приборов, которые в совокупности выполняют такие же функции (экономия подсчитывается по стоимости реле, приборов и монтажных работ).

2.  Непрерывная самодиагностика и высокая аппаратная надежность, практически исключающая возможность отказа защиты при КЗ и, как следствие, предотвращающая ущерб от недоотпуска электроэнергии. Аналоговые защиты, не обладающие свойством самодиагностики, могут оказаться в неисправном состоянии в период между плановыми проверками сроком  до 2-5 лет и это неизбежно приведет к отказу защиты при коротком замыкании (КЗ). В случае неисправности ЦР за счет непрерывной самодиагностики мгновенно выдается сигнал неисправности. Следовательно, замена этого реле или неисправного блока происходит оперативно, без ожидания аварийной ситуации на защищаемом элементе. Самодиагностика ЦР, кроме того, позволяет в несколько раз увеличить период плановых проверок или вообще от них отказаться (экономия в заработанной плате за счет уменьшения численности ремонтного персонала). Так по данным сетевого района VIRAT (Финляндия), все подстанции которого оборудованы цифровыми реле, существенно снизились затраты на ремонт, перерывы электроснабжения. На весь ремонт вместо трех ремонтных бригад стала использоваться одна, состоящая из двух работников.

3.  Ускорение отключения КЗ благодаря существенному уменьшению ступени селективности по времени и точности работы ЦР (может дать экономию за счет применения проводов линии или кабелей меньшего сечения, выбранных по условию их термической стойкости).

В данном учебном пособии наряду с преобладающими пока электромеханическими защитами нашли отражение современные микропроцессорные релейные защиты, которые созданы и успешно эксплуатируются на линиях, трансформаторах, двигателях и т.д. и позволяют оптимально решать сложную задачу – надежную отстройку защиты от максимальных нагрузок и качаний при сохранении достаточной чувствительности и селективности при КЗ. С применением цифровых  реле совершенствуются способы обеспечения селективности (логическая селективность) и резервирования отказов защит и выключателей (УРОВ). Наряду с дальним резервированием применяется и местное дублирование защит. В этом смысле цифровые реле обладают неоспоримым преимуществом, поскольку все комплекты основных и резервных защит располагаются в отдельных ящиках, подключаемых к отдельным трансформаторам тока или даже к отдельным источникам оперативного тока и катушкам отключения выключателя.

Как отмечалось выше, принципы построения и расчет параметров срабатывания релейной защиты независимо от применяемой элементной базы не изменились, поэтому курс релейной защиты в данном пособии изучается в основном на примере схем с электромеханическими реле. Работа цифровых защит, как любого программируемого устройства, может