Дальнее резервирование защит.

При дальнем резервировании защит устройство РЗ, предназначенное для защиты одного элемента, является также резервной защитой для другого элемента.

Дальнее резервирование плохо тем, что при отказе защиты на одном элементе энергосистемы происходит погашение всей ПС. Но, во-первых, не требуется дополнительных затрат, так как для дальнего резервирования используются существующие защиты, во-вторых, дальнее резервирование обеспечивает отключение повреждения даже при полной неработоспособности выключателей и защит на подстанции, к которой подключено поврежденное оборудование.

Общие выводы по надежности РЗ:

В сетях 6-35 кВ требование надежности устройств РЗ не является определяющим, ближнее резервирование защит практически не применяется. В сетях 110-220 кВ требования к надежности устройств РЗА более высокие. Примерно на половине ВЛ 110-220 кВ выполнено ближнее резервирование защит, а на половине - нет.

В сетях 500 кВ требование надежности устройств РЗ является очень важным, так как отказ одного устройства РЗ может привести к разделению ЕЭС России на отдельные несинхронно работающие части. Поэтому, в сетях 500 кВ ближнее резервирование защит применяется всегда, то есть, на каждой ВЛ 500 кВ обязательно устанавливается не менее 2 независимых защит, резервирующих друг друга.

ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА УСТРОЙСТВ РЗ

1 Электромеханическая элементная база. Такие устройства РЗ появились с начала 20-го века и имеют много недостатков: большие размеры, большое потребление электрической энергии, быстрый износ, недостаточно надёжные контактные системы, сложность наладки (только в лабораторных условиях). Кроме того, реле первого поколения имели различные недостатки: сложную механическую конструкцию, сложную регулировку, плохие контакты и пр., которые были устранены в реле второго поколения. На сегодня считается устаревшей.

2 Электронная элементная база (Полупроводники и интегральные микросхемы). Получила развитие в последней четверти 20-го века, сейчас считается также устаревшей.

3 Микропроцессорная (цифровая) элементная база. Микропроцессор - электронное устройство, работа которого определяется не схемой, а программой. Микропроцессорная элементная база позволила создать комплексные малоразмерные устройства, объединяющие в себе РЗ, автоматику, измерение, управление, сигнализацию. Такие устройства называются терминалами. Терминалы выпускаются как у нас в стране, так и за рубежом. Такие устройства имеют преимущество перед предыдущими поколениями РЗ за счёт простоты наладки и обслуживания, возможности создания АСУ, малых размеров, долгого срока службы, возможность создания новых эффективных алгоритмов РЗА. Недостатки: чувствительность к электромагнитным возмущениям, сложность обнаружения ошибок логического органа (нет наглядности работы устройства), отказ устройства влечёт выход из строя всех защит и всей автоматики присоединения.

Сравнение устройств РЗ разных поколений:

Надежность. Правильные срабатывания электромеханических устройств РЗ составляют около 99,5% от всех случаев срабатываний. Электронных устройств РЗ - около (40-80)%. В принципе электронные устройства должны быть на порядок надежнее электромеханических. Низкая надежность современных электронных устройств РЗ объясняется низким уровнем их разработки, изготовления и эксплуатации. Поэтому следует ожидать в дальнейшем повышения процента правильности работы электронных устройств РЗ. Надежность микропроцессорных устройств РЗ теоретически должна быть очень высокой, практически - неизвестно, нет достаточного опыта эксплуатации.

Срок службы цифровых устройств определяется производителями на уровне 15-25 лет. Срок службы электромеханических устройств заявлялся также порядка 15 лет, однако, как показала практика, высочайшая ремонтопригодность этих устройств привела к тому, что фактический строк службы составляет 30 и более лет при своевременном обслуживании.

Помехоустойчивость. В принципе низкая помехоустойчивость электронных устройств РЗ - явление временное и в перспективе этот недостаток электронных устройств РЗ должен быть устранен. Помехоустойчивость микропроцессорных устройств РЗ теоретически должна быть высокой, практически - неизвестно, нет достаточного опыта эксплуатации.

Функциональность. Функциональность электронных устройств РЗ выше, чем электромеханических: в комплектных электронных устройствах РЗ имеются дополнительные функции, которых нет в электромеханических устройствах РЗ (функциональный самоконтроль, тестовый контроль, дополнительные измерительные органы и пр.). Функциональность микропроцессорных устройств РЗ намного выше, чем электромеханических и электронных вместе взятых: микропроцессорные устройства РЗ кроме функций РЗ могут выполнять достаточно много дополнительных функций.

Функциональность РЗА почти не связана с его стоимостью. У электромеханических устройств РЗА каждая функция воплощалась отдельным устройством, имеющим материальную стоимость. В цифровой технике многие функции реализуются программно и не требуют прямых материальных затрат на «железо». Так, например, количество ступеней МТЗ, ЗНЗ и ЗМН, циклов АПВ, зависимых времятоковых характеристик МТЗ никак не влияет на стоимость аппаратной части современного устройства ЦРЗА. Защита от несимметрии и от обрыва фазы – всего несколько программных команд. Функции УРОВ и ЛЗШ требуют только дискретного входа и выхода.

Трудозатраты на техническое обслуживание. Трудозатраты на техническое обслуживание электромеханических и электронных устройств РЗ достаточно велики, трудозатраты на техническое обслуживание микропроцессорных устройств неизвестны, нет достаточного опыта эксплуатации.

Стоимость. На сегодняшний день стоимость электромеханических устройств РЗ заметно меньше стоимости электронных устройств РЗ, а микропроцессорные устройства РЗ стоят заметно больше электронных. Хотя в принципе должно быть наоборот (и со временем так и будет): электромеханические устройства должны быть самыми дорогими, электронные - дешевле, а микропроцессорные - самыми дешевыми.

Массогабаритные показатели. Массогабаритные показатели электромеханических и электронных устройств примерно одинаковы, а микропроцессорных - существенно меньше.

Что же лучше, электромеханические или цифровые устройства РЗА?

Во-первых, это вопрос стоимости. В настоящее время электромеханические устройства РЗА для сетей 35 кВ и ниже дешевле цифровых. Считается, что доля РЗА в проекте может составлять около 10-20 % стоимости (последние десятилетия эта величина непрерывно растет). Если стоимость РЗА ниже, то она будет малоэффективной, если выше, то она будет слишком дорогой.

Во-вторых, это вопрос доверия к работе системы РЗА. Десятилетний опыт совместного применения МП УРЗА и электромеханических УРЗА на модернизированных (новых) подстанциях ВУЭС показал, что только в этом случае получается современная подстанция с современной и сверхнадежной системой РЗА.

В-третьих, это вопрос эффективности работы устройств РЗА. Цифровые реле могут работать медленнее электромеханических РЗ, за счет большого количества вычислительных операций при принятии решения. Усложнение алгоритма цифровых РЗ может приводить к отказам защиты по чувствительности и селективности (непрогнозируемым ложным срабатываниям и т.д.).

В-четвертых, это вопрос обслуживания РЗА. Квалифицированное обслуживание цифровых устройств сравнимо, либо дороже обслуживания электромеханических устройств.

ТИПЫРЕЛЕ

Реле – автоматически действующий аппарат, при заданном значении входной величины производит скачкообразное изменение выходной величины.

Все реле можно разделить по роду входной величины: электрические реле (реагируют на электрические величины – ток, напряжение, мощность, частоту, сопротивление, угол между величинами), механические реле (реагируют на давление жидкости или газа, скорость тока жидкости или газа и другие параметры), тепловые реле (реагируют на изменение температуры) и другие виды реле.

Электрические реле делятся на основные реле (реагируют на изменение контролируемых величин с измерительных преобразователей), вспомогательные реле (реагируют на сигнал от других реле; служат для введения выдержки времени, увеличения числа контактов, передачи команд, увеличения мощности сигнала, …), сигнальные или указательные реле (фиксируют действие РЗ и сигнализирует об этом).

Основные реле делятся:

по признаку контролируемой величины – реле тока, напряжения, мощности, сопротивления, частоты.

по признаку изменения контролируемой величины на – максимальные реле (реагируют на возрастание величины), минимальные реле (реагируют на снижение контролируемой величины).

по способу включения реле – первичные реле (включаются непосредственно в цепь защищаемого элемента), вторичные реле (включаются через измерительные преобразователи).

по способу действия реле – реле прямого действия (такие реле напрямую действуют на привод отключения выключателя), реле косвенного действия (реле действует на привод отключения выключателя через промежуточные более мощные реле).

Каждое электрическое реле имеет воспринимающий орган (обмотку) и исполнительный орган (контакты). Некоторые реле обладают также и органом замедления, выдержки времени.

Рисунок 1.4 а) – раздельное изображение частей реле; б) – совместное изображение частей реле

Основные элементы логической схемы защиты

	– Максиселектор токов
	– Реле направления мощности
	­ Регулируемая выдержка времени на срабатывание
	– Регулируемая зависимая выдержка времени на срабатывание
	– Логический элемент ИЛИ
	– Логический элемент И-НЕ
	– Пороговый элемент на повышение (реле тока)

ОПЕРАТИВНЫЙ ТОК

Оперативный ток необходим для управления выключателями, питания различных вспомогательных реле в схемах РЗ и А, сигнализации.

Постоянный оперативный ток. Напряжение постоянного оперативного тока 110 или 220 В (существуют также напряжения 24 и 48 В). Основным источником постоянного оперативного тока является аккумуляторная батарея. Обычно устанавливается одна аккумуляторная батарея, на подстанциях с РУ 750 кВ и выше, а так же на электростанциях устанавливаются две аккумуляторные батареи и более. Поскольку источник постоянного оперативного тока один, а потребители есть на каждом присоединении, а также для повышения надёжности питания ответственных потребителей оперативного тока выполняется несколько раздельных сетей оперативного тока. Для питания наиболее ответственных потребителей (устройства РЗ и А, катушки отключения выключателей) – шинки управления (ШУ). ШУ могут дополнительно многократно секционироваться. Для питания сигнализации предусматриваются шинки сигнализации (ШС). ШС могут отсутствовать, тогда сигнализация получает питание от ШУ. Шинки включения (ШВ) питают приводы включения выключателей.

Лист 9

Недостатки аккумуляторных батарей (высокая стоимость, особые условия эксплуатации) вынуждает использовать на некоторых подстанциях с РУ ВН 110 кВ и всех подстанциях с РУ ВН 35 кВ и ниже переменный оперативный ток.

Переменный оперативный ток. Источниками переменного оперативного тока для РЗ являются в основном трансформаторы тока, для автоматики и частично для РЗ – трансформаторы собственных нужд и трансформаторы напряжения. При КЗ трансформаторы тока являются наиболее надёжным источником и всегда обеспечивают действие РЗ и отключение выключателя.

РЗ на переменном оперативном токе может быть выполнена несколькими способами:

1 при использовании реле прямого действия (РТМ, РТВ, …) могут быть выполнены МТЗ, ТО и защита минимального напряжения.

2 если катушки отключения выключателей рассчитаны на переменный оперативный ток, на на переменном оперативном токе могут быть выполнены МТЗ, ТО, направленные токовые защиты, дифференциальные защиты и другие виды защит при условии, что в схемах защит используются реле предназначенные для работы именно на переменном оперативном токе (РТ-85, РТ-86, РТ-95, ЭВ-215, ЭВ-245, РВМ-13, РП-321, РП-341).

В других случаях необходимо использовать выпрямленный оперативный ток.

Выпрямленный оперативный ток. Источниками выпрямленного оперативного тока являются блоки питания, подключаемые к трансформаторам тока, напряжения и собственных нужд. При этом питание оперативных цепей осуществляется также, как и при постоянном оперативном токе и используются такие же схемы защит. При недостатке мощности трансформаторов тока, напряжения необходимо предусматривать установку накопителей электрической энергии (конденсаторов или индуктивностей) для питания катушек отключения выключателей.

В некоторых случаях могут использоваться комбинированные схемы с несколькими источниками и видами оперативного тока.

Рисунок 1.5