Лекции. Лекция 1 основыные виды повреждений и ненормальных режимов спэ
 Скачать 1.48 Mb.
|
|
Лекция 1 ОСНОВЫНЫЕ ВИДЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ И НЕНОРМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ СПЭ Системы электроснабжения должны быта надежными, экономичными, удобными и безопасными в эксплуатации и обеспечивать потребителей электроэнергией требуемого качества. Большую роль в выполнении этих требований играют устройства релейной защиты и автоматики. Кроме того, системы электроснабжения должны обеспечивать функционирование основных производств предприятия в послеаварийном режиме (после всех необходимых оперативных переключений) с учетом допустимых кратковременных перерывов питания приемников электроэнергии, возможных ограничений мощности, перегрузки элементов системы электроснабжения и т.д. В системах промышленного электроснабжения (СПЭ) могут возникать нарушения нормального режима и аварии. К нарушениям нормального режима относятся токовые перегрузки, замыкания на землю в сетях с незаземленной нейтралью (или заземленной через реактор), медленное газообразование в масляных трансформаторах и т.д. В этих случаях защита, как правило, действует на сигнал дежурному персоналу для принятия конкретных мер. Основным видом аварий в СПЭ являются КЗ, поэтому аппараты отключения должны обладать соответствующей отключающей способностью. К таким аппаратам относятся плавкие предохранители высокого (ВН) и низкого (НН) напряжений, автоматические выключатели НН, выключатели ВН, управляемые встроенными в привод расцепителями или релейной защитой соответственно. Наиболее часто в СПЭ применяют следующие защиты: максимального тока, минимального напряжения, дифференциальную, направленную, газовую, термическую. Для каждого элемента СПЭ обычно предусматривают основную и резервную защиты; причем последняя должна действовать при отказе основной защиты. Защита должна обладать: 1) избирательностью (селективностью), т.е. отключать только поврежденный элемент; 2) быстротой (мгновенная tC3 < 0,05 с; быстродействующая 0,05 с < tC3 <, 0,05с ; замедленная tc%> 0,5 с); 3)чувствительностью 4) надежностью, т.е. срабатывать во всех необходимых случаях; надежность характеризуется вероятностью безотказной работы. Защита цеховых трансформаторов Основными видами повреждений в цеховых трансформаторах являются следующие: 1) многофазные (междуфазные) КЗ в обмотках и на их выводах; 2) однофазные замыкания, которые бывают двух видов: на землю и между витками одной фазы. Замыкание одной фазы на землю опасно для обмоток, присоединенных к сетям с глухозаземленными нейтралями. В этом случае защита должна отключать трансформатор. В сетях с нейтралями, изолированными или заземленными через дугогасящие катушки (реакторы), защита от однофазных замыканий на землю с действием на отключение устанавливается на трансформаторе в том случае, если такая защита имеется в сети. Отключение таких замыканий в сетях 6 или 10 кВ необходимо по условиям техники безопасности. Лекция 2. ТРЕБОВАНИЯ ПРЕДЬЯВЛЯЕМЫЕ К СИСТЕМАМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ Современные системы промышленного электроснабжения, оборудуют комплексом автоматических устройств, предназначенных для управления нормальными режимами электроснабжения а для действия в аварийных режимах или сразу же после их ликвидации. К первой группе могут быть отнесены автоматические устройства пуска электродвигателей, регулирования напряжения и реактивной мощности, настройки дугогасящих реакторов. Во вторую группу обычно включают устройства, осуществляющие автоматические переключения, направленные на предотвращение развития аварии, на восстановление питания электроприемников и нарушенных, в результате отключения устройствами релейной защиты, связей в системе электроснабжения: автоматическое включение резерва (АВР), автоматическое повторное включение (АПВ), автоматическую частотную разгрузку (АЧР), специальные средства противоаварийной автоматики (ПА). Среди устройств этой группы только АВР и АПВ, решая задачи восстановления нарушенного электроснабжения, считаются устройствами сетевой автоматики и имеют локальное значение. Два других вида автоматических устройств: АЧР и ПА являются элементами системной противоаварийной автоматики, основной задачей которой является не допустить развития уже начавшейся системной аварии, связанной, как правило, с внезапным отключением больших генерирующих мощностей, мощных межсистемных связей или их участков. К устройствам автоматики предъявляются требования чувствительности, селективности, быстродействия и надежности. Требование чувствительности означает, что конкретное устройство автоматики должно эффективно, на возможно ранней стадии выявлять (как правило, с помощью фиксации отклонений электрических параметров режима работы системы электроснабжения от значений режима работы, не требующего вмешательства данного вида автоматики) наступление аварийного режима соответствующего назначению устройства. Требование селективности означает, что не только автоматические устройства одного вида (например АВР) должны действовать так, чтобы обойтись минимальным числом управляющих воздействий для восстановления нормального режима электроснабжения, но и устройства разных видов (АВР и АПВ; АВР и АЧР) должны осуществлять управляющие воздействия, наиболее соответствующие конкретному нарушению нормального режима. Так, например, устройства АВР на более высоких ступенях электроснабжения должны действовать раньше аналогичных устройств на низших ступенях электроснабжения, а устройства АВР и АЧР на подстанциях с синхронными электродвигателями должны определять причину, по которой происходит снижение частоты на секции распределительного устройства: из-за выбега синхронных электродвигателей, связанного с потерей питания, или из-за системной аварии, вызванной отключением генерирующих источников. Селективность устройств автоматики должна соблюдаться и по отношению к устройствам релейной защиты. Требование быстродействия означает, что управляющие воздействия должны вырабатываться автоматическим устройством незамедлительно после достоверной фиксации наступления аварийного режима и осуществляться за время, в течение которого определяющие живучесть технологического процесса параметры не выйдут за допустимые пределы. Требование быстродействия и селективности иногда оказываются противоречащими друг другу. В таком случае определяющим, как правило, является требование быстродействия. Надежность — наиболее важное требование к устройствам автоматики включает в себя требования к их высокой аппаратной и эксплуатационной надежности. Лекция 3 ЭЛЕМЕНТЫ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ Функционирование энергетического хозяйства промышленного предприятия, в настоящее время невозможно без автоматического управления, принципы которого базируются на повышении надежности и экономичности работы систем энергоснабжения. Структура комплексов автоматического управления становится многоуровневой и иерархической. На нижних иерархических уровнях используют локальные устройства, к которым относятся устройства промышленной автоматики (АВР, АПВ, АЧР и др.) и компьютерная техника. Алгоритм действия этих устройств ограничивается использованием информации, реализуемой на месте. На более высоких иерархических уровнях используют управляющую компьютерную технику, обладающую большими техническими возможностями. С помощью компьютеров осуществляется координация действия локальных устройств путем изменения их уставок. Управление отдельными процессами производится в порядке декомпозиции общей задачи управления. Теоретические аспекты автоматического управления системами энергоснабжения базируются в основном на теории автоматического регулирования, режимах систем энергоснабжения и т. д. Ниже рассмотрена локальная автоматика, наиболее широко применяемая на промышленных предприятиях, в первую очередь в системах электроснабжения. Применение средств автоматизации, телемеханизации и компьютерной техники с учетом конкретных технологических и других особенностей работы потребителей обеспечивает надежное, рациональное и экономичное энергоснабжение промышленных предприятий. Для повышения надежности питания электроэнергией промышленного предприятия, его цехов и установок в телемеханизируемой системе электроснабжения используют следующие виды автоматики: а) автоматическое повторное включение (АПВ), предназначенное длябыстрого восстановления питания потребителей путем автоматическоговключения выключателей, отключенных устройством релейной защиты.АПВ предусматривают на воздушных и смешанных (кабельно-воздушных) линиях всех типов напряжением выше 1 кВ; на шинахэлектростанций и подстанций; на одиночных понижающихтрансформаторах мощностью более 1 МВА, имеющих выключатель имаксимальную токовую защиту с питающей стороны; на ответственныхэлектродвигателях, отключаемых для обеспечения самозапуска другихэлектродвигателей; б) автоматическое включение резервного питания и оборудования(АВР), предназначенное для восстановления питания потребителей путем автоматического присоединения резервного источника питания (ИП) при отключении рабочего ИП, при водящем к обесточению электроустановок потребителя. Устройства АВР предназначены также для автоматического включения резервного оборудования при отключении рабочего оборудования, приводящем к нарушению нормального технологического процесса. Устройства АВР предусматривают в тех случаях, если при их применении возможно упрощение релейной защиты, снижение токов КЗ и удешевление аппаратуры за счет замены кольцевых сетей радиально-секционированными и т. п. Устройства АВР устанавливают на трансформаторах, линиях, секционных и шино-соединительных выключателях, электродвигателях и т. п.; в) автоматическое регулирование возбуждения (АРВ), напряжения и реактивной мощности, предназначенное для поддержания напряжения приемников электроэнергии при нормальной работе энергосистемы, для распределения реактивной нагрузки между источниками реактивной мощности по заданному закону и повышения статической и динамической устойчивости электрических систем. Автоматическое регулирование возбуждения предусматривают на синхронных машинах (генераторах, компенсаторах, двигателях). Трансформаторы с регулированием под нагрузкой (РПН) и линейные регуляторы распределительных подстанций оснащают системой автоматическогорегулирования коэффициента трансформации. Конденсаторныеустановки оборудуют устройствами автоматического регулирования; г) автоматическое регулирование частоты и активной мощности(АЧРМ), предназначенное для поддержания частоты в электрической системе в нормальном режиме, регулирования и распределения мощности на всех уровнях диспетчерского управления. Системы АРЧМ предусматривают в энергообъединениях, изолированных энергосистемах и на электростанциях; д) автоматическое ограничение снижения частоты, осуществляющееавтоматический частотный ввод резерва, автоматическую частотную разгрузку (АЧР), включение питания отключенных потребителей привосстановлении частоты (ЧАПВ). Автоматический ввод резерва приснижении частоты используют, в первую очередь, для уменьшения объема отключений или длительности перерыва питания потребителей; е) автоматическое предотвращение перегрузки оборудования, предназначенное для ограничения длительности тока в линиях, трансформаторах, устройствах продольной компенсации, превышающего наибольший допустимый ток, длительность которого составляет более 10 — 20 мин. Устройства автоматического предотвращения перегрузки оборудования воздействуют на отключение потребителей (перегружающегося оборудования); ж) самозапуск электродвигателей. При наличии АПВ и АВР, когда питание электроэнергией прерывается кратковременно (на 1 - 2 с), т. е. на время работы устройств автоматики, необходимо, чтобы ответственные электродвигатели, если это допускается условиями технологического процесса и техники безопасности, не отключались от сети. Это достигается применением самозапуска этих двигателей. Остальные, менее ответственные потребители для облегчения самозапуска ответственных электродвигателей отключаются защитой минимального напряжения. Лекция 4,5 ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ВЫПОЛНЕНИЯ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ В электроэнергетических системах могут возникать повреждения и ненормальные режимы работы. Повреждения: короткие замыкания – сверх ток, понижение напряжения – потеря устойчивости. Ненормальные режимы – отклонения напряжения, тока и частоты. Развитие аварии может быть предотвращено быстрым отключением поврежденного участка при помощи специальных автоматических устройств – релейной защиты. Назначение – выявление места КЗ и быстрое отключение поврежденного участка от неповрежденной части. Выявление нарушений нормального режима и подача предупредительных сигналов или проведение операций, необходимых для восстановления нормального режима. Связь РЗ с автоматикой – АПВ, АВР, АЧР. Подробнее о повреждениях. Причины: нарушение изоляции. ТВЧ – старение, механическое повреждение, перенапряжение. ЛЭП – смыкание проводов. Ошибки персонала. Виды: КЗ – наиболее тяжелое. Вследствие увеличения тока возрастает падение напряжения в элементах системы, что приводит к понижению напряжения во всех точках сети. Возникающая дуга разрушает оборудование, а понижение напряжения нарушает работу потребителей и устойчивость параллельной работы генераторов. Замыкание на землю одной фазы в сети с изолированной нейтралью. (Обычно в системах собственных нужд эл. станций.) Ток при этом невелик – несколько десятков ампер. Опасно тем, что вызывает перенапряжения – возможность перехода в междуфазное замыкание. Ненормальные режимы Перегрузка оборудования – перегрев ТВЧ и изоляции, её ускоренный износ. Качания в системах – выход из синхронизма параллельно работающих генераторов. При этом ток колеблется от нуля до максимального, превосходящего нормальную величину значения. Садится напряжение. Повышение напряжения – при внезапном отключении нагрузки. Селективность – способность отключать только поврежденный участок сети.  Рис.1 Основное условие для обеспечения надёжного электроснабжения потребителей. Быстродействие – главное условие для сохранения устойчивости параллельной работы генераторов. Уменьшается время снижения напряжения у потребителей, повышается эффективность АПВ, уменьшается ущерб для оборудования. Таблица 1.1
Критерий – остаточное напряжение не менее 60 % от номинального. Кроме того, нужно учитывать и время срабатывания выключателей: tоткл=tз+tв, где tз – время действия защиты, tв – время отключения выключателя – 0,15...0,06 с. Быстродействующей считается защита, имеющая диапазон срабатывания – 0,1...0,2 с, самые быстродействующие – 0,02...0,04 с. В ряде случаев требование быстродействия является определяющим. Быстродействующие защиты могут быть и неселективными, для исправления неселективности используется АПВ. Чувствительность – для реагирования на отклонения от нормального режима.  Рис. 2 Резервирование следующего участка – важное требование. Если защита по принципу своего действия не работает за пределами основной зоны, ставят специальную резервную защиту. Чувствительность защиты должна быть такой, чтобы она действовала при КЗ в конце установленной зоны действия в минимальном режиме системы. Чувствительность защиты характеризуется коэффициентом чувствительности kч  , (1.2)где Iк.мин – минимальный ток КЗ, |