Релейная защита — одна из областей техники, в которой моделируется защищаемый объект, а результаты такого моделирования аппаратно или программно используются в устройстве в виде установок и специальных характеристик срабатываний. Поэтому от точности описания, учета всех процессов защищаемого объекта зависит качество защиты, его свойства. Это значительно усложняет принцип работы РЗ. В настоящее время современные технологии позволяют проектировать и использовать алгоритмы любой сложности, из-за чего РЗ начинает обладать новыми функциями и свойствами такими, как повышенная чувствительность и быстродействие, адаптивность.
Значительное усложнение конфигурации электрических сетей, утяжеление эксплуатационных режимов, а также активное внедрение современного основного оборудования и аппаратов коммутации сделали еще более актуальными вопросы автоматики управления и релейной защиты объектов электроэнергетических систем. В последние десятилетия насущными стали проблемы модернизации основных устройств релейной защиты с наименьшим усложнением ее эксплуатации.
Рост зависимости общества от электрической энергии вызывает необходимость повышения требований к надежности электроснабжения и, как следствие, совершенству релейной защиты (РЗ). Быстрое предотвращение развития аварии и восстановление электроэнергетической системы (ЭЭС) при повреждении отдельных ее элементов становится ключевой проблемой управления.
Цель данной работы — изучить понятие релейной защиты и прогнозирующей релейной защита. Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
- пояснить понятие и назначение релейной защиты,
- выявить требования ПЭУ к релейной защите,
- описать организацию работы релейной защиты,
Понятие и назначение релейной защиты.
При эксплуатации электрооборудования могут возникнуть режимы, несовместимые с нормальным функционированием. Это обусловлено внешними условиями (ветер, дождь, обледенение и т. д.), а также внутренними факторами (старение и разрушение изоляции, неправильные действия оперативного персонала и т. п.). Следствием таких нарушений могут быть аварии, то есть вынужденные нарушения нормальной работы всей системы или ее части, сопровождающиеся недоотпуском энергии потребителям или недопустимым понижением ее качества.
В большинстве случаев аварии могут быть ликвидированы быстрым отключением поврежденного участка электрической установки или сети при помощи специальных автоматических устройств, действующих на отключение выключателей и получивших название релейная защита.
Первоначально в качестве защитных устройств применялись плавкие предохранители. Однако по мере роста мощности и напряжения электроустановок и усложнения их схем коммутации такой способ стал недостаточным, в силу чего были созданы защитные устройства, выполненные с помощью специальных автоматов — реле. Отсюда и название — релейная защита.
Релейная защита является основным видом электрической автоматики, без которой невозможна нормальная и надежная работа современных электроэнергетических систем. Она осуществляет непрерывный контроль за состоянием и режимом работы всех элементов энергосистемы и реагирует на возникающие повреждения и нарушения режима работы. Таким образом, основным назначением релейной защиты является выявление места возникновения повреждения и быстрое автоматическое отключение с помощью выключателей поврежденного оборудования или участка сети от остальной неповрежденной части.
Дополнительным назначением релейной защиты является выявление нарушений нормальных режимов работы оборудования и подача предупредительных сигналов обслуживающему персоналу или отключение оборудования с выдержкой времени.
Таким образом, релейная защита — совокупность устройств и вспомогательных элементов, предназначенных в случае повреждения и опасно ненормального условия работы объекта электроэнергетической системы отключить его воздействием на выключатель или действовать на сигнал [1].
Требования ПЭУ к релейной защите.
Требования к оборудованию электроустановок релейной защитой изложены в Правилах устройства электроустановок (ПУЭ) [2].
Электроустановки должны быть оборудованы устройствами релейной защиты, предназначенными для:
а. автоматического отключения поврежденного элемента от остальной, неповрежденной части электрической системы (электроустановки) с помощью выключателей; если повреждение (например, замыкание на землю в сетях с изолированной нейтралью) непосредственно не нарушает работу электрической системы, допускается действие релейной защиты только на сигнал.
б. реагирования на опасные, ненормальные режимы работы элементов электрической системы (например, перегрузку, повышение напряжения в обмотке статора гидрогенератора); в зависимости от режима работы и условий эксплуатации электроустановки релейная защита должна быть выполнена с действием на сигнал или на отключение тех элементов, оставление которых в работе может привести к возникновению повреждения.
Устройства релейной защиты должны обеспечивать наименьшее возможное время отключения короткого замыкания в целях сохранения бесперебойной работы неповрежденной части системы (устойчивая работа электрической системы и электроустановок потребителей, обеспечение возможности восстановления нормальной работы путем успешного действия автоматического повторного включения и автоматического включения резерва, самозапуска электродвигателей, втягивания в синхронизм и пр. и ограничения области и степени повреждения элемента [2].
Организация работы релейной защиты.
Действия средств релейной защиты организованы по принципу непрерывной оценки технического состояния отдельных контролируемых элементов электроэнергетических систем. На рисунке 1 приведена схема электрической сети, содержащей линии электропередачи разных уровней напряжения W1 — W6, трансформаторы Т1 — Т4, электродвигатель М1, предохранители F1 — F3, коммутационные аппараты и эквивалентный источник питания ЕС.
Рис. 1. Схема распределительной электрической цепи с устройствами релейной защиты
Отдельные устройства релейной защиты (УРЗ), установленные на элементах электроэнергетических систем (генераторах, трансформаторах, линиях электропередачи, электродвигателях и др.), объединены в единую систему релейной защиты общей целью функционирования.
В соответствии с этим принципом отдельные устройства релейной защиты (например, УРЗ-1 — УРЗ-13) функционально связаны между собой только общей логикой действий. Каждое устройство релейной защиты для локализации повреждения может воздействовать только на коммутационные аппараты того объекта, на котором оно установлено.
Как правило, система релейной защиты включает в себя устройства не только разные по принципам выявления повреждений, но и разные по способам воздействия на контролируемый объект. Так, единой логике действий должны подчиняться как сложнейшие многофункциональные устройства релейной защиты, воздействующие на выключатели и другие аппараты управления, так и простейшие защитные устройства (например, предохранители), в которых функции выявления и коммутации повреждённой электрической цепи совмещены. На рисунке 1 предохранители F1, F2, F3 показаны в цепях питания трансформаторов Т2 — Т4.
В некоторых случаях УРЗ формируют лишь световые и звуковые сигналы, а отделение повреждённого элемента от исправной части электрической сети может производиться вручную оперативным персоналом.
Согласованность действий устройств, расположенных на значительных расстояниях друг от друга, как правило, достигается за счёт определённых параметров срабатывания (без применения физических каналов связи). Эти параметры в основном определяют точность и эффективность действия всей системы релейной защиты. В свою очередь это определяет живучесть электроэнергетических систем и степень риска развития аварийных ситуаций при возникновении повреждений.
Логические связи действуют в любых условиях и не подвержены воздействию внешних электрических и электромагнитных помех. Во многом благодаря этому свойству релейная защита имеет высокую степень надёжности [3].
Вывод.
Надёжность сети зависит от множества факторов и технических решений, в том числе от построения системы контроля изоляции.
Система защиты содержит несколько уровней: мониторинг; непрерывный контроль с оцениванием параметров, определяющих общее состояние объекта; основная защита. При возникновении опасного для энергосистемы повреждения защита автоматически экстренно инициирует отделение поврежденного элемента от исправной части электрической системы.
Литература:
- Ершов Ю. А. Электроэнергетика. Релейная защита и автоматика электроэнергетических систем [Текст] / Ю. А. Ершов, А. В. Малеев, О. П. Халезина. — Красноярск: ИПЦ СФУ. — 2012. — 68 с.
- Правила устройства электроустановок (ПУЭ). — М.: ДЕАН. — 2015. — 704 с.
- Федосеев А. М. Электроэнергетика. Релейная защита электроэнергетических систем [Электронный документ] / Режим доступа: http://rza.org.ua/down/open/Releynaya-zashchita-elektroenergeticheskih-sistem--A-M--Fedoseev--M-A--Fedoseev_232.
