Организация управления системой электроснабжения. Назначение релейной защиты и автоматики

 

Основные органы релейной защиты:

 

• Пусковые органы непрерывно контролируют состояние и режим работы защищаемого участка цепи и реагируют на возникновение коротких замыканий и нарушения нормального режима работы. Выполняются обычно с помощью реле тока, напряжения, мощности и др.
• Измерительные органы определяют место и характер повреждения и принимают решения о необходимости действия защиты. Измерительные органы также выполняются с помощью реле тока, напряжения, мощности и др. Функции пускового и измерительного органа могут быть объединены в одном органе.
• Логическая часть — это схема, которая запускается пусковыми органами и, анализируя действия измерительных органов, производит предусмотренные действия (отключение выключателей, запуск других устройств, подача сигналов и пр.). Логическая часть состоит, в основном, из элементов времени (таймеров), логических элементов, промежуточных и указательных реле, дискретных входов и аналоговых выходов микропроцессорных устройств защиты.

Основные механизмы релейной защиты:

• Максимальная токовая защита (МТЗ) - селективность действия обеспечивается за счёт задержки по времени срабатывания. Выбор тока срабатывания МТЗ осуществляется таким образом, чтобы его значение превышало максимальный рабочий ток в месте установки защиты на величину, которая зависит от коэффициентов надёжности и возврата реле, а также от коэффициента самозапуска (обычно не менее, чем в 1,2 - 2,0 раза). Это исключает возможность ложного действия защиты в нормальном режиме работы сети. При протекании тока КЗ срабатывание реле, как было отмечено ранее, происходит с определённой задержкой. Уставка по времени срабатывания предыдущей (от источника питания) защиты должна быть больше, чем уставка последующей, на величину так называемой ступени селективности Δt (порядка 0,2 - 1,0 с - в зависимости от типа реле, на базе которых выполнены защиты). Таким образом, в радиальных секционированных сетях при коротком замыкании в конце линии первой должна сработать ближайшая к месту возникновения КЗ защита, а в случае её отказа (через промежуток времени, равный ступени селективности) - предыдущая защита. Очевидно, что недостатком МТЗ является "накопление" задержек по времени, т.е. увеличение времени срабатывания защиты при переходе от конца линии к источнику. Следует учитывать, что токи короткого замыкания тем выше, чем ближе место возникновения КЗ к источнику питания. Таким образом, в радиальных секционированных сетях время отключения повреждённой линии посредством сигнала МТЗ при наиболее тяжёлых КЗ вблизи питающих шин может оказаться неприемлемым с точки зрения термической стойкости оборудования. Считается нормальным, если максимальная уставка по времени срабатывания не превышает 2,0 - 2,5 с. Коэффициент чувствительности МТЗ определяется как отношение тока междуфазного КЗ в конце защищаемой зоны к фактическому току срабатывания защиты, и в соответствии с требованиями ПУЭ (см. п.3.2.1. - 4.1.) должен составлять не менее 1,5 (для зоны дальнего резервирования в пределах действия последующей защиты - около 1,2).

 

• Токовая отсечка (ТО) - селективность действия обеспечивается за счёт отстройки от максимального тока КЗ в конце защищаемой зоны. ТО представляет собой быстродействующую защиту, которая срабатывает без задержки по времени, и отключает наиболее тяжёлые короткие замыкания вблизи питающих шин. Величина тока срабатывания отсечки должна приблизительно в 1,1 - 1,2 раза превышать расчётный ток трёхфазного КЗ в конце зоны действия ТО (т.е. в месте установки последующей защиты); указанная кратность определяется коэффициентом надёжности применяемых реле. Коэффициент чувствительности ТО, исходя из п.3.2.26. ПУЭ, может быть рассчитан как отношение тока трёхфазного КЗ в месте установки защиты к фактическому току срабатывания отсечки, и должен составлять не менее 1,2. Иначе говоря, зона действия токовой отсечки должна покрывать около 20% от длины линии. Недостатком токовой отсечки является ограниченность зоны действия, поэтому она применяется только совместно с МТЗ в качестве второй ступени; при этом ТО обладает абсолютной селективностью, т.к. величина тока КЗ вне защищаемой зоны всегда меньше тока срабатывания отсечки.

 

5. Устройства телемеханики

 

Нельзя не отметить устройства телемеханики, как устройство автоматизации СЭС.  Эти устройства позволяют скоординировать действия всей системы из единого диспетчерского пункта, что в свою очередь позволяет более оперативно влиять на изменение параметров в  системе.

Телемеханика делится на три основные системы:

1. Телеуправление – это комплекс оборудования и устройств позволяющий удаленно, на расстояние от 100м до сотни и километров, осуществлять необходимые переключения. Возьмем к примеру железную дорогу. В ведении одного энергодиспетчера находятся сотни электрофицированых километров жд путей, а также разнообразных сторонних и сопутствующих потребителей. Если бы не устройство телеуправления, то подготовка технологических окон или кратковременное изменение нормальной схемы электроснабжения занимало бы очень много времени и требовало бы содержание огромно штата оперативного персонала.
2. Телесигнализация - это комплекс оборудования и устройств позволяющий удаленно, на расстояние от 100м до сотни и километров, контролировать состояние коммутационной аппаратуры. Телесигнализация и телеуправление неразлучно следуют друг за другом. Ведь после каких то не было переключений необходимо знать текущее положение коммутационного аппарата. Также необходимо узнать обо всех аварийных режимов , все блинкеры на пульте управления как правило дублируются на экране у диспетчера, что позваляет не дожидаясь оперативного персонала принять необходимые решения по обеспечению надежного электроснабжения.

 

3. Телеизмерение  - это комплекс оборудования и устройств позволяющий удаленно, на расстояние от 100м до сотни и километров, измерять необходимые параметры системы (напряжение, ток нагрузки и т.д.) Телеизмерение необязательно применяется с перечисленными выше устройствами, оно используется как правило на ответственных потребителях или крупных распределительных пунктах, где необходимо постоянно контролировать распределение нагрузки.

 

Все устройства телемеханики  выполняются на микропроцессорной техники. Для передачи данных могут использоваться кабельные линии с аналоговым сигналом, но новые устройства используют оптиковолоконные линии с цифровым кодированным сигналом.

 

6. Организационный аспект управления  системы электроснабжения

 

В системах электроснабжения предприятий предусматриваются централизованное (диспетчерское) управление и контроль за работой входящих в него электроустановок с применением средств автоматики и телемеханики. В систему централизованного управления обычно включается также водо-паро- воздухо- и газоснабжение.

 На крупных предприятиях  получили применение комплексные  автоматизированные системы управления  предприятием (АСУП), включающие оперативное  управление отдельными цехами, производствами, технологическими процессами. В эту систему включается диспетчерское управление энергоснабжением. Наибольший технический и экономический эффект получается при совместном применении автоматизации и телемеханизации. Предусматривается также местное управление для осмотра, опробования и ревизии электрооборудования. В объем телемеханизации входят телеуправление (ТУ), телесигнализация (ТС) и телеизмерения (ТИ).

 Телеуправление предусматривается  только для тех выключателей, при помощи которых осуществляется  быстрое восстановление режима  или производятся частые оперативные переключения, как, например: на линиях питания и связи между подстанциями — при отсутствии АВР, на понизительных трансформаторах — при необходимости частых режимных переключений, на автоматизированных ртутно-выпрямительных агрегатах и на линиях, питающих контактные сети.

 Телесигнализация обеспечивает  передачу на пункт управления  предупреждающих и аварийных  сигналов, а в случае необходимости  отображение состояния основных  элементов системы электроснабжения.

 Телеизмерения обеспечивают замер основных показателей работы системы электроснабжения, необходимых для правильного оперативного управления системой и для локализации и ликвидации аварий.

 На промышленных предприятиях  наиболее целесообразны малопроводные  многоканальные телемеханические устройства. Рекомендуются бесконтактные устройства телемеханики, как более перспективные и надежные. В качестве каналов связи применяются проводные линии с использованием жил в кабельных телефонных линиях. Целесообразно предусматривать в кабелях свободные жилы для возможности расширения телемеханизируемой системы.

 Диспетчерские щиты и пульты  с изображением мнемонической  схемы электроснабжения устанавливаются  на пункте управления. Положение  отдельных аппаратов на мимических  щитах отображается мнемоническими символами, а на световых щитах — сигнальными лампами. Панельные диспетчерские щиты выполняются или планшетного типа, на которых схемы контролируемой системы размещаются на отдельных планшетах, или мозаичного типа, состоящие из отдельных ячеек, в которые встраиваются ключи, кнопки, лампы, а также мнемонические символы оборудования. Секционные мозаичные щиты дают легкую возможность изменения мнемонической схемы.

 Диспетчерские пункты рекомендуется  размещать на первом этаже. Они  могут размещаться в общем здании с административными службами энергоснабжения.

 Питание телемеханических устройств  переменного тока на ДП производится  от источника 380/220 В, а постоянного  тока — от выпрямительных устройств (ВУ) обычно с трехфазной схемой  питания. Предусматриваются два независимых источника, а при наличии в системе особых групп потребителей — третий независимый источник.

 На рис. 36, а дана схема  диспетчерских связей на небольшом  предприятии, на котором предусмотрен  ограниченный объем телемеханизации, включающий только ТС, а на некоторых подстанциях — ТИ по вызову; используются телефонные кабели. На рис. 36,6 приведена схема телемеханизации крупного предприятия, охватывающая все виды телемеханизации.

 В объем автоматизации входят  автоматическое включение резерва (АВР), автоматическое повторное включение (АГТВ), автоматическая частотная разгрузка (АЧР),

 Все три вида автоматики  различными способами повышают  надежность электроснабжения.

Рис. 9. Пример схемы телемеханизации системы электроснабжения небольшого предприятия; ТС-25 — число сигналов; ТИ-3 — число измерений; п—2 —число пар жил используемого телефонного кабеля.

 Автоматическое включение резерва  включает резервный источник  питания или резервный элемент  электрооборудования при Повреждении  рабочего элемента, АГТВ повторно включает отключившийся элемент, который после этого во многих случаях остается в работе вследствие самоликвидации повреждения, АЧР разгружает систему от мерее ответственных нагрузок, чтобы сохранить питание наиболее ответственных электроприемников при аварии, связанной с отключением части генерирующих источников.

Рис. 10. Пример схемы телемеханизации системы электроснабжения крупного предприятия.

 

Автоматическое включение резерва очень распространено на предприятиях и, как правило, предусматривается для всех ответственных потребителей.

Рис. 11. Схемы АВР на напряжении 6—10 кВ и 0,4 кВ.

 а — АВР ввода или трансформатора; б и г — АВР секционного  выключателя; в — АВР на резервной  перемычке между двумя соседними  подстанциями; в —АВР секционного автомата; е— АВР секционного контактора; ж — АВР на резервной перемычке между шинами низкого напряжения двух соседних подстанций.

Для потребителей 1-й категории и особой группы оно обязательно. Основным является АВР секционного выключателя или автомата.

 Автоматическое включение резервного  ввода, резервной связи или перемычки  или же резервного трансформатора  применяется реже, так как холодный  резерв невыгоден из-за плохого  использования оборудования и  кабелей.

 В установках до 1000 В применяется  АВР секционного автомата или контакторная схема на шинах вторичного напряжения ТП а также АВР отдельных ответственных потребителей на цеховых силовых пунктах по простейшим контакторным схемам.

 Пуск АВР осуществляется  от реле минимального напряжения  или от сочетания действия реле минимального напряжения и реле понижения частоты. Второй способ имеет лучшую чувствительность и большее быстродействие (0,2—1 с). Его применение необходимо при крупных синхронных электродвигателях. Быстродействие АВР согласовывается со временем действия защит и устройства АВР на смежных ступенях. Время действия АВР должно уменьшаться в направлении от потребителей к источнику питания.

 Автоматическое повторное включение  основано на самоустранении причин, вызвавших отключение данного  присоединения. Практика и статистика показывают, что значительная часть к. з. носит неустойчивый, кратковременный характер, так как причины их быстро самоустраняются, изоляция в месте замыкания тем или иным образом восстанавливается и отключенный участок сети может быть вновь включен в работу.

 Автоматическое повторное включение  применяется на воздушных линиях  электропередачи, на магистральных  кабельных линиях, на линиях к  однотрансформаторным подстанциям, не имеющим АВР со стороны  низшего напряжения, на жестких  и гибких токопроводах, на отходящих линиях, питающих контактную сеть электрифицированного транспорта, на линиях к ответственным электродвигателям, временно отключаемым для обеспечения самозапуска других электродвигателей, а также после действия АЧР при восстановлении частоты.

 В электроснабжении промышленных  предприятий обычно применяется  однократное АПВ, как наиболее  простое и надежное. Время действия  АПВ, как и АВР. принимается минимально  возможным. Это создает наиболее  благоприятные условия для самозапуска электродвигателей. Ввиду более тяжелых условий работы выключателей при АПВ их отключаемые токи выбирают примерно на 20—40% меньше номинальных отключаемых токов к. з.