"Новости Электротехники" Средства релейной защиты в сетях 6-10 кВ

	< Предыдущая ] [ Следующая >	Журнал №2(8) 2001


	Средства релейной защиты в сетях 6-10 кВ: проблемы развития и способы их решения Валерий Ванин, д. т. н., профессор, зав. кафедрой «Электрические станции и автоматизация энергосистем» Государственного Технического Университета г. Санкт-Петербург Сети 6-10 кВ, к которым причисляются различные системы электроснабжения, электроустановки и оборудование электрических станций и подстанций, являются наиболее распространенными. Кроме того, они характеризуются большим разнообразием оборудования, методов их построения, обусловленных их назначением и связанными с этим конструктивными особенностями. Для обеспечения надежности электроснабжения все электрические присоединения должны быть оснащены устройствами релейной защиты и противоаварийной автоматикой различного назначения. История вопроса За время, что прошла электроэнергетика с начала ХХ века, можно выделить некоторые этапы развития средств релейной защиты. Они определяются появлением как новых принципов контроля анормальных и аварийных режимов работы оборудования, так и нового поколения технических средств для реализации этих принципов. К первому этапу можно отнести первое десятилетие прошлого века, когда для контроля в основном использовали ток. В это же время, кроме контроля фазных токов, начинают применять дифференциальный принцип контроля, основанный на сравнении токов по концам защищаемого оборудования. Затем во втором десятилетии появляются дистанционные защиты, определяющие, в какой части комплексной плоскости находится сопротивление, соответствующее дистанции от места установки защиты до места повреждения. В третьем десятилетии указанные принципы совершенствуются, усложняются и находят применение в так называемых высокочастотных защитах. Для реализации устройств используют электромеханические реле, а для организации каналов связи начинают применять ламповую электронику. В послевоенное время появилась новая задача в энергетике – передать значительные мощности из глубины России в освобожденные районы с разрушенными электростанциями. Возникали проблемы защиты длинных линий на высоком напряжении, обеспечения противоаварийной автоматикой отдельных энергообъединений и единой энергосистемы страны. Поэтому в 50-60-х годах наблюдается бурное развитие аппаратостроения, релейной защиты и противоаварийной автоматики. Традиционные электромеханические устройства автоматики начинают не справляться с поставленными перед ними задачами. Делается попытка широкого внедрения полупроводниковой техники. Однако использование в 60-е годы дискретных компонентов – транзисторов, диодов – для построения систем защиты не принесло ожидаемого результата. По металлоемкости новые изделия приближались к традиционным электромеханическим, однако характеристики защит остались практически теми же. Микроэлектроника как средство повышения надежности Дальнейшее развитие электроники привело к появлению аналоговых, а затем и цифровых интегральных схем. В 60-е годы в электротехнической промышленности проведены удачные разработки комплексных (многофункциональных) систем защиты на базе аналоговых и цифровых интегральных микросхем малой и средней степени интеграции. В принципе для этого этапа характерны два направления – применение интегральных схем для построения отдельных реле и построение комплексных систем защиты генераторов, линий электропередачи, трансформаторов, двигателей. Что дало использование микроэлектроники на этом этапе? Во-первых, улучшение технических характеристик устройств по точности, снижение потребления мощности от измерительных трансформаторов тока и напряжения. Во-вторых, повышение точности и стабильности элементов выдержки времени, что обеспечивает снижение степени селективности. В-третьих, уменьшение металлоемкости и габаритных размеров изделий. В-четвертых, расширение функциональных возможностей систем защиты. В-пятых, микропроцессорные устройства релейной защиты и автоматики обеспечивают постоянную самодиагностику без вмешательства персонала, что повышает надежность защиты к требованиям срабатывания. В 90-е годы прошлого века для управления электрическими станциями, крупными подстанциями начинают применять автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП). АСУ ТП, как правило, представляют многоуровневую распределенную иерархическую систему, в которую релейная защита и другие виды автоматики – автоматическое повторное включение, автоматический ввод резерва входят как элементы нижнего уровня. При этом системам или устройствам защиты, кроме основных функций, отводятся функции измерения текущих значений и регистрации (осциллографирования) токов и напряжений на соответствующем присоединении. Иногда в функции вводят оперативное управление выключателем. Всем ли нужны многофункциональные системы защиты? Несмотря на многие достоинства микроэлектроники, еще долгое время внимание электроэнергетиков будут привлекать отдельные реле, как измерительные (тока, напряжения и др.), так и логические. Эти реле могут быть как электромеханическими, так и электронными. Они успешно продолжают совершенствоваться в зарубежной и отечественной практике. Климатические условия их применения (с учетом реальной стоимости) пока значительно шире, чем комплексных (многофункциональных) микропроцессорных систем защиты. К тому же, для защиты многих объектов еще не требуется значительная многофункциональность, которая порой дорого стоит, а практически не используется. В системах электроснабжения ответственных промышленных предприятий, на электрических станциях, крупных подстанциях, когда большое значение из-за обеспечения требуемой надежности имеет почти полная автоматизация процессов производства и распределения электрической энергии, необходимо ориентироваться на многофункциональные микропроцессорные системы защиты. При этом, учитывая дороговизну этих систем, необходимо строго относиться к функциям, которые они должны выполнять, и к алгоритмам, заложенным для выполнения основных функций. Проблемы защиты от замыканий на землю Следует отметить, что в последнее время большое внимание уделяется решению проблемы повышения степени автоматизации эксплуатации. Так, интерес продолжает вызывать защита от замыканий на землю. Основная часть повреждений изоляции происходит при замыкании на землю. Если имеется защита, которая обладает диагностическими способностями, т.е. способная контролировать сопротивление изоляции, то в ряде случаев можно избежать этого повреждения. Построить универсальную защиту для всего разнообразия электроустановок 6-10 кВ с изолированной нейтралью не удается, но в ряде случаев можно получить достаточно удовлетворительное решение На рис. 1 рассматривается один из таких случаев, когда генератор с изолированной нейтралью или двигатель подключается к сети через трансформатор со схемой соединения обмоток «треугольник-звезда» Кроме генератора и трансформатора сети 1, здесь показан измерительный трансформатор напряжения 4, эквивалентное сопротивление изоляции RИЗ- 2 и устройство защиты, содержащее коммутатор из шести диодов 13-18, сопротивления 5, 6, 7, блоки 8, 9, 10, 11, 12, с помощью которых измеряется и контролируется сопротивление изоляции. С помощью диодного коммутатора каждая фаза с наибольшим и наименьшим напряжением поочередно подключается к земле через ограничительные сопротивления R1 и R2. Резистор RШ необходим для измерения напряжения, пропорционального току утечки, через сопротивление изоляции. При определенных допущениях постоянная составляющая тока утечки IУТ может быть определена по формуле: Изменение сопротивления изоляции относительно земли, как видно, вызывает изменение среднего значения тока утечки. Следовательно, интегральное значение тока можно использовать в качестве информационного параметра для определения сопротивления изоляции. Рис.1. В блоке 8 устройство с помощью интегратора 19 и блока 20 измерения э.д.с. сети определяют среднее значение тока утечки и амплитудное значение синусоидальной э.д.с. сети. Сигналы, пропорциональные этим величинам, подают на входы делителя 21, где по их отношению определяют сопротивление изоляции сети относительно земли. В блоке 9 RИЗ (в виде соответствующего сигнала) сравнивают с предельно допустимым значением и формируют соответствующий управляющий или информационный сигнал. Блоки 10, 11, 12 используют для определения места повреждения. Прибор, работа которого основана на этих принципах, разработан и запатентован учеными СПбГТУ (рис. 2). Он уже несколько месяцев находится в опытной эксплуатации в Ленэнерго. Перед этим он прошел комплексную проверку на ТЭЦ-14, и по его работе замечаний не было. В заключение можно еще раз подчеркнуть, что защиты от замыканий на землю приобретают основополагающее значение. К сожалению, необходимо их совершенствовать для каждого конкретного случая применения. И специалисты нашего университета разрабатывают принципы, облегчающие эту работу. В следующих номерах журнала мы продолжим разговор о средствах релейной защиты и новых разработках в этой области.

Средства релейной защиты в сетях 6-10 кВ: проблемы развития и способы их решения