1.1 Область применения релейной защиты
Релейная защита является обязательной частью всех электроустановок напряжения до и свыше 1 кВ. Для важных объектов систем электроснабжения (ЛЭП выше 110 кВ, силовых трансформаторов, преобразователей и т.д.) она представляет сложную систему, состоящую из комплекса взаимосвязанных электромагнитных и электронных устройств и источников питания.
Релейная защита является основной частью систем противоаварийной автоматики. Ее функцией является локализация повреждений, предотвращение или сокращение ущерба при внезапном возникновении повреждения или ненормальных режимов работы электроэнергетических устройств, обеспечение устойчивости, надежности и живучести систем электроснабжения.
Данная дисциплина связана с ранее изученными студентами дисциплинами: Электронная техника и преобразователи, Контактная сеть, Электрические сети, Электрические машины, Автоматизация систем электроснабжения, Электроснабжение железных дорог.
1.2 Задачи изучения дисциплины
Задачей изучения дисциплины являются формирования у студента знаний, умений и представлений в области теории и практики применения релейной защиты, на основе которых он сможет обеспечить ее проектирование, наладку и эксплуатацию в электроэнергетических устройствах железных дорог.
В результате изучения дисциплины студент должен
Иметь представление:
· Об основных этапах развития релейной защиты и перспективах ее совершенствования, возможности использования интегральных микросхем, управляющих ЭВМ и микропроцессоров для противоаварийной автоматики;
· Об организации и периодичности технического обслуживания релейной защиты, возможности создания автоматизированных диагностических комплексов и самопроверяющих защит;
· О вероятностной природе показателей, характеризующих нормальный и аварийные режимы защищаемого объекта, а также эффективность защит;
· Об аналитическом описании угловых характеристик реле на комплексной плоскости и технических средствах для их реализации.
Знать и уметь использовать:
· Назначение и функции релейной защиты, основные требования, предъявляемые к ее свойствам, показатели эффективности, основные виды и конструкции реле, принцип их действия, обобщенную схему построения защит, достижения научно-технического прогресса в релейной защите;
· Принцип выполнения, основы теории, особенности применения для релейной защиты измерительных трансформаторов тока и напряжения, а также других первичных преобразователей, схем соединения первичных преобразователей тока и напряжения;
· Особенности нормальных и аварийных режимов и их отличия в основных элементах системы электроснабжения, которые учитываться релейной защитой для обеспечения надежности функционирования;
· Методы определения параметров срабатывания основных и резервных защит по характеристикам нормального и аварийного режимов, согласование параметров защит, различных элементов системы электроснабжения;
· Принципы выполнения защит основных элементов системы электроснабжения, с учетом основных требований к их свойствам, методы их проектирования, наладки и обслуживания.
Иметь навык владения:
· Методами испытаний и исследования отдельных реле защиты в целом, определения их характеристик;
· Методами выбора и обоснования релейной защиты электроэнергетического объекта, составление структурной, функциональной и принципиальной схемы релейной защиты для основных устройств системы электроснабжения и подбора по справочным данным элементов схем;
· Методами расчета режимов и уставок срабатывания релейной защиты, настройки реле в соответствии с выбранными уставками, определение зон действия защиты при изменении режимов работы энергосистемы и схем питания защищаемого объекта, использование ЭВМ для расчетов и анализа работы защиты.
1.3 Тематический план курса
Тематический план курса представлен в виде таблицы 1.1, включающей в себя основные темы, количество часов, отведенное на тему и рекомендуемую литературу. Эта таблица помогает студенту самостоятельно ориентироваться в изучении дисциплины. Зная количество часов, отведенное на определенный вид подготовки, обучаемый может детально спланировать свою работу. В рекомендуемой литературе приведены источники материала, что значительно сокращает время на его поиски.
Таблица 1.1- Тематический план курса «Релейная защита»
| № раздела или темы | Наименование раздела или темы | Количество часов | Рекомендуемая литература | ||||
| Всего | В том числе | ||||||
| Лекции | Пр. занятия | Лаб. работы | Сам. работа студента | ||||
| Назначение и основные понятия о релейной защите и автоматике | 1, 2 | ||||||
| 1, 2 | |||||||
| Измерительные преобразователи тока и напряжения, источники питания устройств релейной защиты | 1, 2 | ||||||
| 1, 2 | |||||||
| 1, 2, 8 | |||||||
| 1, 2 | |||||||
| Реле и комплекты защит | 1, 7, 8, 9 | ||||||
| 1, 7, 8, 9 | |||||||
| 1, 7, 8, 9 | |||||||
| Защиты электрических сетей | 1, 4, 7, 8, 9 | ||||||
| 1, 4, 7, 8, 9 | |||||||
| 1, 4, 7, 8, 9 | |||||||
| Защиты синхронных генераторов | 1, 9 | ||||||
| 1, 9 | |||||||
| Защиты силовых трансформаторов | 1, 7, 9 | ||||||
| 1, 7, 9 | |||||||
| 1, 7, 9 | |||||||
| 1, 7, 9 | |||||||
| Защита тяговых сетей постоянного и переменного тока | 1, 5 | ||||||
| 1, 5 | |||||||
| 1, 5, 8 | |||||||
| 1, 5, 8 | |||||||
| Защиты элементов тяговых подстанций | 1, 3, 8 | ||||||
| 1, 3, 8 | |||||||
| 1, 3, 8 | |||||||
| Техническое обслуживание и надежность защиты | 1, 8, 9 | ||||||
| 1, 8, 9 | |||||||
| 1, 7, 8, 9 | |||||||
| Расчет параметров аварийных режимов в «именованных единицах» | |||||||
| Всего: |
Содержание курса дисциплины
2.1 Назначение и основные понятия о релейной защите и автоматике
Автоматизация технологических процессов и систем управления как основное направление повышения производительности труда. Технологическая и системная автоматика. Автоматика управления в нормальных и аварийных режимах. Релейная защита как составная часть системной автоматики управления в аварийных режимах и средство снижения ущерба от повреждений, ненормальных режимов и повышения устойчивости и надежности электропитания потребителей. Основные этапы развития релейной защиты, перспективы совершенствования, применение интегральных микросхем, возможности применения для защиты ЭВМ и микропроцессоров.
Структурная схема релейной защиты. Индивидуальные, групповые и централизованные защиты. Основные виды релейной защиты. Функции релейной защиты, отказ функционирования. Свойства релейной защиты (селективность, устойчивость функционирования, надежность функционирования) и предъявляемые к ней требования. Основные и резервные защиты. Эффективность функционирования защит /1 с.12, 76; 2 с.313/.
Контрольные вопросы:
1. Устройства противоаварийной автоматики;
2. Роль релейной защиты в противоаварийной автоматике;
3. Функции и свойства релейной защиты.
2.2 Измерительные преобразователи тока и напряжения, источники
питания устройств релейной защиты
Трансформаторы тока. Особенности их использования в цепях релейной защиты. Схема замещения и погрешности. Схемы соединения трансформаторов тока и реле. Трансформаторы напряжения. Особенности их использования в цепях релейной защиты. Схема замещения и погрешности. Схемы соединения трансформаторов напряжения и реле. Емкостные делители напряжения.
Фильтры токов и напряжений различных последовательностей. Системы оперативного тока для питания цепей релейной защиты и автоматики /1 с.30, 76; 2 с.77/.
Контрольные вопросы:
1. Назначение трансформаторов тока и напряжения;
2. Особенности работы трансформаторов тока и напряжения;
3. Схемы соединения трансформаторов тока и напряжения;
4. Современные конструкции трансформаторов тока и напряжения;
5. Системы оперативного тока и их применение.
2.3 Реле и комплекты защит
Реле как пороговый элемент. Классификация реле. Максимальны или минимальные реле. Коэффициент возврата.
Реле, реагирующие на одну и две величины. Основные типы и конструкции электромеханических реле. Реле мощности и сопротивления. Полупроводниковые реле и реле на интегральных микросхемах. Выходные органы релейной защиты. Комплекты реле /1 с.76; 2 с.317/.
Контрольные вопросы:
1. Классификация реле;
2. Современные конструкции реле;
3. Критерии выбора реле.
2.4 Защиты электрических сетей
Виды аварийных и ненормальных режимов электрических сетей. Максимальная токовая защита. Токовые отсечки. Токовые направленные защиты. Схемы защит, методика выбора уставок и анализ зон действия.
Дистанционная защита. Основные органы и их взаимодействия. Выдержки времени и зоны действия многоступенчатых защит. Методика выбора уставок.
Продольная и поперечная дифференциальные защиты. Высокочастотные защиты. Основные понятия и структурная схема направленной защиты с высокочастотной блокировкой, дифференциально-фазная высокочастотная защиты.
Защиты от замыканий фазы на землю в сетях с изолированной и заземленной нейтралью. Особенности режима замыкания фазы на землю. Защиты нулевой последовательности /1 с.206; 2 с.333/.
Контрольные вопросы:
1. Выбор вида защит электрических сетей;
2. Особенности работы и расчета уставок дистанционных защит;
3. Особенности работы и расчета уставок дифференциальных защит;
4. Особенности работы и расчета уставок защит от замыкания фазы на землю.
2.5 Защиты синхронных генераторов
Виды аварийных и ненормальных режимов синхронных генераторов. Защита обмотки статора и цепи обмотки возбуждения. Защиты от ненормальных режимов /1 с.255/.
Контрольные вопросы:
1. Виды повреждений и защит синхронных генераторов;
2. Расчета уставок защит синхронных генераторов.
2.6 Защиты силовых трансформаторов
Виды повреждений и ненормальных режимов силовых трансформаторов. Особенности переходных процессов при включении трансформатора. Защиты от внутренних и внешних повреждений, их взаимодействие. Резервирование.
Защиты, реагирующие на величину тока: токовая отсечка, максимальная токовая защита. Области применения, методика выбора уставок, анализ зон действия.
Газовая защита. Конструкция и принцип действия газовых реле. Особенности эксплуатации.
Дифференциальная защита. Принцип действия, выбор трансформаторов тока. Токи небаланса и методы борьбы с ними (реле с БНТ и с магнитным торможением). Выбор уставок защиты /1 с.278; 2 с.363/.
Контрольные вопросы:
1. Виды повреждений и защит силовых трансформаторов;
2. Расчета уставок защит силовых трансформаторов.
2.7 Защита тяговых сетей постоянного и переменного тока
Особенности нормального и аварийных режимов тяговой сети переменного тока, определение параметров, расчетные схемы и схемы замещения. Условия вероятного пережога проводов контактной подвески.
Особенности реализации основных требований к релейной защите. Анализ входных сопротивлений на комплексной плоскости. Селективная защита с выдержкой времени.
Неселективные защиты межподстанционной зоны. Схемы и конструкции современных защит. Методика выбора уставок, анализ зон действия.
Особенности нормального и аварийных режимов тяговой сети 2х25 кВ с автотрансформаторами. Особенности выполнения защит и выбора уставок.
Особенности нормального и аварийных режимов тяговой сети постоянного тока, определение параметров, расчетные схемы и схемы замещения. Условия вероятного пережога проводов контактной подвески. Способы соединения опор с рельсами и отсосом тяговой подстанции. Специфические требования к защитам.
Максимальная токовая защита быстродействующими выключателями. Использование быстродействующих выключателей с индуктивными шунтами и реле РДШ.
Потенциальные защиты и защиты с пуском по напряжению. Дистанционные защиты. Импульсные защиты. Защиты, реагирующие на переходные процессы.
Селективная защита межподстанционной зоны. Методика выбора уставок и анализ зон действия.
Защиты при различных видах заземления опор контактной сети. Защиты от перегрева контактных проводов, смещения фиксаторов и перемещения грузовых компенсаторов. Условия и область применения защит от перегрузки /1 с.334, 471, 572; 2 с.419, 446
Контрольные вопросы:
1. Особенности повреждений тяговых сетей постоянного и переменного тока;
2. Построение защит тяговых сетей постоянного и переменного тока;
3. Расчет уставок защит тяговых сетей постоянного и переменного тока;
4. Особенности заземлений опор контактной сети.
2.8 Защиты элементов тяговых подстанций
Защиты понизительных трансформаторов и автотрансформаторов. Защиты ТСН, секционных выключателей и отходящих линий.
Защиты установок поперечной и продольной емкостной компенсации, фильтро-компенсирующих устройств. Защиты преобразовательных агрегатов. Защиты РУ-3,3 кВ от замыканий на землю /1 с.616; 3 с.163, 249/.
Контрольные вопросы:
1. Виды защит элементов тяговых подстанций;
2. Расчет уставок защит элементов тяговых подстанций.
Вопросы для подготовки к экзамену
1 Структурная схема релейной защиты. Виды аварийных и ненормальных режимов работы в электроустановках.
2 Функции и свойства релейной защиты.
3 Системы оперативного тока.
4 Классификация реле.
5 Электромеханические реле: тока и напряжения (РТ-40), реле тока прямого действия.
6 Электромеханические реле: промежуточные, времени и указательные. Схемы их включения.
7 Схемы включения реле направления мощности.
8 Измерительные трансформаторы тока, их назначение, векторная диаграмма и погрешности.
9 Схема соединения трансформаторов тока в «полную» и «неполную звезду.
10 Схема соединения трансформаторов тока в «полный треугольник», а измерительных органов в полную «звезду». Однорелейная схема соединения трансформаторов тока в «неполный треугольник».
11 Схема соединения трансформаторов тока в фильтр токов нулевой последовательности. Трансформатор тока нулевой последовательности.
12 Измерительные трансформаторы напряжения: назначение, принцип действия, погрешности.
13 Схема соединения однофазных трансформаторов напряжения в «звезду». Особенности работы трехфазных трансформаторов напряжения.
14 Схема соединения однофазных трансформаторов напряжения в «открытый треугольник».
15 Проверка измерительных трансформаторов тока и напряжения по погрешностям.
16 Конструктивные особенности трансформаторов тока и напряжения, выпускаемых промышленностью.
17 Токовая отсечка без выдержки времени на линиях с односторонним питанием. Совмещенная схема и расчет параметров защиты.
18 Применение токовых отсечек на линиях с двухсторонним питанием.
19 Токовая отсечка с выдержкой времени на линиях с односторонним питанием. Совмещенная схема и расчет параметров защиты.
20 Максимальная токовая защита. Принцип действия, совмещенная схема и расчет параметров защиты.
21 Общая оценка токовых защит. Совместное применение токовой отсечки и максимальной токовой защиты.
22 Максимальная направленная токовая защита. Принцип действия, совмещенная схема, расчет параметров защиты и «мертвая зона».
23 Виды повреждений и ненормальных режимов силовых трансформаторов.
24 Виды защит силовых трансформаторов.
25 Токовые защиты силовых трансформаторов и их особенности.
26 Газовая защита силовых трансформаторов. Газовое реле. Схема защиты.
27 Принцип действия дистанционной защиты. Совмещенная схема трехступенчатой дистанционной защиты.
28 Характеристики реле сопротивления.
29 Построение трехступенчатой дистанционной защиты на линиях с односторонним и двухсторонним питанием.
30 «Земляная защита» распределительного устройства 3,3 кВ тяговой подстанции постоянного тока.
31 Защиты от замыкания фазы на «землю» в системах с заземленной и изолированной нейтралью.
32 Высокочастотные защиты и организация высокочастотного канала.
33 Продольная и поперечная дифференциальные защиты линий.
