К релейной защите и автоматике предъявляются следующие основные требования:
1. Быстродействие
Быстрое отключение поврежденного оборудования или участка электрической сети предотвращает нарушение параллельной работы генераторов. Поэтому для обеспечения надежной работы оборудование системы электроснабжения должно оснащаться быстродействующей релейной защитой.
Быстродействующей считается защита, обеспечивающая подачу командного импульса на отключение со временем не более 0,1 секунд с момента возникновения нарушения. Для линии 35 кВ и выше применение быстродействующего отключения считается обязательным на тех участках, где повреждение вызывает снижение напряжения до 60-65 % на шинах подстанций, через которые осуществляется транзит мощности параллельно работающих станций системы. На рис. 1.1 такими транзитными подстанциями (П) являются ПА, ПБ и ПВ. Любое КЗ (К1, К2) на транзитных линиях АБ и БВ должно отключаться без выдержки времени, т.е. релейная защита на выключателях Q1-Q4 должна быть быстродействующей. Время действия защиты на выключателях Q5 и Q6 определяется уровнем остаточного напряжения на шинах подстанций ПБ и ПВ при КЗ в конце зоны действия защиты в точках К3 и К4. Здесь быстродействующая защита требуемся только на выключателе Q5.
Быстродействующими являются первые ступени токовых отсечек, дистанционных защит, продольные и поперечные дифференциальные, дифференциально-фазные и направленные высокочастотные защиты.
Влияние быстродействия релейной защиты на электроснабжение потребителей:
- Снижается вероятность перехода в другой (более тяжелый) вид КЗ или повреждение другого смежного присоединения (ВЛ).
- Уменьшается объем разрушений от дуги при коротком замыкании.
- Повышается устойчивость параллельной работы генераторов.
- Уменьшается время “провалов” напряжения при КЗ, что повышает надежность работы синхронных электродвигателей потребителей, особенно предприятий с непрерывным технологическим процессом.
Способы повышения быстродействия релейной защиты:
- применение микропроцессорной защиты;
- применение современных выключателей (элегазовые, вакуумные);
Это позволит выбирать ступень селективности Δt = 0,2 - 0,25 сек, а, следовательно, уменьшить время отключения повреждения резервными защитами.
- применение ускорение резервных защит с помощью передачи сигналов телеотключения.
2. Селективность
Селективной считается защита, обеспечивающая отключение только поврежденного элемента энергосистемы. Необходимая селективность достигается отстройкой от таких значений подводимых к защите параметров (I, I0, I2, U2, U0, U, z), при которых защита данного элемента не должна действовать. Указанную отстройку получают введением коэффициента запаса kз к расчетному значению параметра:
Ас.з. = kз*Aрасч (1.1)
Для максимальных защит kз > 1, для минимальных kз < 1.
Кроме того, селективности и резервирования защиты выполняются многоступенчатыми с дополнительным согласованием ступеней смежных защит по времени (для вторых и последующих ступеней):
tс.з. = tс.з.см + Δt, (1.2)
где tс.з.см – время срабатывания смежной защиты;
Δt = 0,3 ÷ 0,6 c – ступень селективности.
На рис. 1.3 показан принцип выполнения многоступенчатой защиты.
Первая ступень защищает основной объект и отстраивается от расчетных параметров при КЗ за выключателем смежного участка (в точке К3), рис. 1.3. При расчетах ток защиты одинаков в точках К1, К2, К3, и поэтому иногда говорят, что первая ступень отстраивается от КЗ в конце линии (точка К1), хотя имеется ввиду точка К3. Вторая ступень резервирует первую ступень и полностью защищает свой объект и часть смежного объекта, отстраивается от первых (или вторых) ступеней защиты смежных линий. Третья ступень резервирует защиты своей и смежной линии (частично), отстраивается от вторых (третьих) ступеней защит смежных линий, а также от нормального и перегрузочного режимов.
3. Чувствительность
Чувствительной считается защита, обеспечивающая надежное отключение защищаемого элемента при его повреждениях. Надежность отключения характеризуется коэффициентом чувствительности.
Для максимальных защит коэффициент чувствительности определяется как отношение наименьшего значения электрического параметра, подводимого к защите при КЗ в конце защищаемой линии, к уставке срабатывания:
kч = Iкмин/Iс.з.; kч = U2кмин/U2с.з. (1.3)
Для минимальных защит коэффициент чувствительности определяется как отношение уставки срабатывания (Zс.з., Uс.з.) к наибольшему значению электрического параметра, подводимого к защите при КЗ в конце защищаемой линии:
kч = Zс.з./Zкз.макс; kч = Uс.з./Uк.макс (1.4)
Значения коэффициентов чувствительности регламентируются.
Для большинства основных защит принимается kч = 1,5-2,0, для резервных защит kч = 1,2-1,5. Чувствительность первых ступеней защит может характеризоваться косвенно – защищаемой зоной.
4. Надежность
Надежной считается защита, обеспечивающая ее устойчивое функционирование в неодинаковых режимах. Различают аппаратную и эксплуатационную надежность. Аппаратная надежность характеризует качество защиты, обеспечивается простотой схем, а также безотказностью, ремонтопригодностью и долговечностью комплектующих элементов. Для сложных защит применяют устройства самоконтроля (функциональный контроль), обеспечивающие, в частности, вывод защиты из работы при ее повреждениях и контроль исправности выходных цепей. Эксплуатационная надежность характеризует устойчивость функционирования и обеспечивается точностью работы и помехозащищенностью, а также реализацией таких основных требований, как быстродействие, селективность и чувствительность.
Для повышения надежности применяют дублирование и резервирование основных защит (ближнее и дальнее резервирование).
Наличие устройств сигнализации позволяет судить о правильности работы защиты и автоматики и анализировать порядок протекания процессов при КЗ. Кроме того, применяют устройства для автоматической записи электрических параметров системы в нормальном режиме и при КЗ (осциллографы, регистраторы).
