Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Электроэнергетика. Электротехника
Издательство:
НИЦ ИНФРА-М
Год издания: 2024
Кол-во страниц: 191
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-16-019240-6
ISBN-онлайн: 978-5-16-108143-3
Артикул: 712505.06.01
В учебном пособии изложены основные вопросы теории релейной защиты и автоматики электроэнергетических систем. Рассмотрены структура и функциональное назначение устройств защиты и автоматика линий электропередачи различных конфигураций, синхронных генераторов, силовых трансформаторов, электродвигателей и отдельных электроустановок. Для каждого из типов защит вышеперечисленных объектов приводятся структура, принцип действия, порядок выбора уставок, оцениваются достоинства и недостатки с указанием области применения. Пособие включает материал о комплектных устройствах на полупроводниковых и микропроцессорных элементных базах. Прогрессивное использование таких устройств (защиты третьего и четвертого поколений) является целесообразным и эффективным ввиду их значительных преимуществ.
Соответствует требованиям федеральных государственных образовательных стандартов высшего образования последнего поколения.
Предназначено для обучающихся по направлениям подготовки 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» (профиль «Электроснабжение», дисциплина «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем») и 35.03.06 «Агроинженерия» (профиль «Электроснабжение и электрооборудование сельскохозяйственных предприятий», дисциплина «Релейная защита электрооборудования сельскохозяйственных объектов»), а также для аспирантов и специалистов, занятых в сфере электрификации и автоматизации объектов промышленного и агротехнического профиля.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 13.03.02: Электроэнергетика и электротехника
- 35.03.06: Агроинженерия
ГРНТИ:
Скопировать запись
Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем, 2023, 712505.05.01
Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем, 2022, 712505.02.01
Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем, 2021, 712505.01.01
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ С.А. ГОРЕМыКИН УЧЕбНОЕ пОСОбИЕ Москва ИНФРА-М 202
УДК 621.316(075.8) ББК 32.965.6я73 Г68 Горемыкин С.А. Г68 Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем : учебное пособие / С.А. Горемыкин. — Москва : ИНФРА-М, 2024. — 191 с. — (Высшее образование). — DOI 10.12737/1048841. ISBN 978-5-16-019240-6 (print) ISBN 978-5-16-108143-3 (online) В учебном пособии изложены основные вопросы теории релейной защиты и автоматики электроэнергетических систем. Рассмотрены структура и функциональное назначение устройств защиты и автоматика линий электропередачи различных конфигураций, синхронных генераторов, силовых трансформаторов, электродвигателей и отдельных электроустановок. Для каждого из типов защит вышеперечисленных объектов приводятся структура, принцип действия, порядок выбора уставок, оцениваются достоинства и недостатки с указанием области применения. Пособие включает материал о комплектных устройствах на полупроводниковых и микропроцессорных элементных базах. Прогрессивное использование таких устройств (защиты третьего и четвертого поколений) является целесообразным и эффективным ввиду их значительных преимуществ. Соответствует требованиям федеральных государственных образовательных стандартов высшего образования последнего поколения. Предназначено для обучающихся по направлениям подготовки 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» (профиль «Электроснабжение», дисциплина «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем») и 35.03.06 «Агроинженерия» (профиль «Электроснабжение и электрооборудование сельскохозяйственных предприятий», дисциплина «Релейная защита электрооборудования сельскохозяйственных объектов»), а также для аспирантов и специалистов, занятых в сфере электрификации и автоматизации объектов промышленного и агротехнического профиля. УДК 621.316(075.8) ББК 32.965.6я73 Н а у ч н ы й р е д а к т о р: В.П. Шелякин, кандидат технических наук, доцент Р е ц е н з е н т ы : В.Д. Волков, доктор технических наук, профессор; В.В. Картавцев, кандидат технических наук, доцент ISBN 978-5-16-019240-6 (print) ISBN 978-5-16-108143-3 (online) © Горемыкин С.А., 2021
предисловие Учебное пособие предназначено для бакалавров, изучающих дисциплину «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем» в соответствии с учебным планом в рамках направления подготовки 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника», профиль «Электроснабжение», и дисциплину «Релейная защита электрооборудования сельскохозяйственных объектов» в соответствии с учебным планом в рамках направления подготовки 35.03.06 «Агроинженерия», профиль «Электроснабжение и электрооборудование сельскохозяйственных предприятий». Учебное пособие включает введение, пять основных глав, заключение и библиографический список. Во введении приводятся структура и основные положения программного материала дисциплины, содержание самостоятельной работы студентов, а также список основных учебно-методических материалов по дисциплине. В первой главе показаны роль, назначения и требования, предъявляемые к устройствам защиты и автоматики, функционирующим в современных электроэнергетических системах с учетом специфики аварийных режимов. Во второй главе изложены состав, принцип действия, порядок выбора уставок основных типов устройств защиты линий электропередач. Третья глава связана с рассмотрением современных устройств защиты, реализованных на полупроводниковой и микропроцессорной элементных базах. Четвертая глава содержит сведения об особенностях построения защит синхронных генераторов, силовых трансформаторов, потребителей и отдельных электроустановок с учетом специфики их конструктивного исполнения. В пятой главе рассмотрены вопросы защитной автоматики, телемеханики и автоматизированных систем управления энергетическими объектами. Кроме основного содержания, каждая глава содержит аннотацию, цель и задачи изучения. В заключении дан анализ материала, рассмотренного в учебном пособии. Предусматривается следующий порядок работы с учебным пособием: • знакомство с программным материалом; • изучение содержания основных глав;
• выполнение заданий преподавателя в виде контрольных и кур совых работ по мере изучения основных глав; • подготовка к лабораторным работам и экзамену. Изучение материалов данного пособия с решением контрольных задач достаточно для подготовки к экзамену, однако при желании более углубленного изучения некоторых вопросов можно рекомендовать дополнительную справочную литературу и нормативные документы.
Введение Известно, что экономичность и надежность функционирования систем электроснабжения во многом обеспечивается совокупной и согласованной работой устройств релейной защиты, автоматики и телемеханики. Для обеспечения эффективной работы всех объектов энергосистемы необходим учет особенностей технологии производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии при нормальных режимах, перегрузках и коротких замыканиях. Рост нагрузок, изменение структуры и увеличение протяженности линий электропередачи, ужесточение требований к устойчивости энергосистем усложняют условия работы релейной защиты и повышают требования к ее быстродействию, селективности, чувствительности и надежности. До настоящего времени в электроэнергетических системах эксплуатируются устройства защиты на электромеханической элементной базе, такие как: максимальная токовая защита (МТЗ), токовая отсечка, направленные защиты, защиты от однофазных замыканий на землю, дифференциальные, дистанционные, высокочастотные защиты. В то же время промышленностью освоен выпуск защит на полупроводниковой и микропроцессорной элементных базах (защиты третьего и четвертого поколений). Защиты четвертого поколения представляют собой комплексные устройства, в которых реализован целый ряд устройств защиты и автоматики, что обусловливает актив ное их внедрение в реконструируемые и вновь строящиеся объекты электроэнергетики. Важно отметить, что независимо от элементной базы все устройства защиты и автоматики должны соответствовать требованиям «Правил устройства электроустановок». Цели и задачи изучения дисциплины — формирование у будущих специалистов теоретических и практических знаний о системах релейной защиты и автоматики различных объектов электроэнергетики с учетом современного состояния техники. пОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ дИСЦИпЛИНы НЕОбХОдИМО ЗНАТь • Классификация повреждений и ненормальных режимов, их влияние на работу электроустановок. • Общая структура устройств защиты и автоматики и требования, предъявляемые к ним. • Состав, принцип действия, порядок выбора уставок защит ЛЭП.
• Структура и принцип реализации защит третьего и четвертого поколений. • Особенности построения защит элементов станций, подстанций и отдельных потребителей. • Устройства системной автоматики и телемеханики. пОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ дИСЦИпЛИНы НЕОбХОдИМО УМЕТь • Выбирать тип защиты и автоматики применительно к конкретному объекту электроэнергетики. • Составлять схему релейной защиты отдельных элементов системы электроснабжения. • Производить расчет уставок устройств защиты и автоматики. • Оценивать эффективность действия устройств защиты с точки зрения надежности, селективности и чувствительности. СОдЕРжАНИЕ дИСЦИпЛИНы Учебными планами направлений подготовки 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника», 35.03.06 «Агроинженерия» предусмотрено изучение дисциплин «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем» и «Релейная защита электрооборудования сельскохозяйственных объектов» бакалаврами 4 и 5 курсов очной и заочной форм обучения. Изложение основного материала дисциплин ведется с учетом усвоения следующих дисциплин: «Теоретические основы электротехники», «Метрология», «Коммутационные аппараты систем электроснабжения», «Электрические станции и подстанции», «Электроэнергетические системы и сети», «Электроснабжение». Программный материал предусматривает изучение нижеследующих тем. • Классификация повреждений и ненормальных режимов и последствия их воздействия на работу энергосистем. • Функциональное назначение релейной защиты, требования, предъявляемые к ней. Классификация устройств защиты в зависимости от их элементной базы. • Источники оперативного тока. Условия работы измерительных трансформаторов тока и напряжения. • Схемы соединения трансформаторов напряжения, трансформаторов тока и обмоток реле. Погрешности трансформаторов тока и напряжения.
• Максимальная токовая защита ЛЭП. Порядок выбора тока и времени срабатывания защиты. Область применения максимальной токовой защиты. • Токовая отсечка на ЛЭП с односторонним и с двухсторонним питанием. Расширение защищаемой зоны. Оценка токовых отсечек. • Максимальная токовая направленная защита. Принципы выполнения реле направления мощности. Оценка токовых направленных защит. • Максимальная токовая защита нулевой последовательности в сетях с большим током замыкания на землю. Защиты от замыканий на землю в сетях с малым током замыкания на землю. • Продольная дифференциальная защита. Ток небаланса. Область применения быстронасыщающихся трансформаторов тока и дифференциальных реле с торможением. • Поперечная дифференциальная токовая защита. Поперечная дифференциальная токовая направленная защита. Оценка поперечных дифференциальных защит. • Дистанционная защита. Характеристики срабатывания реле сопротивления. Общая оценка дистанционной защиты. • Направленная защита с высокочастотной блокировкой. Дифференциально-фазная высокочастотная защита. Оценка высокочастотных защит. • Принципы построения реле защиты на полупроводниковой неинтегральной и интегральной элементных базах. • Общие принципы реализации микропроцессорных защит. • Структура и функциональное назначение микропроцессорных комплектных устройств защиты, управления и автоматики серии SPAC 800, БМРЗ-04. • Защита низковольтных генераторов. Защита высоковольтных генераторов мощностью до 1 МВт. • Защита трансформаторов от междуфазных коротких замыканий, от однофазных замыканий на землю, от перегрузок и ненормальных режимов. • Защита асинхронных электродвигателей напряжением до 1000 В. Особенности защиты асинхронных двигателей высокого напряжения. Защита электродвигателей постоянного тока. • Защита шин и токопроводов. Защита конденсаторных установок. Устройство защитного отключения. • Устройства автоматического включения резерва. Схемы устройства АВР на переменном оперативном токе. • Автоматическое повторное включение. Особенности устройства АПВ — линий с двухсторонним питанием.
• Устройства автоматической частотной разгрузки. Принцип действия реле частоты. • Особенности автоматики генераторов, трансформаторов, электродвигателей и конденсаторных установок. • Классификация систем телемеханики. Назначение автоматизированной системы управления электроснабжением. САМОСТОЯТЕЛьНАЯ РАбОТА И КОНТРОЛь ЗНАНИЙ СТУдЕНТОВ Для успешного изучения дисциплин «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем», «Релейная защита электрооборудования сельскохозяйственных объектов» обучающиеся должны регулярно самостоятельно работать над закреплением и углублением знаний, полученных на лекционных занятиях: изучать учебную литературу, учиться работать с техническими справочниками, нормативными документами, правилами устройства и эксплуатации электроустановок, а также осуществлять поиск новой научно-технической информации по устройствам защиты и автоматики электроэнергетических объектов. Особое место в самостоятельной работе студентов занимает выполнение контрольных и курсовых работ, а также подготовка лабораторных работ. При сдаче зачета или экзамена студенты должны продемонстрировать соответствующие теоретические знания и практические навыки, показать готовность к работе по выбранным направлениям. Учебно-методические материалы по дисциплине 1. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения [Текст] / В.А. Андреев. — М.: Высш. шк., 2006. 2. Федосеев А.М. Релейная защита электроэнергетических систем. Релейная защита сетей [Текст] / А.М.Федосеев. — М.: Энергоатомиздат, 1984. 3. Чернобровов Н.В. Релейная защита [Текст] / Н.В. Чернобровов. — М.: Энергия, 1974. 4. Кривенков В.В. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения [Текст] / В.В. Кривенков, В.Н. Новелла. — М.: Энергоиздат, 1981. 5. Будзко И.А. Электроснабжение сельского хозяйства [Текст] / И.А. Будзко, Т.Б. Лещинская, В.И. Сукманов. — М.: Колос, 2000. 6. Шабад М.А. Защита и автоматика электрических сетей агропромышленных комплексов [Текст] / М.А. Шабад. — Л.: Энергоатомиздат, 1987.
Глава 1 ФУНКЦИОНАЛьНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ И ОбЩАЯ СТРУКТУРА УСТРОЙСТВ ЗАЩИТы И АВТОМАТИКИ Работа любой системы электроснабжения сопровождается повреждениями и ненормальными режимами. Для защиты элементов электроснабжения от опасных последствий вышеперечисленных аварийных режимов возникает необходимость в совокупном использовании устройств релейной защиты и автоматики. Состав и принцип построения устройств защиты и автоматики четко дифференцированны в зависимости от их элементной базы. Сегодня можно выделить электромеханическую, полупроводниковую и микропроцессорную элементные базы. Однако независимо от структуры устройств защиты и автоматики к ним предъявляются единые требования, выполнение которых обеспечивает их гарантированную работу в соответствии с эксплуатационным назначением. Первичные измерительные преобразователи тока и напряжения, а также источники оперативного тока должны удовлетворять специальным требованиям в зависимости от специфики того или иного устройства защиты и автоматики, в совокупности с которым они используются. Цель главы — ознакомиться с многообразием повреждений и ненормальных режимов в энергетических системах и их последствиями, изучить структуру устройств защиты и автоматики в зависимости от их элементной базы, оценить особенности использования трансформаторов тока и напряжения в схемах релейной защиты. пОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ ГЛАВы НЕОбХОдИМО ЗНАТь • Виды повреждений и ненормальных режимов, их влияние на работу энергетических систем. • Назначение и требования, предъявляемые к релейной защите. • Классификация устройств релейной защиты и автоматики в зависимости от их элементной базы. • Состав устройств защиты и автоматики в зависимости от их функционального назначения. • Требования, предъявляемые к измерительным трансформаторам тока и напряжения в измерительных цепях защиты.
• Факторы, влияющие на точность работы измерительных трансформаторов тока и напряжения. • Схемы соединения измерительных трансформаторов тока, трансформаторов напряжения и обмоток реле. 1.1. НАЗНАЧЕНИЕ И ФУНКЦИИ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТы И АВТОМАТИКИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАбжЕНИЯ Релейная защита и автоматика — это комплекс автоматических устройств, состоящих из устройств автоматического управления и устройств автоматического регулирования. Устройства автоматического управления В процессе эксплуатации электроэнергетических систем могут возникать повреждения и ненормальные режимы работы электрооборудования, электростанций, подстанций, распределительных устройств, ЛЭП и электроустановок потребителей электрической энергии. Повреждения в большинстве случаев сопровождаются значительным увеличением тока и глубоким понижением напряжения в элементах энергосистемы. Наиболее опасными и частыми видами повреждений являются короткие замыкания (КЗ) между фазами электрической установки и КЗ фаз на землю. В обмотках электрических машин и трансформаторов, кроме перечисленных КЗ, бывают замыкания между витками одной фазы (межвитковые замыкания). Межфазные КЗ и КЗ фаз на землю в сетях с глухозаземленной нейтралью приводят к ряду опасных последствий: • ток КЗ оказывает опасное термическое и динамическое действие как непосредственно вместе повреждения, так и при прохождении его по неповрежденному оборудованию; • понижение напряжения приводит к уменьшению момента вращения электродвигателей (а в ряде случаев и их остановку), а также нарушается нормальная работа осветительных установок и снижается устойчивость параллельной работы генераторов. Замыкания на землю одной фазы в сети с изолированной нейтралью не приводят к КЗ, так как возникающий при этом ток в месте повреждения замыкается через емкость проводов относительно земли и имеет, как правило, небольшую величину, при этом линейные напряжения остаются неизменными. Однако возможны нару