Виды защит синхронных генераторов

1. Селективность Селективностью или избирательностью защиты называется способность зашиты отключать при коротком замыкании только поврежденный участок сети. На рис. 1 показаны примеры селективного отключения повреждений.

Рис. 1. Селективное отключение выключателей при повреждениях в сети.

Так, при коротком замыкании в точке К₁ защита должна отключить поврежденную линию выключателем B_в, т. е. тем выключателем, который ближе всего расположен к месту повреждения. При этом все потребители, кроме питавшихся от поврежденной линии, остаются в работе.

В случае короткого замыкания в точке К₂ при селективном действии защиты должна отключаться повреждение линия I, вторая линия II остается в работе. При таком отключении все потребители сети сохраняют питание. Этот пример показывает, что если подстанция связана с сеть несколькими линиями, то селективное отключение короткого замыкания на одной из линий позволяет сохранить связь этой подстанции с сетью, обеспечив тем самым бесперебойное питание потребителей.

Таким образом, требование селективности являете основным условием для обеспечения надежного питания потребителей. Неселективное отключение повреждений приводит к развитию аварий, наносит дополнительный ущерб потребителям и поэтому считается существенным недостатком релейной защиты.

Как будет показано ниже, неселективные отключения могут допускаться, но только в тех случаях, когда это диктуется необходимостью и не отражается на питании потребителей.

2. Быстрота действия Отключение короткого замыкания должно производиться с возможно большей быстротой для ограничения pазмеров разрушений, уменьшения продолжительности снижения напряжения у потребителей и сохранения устойчивости работы генераторов. С точки зрения приведенных требований желательно стремиться к мгновенному действию защиты.

Однако защиты, обладающие одновременно быстродействием и селективностью, получаются достаточно сложными и дорогими. В то же время во многих случаях можно применять более простые защиты, действующие с выдержкой времени и удовлетворяющие требованиям устойчивости. Поэтому необходимая быстрота действия защиты должна устанавливаться исходя из конкретных условий той или иной схемы и режима защищаемого участка системы.

Ниже приводятся некоторые общие соображения о необходимой быстроте действия защиты.

Допустимая по условиям работы потребителей продолжительность снижения напряжения зависит от его величины. Наиболее чувствительны к снижению напряжения асинхронные электродвигатели, которые при снижении напряжения до 70% уменьшают максимальный момент примерно в 2 раза, а при более глубоком снижении напряжения останавливаются. Чтобы предупредить остановку или резкое торможение электродвигателей, нужно обеспечить быстрое (с t <0,5 сек) отключение тех коротких замыканий, при которых напряжение у потребителей снижается до 60—70% от нормального. При больших остаточных напряжениях (больше 70%) по условию работы асинхронных электродвигателей (и других потребителей) можно допускать отключение коротких замыканий с выдержкой времени порядка 1—2 сек.

В каждом конкретном случае необходимо определять остаточное напряжение на сборных шинах (при коротких замыканиях) и, исходя из этого, устанавливать требования ко времени действия защиты.

Допустимое время отключения короткого замыкания по условиям устойчивости работы генераторов также зависит от величины остаточного напряжения на шинах электростанций и определяется специальными расчетами.

Наиболее тяжелыми с точки зрения сохранения устойчивости генераторов и бесперебойности работы потребителей являются трехфазное короткое замыкание, при котором напряжение между всеми тремя фазами может снижаться до нуля. Однофазное короткое замыкание является наиболее легким видом повреждения, поскольку при их возникновении, даже непосредственно у шин станции, ни одно из трех линейных напряжений не падает ниже 58% нормального. Поэтому допустимое время отключения однофазного короткого замыкания как по условиям работы потребителей, так и по условиям устойчивости всегда оказывается значительно большим, чем в случае трехфазного короткого замыкания.

В некоторых случаях требование быстроты действия противоречит требованию селективности. При отсутствии возможности одновременного удовлетворения обоих требований допускается выполнение только одного из них, руководствуясь соображениями наименьшего ущерба для потребителей. В большинстве случаев, особенно когда требование быстродействия диктуется соображениями сохранения устойчивости генераторов системы, отдается предпочтение требованию быстродействия, используя при этом возможность при помощи АПВ исправить неселективную работу защиты, включив обратно неселективно отключившуюся линию.

Время отключения повреждения складывается из времени работы защиты t_з и времени действия выключателя t_в, разрывающего ток короткого замыкания. Наиболее распространенные выключатели действуют со временем 0,15—0,1 сек. Создание быстродействующих защит является важной и трудной задачей техники релейной защиты.

Современные быстродействующие защиты могут действовать со временем 0,02—0,04 сек. Требование ко времени действия защиты от ненормальных режимов зависит от их последствий. Часто ненормальные режимы носят кратковременный характер и ликвидируются сами, не угрожая повреждением оборудованию, как, например, кратковременная перегрузка током, вызванная пуском асинхронного двигателя. В подобных случаях быстрое отключение не является необходимым и может лишь причинить ущерб потребителям. Поэтому отключение оборудования при ненормальном режиме должно производиться только тогда, когда наступает действительная опасность для защищаемого оборудования.

3. Чувствительность Для того чтобы защита действовала при повреждениях, т. е. реагировала на те отклонения от нормального режима, которые возникают в результате повреждения (увеличение тока, уменьшение напряжения при коротком замыкании и т. п.), она должна обладать определенной чувствительностью. Для определения необходимой чувствительности защиты надо прежде всего установить зону, в пределах которой она должна действовать. Каждая защита (например, на рис. 2) должна отключать повреждения на том участке (АБ), для защиты которого она установлена (первый участок защиты I). Кроме того, защита каждого участка должна действовать при коротких замыканиях на следующем, втором, участке (БВ), защищаемом другой защитой (II). Действие защиты на втором участке необходимо для отключения коротких замыканий в том случае, если защита II или выключатель участка БВ не сработают из-за какой-либо неисправности. Резервирование следующего второго участка является важным требованием. Если оно не будет выполняться, то при коротком замыкании на втором участке БВ и отказе его защиты или выключателя повреждение останется не отключенным, что приведет к нарушению работы потребителей всей сети.

Рис. 2. Зоны действия защиты.

Действие защиты I при коротком замыкании на третьем участке не требуется, так как при отказе защиты третьего участка или его выключателя должна подействовать зашита II второго участка. Одновременный отказ защиты на двух участках (третьем и втором) мало вероятен, и поэтому с таким случаем не считаются. Исходя из сказанного, чувствительность защиты должна быть достаточной для действия при повреждении в конце второго участка.

Некоторые типы защит по принципу своего действия не работают за пределами первого участка. Чувствительность таких защит должна обеспечить их надежную работу в конце первого участка. Для обеспечения резервирования второго участка в этом случае устанавливается дополнительная защита.

Каждая защита должна действовать не только при металлическом коротком замыкании, но и при замыканиях через переходное сопротивление, обусловливаемое электрической дугой. Переходное сопротивление в месте …