Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. В.А. АНДРЕЕВ

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие

Введение

§ В.1. Основные элементы, общность и различие систем электроснабжения

§ В.2. Организация управления системой электроснабжения

§ В.З. Назначение релейной защиты и автоматики систем электроснабжения

§ В.4. Электрические сигналы, преобразуемые устройствами релейной защиты и автоматики

§ В.5. Элементы, функциональные части и органы устройств релейной защиты и автоматика систем электроснабжения

§ В.6. Функции релейной защиты и автоматики и основные требования, предъявляемые к этим устройствам

§ В.7. Основные принципы действия релейной защиты и автоматики

РАЗДЕЛ 1. ЭЛЕМЕНТЫ УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ

Глава 1. Пассивные линейные измерительные преобразователи синусоидальных напряжений и токов

§ 1.1. Первичные измерительные преобразователи тока

§ 1.2. Первичные измерительные преобразователи напряжения

§ 1.3. Реакторы и трансреакторы

§ 1.4. Магнитные усилители

§ 1.5. Насыщающиеся трансформаторы тока

§ 1.6. Фазоповоротные и частотно-зависимые схемы

§ 1.7. Фильтры симметричных составляющих тока и напряжения

§ 1.8. Преобразователи синусоидальных токов и напряжений в постоянные (выпрямленные) токи и напряжения и их применение

Глава 2. Электромеханические элементы

§ 2.1. Общие сведения об электромеханических системах

§ 2.2. Принцип действия и выполнение электромагнитных реле

§ 2.3. Электромагнитные измерительные реле

§ 2.4. Электромагнитные логические реле

§ 2.5. Принцип действия и выполнение индукционных реле.

§ 2.6. Индукционные измерительные реле

§ 2.7. Электромеханические реле с постоянным магнитом

Глава 3. Полупроводниковая и микропроцессорная элементная база

§ 3.1. Некоторые сведения о полупроводниковой и микропроцессорной элементной базе.

§ 3.2. Полупроводниковые диоды и транзисторы

§ 3.3. Аналоговые активные измерительные преобразователи синусоидальных напряжений и токов

§ 3.4. Цифровые интегральные микросхемы — элементы микроЭВМ и логической части устройств релейной защиты и автоматики

§ 3.5. Микропроцессорная элементная база

§ 3.6. Схемы сравнения сигналов

§ 3.7. Измерительные реле на основе полупроводниковой неинтегральной элементной базы с одной воздействующей электрической величиной

§ 3.8. Измерительные реле на основе полупроводниковой неинтегральной элементной базы с двумя воздействующими электрическими величинами

§ 3.9. Измерительные реле на основе аналоговых интегральных микросхем с одной воздействующей электрической величиной

§ 3.10.. Измерительные реле на основе аналоговых интегральных микросхем с двумя воздействующими электрическими величинами

§ 3.11. Цифровые органы защиты на основе микропроцессорной элементной базы

Глава 4. Электротепловые элементы

§4.1. Характеристики плавких предохранителей, электротепловых и температурных реле

§ 4.2. Конструкции плавких предохранителей, электротепловых и температурных реле

§ 4.3. Управляемые предохранители

§ 4.4. Жидкометаллические самовосстанавливающиеся предохранители

РАЗДЕЛ 2. ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Глава 5. Токовые защиты

§5.1. Основные органы токовых защит

§ 5.2. Схемы соединения измерительных преобразователей тока и цепей тока вторичных измерительных органов

§ 5.3. Выбор трансформаторов тока и определение их допустимой нагрузки в схемах релейной защиты

§ 5.4. Первая ступень токовой защиты от междуфазных коротких замыканий — токовая отсечка без выдержки времени

§ 5.5. Вторая ступень токовой защиты от междуфазных коротких замыканий — токовая отсечка с выдержкой времени

§ 5.6. Третья ступень токовой защиты от междуфазных коротких замыканий — максимальная токовая защита

§ 5.7. Токовая защита с измерительными органами тока и напряжения

§ 5.8. Токовая защита с выдержкой времени, зависимой от третьей гармонической тока

§ 5.9. Токовые защиты, реагирующие на скорость нарастания или абсолютное приращение тока

§5.10. Токовые защиты нулевой последовательности сетей с глухо-заземленными нейтралями

§5.11. Совместное действие токовой защиты и устройств автоматического повторного включения и автоматического включения резерва

§ 5.12. Общая оценка токовых защит и некоторые схемы их выполнения

Глава 6. Токовые направленные защиты

§ 6.1. Принцип действия, основные органы и выбор параметров токовой направленной защиты и токовой направленной защиты нулевой последовательности

§ 6.2. Схемы включения реле направления мощности

§ 6.3. Общая оценка токовых направленных защит и некоторые схемы их выполнения

Глава 7. Защиты от замыканий на землю в сетях с изолированными и компенсированными нейтралями

§ 7.1. О режиме заземления нейтрали в сетях напряжением 6—35 кВ

§ 7.2. Установившийся режим и переходный процесс при однофазных замыканиях на землю в сетях с изолированными и компенсированными нейтралями

§ 7.3. Зашиты от замыкания на землю, реагирующие на токи и напряжения нулевой последовательности установившегося режима

§ 7.4. Защиты, основанные на контроле амплитуды тока и начального знака мгновенной мощности нулевой последовательности переходного процесса

§ 7.5. Оценка защит от однофазных замыканий на землю и пути их совершенствования

§ 7.6. Защита трансформаторов напряжения контроля изоляции в сетях с изолированной нейтралью

§ 7.7. Устройства контроля изоляции в сетях с изолированными нейтралями без использования трансформаторов напряжения

Глава 8. Дистанционные защиты

§ 8.1. Назначение, принцип действия и основные органы защиты

§ 8.2. Выбор входных воздействующих величин дистанционных органов

§ 8.3. Схемы дистанционных защит

§ 8.4. Выбор параметров срабатывания дистанционной защиты

Глава 9. Дифференциальные токовые защиты

§9.1. Назначение и виды дифференциальных защит

§ 9.2. Принцип действия продольной дифференциальной токовой защиты

§ 9.3. Ток небаланса и ток срабатывания дифференциальной защиты с циркулирующими токами

§ 9.4. Способы повышения чувствительности дифференциальной защиты

§ 9.5. Продольная дифференциальная защита линий и ее особенности

§ 9.6. Поперечная дифференциальная токовая защита

§ 9.7. Поперечная дифференциальная токовая направленная защита

§ 9.8. Пусковые органы поперечной дифференциальной токовой направленной защиты и выбор их параметров срабатывания

§ 9.9. Выполнение и область использования поперечных дифференциальных токовых направленных защит

§ 9.10. Балансная защита

Глава 10. Устройства автоматики электрических сетей

§ 10.1. Назначение устройств автоматического повторного включения, требования к ним и расчет их параметров.

§ 10.2. Схемы устройств автоматического повторного включения линий с односторонним питанием

§ 10.3. Особенности устройств автоматического повторного включения линий с двусторонним питанием

§ 10.4. Устройства трехфазного автоматического повторного включения без контроля синхронизма линий с двусторонним питанием

§ 10.5. Устройства трехфазного автоматического повторного включения с контролем синхронизма линий с двусторонним питанием

§ 10.6. Назначение и требования к устройству АВР, принципы их выполнения и расчет параметров

§ 10.7. Схемы устройств автоматического включения резерва

§ 10.8. Пусковые органы УАВР и возможность их применения в электрических сетях с синхронными элеюродвигателями

§ 10.9. Требования, принципы выполнения и выбор параметров устройств автоматической частотной разгрузки

§ 10.10. Схемы устройств автоматической частотной разгрузки и частотного автоматического повторного включения

§ 10.11. Устройства автоматики деления.

§ 10.12. Согласование действия устройств АВР, АПВ, АЧР и АД

§ 10.13. Автоматическое регулирование напряжения и реактивной мощности в системах электроснабжения

Глава 11. Зашита и автоматика электрических сетей напряжением до 1 кВ

§ 11.1.. Виды повреждений, назначение и выполнение защиты сетей напряжением до 1 кВ

§ 11.2. Защита плавкими предохранителями

§ 11.3. Чувствительность и селективность плавких предохранителей

§ 11.4. Автоматические воздушные выключатели и их устройства защиты (расцепители)

§ 11.5. Выбор параметров расцепителей автоматических выключателей

§ 11.6. Чувствительность и селективность расцепителей автоматических выключателей

§ 11.7. Защита от однофазных повреждений в четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью и пути ее совершенствования

§ 11.8. Устройства защитного отключения

§ 11.9. Комбинированное устройство защиты и управляемого предохранителя

§ 11.10. Устройства автоматического включения резерва в сетях напряжением до 1 кВ

Глава 12. Микропроцессорные комплектные устройства релейной защиты, управления и автоматики

§ 12.1. Многофункциональный микропроцессорный блок БМРЗ-04 научно-технического центра «Механотроника»

§ 12.2. Микропроцессорные комплектные устройства защиты и автоматики серии SРАС 800 (терминалы)

§ 12.3. Выбор параметров срабатывания цифровых токовых защит терминала SРАС 801.01 и блока БМРЗ-04

§ 12.4. Комплектное микропроцессорное устройство быстродействующего АВР

РАЗДЕЛ 3. ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА ЭЛЕМЕНТОВ СТАНЦИЙ, ПОДСТАНЦИЙ И ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Глава 13. Защита и автоматика синхронных генераторов

§ 13.1. Повреждения и ненормальные режимы работы синхронных генераторов, устройства защиты и автоматики

§ 13.2. Защита от многофазных коротких замыканий в обмотке статора генератора напряжением выше 1 кВ

§ 13.3. Защита от однофазных повреждений в обмотке статора генератора напряжением выше 1 кВ

§ 13.4. Устройства защиты генератора напряжением выше 1 кВ от ненормальных режимов работы

§ 13.5. Защита генератора напряжением выше 1 кВ от замыканий на землю в цепи возбуждения

§ 13.6. Защита генераторов напряжением до 1 кВ

§ 13.7. Способы и устройства синхронизации генераторов

§ 13.8. Системы возбуждения синхронных генераторов и назначение устройств автоматического регулирования возбуждения

§ 13.9. Устройства АРВ пропорционального действия синхронных генераторов с электромашинным возбудителем постоянного тока

§ 13.10. Особенности защиты и автоматики синхронных компенсаторов

§ 13.11. Микропоцессорная релейная защита и автоматика синхронных генераторов

Глава 14. Защита и автоматика трансформаторов

§ 14.1. Виды повреждений и ненормальных режимов работы трансформаторов

§ 14.2. Газовая защита

§ 14.3. Токовые и токовые направленные защиты трансформатора от коротких замыканий

§ 14.4. Дифференциальные токовые защиты трансформаторов и особенности их выполнения

§ 14.5. Схемы, выбор параметров и область использования дифференциальных защит трансформаторов

§ 14.6. Токовые защиты трансформатора от сверхтоков внешних коротких замыканий и перегрузок

§ 14.7. Защита трансформатора открытыми плавкими вставками и плавкими предохранителями

§ 14.8. Зашита трансформаторов управляемыми предохранителями

§ 14.9. Устройства противоаварийной автоматики трансформаторов

§ 14.10. Автоматические устройства управления режимами работы трансформаторов

§ 14.11. Микропроцессорное интегральное устройство релейной защиты трансформатора SPAD346C

Глава 15. Защита и автоматика подстанций без выключателей на стороне высшего напряжения и линий с ответвлениями

§ 15.1. Общие сведения

§ 15.2. Защита и автоматика подстанций без выключателей на стороне высшего напряжения

§ 15.3. Особенности релейной защиты и автоматики линий с ответвлениями

Глава16. Защита и автоматика электродвигателей

§ 16.1. Виды повреждений и ненормальных режимов работы электродвигателей и требования к их защитам

§ 16.2. Защита и автоматика асинхронных электродвигателей напряжением выше 1 кВ

§ 16.3. Защита и автоматика синхронных электродвигателей напряжением выше 1 кВ

§ 16.4. Система возбуждения синхронного электродвигателя

§ 16.5. Влияние синхронных элекетродвигателей на выбор параметров устройств релейной защиты и автоматики элементов системы электроснабжения

§ 16.6. Микропроцессорная релейная защита и автоматика электрических двигателей напряжением выше 1 кВ

§ 16.7. Защита и автоматика электродвигателей напряжением до 1 кВ

§ 16.8. Защита электродвигателей напряжением до 1 кВ с использованием жидкометаллических самовосстанавливающихся предохранителей

Глава 17. Защита и автоматика специальных электроустановок

§ 17.1. Специальные электроустановки систем электроснабжения

§ 17.2. Защита и автоматика конденсаторных установок

§ 17.3. Особенности защиты и автоматики трансформаторов электропечных установок

§ 17.4. Особенности защиты и автоматики полупроводниковых преобразовательных агрегатов

§ 17.5. Защита и автоматика шин

Предметный указатель

Список литературы.

ПРЕДИСЛОВИЕ к книге Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. В.А. АНДРЕЕВ

Одна из характерных особенностей современного научно-технического прогресса — необычайное ускорение темпов приращения и обновления знаний. Эту тенденцию можно проследить, например, на такой сравнительно молодой области знаний, как вычислительная техника. Резко сократился и такой важный показатель научно-технического прогресса, как срок внедрения научных идей в практику и производство. Сейчас компьютеризация охватила буквально все стороны жизни, а микропроцессорная элементная база стала основой современных устройств релейной защиты и автоматики электроэнергетических систем. Развитие человеческого общества, его культурный уровень непосредственно связаны с увеличением количества потребляемой энергии, изысканием и обоснованием новых, более эффективных ее видов. Нынешний научно-технический прогресс невозможен без использования качественно новых видов энергии, в первую очередь, электрической. Она широко применяется в промышленности, городском и сельском хозяйстве, на транспорте. Без нее невозможно развитие кибернетики, вычислительной техники и освоение космического пространства.

Из сказанного следует, что роль инженера-электроэнергетика, специалиста в области электроснабжения, в современном обществе чрезвычайно велика. Известно, что экономичность и надежность систем электроснабжения во многом обеспечивается средствами защиты и автоматики. Поэтому в учебном плане специальности «Электроснабжение» дисциплина «Релейная защита и автоматизация систем электроснабжения» занимает одно из ведущих мест.

Известны различные учебники и учебные пособия по релейной защите, автоматике и их элементам, авторы которых — известные ученые и педагоги в области релейной защиты A.M. Федосеев, В.Л. Фабрикант, Н.И. Овчаренко, В.А. Семенов, Н.В. Чернобровов, М.А. Беркович, Я.С Гельфанд, В.Г. Дорогунцев, Л.Б. Паперно, В.П. Глухов, Г.М. Павлов, В.К. Ванин, А.Д. Дроздов, А.С. Засыпкин, С.Л. Кужеков, М.А. Шабад.

Эти учебники и учебные пособия предназначены в основном для студентов, обучающихся по специальности «Релейная защита и автоматизация электроэнергических систем». Их содержание имеет ряд специфических особенностей, а объем не укладывается в бюджет времени студентов специальности «Электроснабжение». Вместе с тем в них не нашли достаточного отражения особенности простейших устройств защиты и автоматики, широко применяемых в системах электроснабжения: плавких предохранителей, магнитных пускателей с электротепловыми реле, автоматических выключателей с расцепителями, реле прямого действия, простейших устройств АПВ, АВР и АЧР, используемых в установках с выключателями, оборудованными грузовыми и пружинными приводами. Не уделено достаточного внимания защите и автоматике электрических сетей и электроприемников напряжением до 1 кВ. Большинство из названных устройств требуют дальнейшего совершенствования.

Вот почему важно иметь учебник, содержащий не только сведения о современных устройствах релейной защиты и автоматики систем электроснабжения, но и обосновывающий необходимость и пути совершенствования этих устройств. Учебник «Релейная защита и автоматика систем электроснабжения», третье издание которого было выпущено в свет издательством «Высшая школа» в 1991 г., отвечал, по нашему мнению, указанным требованиям. Его более чем десятилетнее использование многими кафедрами электроснабжения вузов России подтверждает это. Необходимость нового, четвертого, издания учебника вызвана прежде всего появлением в эксплуатации значительного числа новых устройств релейной защиты и автоматики на основе аналоговых и цифровых интегральных микросхем, микропроцессорной элементной базы и микро-ЭВМ.

Таким образом, наряду с аппаратными устройствами, широко применяемыми как прежде, так и сейчас, появились программные устройства защиты и автоматики. Это не отдельные реле и даже не отдельные защиты, а комплексные устройства, объединяющие в едином блоке всю защиту и автоматику того или иного элемента системы электроснабжения, например, электродвигателя. В связи с этим потребовалось коренным образом переработать и дополнить все разделы учебника. При этом неизменным остался принцип совместного рассмотрения релейной защиты и автоматики как единого комплекса применительно к конкретному элементу системы электроснабжения. Это особенно характерно для микропроцессорных устройств.

Учебник, как и третье его издание, содержит введение и три раздела: элементы устройств релейной защиты и автоматики; защита и автоматика линий электропередачи; защита и автоматика элементов станций, подстанций и потребителей электроэнергии.

Введение дополнено сведениями об электрических сигналах, преобразуемых измерительной и логической частью устройств, релейной защиты и автоматики.

В первом разделе коренным образом переработана и значительно дополнена третья глава — полупроводниковая и микропроцессорная элементная база. Включены сведения об аналоговых активных измерительных преобразователях синусоидальных напряжений и токов, в основе которых лежат аналоговые интегральные микросхемы — операционные усилители, рассмотрены цифровые интегральные микросхемы и другие элементы микропроцессорной элементной базы, а также цифровые органы защиты. В четвертую главу включены сведения об открытых плавких вставках, даны принципиальная схема реле тока защиты управляемого предохранителя 110 кВ и дополнены сведения о жидкометаллических предохранителях.

Второй раздел дополнен материалами о выборе измерительных трансформаторов тока, тока срабатывания первой ступени токовой защиты и о согласовании выдержек времени ее третьей ступени, рассмотрены принципиальные схемы токовой защиты с ускорением до АПВ и после АПВ.

Переработана и дополнена новыми сведениями седьмая глава — защиты от замыкания на землю в сетях с изолированными и компенсированными нейтралями. Расширены данные об устройствах автоматики: АПВ, АВР и АЧР. Дополнительно рассмотрены функциональные схемы микросхемного устройства реле автоматического повторного включения РПВ-01 и устройства автоматической частотной разгрузки АЧР, дан сравнительный анализ пусковых органов устройств автоматического включения резерва (УАВР) в электрических сетях с синхронными электродвигателями, а также рассмотрены вопросы автоматического регулирования напряжения и реактивной мощности в системах электроснабжения.

Второй раздел завершается новой главой, освещающей микропроцессорные комплектные устройства релейной защиты, управления и автоматики линий электропередачи напряжением 6—10 кВ.

Третий раздел также содержит новые сведения о микропроцессорных комплектных устройствах синхронных генераторов, трансформаторов, асинхронных и синхронных электродвигателей.

В учебнике нашли отражение новейшие достижения в области релейной защиты и автоматики систем электроснабжения, а также результаты исследования автора в этой области. Отмеченные особенности современного научно-технического прогресса создают целый ряд проблем в области высшего образования. Прежде всего следует отметить, что человек не может овладеть всем быстро нарастающим объемом знаний в той или иной области науки и техники. Поэтому в нынешних условиях следует стремиться прежде всего к тому, чтобы дать обучаемому основы науки, научить его самостоятельно пополнять свои знания и свободно ориентироваться в растущем потоке информации.

Предлагаемый учебник должен способствовать этому. Содержание учебника позволяет использовать его при подготовке специалистов по электроснабжению разного уровня: бакалавров, инженеров и магистров, а также для повышения квалификации эксплуатационного персонала.