ИЭ / 9 сем (станции+реле) / Литература / Шнеерсон
.PDF
УДК 621.316.925 ББК 31.27-05
Ш76
Шнеерсон Э.М.
Ш76 Цифровая релейная защита. -М.: Энергоатомиздат, 2007. 549 с.: ил.
ISBN 978-5-283-03256-6
Описаны и систематизированы основные элементы, связанные с пост
роением. ЦРЗ и особенностями ее применения. Рассматриваются основ
ные структуры ЦРЗ; алгоритмы и свойства цифровых измерительных ор |
||||||||||||||||||
ганов; построение основных функций ЦР3 (токовые, токовые направлен |
||||||||||||||||||
ные, |
д |
ифференци |
ал |
ьные, |
д |
ист |
аIОJ,И |
н |
д |
р |
.); |
осо |
б |
сти |
вып |
м |
не |
|
|
|
|
|
он ые и |
|
|
енно |
|
|
|||||||||
ния ЦРЗ отдельных объектов энергосистем (RЛ, трансформаторов, гене |
||||||||||||||||||
раторов, электродвигателей); вопросы ннтеграции ЦР3 |
в общую струк |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
туру управления энергосистемой, а таюке вопросы о |
еспечения эксплу |
|||||||||||||||||
атационной эффективности ЦРЗ, связанные с ее применением, проекти |
||||||||||||||||||
рованием и эксплуатацией. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Для инженерно-технического ванием и обслуживаиием, так и
персонала, связанного как с проектиро с разработкой устройств ЦРЗ.
ISBN 978-5-283-03256-6 |
© Автор, 2007 |
Предисловие
стигнута лишь при правильном использовании ее функций и грамотной эксплуатации, что обуславливает необходимость со ответствующей подготовки проектирующего и эксплуатацион ного персонала энергосистем.
Цель данной книги - систематизировать основные вопросы построения современных цифровых релейных защит, описать их основные функции и характеристики, а таюке рассмотреть во просы, затрагивающие их проектирование и эксплуатацию.
Практически невозможно в одной книге охватить многообра зие возможных реализаций функций цифровой релейной защи ты. С учетом этого, для иллюстрации рассматриваемых принци
пов в данной книге во многих случаях используются решения фирмы «Siemens», где в последнее время работал автор.
В книге уделено таюке внимание описанию «классичесЮ1Х» принципов релейной защиты (токовой, токовой направленной, дистанционной и др.), которые в полном объеме и с определен ными расширениями исполмуются и в ЦРЗ. Это позволило в не обходимых случаях иметь полноценное описание функций ци фровых устройств.
Автор признателен своей жене Тамаре за понимание и под держку при написании этой книги. С благодарностью будут при няты замечания и пожелания, которые следует направлять по адресу: 107031, Москва,)(, Рождественка, д. 5/7, ОАО издатель ство «Эиергоатомиздат»
Автор
5
Список сокращений
АПВ - автоматическое повторное вК11Ючение АЦП - аналого-цифровой преобразователь АЧХ - амплитудно-частотная хара1сrеристика Д3 - дисrанционная защита
ДО - дистанционный измерительный орган Е'П-1 - емкосrной трансформатор напряжения КЗ - короткое замыкание
МП - мюqюпроцессор
МТЗ - максимальная токовая защита
ПК - --11i---1----сr YFO 3B-YFO
ПО - пусковой орган РЗ - релейная защита
11i - измерительный трансформатор напряжения ТГ - измерительный трансформатор тока УРЗ - устройство релейной защиты
YFOB - устройство резервирования отказа вЫJСЛючателя ФМП - фиксация места повреждения хе - характеристика срабатывания
ЦИО - цифровой измерительный орган ЦРЗ - цифровая релейная защита ЦФ - цифровой фильтр ЭМС - электромагнитная совместимость ЭС - электроэнергетическая система
--
Принципы построения релейной защиты
1.1. Назначение релейной защиты
Производство, распределение и потребление электрической энергии обеспечивается совокупностью элементов - генерато ров, трансформаторов, воздушных линий электропередачи, ка белей, электрических двигателей, нагревательных приборов и т.д., называемых электроэнергетической системой (ЭС).
В процессе функционирования ЭС могуr возникать поврежде ния, чаще всего короткие замыкания (КЗ), сопровождаемые увели чением токов через отдельные элемешы ЭС. Без принятия специ альных мер эти режимы мoryr привести к повреждению элементов ЭС и нарушению электроснабжения. В соответсrвии с Международ ным стандартом «Защита энергетических систем» IEC 50 (448) [1] «защитой является совокупность устройств, предназначенных для обнаружения повреждений или других аномальных режимов в энергосистеме, отключения повреждения, прекращения аномаль ных режимов и подачи команд или сигналов». Одним из важней ших элементов защиты являются измерительные реле, которые ре агируют на значения контролируемых (измеряемых) параметров ЭС. Устройством защиты является устройство, состоящее в общем случае из совокупности отдельных измерительных реле и логичес ких элементов, предназначенных для выполнения предусмотрен ных функцийпри возниюювении повреждений в ЭС.
1.2. Структура РЗ и используемая информация
Релейную защиту можно рассматривать как упраВJIЯЮщую си стему, которая в общем случае получает информацию о токах, напряжениях и состоянии коммутационных элементов в отдель ных пунктах ЭС. В результате обработки этой информации РЗ вырабатывает управляющие сигналы для выключателей (коман ды отключения или включения), а также различные сообщения,
()
00
|
|
, , |
,,· |
|
|
|
|
1'',,,, |
|
|
|
-- |
|
|
- |
|
|||||
|
, |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
,...\ |
|
' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
,' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1У1 :_;( |
|
|
' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
и.., и., llc |
|
|
l i.., i" ic |
|
|
\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
' |
,,,, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
--':k· |
|
|
|
|
|
--- |
- |
------------- |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i_ |
1 |
|
|
|
|
В1 |
|||||
|
|
|
|
|
|
.........В1 |
|
|
|
|
|
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
,, |
|
|
|
|
...... -------------- |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S1 |
· |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А2 |
|
|
|
_______: . |
||||
|
|
|
|
|
|
|
,., |
:-..:-1: ::.._ |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
. |
|
|
' |
..., |
|
' |
' |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
'' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
''' |
\ |
|
|||
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, \ |
|
|
|
|
|
|
|
|
---- |
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
------ |
|
----------- |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
--- |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
1У2
А1
А2
S2
Pi
Рис. 1.1. Потоки информации, используемые в ЦРЗ
позволяющие фиксировать или анализировать процессы, проте кающие в ЭС, и функционирование самой РЗ.
Потоки информации, используемые в общем случае в ЦРЗ, по казаны на рис. 1.1, где Nl, N2, NЗ - части электрической сис темы; Ql, Q2 - силовые выключатели; TAl, ТА2 - высоковольт ные измерительные трансформаторы тока; 1Vl, 1V2 - высоко вольтные измерительные трансформаторы напряжения; S1,
- устройства релейной защиты.
которую получает ЦРЗ, может в общем случае содержать следующие составляющие:
• аналоговые сигналы, характеризующие контролируемые ве- личины ЭС. К ним, в частности, могут относиться:
токи 8, ic, напряжения 8, и зависящие от них вели чины в месте установки защиты и, в общем случае, в других местах ЭС, например, на другом конце линии; непрерывные (аналоговые) величины, пропорциональные температуре объекта или окружающей среды, давлению и т.п.;
•А1 - входная дискретная (бинарная) информация (0/1), в
том числе сигналы от коммутационных аппаратов, других уст ройств РЗ и от обслуживающего персонала;
•А2 - цифровая информация от других устройств РЗ, харак
теризующаякак текущие значения переменного тока, так и ло гические сигналы, получаемые посредством цифровых комму никационных интерфейсов;
•Р1 - управление уставками и параметрами ЦРЗ, осуществ
ляемое обслуживающим персоналом или системами управления
через коммуникационный интерфейс.
ЦРЗ может быть представлена следую
щим образом:
•В1 - выходмая дискретная информация (логические сиrна
лъ1 к другим защитам и на отключение выключателей);
•2 - цифровая информация к другим устройствам (харак
теризующая в общем случае как текущие значения переменно
го тока, так и логические сигналы), получаемая посредством ци фровых коммуникационных интерфейсов;
• Р2 - сообщения различных видов, в том числе логические
выходные сигналы и цифровые данные:
визуальное наблюдение, запись измеряемых защитой анало говых величин (токов, напряжений, мощности и т.п.) в нор мальном и аварийном режимах;
i2l
!!+
|
|
|
|
+ |
.з+I+lltЪ+Ъ Ъ Ъ |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
lt |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Ъ+l.з+I |
|
|
|
|
|
|
iз |
|
|
|
I2+Iз+J4 |
.з+I |
-i2 |
|
|||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
I2+!з+I4 |
|
|
|
- |
2 |
|||
|
|
|
|
|
-i2 |
|
||||
|
|
!!! |
|
|
|
|
|
sз |
||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
+!+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ii+l2 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
!з +{4 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
!!!
----il1+l2 !з+l4
Рис. 1.2. Принцип функционирования цифровой дифференциальной защиты линий фирмы «Siemens»
фиксация текущего состояния защиты, параметров и уставок, в том числе готовности защиты к действию; запись и передача сообщений (протоколов) в аварийных ре
жимах.
В качестве примера ЦРЗ с использованием обмена цифровой информацией о контролируемых аналоговых величинах на рис. 1.2 показан принцип функционирования цифровой дифферен циальной защиты линий фирмы «Siemens» [9].
К защитам .,,.,(1 установленным по концам защищаемой ,)( нии, подводятся соответственно четыре трехфазных тока l1, I2,
,, ,, Принцип действия дифференциальной защиты основан на том, что при К3 вне защищаемой линии геометрическая сумма
токов Ц = l(, + l), + lз + 4 равна нулю, а при К3 внутри защи
щаемой зоны Ц,_существенно больше нуля. С учетом этого каж дая защита .,)..1 должна контролировать значение Ц. Это
10