Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита, 2007

Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита, 2007
Цифровая релейная защита
Автор: Шнеерсон Э.М.
Издательство: М.: Энергоатомиздат, 2007






Описаны и систематизированы основные элементы, связанные с построением ЦРЗ и особенностями ее применения. Рассматриваются основные структуры цифровой релейной защиты; алгоритмы и свойства цифровых измерительных органов; построение основных функций цифровых устройств релейной защиты (токовые, токовые направленные, дифференциальные, дистанционные и др.); особенности выполнения цифровых устройств РЗ отдельных объектов энергосистем (ВЛ, трансформаторов, генераторов, электродвигателей); вопросы интеграции ЦРЗ в общую структуру управления энергосистемой, а также вопросы обеспечения эксплуатационной эффективности ЦРЗ, связанные с ее применением, проектированием и эксплуатацией. Для инженерно-технического персонала, связанного как с проектированием и обслуживанием, так и с разработкой устройств ЦРЗ.
В релейной защите в последнее десятилетие произошли качественные изменения, вызванные широким использованием цифровой (микропроцессорной) техники. Указанное обусловлено, в первую очередь, существенными преимуществами релейной защиты на микропроцессорной основе по сравнению с электромеханической и электронной релейной защитой. Эти преимущества заключаются, прежде всего, в следующем: * повышении аппаратной надежности, уменьшении массы и габаритов устройств, благодаря существенному уменьшению числа используемых блоков и соединений (одно микропроцессорное устройство выполняет обычно различные защитные функции, для реализации которых ранее требовалось несколько устройств); существенном повышении удобства обслуживания и возможности сокращения обслуживающего персонала; * расширении и улучшении качества защитных функций(чувствительности, селективности, статической и динамической устойчивости функционирования); * возможности непосредственной регистрации процессов и событий и анализа возникших в энергосистеме повреждений; + принципиально новых возможностях управления защитой и передачи от нее информации на географически удаленные уровни управления; + технологичности производства. Принципы построения и алгоритмы, используемые в цифровой релейной защите (ЦРЗ), во многом отличаются от применяемых в электромеханических и электронных релейных защитах, ввиду существенно различающихся технической основы и способов обработки информации. Новые возможности цифровой обработки сигналов и обмена информацией, позволяют реализовать целый ряд защитных функций, которые невозможно было осуществить ранее. Все это делает возможным повышение эффективности релейной защиты при применении цифровых устройств, благодаря более полному учету повреждений в энергосистеме, большей долговечности и меньшим затратам на обслуживание, прежде всего периодическое, вследствие возможности увеличения сроков между проверками и отсутствия необходимости ревизии каких-либо механических элементов. Однако указанное повышение эффективности может быть достигнуто лишь при правильном понимании и применении функций цифровой релейной защиты, и в первую очередь функций сложных защит. Это обусловлено тем, что ЦРЗ обладает рядом существенных особенностей по сравнению с предыдущими поколениями устройств релейной защиты. Указанное относится, прежде всего, к самой структуре построения цифровой релейной защиты, где не существует физических блоков, соответствующих отдельным защитным функциям. Это определяет необходимость изменения подхода и к проверке цифровой релейной защиты: подведением определенных комбинаций входных величин следует убедиться не только в действии проверяемых функций, но и в недействии других функций.
Другим моментом является существенное увеличение в цифровых защитах числа параметров, установка которых производится пользователем, и наличие в сложных защитах большого числа сообщений различного вида. Это в определенной степени усложняет обслуживание и требует наличия квалифицированного персонала. Как показывает статистика, общий процент неправильных действий цифровой релейной защиты особенно сложных устройств в начальный период эксплуатации не снижается по сравнению с электромеханическими и статическими устройствами защитами, а в некоторых случаях даже возрастает. Это определяется не отказами аппаратуры, а, в первую очередь, ошибками при проектировании и обслуживании, связанными с неправильным использованием отдельных функций защит, ошибками при выборе и установке их параметров и уставок. Эффективным средством снижения ошибок является использование программ расчета уставок и автоматизированных средств проверки. Важным также является обеспечение допустимой электромагнитной обстановки на объекте для снижения влияния помех и исключения возможности повреждения цифровой релейной защиты. Таким образом, реальная эксплуатационная эффективность цифровой релейной защиты, может быть достигнута лишь при правильном использовании ее функций и грамотной эксплуатации, что обуславливает необходимость соответствующей подготовки проектирующего и эксплуатационного персонала энергосистем. Цель данной книги - систематизировать основные вопросы построения современных цифровых релейных защит, описать их основные функции и характеристики, а также рассмотреть вопросы, затрагивающие их проектирование и эксплуатацию. Практически невозможно в одной книге охватить многообразие возможных реализаций функций цифровой релейной защиты. С учетом этого, для иллюстрации рассматриваемых принципов в данной книге во многих случаях используются решения фирмы «Siemens», где в последнее время работал автор.
В книге уделено также внимание описанию «классических» принципов релейной защиты (токовой, токовой направленной, дистанционной и др.), которые в полном объеме и с определенными расширениями используются и в цифровой релейной защите. Это позволило в необходимых случаях иметь полноценное описание функций цифровых устройств.

Содержание

Предисловие
Список сокращений
Глава 1. Принципы построения релейной защиты
1.1. Назначение релейной защиты
1.2. Структура релейной защиты и используемая информация
1.3. Виды повреждений
1.4. Основные требования к защитным функциям
1.4.1. Чувствительность                
1.4.2. Селективность
1.5. Релейная защита с относительной селективностью
1.6. Релейная защита с абсолютной селективностью
1.7. Измеряемые величины и критерии измерения, используемые в релейной защите
1.7.1. Критерии, зависящие от одной величины (ток или напряжение)
1.8. Классификация защитных функций
1.9. Основные требования, предъявляемые к устройствам релейной защиты
1.9.1. Общие требования
1.9.2. Статическая устойчивость функционирования
1.9.3. Динамическая устойчивость функционирования
1.9.4. Устойчивость к влиянию внешней среды
1.9.5. Надежность
1.10. Основные элементы цифровой релейной защиты
Глава 2. Измерительные органы цифровой релейной зашиты
2.1. Общие положения
2.1.1. Структура цифровых измерительных органов
2.1.2. Предварительная обработка аналоговых сигналов
2.1.3. Векторное отображение дискретизированных синусоидальных сигналов
2.2. Алгоритмы цифрового преобразования сигналов релейной защиты
2.2.1. Общие сведения
2.2.2. Вычисление средних и действующих значений сигналов
2.2.3. Вычисление векторов на основе мгновенных значений величин и их производных
2.2.4. Алгоритм двух выборок
2.2.5. Алгоритмы на основе дифференциального уравнения линии
2.2.6. Алгоритмы цифровых измерительных органов на основе выделения составляющих ортогональных функций
2.3. Измерительные органы одной электрической величины
2.4. Цифровые измерительные органы направления мощности
2.4.1. Характеристики срабатывания
2.4.2. ЦИО с использованием ортогональных составляющих векторов
2.4.3. Непосредственное использование выборок мгновенных значений величин
2.4.4. Выбор измеряемых величин в ЦИО направления мощности ЦИО направления мощности симметричных составляющих
2.5. Цифровые дистанционные органы
2.5.1. Входные величины и характеристики срабатывания дистанционных органов
2.5.2. Пофазные и трехфазные дистанционные органы
2.5.3. Цифровые ДО на основе сравнения абсолютных значений электрических величин
2.5.4. Дистанционные органы на основе сравнения фаз двух электрических величин
2.5.5. Цифровые ДО с полигональными и комбинированными характеристиками на основе сравнения электрических величин
2.5.5. Цифровые ДО на основе непосредственного вычисления
2.7. Трехфазные дистанционные органы
Глава 3. Характеристики и динамические свойства цифровой релейной защиты
3.1. Уравнения и характеристики цифровых фильтров
3.2. Частотные характеристики и передаточные функции ЦФ
3.3. Частотные характеристики алгоритмов цифрового измерения синусоидальных величин
3.4. Частотные характеристики алгоритма Фурье
3.5. Динамические характеристики ЦИО
3.5.1. Факторы, обусловливающие динамические свойства ЦИО
3.5.2. Собственные динамические характеристики ЦИО
3.6. Быстродействующее вычисление векторов на основе фильтров с изменяемыми коэффициентами
3.6.1. Постановка вопроса
3.6.2. Общий случай фильтра ортогональных составляющих с числом коэффициентов М 3.6.3. Расчет коэффициентов фильтра ортогональных составляющих в общем случае М 3.6.4. Быстродействующие фильтры Фурье ортогональных составляющих
3.7. Алгоритмы, использующие критерии идентификации сигналов
3.7.1. Общие понятия
3.7.2. Особенности использования алгоритмов идентификации в релейной защите
3.8. Влияние режима электрической системы на динамические свойства релейной защиты
3.8.1. Установившиеся и свободные составляющие в формируемых величинах
3.8.2. Критерий интенсивности сигнала помехи
3.8.3. Области опасных режимов ЭС по критерию интенсивности сигнала помехи
Глава 4. Токовые и токовые направленные цифровые защиты
4.1. Формирование токов и напряжений, измеряемых релейной защитой
4.1.1. Подключение РЗ к измерительным трансформаторам тока и напряжения
4.1.2. Статические погрешности трансформаторов тока и трансформаторов напряжения
4.1.3. Особенности функционирования трансформаторов тока в динамических режимах и режимах насыщения
4.1.4. Емкостные трансформаторы напряжения
4.2. Максимальная токовая защита
4.2.1. Основные функции
4.2.2. Построение ступени максимальной токовой защиты с независимой выдержкой времени
4.2.3. Блокирование МТЗ при броске намагничивающего тока силового трансформатора
4.2.4. МТЗ с независимой выдержкой времени и регулируемым временем возврата
4.2.5. МТЗ с зависимой от тока выдержкой времени (МТЗЗ)
4.2.6. Использование пусковых и блокирующих сигналов в МТЗ
4.3. Токовые защиты на основе измерения симметричных составляющих
4.3.1. Общие положения
4.3.2. Токовая защита обратной последовательности
4.3.3. Токовая защита нулевой последовательности
4.4. Токовые защиты от однофазных замыканий на зев сетях
с малым током замыкания на землю
4.5. Защиты на основе контроля напряжения сети
4.6. Направленные токовые защиты
4.6.1. Общие положения
4.6.2. Структура токовой направленной защиты
4.6.3. Чувствительная направленная токовая защита нулевой последовательности сетей с изолированной нейтралью
4.6.4. Использование двустороннего измерения направления мощности
Глава 5. Защита от тепловой перегрузки
5.1. Общие положения
5.2. Тепловая модель измерения температуры
5.3. Элементы реализации цифровой тепловой защиты
5.4. Токовая защита и контроль числа включений электродвигателя
Глава 6. Цифровые дифференциальные защиты
6.1. Дифференциальные защиты на основе непосредственного сравнения токов
6.2. Дифференциальные защиты с использованием торможения сравниваемыми токами
6.2.1. Принцип выполнения
6.2.2. Основные функциональные блоки дифференциальной защиты
6.2.3. Чувствительность и селективность дифференциальных защит с непосредственным сравнением токов
6.3. Дифференциальные защиты с торможением от расчетной погрешности
6.4. Особенности выполнения цифровых дифференциальных защит трансформаторов
6.5. Продольные дифференциальные защиты воздушных линий
6.5.1. Защиты линий с непосредственным сравнением токов
6.5.2. Дифференциальные защиты на основе обмена цифровыми сигналами
6.5.3. Дифференциально-фазные защиты линий на основе обмена цифровыми сигналами
6.6. Цифровые дифференциальные защиты сборных шин
6.6.1. Измерительная часть
6.6.2. Структура цифровой дифференциальной защиты сборных шин
6.7. Требования к измерительным трансформаторам тока
Глава 7. Дистанционные защиты
7.1. Дистанционный принцип в защите линий электропередачи
7.2. Сопротивления на входах дистанционной защите при металлических повреждениях
7.3. Сопротивления на входах ДЗ при переходном сопротивлении в месте КЗ
7.3.1. Междуфазные КЗ
7.3.2. Однофазные короткие замыкания
7.3.3. Влияние сопротивления электрической дуги и переходного сопротивления опоры на дистанционное измерение
7.3.4. Корректировка Z-измерений при двустороннем питании
7.3.5. Снижение погрешности при использовании модифицированной граничной линии реактивного сопротивления
7.4. Траектории Z при коротком замыкании через переходное сопротивление (общий случай)
7.5. Замер дистанционных защит при повреждениях на параллельных линиях
7.6. Сопротивление на входах дистанционной защиты при повреждениях в зонах резервирования
7.7. Сопротивления на входах ДЗ в режимах без коротких замыканий
7.7.1. Режим нагрузки
7.7.2. Режимы качаний и асинхронного хода
7.8. Характеристики срабатывания дистанционных органов и определяющие их факторы
7.9. Характеристики срабатывания ДО при различных видах повреждений в трехфазных сетях
7.9.1. Основные и неосновные повреждения
7.9.2. Измерение петли фаза-земля при двухфазных КЗ на землю
7.9.3. Анализ характеристик ДО в плоскостях неосновных повреждений
7.10. Характеристики срабатывания направленных ДО с поляризующими цепями
7.10.1. Общие соотношения
7.10.2. Динамические характеристики отдельных вариантов ДО с поляризующими цепями
7.10.3. Выявление предельных нагрузочных режимов ЭС для ДО с поляризующими цепями
7.11. Выбор поврежденных фаз в дистанционных защитах
7.11.1. Область использования
7.11.2. Критерии выбора поврежденной фазы на основе Z-измерений
7.11.3. Выбор поврежденных фаз при замыканиях на землю с использованием угловых соотношений между симметричными составляющими токов
7.11.4. Совместное использование различных критериев фиксации поврежденных фаз
7.12. Обеспечение правильного функционирования дистанционных защит в условиях качаний и асинхронного хода в ЭС
7.12.1. Основные принципы выполнения устройств блокирования
дистанционных защит при качаниях (УБК)
7.12.2. Элементы реализации УБК с пуском ДЗ при КЗ
7.12.3. Устройства блокирования при качаниях на основе контроля скорости изменения сопротивления
7.12.4. Граничные условия выявления качаний на основе критерия
7.12.5. Оценка быстродействия ДО и его влияние на параметры УБК
7.12.6. Реализация цифрового УБК на основе принципа
Глава 8. Функциональные элементы цифровой защиты и автоматики воздушных линий
8.1. Структура программного обеспечения цифровых УРЗ
8.2. Защита абсолютной селективности на основе обмена сигналами
8.2.1. Общие соображения
8.2.2. Защиты на основе контроля приема отключающих сигналов
8.2.3. Защиты на основе обмена разрешающими сигналами
8.2.4. Обеспечение правильного функционирования защит с разрешающим сигналом при «слабом» питании и коммутациях в энергосистеме
8.2.5. Защиты на основе обмена блокирующими сигналами
8.2.6. Токовые направленные защиты абсолютной селективности
8.3. Автоматическое повторное включение
8.4. Контроль синхронизма при включении воздушной линии
8.5. Устройства резервирования отказа выключателя
Глава 9. Элементы цифровой защиты электрических машин
9.1. Защита статора от сверхтоков
9.1.1. Продольная дифференциальная защита при междуфазных коротких замыканиях
9.1.2. Дифференциальная защита от коротких замыканий на землю
9.1.3. Защита от витковых замыканий в обмотке статора
9.1.4. Токовые защиты статора
9.1.5. Дистанционная защита генераторов
9.2. Защита статора при замыканиях на землю
9.2.1. Защиты, использующие напряжения и токи нулевой последовательности
9.2.2. Защита на основе контроля третьей гармонической
составляющей напряжения обмотки статора
9.2.3. Защиты на основе использования наложенного напряжения
9.3. Защита ротора от замыкания на землю
9.4. Защита генератора от аномальных режимов
9.5. Особенности защиты электродвигателей
Глава 10. Вспомогательные функции цифровой релейной защиты
10.1. Фиксация места повреждения
10.2. Контроль исправности цифровых защит
10.2.1. Элементы контроля исправности аппаратных и программных средств
10.2.2. Контроль исправности внешних цепей переменного тока и напряжения
10.3. Группы параметров и программируемая выходная логика
10.4. Управление и обработка информации
10.4.1. Структура системы обмена информацией
10.4.2. Виды и каналы передачи информации в цифровых релейных защитах
Глава 11. Эксплуатационная эффективность устройств релейной защиты
11.1. Составляющие эксплуатационной эффективности
11.2. Факторы, определяющие выбор защитных функций и уставок устройств РЗ
11.3. Оценка показателей чувствительности и селективности устройств релейной защиты
11.3.1. Параметры безусловного срабатывания и безусловного несрабатывания УРЗ
11.3.2. Единичные показатели чувствительности и селективности
11.4. Оценка чувствительности и селективности резервных защит
11.5. Возможности автоматического контроля уставок релейной защиты в энергосистемах
11.6. Особенности проверки функций цифровых устройств релейной защиты
11.7. Современные средства и методы проверки устройств релейной защиты
11.7.1. Ручные и компьютерно-управляемые средства проверки
11.7.2. Программное обеспечение ПК-управляемых средств проверки
11.8. Электромагнитная совместимость цифровых РЗ
11.9. Обеспечение эксплуатационной эффективности релейной защиты
Приложение 1. Отображение области, ограниченной двумя лучами, дробно-линейным преобразованием
Приложение 2. Отображение области, ограниченной окружностью с центром в начале координат, дробно-линейным преобразованием
Список литературы

Файл
Детали
  • Просмотров
  • 378
  • Загрузок
  • 100
  • Версия файла
  • DjVu+OCR
  • Размер файла
  • 10.87 Mb
Рейтинг

В этом разделе

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи

Для продолжения необходимо авторизоваться

Забыли пароль?

Регистрация