Что такое ближнее резервирование
Что такое ближнее резервирование
Назначение и и принцип выполнения ближнего и дальнего резервирования защит
Любой элемент электрической сети, в том числе устройства релейной защиты в некоторых обстоятельствах может отказать в срабатывании. Для того, чтобы отказ защиты не привел к тяжелым последствиям, применяется ближнее и дальнее резервирование защит.
Защиты наиболее ответственных элементов электрической сети делятся на основные и резервные. К основным защитам относятся защиты, которые отключают поврежденный элемент с минимальной выдержкой времени. Как правило, основные защиты – это защиты с абсолютной селективностью.
Ближнее резервирование применяется на ответственных элементах электрической сети, несвоевременное отключение которых может вызвать тяжелые последствия (существенные повреждения дорогостоящего оборудования, нарушение устойчивости энергосистемы, потеря питания ответственных потребителей). Выполняется путем установки на защищаемом элементе дополнительных устройств релейной защиты, выполняемых, как правило, на принципах, отличающихся от основной защиты. Защита, действующая с минимальной выдержкой времени при всех повреждениях на защищаемом элементе, называется основной, вторая защита, которая может работать с большей выдержкой времени, – резервной. Так, например, на трансформаторах большой мощности (раздел «Устройства РЗА трансформаторов») в качестве основных защит применяются газовая и дифференциальная защиты. В качестве резервных применяются максимальная токовая, защита обратной последовательности или дистанционная защита, защита нулевой последовательности. На линиях электропередачи напряжением 110 кВ и выше в качестве основной применяется дифференциально-фазная или продольная дифференциальная защита (раздел «Высокочастотные защиты линий электропередачи»), в качестве резервных – дистанционная и токовая направленная защита нулевой последовательности (раздел «Комплектные ступенчатые защиты линий электропередачи»).
Дальнее резервирование – наиболее распространенное средство резервирования защит в сети низкого, среднего и высокого напряжения. Выполняется с использованием защит предшествующих элементов.
Пример выполнения дальнего резервирования с применением максимальной токовой защиты (МТЗ) и токовой отсечки (ТО) приведен на рисунке:
Конечная нагрузка Н питается от линии Л4. На линии Л4, отходящей от подстанции П4, установлены две защиты: токовая отсечка (ТО-4) и максимальная токовая защита МТЗ-4. Токовая отсечка отстроена от тока самозапуска электродвигателей, защищает линию и нагрузку при повреждениях, связанных с большими токами. Максимальная токовая защита отстроена от потребляемого тока двигателя в установившемся режиме и защищает двигатель при ненормальных режимах или при начальных признаках повреждения.
На линии Л3, которая отходит от подстанции П3 и питает подстанцию П4, установлены также две защиты: токовая отсечка ТО-3 и максимальная токовая защита МТЗ-3. Токовая отсечка отстроена от максимального тока нагрузки, подключенной к подстанции П4, и тока КЗ на линии Л4, отключает линию Л3 при КЗ на большей ее части. МТЗ-3 резервирует действие токовой отсечки (ближнее резервирование) и действие защит линий, отходящих от подстанции П4 при полном их отказе или отказе выключателей (дальнее резервирование).
На линии Л2 также имеются токовая отсечка и МТЗ. 1 ступень (МТЗ1-2) защищает линию Л2, шины подстанции П3 и часть линии Л3. 2 ступень (МТЗ2-2) защищает всю линию Л3, шины подстанции П4 и часть линии Л4. Аналогично выполняются защиты линии Л1 на подстанции П1.
Пример с максимальной токовой защитой и токовой отсечкой рассмотрен для линий напряжением до 35 кВ. На линиях более высокого напряжения используются, как правило, дистанционная защита от междуфазных КЗ и защита от замыканий на землю. Принцип дальнего резервирования при их применении остается таким же.
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Ближнее резервирование
Ближнее резервирование защит и УРОВ образуют систему ближнего резервирования. [2]
Таким образом, ближнее резервирование обеспечивает более быструю и селективную ликвидацию повреждений, при этом, как правило, не возникает затруднений с обеспечением необходимой чувствительности пусковых органов. Вместе с тем следует иметь в виду, что система ближнего резервирования менее надежна, поскольку в отличие от дальнего резервирования оба элемента ( основной и резервный) установлены на одном объекте ( подстанции или электростанции) и в определенных обстоятельствах могут отказать по одной и той же причине. [4]
Для повышения эффективности ближнего резервирования защит необходимо, чтобы основная и резервная защиты имели независимые друг от друга измерительные и оперативные цепи, а также независимые источники питания. Кроме того, желательно, чтобы основная и резервная защиты имели разный принцип действия, реагировали на разные электрические величины, например ток и сопротивление или другие величины. Такое выполнение основной и резервной защит в наибольшей степени исключает возможность одновременного отказа обеих защит из-за одной общей причины. [5]
Для более полного резервирования ближнее резервирование в сетях с / Уноы ПО кВ применяется совместно с УРОВ. Чем более совершенна система ближнего резервирования, тем менее нужно удаленное дальнее резервирование. При практическом осуществлении систем ближнего резервирования большое внимание уделяется повышению надежности вторичных цепей ТА и TV, цепей оперативного тока. Так, например, каждая из защит присоединяется к отдельному сердечнику ТА, в зарубежной практике иногда применяют для их действия отдельные электромагниты приводов отключения выключателей. Отечественная промышленность выключателей с такими приводами не поставляет. [6]
С учетом последнего недостатка ближнего резервирования на практике оно в чистом виде обычно не применяется. [7]
Важным обстоятельством при осуществлении ближнего резервирования является учет отказов в срабатывании выключателей, которые, к сожалению, являются относительно частым событием при ликвидации повреждений. Поэтому при осуществлении ближнего резервирования, в первую очередь в системах с UHOK l0 кВ, предусматриваются специальные устройства резервирования при отказе выключателей УРОВ), неоднократно упоминавшиеся в главах о защитах с относительной селективностью, поскольку их наличие влияет на значения выдержек времени ступенчатых и им подобных защит. [8]
Резервный комплект предназначен для ближнего резервирования при отказе защит основного комплекта и поэтому содержит только двухступенчатые дистанционную защиту от многофазных КЗ и ТНЗНП от КЗ на землю. В целях упрощения отсутствуют все виды ускорения ступеней с выдержками времени, не предусмотрена передача сигналов телеотключения и частично используется аппаратура основного комплекта, но при выходе последнего из строя защиты резервного комплекта остаются в работе. При потере напряжения питания основного комплекта возможно действие ДЗ резервного комплекта помимо блокировки при качаниях или с использованием упрощенной блокировки, реагирующей на скорость приращения сопротивления. [9]
С целью повышения надежности ближнего резервирования для основных и резервных защит осуществляется раздельное питание цепей постоянного тока от разных автоматических выключателей и устанавливаются отдельные выходные реле. [10]
Резервный комплект предназначен для ближнего резервирования при отказе защит основного комплекта и поэтому содержит только двухступенчатые дистанционную защиту от многофазных КЗ и ТНЗНП от КЗ на землю. [11]
Важным обстоятельством при осуществлении ближнего резервирования является учет отказов в срабатывании выключателей, которые, к сожалению, являются относительно частым событием при ликвидации повреждений. Ном 110 кВ, предусматриваются специальные устройства резервирования при отказе выключателей ( УРОВ), неоднократно упоминавшиеся в главах о защитах с относительной селективностью, поскольку их наличие влияет на значения выдержек времени ступенчатых и им подобных защит. [12]
Резервирование релейных защит
Необходимость резервирования и способы его выполнения. При выполнении релейной защиты электрических систем приходится считаться с возможностью отказа в действии защиты или выключателя поврежденного элемента. Поэтому наряду с мерами по повышению технического совершенства и надежности защит и выключателей предусматривается резервирование. Возможны два основных, принципиально различных способа резервирования: дальнее, выполняемое защитами с относительной селективностью смежных элементов, и ближнее, выполняемое защитами установки (станции или подстанции), на которой произошел отказ. В последнем случае на каждом элементе предусматриваются обычно две защиты; при отказе одной из них отключение должно обеспечиваться второй. В случае отказа выключателя поврежденного элемента все его защиты действуют через специальное устройство резервирования при отказе выключателя (УРОВ) на отключение выключателей смежных элементов, через которые питается место повреждения.
Основные, резервные и вспомогательные защиты. В соответствии с условиями резервирования по выполняемым функциям различают основные и резервные защиты. Как указывалось выше, основной называется защита, предназначенная для действия при всех или части видов повреждений в пределах всего элемента, например всей длины участка линии, с временем, меньшим, чем у других защит этого элемента. Резервной называется защита, предусматриваемая для действия вместо основной в случаях, если последняя отказала или была выведена из работы, а также вместо отказавших защит смежных элементов или в случаях отказов их выключателей. Вспомогательной называется защита, выполняющая некоторые дополнительные функции, например защиту мертвых зон, определяемых направленными элементами основных и резервных защит, ускорение отключения К.З. на части элемента и т. п.
Дальнее резервирование. Оно производится защитами с относительной селективностью, обычно последними (третьими) и частично вторыми ступенями токовых и дистанционных защит (рис. 12-1). Если основная защита по принципу действия не реагирует на повреждения вне защищаемого элемента (защита с абсолютной селективностью), например токовая дифференциальная, то для резервирования предусматривается отдельная защита. При этом целесообразно выполнять ее так, чтобы она резервировала и основную защиту своего элемента. Для возможно более полного выполнения последнего назначения резервную защиту включают на отдельные сердечники ТТ; желательно, но иногда трудно осуществимо иметь для нее отдельные цепи питания и управления. Все это обеспечивает также возможность проведения раздельной проверки и ремонта защит на работающих элементах.
Основными достоинствами дальнего резервирования являются относительная простота и учет всех возможных нарушений в элементах установок, включая аккумуляторные батареи. Дальнее резервирование имеет, однако, и ряд серьезных недостатков:
недостаточная в ряде случаев чувствительность, обусловленная прохождением через защиты неповрежденных смежных участков только доли тока в поврежденном элементе и менее благоприятными значениями используемых напряжений;
затруднительность или даже невозможность использования преимуществ, определяемых наличием секционированных и других схем соединений шин, принципиально дающих возможность в случае отказа выключателя поврежденного элемента отключать только часть установки, воздействуя на выключатели, ближайшие к отказавшему;
часто большие времена отключения К.З.; затруднительность или невозможность выполнения селективными при внешних К.З. резервных ступеней защит в сетях сложной конфигурации;
не вызываемое необходимостью отключение элементов, присоединенных к ответвлениям на неповрежденных линиях, в случае выполнения защитами последних функций дальнего резервирования.
Применительно к линиям с двусторонним питанием возможно выполнение резервных защит с последними ступенями, работающими в обратном направлении. Такая модификация, уменьшая недостатки дальнего резервирования (например, исключается последний недостаток, если необходимость резервирования не обусловлена потерей на подстанции общего источника оперативного тока, и частично второй), большинство из них устранить не может.
Ближнее резервирование. В этом варианте отказы защиты и выключателя резервируются раздельно. Защита, резервирующая основную, может реагировать только на повреждения данного элемента. Используемые для ликвидации повреждений, сопровождающихся отказом выключателя, устройства — УРОВ имеют следующий принцип выполнения, разработанный СРЗиУ ТЭП (рис. 12-2, а и в): защиты элементов через выходные шунтовые промежуточные реле РП5 одновременно с действием на свои выключатели подают питание на реле времени РВ7 схемы резервирования, имеющее уставку, несколько большую максимального времени отключения выключателей, и поэтому непрепятствующее нормальной ликвидации повреждений; при отказе выключателя поврежденного элемента (например, В3 при К.З. в точке К1 ) РВ7 срабатывает и подает сигнал на отключение выключателей, ближайших к отказавшему, через которые продолжается питание места повреждения. Для предотвращения действия УРОВ при отсутствии отказа выключателя в случаях, когда реле РП5 не отпускается (например, в схеме рис. 12-2, в дополнительного отключения В2, а не В1) первоначально предполагалось контролировать цепь схемы через вспомогательный контакт на валу выключателя (или через реле положения выключателя). Лучшим решением было признано, однако, применение специальных (при отсутствии ОАПВ) трехфазных реле тока РТ6; последние правильно фиксируют состояние схемы при срабатывании привода выключателя без разрыва первичной цепи К.З. и могут дополнительно использоваться для выявления К.З. между воздушным выключателем и его выносным ТТ (что важно для более совершенной ликвидации повреждения в схемах, например, по рис. 12-2, в в точке К2 ). Эти реле тока выбираются с токами срабатывания, меньшими рабочих токов элементов, и поэтому не ограничивают чувствительности устройства. Однако они при этом длительно находятся в сработавшем состоянии, что предъявляет повышенные требования к их надежности.
Ближнее резервирование, имея некоторые преимущества перед дальним (остается в работе при некоторых схемах соединений часть элементов в случае отказа выключателя или К.З. между выносными ТТ (рис.12-2, в), сохраняет питание ответвлений (рис.12-2, б), обеспечиваются большая чувствительность и меньшие времена ликвидации К.З.), обладает также рядом недостатков:
существенно усложняется выполнение резервирования;
необходимо увеличивать выдержки времени вторых ступеней защит линий для предотвращения их срабатывания при действии УРОВ;
Возможен отказ резервных защит и устройств резервирования при исчезновении напряжения в цепях оперативного тока с общим источником питания.
Области применения разных способов резервирования.В распределительных сетях напряжением до 110 кВ обычно прменяются дальнее резервирование. В системах более высоких напряжений, обычно имеющих более сложные схемы и оборудованных воздушными выключателями и выносными ТТ, преимущественно используется сочетание ближнего и дальнего резервирования, иногда с добавлением защит, устанавливаемых на шиносоединительных и секционных выключателях.
Варианты принципов выполнения схем УРОВ.Набольшее распространение на практике получили два принципа выполнения схем.
Схема с автоматической проверкой исправности выключателя путем действия на его отключение (рис. 12-3). При ошибочном замыкании контакта реле РП5 (защит элемента), пускающего УРОВ, действует РП8 схемы УРОВ, подающее сигнал на отключение В и пуск реле времени РВ7 УРОВ через контакт реле тока РТ6. После отключения В реле РТ6, контролирующее наличие тока в элементе, размыкает свой контакт (если он был замкнут) и разрывает цепь пуска РВ7. Таким образом, предотвращается ложное действие УРОВ.
Схема с использованием реле положения «включено» выключателя (рис. 12-4). При ошибочном замыкании контакта реле РП5 действует РП8, но реле
времени РВ7 УРОВ при этом не пускается, так как размыкающий контакт реле положения «включено» PП B9 выключателя при включенном положении последнего разомкнут, поскольку сигнала на отключение выключателя не было.
Практическое выполнение схем УРОВ. Реальные схемы УРОВ оказываются значительно более сложными, чем рассмотренные выше принципиальные схемы. Они являются весьма ответственными, так как их ложные действия могут приводить к потере всей электроустановки. При выполнении схем учитывается следующее:
для ответственных установок предусматривается дублирование реле тока РТ6 в цепях шиносоединительного выключателя (в связи с ответственностью цепи определения его отказа) и выключателя трансформатора (в связи с возможным замедленным возвратом газовой защиты);
цепи оперативного тока выполняются так, чтобы при произвольном действии любого реле схемы исключалось ее ложное срабатывание;
в некоторых случаях УРОВ должны действовать при последовательном отказе двух выключателей;
целесообразно использовать в схеме не одно общее реле времени, а несколько в основном для устранения возможных обходных связей между защитами через УРОВ;
необходимо контролировать исправность цепей.
Задачи:
5. Длительно допустимая нагрузка участка сети, защищаемого предохранителем от токов короткого замыкания и токов перегрузки 75 А. Определить максимально допустимый номинальный ток плавкой вставки, если участок выполнен: а) кабелем с бумажной изоляцией; б) проводниками с резиновой изоляцией, проложенными во взрывоопасном помещении.
Решение:Согласно ПУЭ, для сетей, в которых обязательна защита не только от токов короткого замыкания, но и от перегрузки, при выборе плавких вставок должны выполняться следующие условия:
а) для кабелей с бумажной изоляцией длительно допустимая токовая нагрузка должна быть не менее номинального тока плавкой вставки:
б) для проводников с резиновой и аналогичной изоляцией, кроме прокладываемых в невзрывоопасных производственных помещениях промышленных предприятий, длительно допустимая токовая нагрузка должна быть не менее 125% номинального тока плавкой вставки:
Ответ:максимально допустимый номинальный ток плавкой вставки предохранителя, защищающего участок сети от токов короткого замыкания и токов перегрузки с длительно допустимой нагрузкой 75 А, должен быть не более:
а) для кабелей с бумажной изоляцией — 75 А;
б) для проводников с резиновой изоляцией, проложеннх во взрывоопасном помещении — 60 А.
10. Почему стремятся к увеличению коэффициента возврата токовых реле и допускают низкий коэффициент возврата реле времени в токовой защите с выдержкой времени?
Ответ:Токовое реле должно срабатывать при максимальном токе нагрузке Iнагр, а срабатывать при токе короткого замыкания Iк.з.,значение которого может приближаться к значению тока нагрузки. Поэтому значение коэффициента возврата этого реле должен быть больше отношения Iнагр,/ Iк.з. с учетом коэффициента запаса. Реле же времени должно возвращаться при полном его отключении. Напряжение на его обмотке и ток в ней равны нулю, поэтому его коэффициент возврата должен быть лишь надежно больше нуля.
16. Показаны различные конфигурации эл. сетей. В каких из указанных случаев (рис.3.6 [5]) одноступенчатая направленная токовая защита может быть селективной?
Решение:Селективность (несрабатывания при внешних КЗ) обеспечивается в кольцевой сети с одним источником питания (рис.3.6. г), а также в сетях в виде цепочек одиночных линий с любым числом источников питания (рис.3.6. а) и в кольцевой сети с диагональными линиями, соединяющими источник питания с другими подстанциями (рис.3.6. е).
Понятие предыдущей и последующей защиты. Ближнее и дальнее резервирование. Основная зона и зона резервирования защиты
Предыдущая и последующая защиты
В релейной защите для смежных линий часто используются понятия предыдущей и последующей защиты. Чтобы понимать, какая из защит является последующей, а какая предыдущей, рассмотрим рисунок.
Имеются линии Л1, Л2 и Л3. Линии Л1-Л2 и Л1-Л3 являются смежными по отношению друг к другу. В голове каждой линии установлен выключатель. На каждом выключателе установлена защита.
Источник питания G (генератор), питает по линиям Л1, Л2 и Л3 потребителей М1 и М2.
Предыдущей (нижестоящей) называется защита, более удаленная от источника питания.
Последующей (вышестоящей) называется защита, установленная ближе к источнику питания. Нумерацию начинают от самой удаленной от источника питания защиты.
Так, на рисунке защита, установленная на выключателе Q3, является предыдущей по отношению к защите, установленной на выключателе Q2. В то же время защита на выключателе Q2 является последующей по отношению к защите выключателя Q3 и Q4 и вместе с тем предыдущей по отношению к защите, установленной на выключателе Q1.
Ближнее и дальнее резервирование
Давайте теперь рассмотрим ситуацию, когда при коротком замыкании в точке К защита линии Л2, установленная на выключателе Q3, откажет. Гори все огнем? Нет, так быть не должно.
Защита, установленная на вышестоящем выключателе Q2 (последующая) должна почувствовать короткое замыкание в точке К, но не срабатывать сразу, а дать время отработать защите поврежденного элемента, то есть защите, установленной на выключателе Q3.
Если по прошествии этого времени короткое замыкание не устранилось, защита на выключателе Q2 должна сработать и отключить его, тем самым обесточив поврежденный элемент от сети (даже если вместе с поврежденным участком сети отключится и нормально работающее оборудование, в данном случае двигатель М2). Такое действие защиты называется дальним резервированием смежного участка.
При дальнем резервировании отказ защиты и выключателя резервируется защитой на вышестоящем (последующем) элементе. Таким образом увеличивается надежность действия системы релейной защиты, хоть и в ущерб требованию селективности.
Кроме принципа дальнего резервирования, есть еще принцип ближнего резервирования защит. Принцип ближнего резервирования подразумевает установку второго комплекта (резервной) защиты параллельно с основным комлектом. А для резервирования отказа выключателя – установку специального устройства резервирования отказа выключателя (УРОВ).
Основная зона и зона резервирования защиты
Основной зоной действия защиты называется участок сети, для защиты которого она предназначена. При повреждении в основной зоне защита должна сработать раньше, чем защиты смежных элементов.
Зоной резервирования защиты называется участок сети, непосредственно защищаемый защитами других элементов, работу которых защита резервирует. При повреждении в зоне резервирования защита должна отработать при отказе в работе собственных защит поврежденного участка.
Из рисунка видно, что для защиты, установленной на выключателе Q2, основной зоной действия будет линия Л1, а зоной резервирования – линия Л2.
Автор статьи, инженер-проектировщик систем релейной защиты станций и подстанций