Устройство для селективной максимальной защиты радиальных сетей

Устройство для селективной максимальной защиты радиальных сетей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

М 38222

Класс 21 с, 68

АВТОРСКОЕ ОВИЛЕТЕЛЬСТВО НА ИЗОБРЕТЕНИЕ

ОПИСЯНИЕ устройства для селективной максимальной защиты радиальных сетей.

К авторскому свидетельству A. А. Воскресенского, заявленному 23 мая

1932 года (спр. о перв. № 111647).

О выдаче автооского свидетельства опубликовано 31 августа 1934 года. (335) Усложняющиеся условия эксплоатации электрических станций и подстанций, „ свя за нн ых между собой разветвленн ы м и высоковольтными кабельными и воздушными сетями, предъявляют черезвычайно большие требования к защите для достижения бесперебойной подачи электрической энергии. Рост единичных мощностей электростанций до 500 000 — 1 000 000 кви, появление так называемых сверхвысоковольтных установок и объединение электрического хозяйства крупнейших районов в единую высоковольтную сеть привели к развитию <;етей большой протяженности, образованию высоковольтных сетей сложной конфигурации с замкнутыми контурами, многократным питанием и радиальными ответвлениями. Современную высоковольтную сеть нормально можно рассматривать, как комбинацию радиальной и кольцевой сети, причем основная форма конфигурации сети— кольцевое питание районных подстанций от одной, двух и более электроцентралей, и радиальные ответвления от первых для крупно-промышленного, аоонента (концентрированное потребление) и районов с неплотным«потреблением, где районная подстанция является центром питания ряда фидеров, идущих по разным направлениям и питающим отдельные, не связанные друг с другом подстанции, которые в свою очередь питают более мелкие фидеры. Радиальная сеть, как самостоятельная форма конфигурации сети и как элемент в сетях сложной конфигурации, занимает значительное место в общем объеме протяженности сетей, особенно в сетях среднего напряжения, имеющих преимущественно радиальное устройство.

Основное требование эксплоатации, предъявляемое к защите электрических установок, это — быстрое отключение поврежденной части установки, в целях сохранения и продолжения нормальной работы здоровых частей. Последнее требование отключения только поврежденной части, т. е. требование полной селективности защиты, является всегда наиболее трудно осуществимым и одновременно наиболее важным. Нижеприведенные соображения относятся к селек-тивной защите радиальных сетей с односторонним питанием, идущих как непосредственно от электроцентралей, так и от районных подстанций, включенных в замкнутый контур с многократным питанием.

Селективность защиты радиальных сетей до последних лет осуществлялась. максимальными реле с ограниченно зависимым и независимым временем отключения, со ступенчатой установкой времени от наибольшей выдержки времени реле у источника питания вниз до. мгновенного выключения у последнего потребителя. Этот род защиты с успехом применялся в радиальных сетях, но тот недостаток, что ступенчатость установок времени ограничена продолжительностью до 10 секунд и, кроме того, части сети, расположенные близко к источнику питания и, следовательно, несущие большие токи короткого замыкания, отключаются с наибольшими выдержками, :с развитием сетей большой протяженности и большим числом ступеней селективного отключения привел к тому, что данный вид ступенчатой защиты в ряде

"случаев оказался совершенно несостоятельным.

Развившаяся за последние годы защита, основанная на принципе измерения сопротивления для установки ступенчатости выдержек времени, так называемая дистанционная защита, автоматически приспособляющаяся к обстоятельствам работы сети, успешно разрешила проблему селективной защиты сетей высокого напряжения любой конфигурации.

Однако принцип измерения сопротивления, на котором основана дистанционная за щита, обладает рядом недостатков, вследствие зависимости сопротивления защищаемого участка от характера короткого замыкания, дуги, сопротивления земли при заземлении, недостаточной четкости границ действия двух последовательно включенных реле и почти иолной неприменимости на относительно коротких участках, следующих за длинными линиями. Проф. Рюденберг („ Реле и схемы защиты электрических станций и сетей", ГИЗ. 1931 r.) дает таблицу времени выключения дистанционного реле для двухполюсного и трехполюсного короткого через дугу и металлического. По упомянутой таблице время выключения реле в зависимости от приведенных условий колеблется в пределах от 3 до 5 сек. для первой станции и от 4,7 до 9 сек. для второй станции.

Приведенные недостатки дистанционных реле несколько ограничивают область их применения в отдельных элементах сети и приводят к защите максимальными реле с независимой или ограниченно зависимой характеристикой и ступенчатой установкой времени выключения. Применение последних, как упоминалось выше, связано с ростом выдержки времени выключения в пункте питания до величины, переходящей за допустимые пределы для машин, аппаратуры, кабеля и др. В то же время требование немедленного выключения, т. е. выключения тотчас же после спадания начального тока короткого замыкания, имеет громадное эксплоатационное значение, потому что только при условии выполнения его все потребители, присоединенные к здоровой части сети, не ощущают расстраивающего эффекта процесса короткого замыкания.

Опыт эксплоатации показал, что применяемые до настоящего времени в селективных реле выдержки времени до

10 секунд воспринимаются некоторой частью потребигелей как явление, явно нарушающее нормальную эксплоатацию.

В момент короткого замыкания у потребителей, получающих энергию от здоровой части сети, приводятся в действие выключающие механизмы нулевого выключения, выпадают из работы умфор-. иеры, нарушаются производственнные процессы и т, д., и все это сказывается тем сильнее, чем дольше длится в сети явление короткого замыкания. Кроме того, всякое радиальное ответвление от сети сложной конфигурации, имеющей селективную защиту, осуществленную при помощи реле сопротивления, должно иметь выдержку времени в максималь-, ных реле при коротких замыканиях не выше 1 М вЂ” 2 секунд, так как в противном случае возникает путаница, в отношении времени выключения, между максимальными реле ответвлений и реле сопротивления, установленными в кольцевои сети, Последнее обстоятельство в практике эксплоатации сетей имеет особое значение и нередко ставит в затруднительные условия абонента, получающего энергию от подстанции, включенной в замкнутый контур, защищенный реле сопротивления, предложенной ему Управлением сетями максимальной выдержкой времени при коротком замыкании в 1 М вЂ” 2 секунды. В этом случае абонент, имеющий

4 — 5 ступеней селективного выключения, не может достичь селективности защиты при коротких замыканиях в установке при имеющихся в его распоряжении максимальных реле в пределе времени отключения короткого замыкания.

Предлагаемая максимальная защита радиальных сетей с односторонним питанием сводит до необходимого мини:мума выдержку времени реле при любом числе .ступеней селективного отключения.

Селективность предлагаемой защиты основана на блокировке выключающих контактов реле питательного фидера вспомогательными контактами реле, питаемыми от трансформаторов тока отходящих фидеров, причем блокировка осуществляется таким образом, что при коротком замыкании на отходящих фидерах блокировочные контакты реле отходящих фидеров разрывают цепь рабочих «онтактов в реле питательного фидера, и тем самым выключают это реле на время короткого на фидере.

Давая выдержку времени защите питательного фидера не менее одной секунды и принимая реле отходящих фидеров мгновенными, получают полную незави симость выдержки времени защиты питательного фидера от выдержки времени защиты отходящих фидеров. Рассматривая отходящие фидера, как питательные для следующей ступени селективного отключения, и аналогично осуществляя блокировку для этих ступеней, без затруднений можно осуществить селективную защиту сети с любым числом ступе-ней селективного отключения и с выдержкой времени по всей системе в одну секунду при мгновенных максимальных реле.

В практике эксплоатации может иметь место случай заедания масляного выклю.чателя, а также неисправности в выключающей цепи, B этом случае масляник питающего фидера не сможет выключить шины, питающие поврежденный фидер, так как сработавшее реле поврежденного фидера разорвет схему выключения питающего фидера.

Такой дефект максимальной защиты методом блокировки, вызывающей возможность неправильного ее действия, устраняется, согласно изобретению, применением двухступенчатого реле времени, особым образом включенного в цепь управления.

На чертеже показана схема включе-, ния указанного двухступенчатого реле времени в це пь управления согласно изобретению.

На чертеже изображена часть защищаемой радиальной сети, состоящая из питающего фидера 1 и питаемого или отходящего фидера 2; каждый из них снабжен максимальным мгновенным реле 3 и, соответственно, 5; первое из них питается от трансформатора 12 тока, второе — от трансформатора 22 тока.

Каждое из максимальных реле имеет две пары контактов, из которых одна пара нормально замкнута, а другая— разомкнута; при действии реле первая пара размыкается, а вторая замыкается.

Кроме того, питающий фидер 1 (являющийся ближе расположенным к питающему пункту участком, чем отходящий фидер) снабжен двухступенчатым реле 4 времени. Реле 4 имеет нормально разомкнутые контакты и-две обмотки: ?— меньшей выдержки времени и 8 — большей выдержки времени; через контакты реле 4 проведена цепь 74 выключающего аппарата 11 фидера 1. Приборы

3, 4 защиты фидера 1 соединены проводами 15, 1б и 1? с прибором 5 и питающим цепь управления источником б тока. Цепь обмотки 7 малой выдержки времени проведена через нормально замкнутые блокировочные контакты 51 реле 5 и нормально разомкнутые рабочие контакты 32 реле 3. Цепь обмотки 8 большей выдержки времени проведена через нормально разомкнутые рабочие контакты 32 реле 3; от блокировочных контактов 31 отходят (как и от контактов реле 5) провода 70 и 15, идущие к приборам защиты фидера, расположенного ближе к питательному пункту, чем фидер 1, и составляющие цепь блокировки этих приборов.

Работа устройства протекает следующим образом. Если короткое замыкание произойдет на отходящем фидере 2, то реле 5 придет в действие, разомкнет контакты 51 и замкнет контакты 52; цепь 24 выключающего прибора 21 окажется замкнутой и фидер 2 выключится.

Одновременно с реле 5 придут в действие реле 3 фидера 1 и такие же реле других фидеров, расположенных ближе к питательному пункту, чем фидер 2.

Однако, выключения этих фидеров одновременко с фидером 2 не последует, так как цепь катушки 7 малой выдержки времени реле 4 неповрежденного фидера будет разомкнута в контактах 57 (или 31) реле 5 (или, соответственно, 3), установленного на поврежденном фидере (или, соответственно, на фидере, расположенном дальше от питательного пункта, чем данный фидер).

Но если по каким-либо причинам выключающий аппарат 21 отходящего фидера не подействует, то обмотка 8 реле 4, у которой цепь 17, 9, 7б проведена непосредственно через контакты 32 реле 3 и не содержит блокировочных контактов, через установленное время замкнет в контактах реле 4 цепь 14 выключающего аппарата 71 фидера 7; последний разомкнется, и тем самым поврежденный фидер 2 окажется выключенным. Для того, чтобы одновременно с выключением фидера 1 не произошло выключения тех фидеров, которые расположены ближе к питательному пункту, надлежит повышать установку выдержки времени обмотки 8 реле 4 по мере приближения к питательному пункту; аналогичное распределение выдержек времени вдоль радиальной сети имеет место в обычной максимальной защите. Выдержка же времени обмотки 7 реле 4 может быть одинаковой у всех фидеров, независимо от местоположения фидера в радиальной сети. Последним достигается то, что в случае повреждения на фидере 7 или ином, расположенном еще ближе к питательному пункту, реле 3 поврежденного фидера, придя в действие, замкнет в контактах 32 цепь обмотки 7 соответствующего реле 4 через остающиеся замкнутыми блокировочные контакты 51 (или 37) реле 5 (или, соответственно, 3) отходящего фидера (фидер 1 является отходящим по отношению к фидерам, расположенным ближе к питательному пункту, чем он).

Поэтому цепь 14 окажется за мкнутой в контактах реле 4, и аппарат 11 подействует с минимальной выдержкой времени независимо от того, в каком месте радиальной сети расположен поврежденный фидер.

Двухступенчатое реле 4 устанавливается через определенное число ступеней последовательного отключения с интервалами, зависящими от надежности масляных выключателей и ответственности установки. Если будет найдено нужным поставить по сети несколько пунктов дополнительной защиты, то, как уже указывалось, их выдержка времени должна быть ступенчатой.

Рассмотренный вид аварий с, масляными выключателями, наиболее тяжелый в эксплоатации, при данном методе защиты, не вызывает тяжелых последствий в здоровых частях. сети и лишь частично нарушает селективность, что вообще неизбежно при повреждениях масляных выключателей отходящих фидеров. Йвтор считает нужным отметить, что аварии с масляными выключателями в общем числе аварий электрических установок сеставляют весьма незначительный процент. По статистическим данным, взятым из практики эксплоатации саксонских станций (проф. Рюденберг — „Реле и схемы защиты электрических станций и сетей", ГИЗ, 1931 г.), из общего числа аварий в установках высокого напряжения на аварии с масляными выключателями от общего числа аварий в распределительных устройствах, составляющих в общем числе аварий 15,5Уо, падает 13,1М, т. е. на долю масляных выключателей в общем числе аварий электрических установок падает 2,03оо. Но работа реле дополнительной защиты, вызывающая частичное нарушение селективности и повышенные выдержки времени отключения при применении описанных выше максимальных мгновенных реле блокировочной защиты, может быть лишь при неисправностях в масляных выключателях и обрыве контрольного кабеля, а никак не в результате неправильной работы реле защиты отходящих фидеров, так как в противном случае схема выключения масляного выключателя питающего фидера не может быть разорвана блокировочными контактами реле отходящего фидера.

Для большей надежности защиты, последняя может быть дополнена установкой световой и фонической сигнализации, могущей быть дешево и просто осуществленной на все неисправности защиты.

Таким образом, при исполнении защиты описанным методом основная выдержка времени по añåé системе установки может быть сделана минимальной, например, в одну секунду, а максимальная — по числу ступеней дополнительной защиты или неблокированных пролетов., Комбинация предлагаемой системы защиты максимальным реле с реле сопротивления может быть удачна при установке реле сопротивления на пролетах, не поддающихся блокировке.

В этом случае обе системы дополняют одна другую, и выдержка времени по всей системе сети сохраняется в одну секунду нормальная и 1,5 — 2 секунды максимальная. Реле сопротивления здесь имеет всего две ступени выдержки односекундной по импеданцу первого от реле неблокированного пролета и 1,5 — 2=се- кундой по импеданцу сумм следующих.

Йналогично селективности, построенной на ступенчатости установок времени неблокируемых пролетов, реле сопротивления работают, как реле дополнитель- ной защиты.

Предлагаемая система защиты методом блокировки, по мнению автора, дает вполне удовлетворительное разрешение проблемы селективной защиты радиальных сетей с односторонним питанием, причем не исключена возможность применения данного метода, как элемента защиты, в сетях сложной конфигурации.

Основное преимущество предложенной системы заключается в четком проведении селективности защиты с одновременным сокращением до необходимого минимума выдержки времени выключения. Все это дает большие преимущества в эксплоатации в рассмотренном в начале описания отношении, а также значительный экономический эффект в связи с применением термически менее стойкой и, следовательно, более дешевой аппаратуры и электрических машин.

Последнее обстоятельство особенно выпукло сказывается на кабельной сети, где расчет на длительный ток короткого замыкания всегда значительно увеличивает сечение кабеля. Йвтор отмечает простоту конструкций реле, примененных в предлагаемой защите. Конструкции реле для предлагаемой зашиты не требуют большой шкалы регулировки времени и сводятся к нескольким стандартным установкам, что исключает необходимость регулировки на месте.

П р едмет изобретения.

Устройство для селективной максимальной защиты радиальных сетей, в котором максимальное реле, защищающее каждый данный участок сети, таким образом связано вспомогательной линией с реле, защищающими другие участки, чтобы при действии каждого данного из максимальных реле блокировались все реле, установленные на участках, расположенных ближе к питательному пункту, чем данный участок, отличающееся тем, что цепь выключателя данного участка 1 находится под управлением двухступенчатого реле 4 времени, у которого цепь обмотки 7 меньшей выдержки времени проведена через блокирующие контакты максимального реле 5, установленного на участке 2 линии, дальше расположенном от питательного пункта, чем данный участок 1, а цепь обмотки 8 большей выдержки времени п роведена через рабочие контакты максимального реле 3, установленного на данном участке линии, с той целью чтобы, в случае бездействия выключателя 21 на отдаленном участке 2 при повреждении в последнем, мог придти в действие выключатель 11 участка, расположенного ближе к питательному пункту, чем поврежденный участок.

Ы авторскому свидетельству А. А. Воскресенско1св

М 38222

Эксперт и редактор П. П. Гурьянов

Ленпрохпекатьсоюз. Тип. „Печ. Труп . Звк 789- 400