Организация управления системой электроснабжения. Назначение релейной защиты и автоматики

 

Невраев И.В. Организация управления системами электроснабжения. Назначения релейной защиты и автоматики. – Челябинск: ЮУрГУ, ЗФ-413с, 33с., рис. – 1., библиогр. список – 3 наим.

Цель реферата – ознакомится с устройствами релейной защиты и автоматики применяемыми в процессе эксплуатации систем электроснабжения.

Задачи реферата – изучить и оценить вклад устройств автоматизации систем электроснабжения в процесс эксплуатации, определения и локализации аварийных ситуаций и поддержание параметров системы, в оптимальном значении, в нормальном режиме работы.

 

Оглавление

4 5 6 6   7 7 10 13 13 15 17 21 21 24 25 32 33

 

Введение

Обозначение и сокращения

1. Особености работы СЭС

2. Режимы работы СЭС

3. Виды и назначения автоматики СЭС при нормальном режиме работы.

3.1 Автоматическое регулирование напряжение

3.2 Автоматическое регулирование  возбуждения синхронных двигателей  и синхронных компенсаторов.

4. Виды и назначения автоматики  СЭС при аварийном режиме работы.

4.1 Автоматическое повторное включение

4.2 Автоматическое включение резерва

4.3 Автоматическая частотная разгрузка

4.4 Автоматическая разгрузка по току.

4.5 Релейная защита

5. Устройства телемеханики

6. Организационный аспект управления  системы электроснабжения

Заключение

Библиографический список

 

 

 

Введение

 

Устройства автоматизации систем электроснабжения, являются одним из важнейших элементов оборудования, участвующих в эксплуатации. Невозможно недооценить данный вид оборудования. Устройства автоматизации облегчают работы  оперативного и оперативно-ремонтного персонала во много раз. Обеспечивают быстрое определения и локализацию места повреждения, а также поддерживают нормальный режим работы системы. Позволяют минимизировать экономические потери от разрушения оборудования в результате аварийных режимов. Обеспечивают надежное электроснабжение ответственных потребителей, допуская перерыв в электроснабжении не более долей секунд, что не сможет обеспечить не один, самый опытный и профессиональный, оперативный персонал. А к таким потребителям относится в первую очередь больницы в которых почти круглосуточно проводятся операции. Причем устройства автоматизации не являются дорогостоящими, энергоёмкими или трудно монтируемыми устройствами. Наоборот это относительно недорогие и небольшие устройства, которые легко смонтировать, а в процессе эксплуатации модернизировать.

 

Обозначения и сокращения

 

• АПВ – автоматическое повторное включение;
• АВР – автоматическое включение резерва;
• РЗ – релейная защита;
• АЧР – автоматическое частотное регулирование;
• ТО – токовая отсечка;
• МТЗ – максимальная токовая защита;
• КЗ – короткое замыкание;
• СЭС – системы электроснабжения;
• РПН – регулирование напряжения под нагрузгой.

 

 

1. Особенности работы  СЭС.

 

Системой электроснабжения (СЭС) называется совокупность электроустановок, предназначенных для обеспечения потребителей электрической энергией. Она осуществляет единый процесс производства, передачи, распределения и потребления электрической энергии.

Системы электроснабжения - это сложный производственный комплекс, все элементы которого участвуют в едином производственном процессе, основными специфическими особенностями которого являются:

1. Быстротечность явлений –  имеет место одновременность  генерирования электроэнергии и её потребления.

2. Неизбежность повреждений аварийного  характера - коротких замыканий (КЗ) или иных повреждений в электрических установках.

3. Изменение режима электропотребления, приводящие к дефициту или  избытку активной и реактивной  мощности, и как следствие –  к изменению таких параметров  как напряжение, частота, нагрузка на элементы СЭС.

 

2. Режимы работы СЭС.

 

Различают три режима работы СЭС: нормальный, аварийный и послеаварийный.

Поясним это на конкретных примерах.

Повреждения в СЭС обычно  сопровождаются КЗ. В каком бы месте СЭС ни возникло КЗ, оно в той или иной мере отражается на работе всех ее элементов, находящихся во взаимной связи и взаимозависимости. Процессы КЗ характеризуются прохождением больших токов и глубоким понижением напряжения. Они  возникают и развиваются в очень короткое время. Очень важно для обеспечения нормальной работы СЭС и потребителей электроэнергии по возможности быстро (в течение десятых и даже сотых долей секунды) выявить и отделить место повреждения от неповрежденной части.

Ясно, что эта задача не может быть выполнена персоналом в такое короткое время. Ее выполнение возложено на устройства релейной защиты, являющиеся основными видами электрической автоматики СЭС. Релейная защита непрерывно контролирует состояние и режимы работы оборудования и в случае возникновения КЗ или опасных ненормальных режимов воздействует на отключение соответствующих выключателей. Таким образом, релейной защитой обеспечивается лишь быстрое и надежное отделение места повреждения. Последствия же аварии (восстановление нормального режима работы оборудования и питания потребителей) устраняются оперативным персоналом и действием специальных устройств противоаварийной автоматики.

Время, затрачиваемое персоналом на ликвидацию несложных аварий после автоматического отключения поврежденного оборудования релейной защитой, исчисляется минутами, если персонал находился на щите управления подстанции и был готов к экстренным действиям. На ликвидацию сложных аварий уходят как минимум десятки минут. По скорости действия и точности определения характера повреждения автоматические устройства намного превышают действия, выполняемые оперативным персоналом. Поэтому на современном этапе развития энергетики широкое применение нашли устройства противоаварийной автоматики, позволяющие в течение секунд устранять аварийные режимы и восстанавливать схемы электроснабжения потребителей, исключая в ряде случаев вмешательство персонала.

В нормальном режиме работы СЭС процесс производства, передачи и распределения электроэнергии также динамичен и подвержен случайным возмущающим воздействиям – изменениям соотношения вырабатываемой потребляемой активной и реактивной мощности. При дефиците активной мощности падает частота в сети, а при дефиците реактивной мощности – уменьшается напряжение.

Кроме того, в нормальных режимах СЭС при каких ситуациях могут отключаться один из параллельно работающих трансформаторов или одна из питающих линий. Например, на ГПП с двумя трансформаторами при отключении одного второй перегружается и может проработать ограниченное время – соответственно это отслеживать и при необходимости отключать часть нагрузки.

 Учитывая изложенное, можно  отметить, что надежное и экономичное  функционирование систем электроснабжения в нормальных, аварийных и послеаварийных режимах возможно только при широкой их автоматизации и телемеханизации. Рассмотрим основные устройства автоматики для каждого из режимов.

 

3. Виды и назначения автоматики СЭС при нормальном режиме работы.

 

1. Автоматическое регулирование напряжение

 

Анализ средств регулирования напряжения удобнее всего провести из рассмотрения общей формулы напряжения у электроприемников U2 в зависимости от напряжения генератора U1, добавочного напряжения Uдоб, создаваемого регулирующими устройствами, и потери напряжения, обусловленной активной нагрузкой PM, реактивной QM, активным сопротивлением сети R и реактивным XL:

 

 

 

 

 

 

 

		3
		4		7
		5		8
		6		9
1		13		10
2		14		11				12			13

  .

Цифрами над формулой показаны возможные варианты регулирования напряжения:

1. Регулирование напряжения генераторов.

2. Изменение коэффициента трансформации трансформаторов.

3. Вольтодобавочные трансформаторы.

4. Линейные регуляторы (трансформаторы).

5. Индукционные регуляторы или  потенциал регуляторы.

6. Бесконтактные автоматические  регуляторы напряжения.

7. Синхронные двигатели.

8. Параллельно включенные  конденсаторные  батареи.

9. Синхронные компенсаторы.

10. Компенсирующие преобразователи.

11. Статические источники реактивной  мощности.

12. Сети с минимальным реактивным  сопротивлением.

13. Продольная компенсация.

14. Сдвоенные реакторы.

 

Наиболее распространенным и повсеместно встречающимся устройством является РПН. На силовых трансформаторах напряжением 35 кВ и выше применяется автоматическое регулирование напряжения. На рис. 1 представлена схема переключающего устройства – регулятора переключения под нагрузкой (РПН). Основными конструктивными элементами его являются избиратели положения И и контакторы К. Контактор К имеет по две пары главных, вспомогательных и дугогасительных контактов (в ряде конструкций вспомогательные контакты отсутствуют). В данном положении переключающего устройства ток протекает по левой части схемы. При переключении на следующее положение, например, в сторону уменьшения числа витков обмотки трансформатора сначала размыкаются главные К1, затем вспомогательные К2 контакты. Далее замыкаются контакты К4, размыкаются дугогасительные контакты КЗ и последовательно замыкаются контакты К5 и К6. Теперь ток будет протекать по правой части схемы. В обесточенном состоянии избиратель И1 передвигает свой подвижный контакт из положения 3 в положение 5. Аналогично производится переключение на ответвления 6 и другие.

Следует отметить, что ответвления трансформатора выполняются у обмотки высшего напряжения и со стороны нейтральной точки. Это сделано для того, чтобы переключающее устройство коммутировало меньшие токи при меньших напряжениях.

Рис. 1. Схема устройства переключения ответвлений трансформатора под нагрузкой

 

Еще как вариант регулирования напряжения, является отключение потребителей, вольт-добавочные трансформаторы и компенсация реактивной мощности. Отключение потребителей как способ регулирования не очень популярен, ведь наличие нормального напряжение у потребителя и есть цель регулирования его. Также отключение приведет к экономическим потерям, т.к. к потребителю не поступает электроэнергия, а как известно в энергетике сейчас все оплачивается по счетчикам. Но как критичная мера такой вариант приемлем, при отключении части наиболее не ответственных потребителей происходит перераспределение высвободившейся электроэнергии и как результат у оставшихся потребителей напряжение возрастет.

Регулированием вольт-добавочными трансформаторами. как правило, осуществляется при строительстве или реконструкции протяженных воздушных линий на напряжение 6 – 10кВ и является по большому счету временной мерой. Для регулирования используются автотрансформаторы. Их устанавливают в так называемых пунктах автоматического регулирования напряжения (ПАРН). Применение ПАРН позволяет решить следующие задачи:

- увеличение пропускной способности существующих линий для подключения новых потребителей;

- передача электроэнергии по  линиям 6 и 10 кВ на большие расстояния;

- обеспечение качества электроэнергии, в том числе устранение несимметрии  напряжений в линиях;

- автоматического поддерживания уровня напряжения в заданных пределах (повышение, понижение) при прямом или обратном направлении потока мощности (реверсивный режим).

 

Компенсация реактивной мощности осуществляется следующими способами:

• статической батареей конденсаторов;
• синхронным компенсатором
• синхронным двигателем

 

2. Автоматическое регулирование возбуждения синхронных двигателей и синхронных компенсаторов.

 

На промышленных предприятиях применяются синхронные электродвигатели мощностью от сотен до 20 тыс. кВт. Оснащение этих машин устройствами АРВ обеспечивает повышение устойчивости работы как самих электродвигателей, так и узлов нагрузки в целом. Для создания запаса устойчивости какого-либо узла нагрузки, необходимого для нормальной работы системы электроснабжения в аварийных (при КЗ) и в других режимах, возбуждение двигателей следует форсировать. Однако длительно режим форсировки неприемлем из-за больших потерь активной мощности в цепях возбуждения, обмотках двигателя и недопустимого их перегрева. Поставленную задачу наилучшим образом и решают устройства АРВ.

При построении устройств АРВ синхронных электродвигателей используются основные законы регулирования:

1. Постоянство напряжения сети (данного узла нагрузки) Uc = const.

2. Постоянство коэффициента реактивной  мощности двигателя tg φд = const.

3. Постоянство отдаваемой двигателем  реактивной мощности Qд = const.

4. Минимум колебаний напряжения  сети (при пульсирующей нагрузке).

5. Минимум потерь активной мощности  в сети.

6. Минимум потерь активной мощности  в двигателе.

Регулирование по закону Uc = const применяется тогда, когда суммарная мощность синхронных двигателей составляет более 30...40 % мощности подстанции, т.е. когда двигатели могут определять уровень напряжения данного узла нагрузки