Что такое дальнее резервирование релейной защиты

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

Источник

Проект РЗА

Сайт о релейной защите и цифровых технологиях в энергетике

Что такое ближнее и дальнее резервирование релейной защиты?

Резервирование релейных защит производится для увеличения надежности всего комплекса РЗА на подстанции, а надежность, как известно, — одно из четырех основных требований к релейной защите.

Резервирование защит повышает живучесть всей энергосистемы и является одним из самых эффективных средств для уменьшения повреждений при коротких замыканиях и сохранения надежности потребителей.

Прежде чем разбираться с тем, что такое ближнее и дальнее резервирование давайте сначала обсудим в каких случаях защита может отказать? Таких ситуаций достаточно много, но основные из них приведены ниже

Основные причины отказа релейной защиты

Каким образом мы может устранить короткое замыкание на нашем присоединении если произошло одно из этих событий? Ответ – мы должны выполнить резервирование защит и выключателя нашего присоединения. Давайте разбираться как это делается.

Дальнее резервирование

Вы знали, что любая защита в сети имеет резервирование, даже если она единственная на присоединении? Поверьте, это так. И делается это при помощи дальнего резервирования.

Любую нижестоящую защиту резервирует вышестоящая, обычно установленная на смежной подстанции

Защита фидера 1 на ПС-1 осуществляет дальнее резервирование защит ввода и СВ и, частично, защит отходящих линий РТП-1. Для этого защита фидера 1 должна иметь достаточную чувствительность к коротким замыканиям на смежном участке, что регламентируется ПУЭ (п.п. 3.2.15 и 3.2.25)

При замыкании на шинах 10 кВ РТП-1, и отказе защит ввода защита фидера 1, на ПС-1, с выдержкой времени отключит фидер и устранит короткое замыкание.

При этом ни одна из пяти основных причин отказа защит на РТП-1 не может повлиять на защиту фидера 1 ПС-1 потому, что защиты установлены на разных подстанциях. Таким образом мы имеем полноценное резервирование!

Главное преимущество дальнего резервирования в том, что не нужно тратить средства на дополнительные релейные защиты – резервирование осуществляется вышестоящими защитами, которые помимо своего участка защищают еще и смежный.

Справедливости ради стоит отметить, что защиты на одном объекте так же осуществляют дальнее резервирование нижестоящих присоединений, например, защиты ввода и СВ РТП-1 резервируют защиты отходящих линий. Однако, при этом они могут одновременно отказать, например, из-за потери напряжения оперативного тока.

То же самое можно сказать и о дистанционных и токовых направленных защит, установленных на одной подстанции или станции. Неисправность трансформатора напряжения или его цепей может привести к нарушению принципа дальнего резервирования смежных защит (ввода и линии, СВ и линии), установленных на одной секции.

Таким образом, защиты, установленные на одном объекте, не всегда могут осуществлять полноценное дальнее резервирование, как это выполняется для смежных защит на разных объектах. Это, однако, не отменяет необходимость иметь достаточную чувствительность защит при КЗ на смежном участке, что проверяется соответствующим расчетом

При всех преимуществах дальнее резервирование имеет и недостатки. Вот основные их них:

В связи с этим для ответственных присоединений применяется ближнее резервирование релейных защит.

Ближнее резервирование

Ближнее резервирование предполагает установку дополнительных комплектов защит, на ответственных присоединениях. Обычно эти комплекты выполнены на других принципах работы нежели основные защиты.

Когда вы слышите про основную и резервную защиту трансформатора или линии, то речь идет именно о ближнем резервировании.

Например, ближнее резервирование трансформатора 40 МВА осуществляется максимальной токовой защитой с пуском по напряжению. Данная защита резервирует основные защиты трансформатора, такие как дифференциальная (ДЗТ, ДТО) и газовая.

Для линии 220 кВ ближнее резервирование осуществляется комплектом ступенчатых защит – дистанционной и ТЗНП. В качестве основной защиты могут быть ДЗЛ, ДФЗ или защита с ВЧ-блокировкой.

По сути вы не просто добавляете еще один комплект защит, но и делаете так, чтобы это комплект работал на другом принципе.

Дифференциальная защита линии (ДЗЛ) не зависит от цепей напряжения, но зависит от канала связи (обычно ВОЛС). При это дистанционная защита и ТЗНП зависят от цепей напряжения, но им для работы не нужен канал связи. Вот это и есть ближнее резервирование.

Ближнее резервирование лишено недостатков дальнего резервирование, а именно:

При этом, чтобы устранить влияние всех пяти основных причин отказа защит комплекты ближнего резервирования должны удовлетворять следующим условиям:

При выполнении всех этих требований мы получим полноценное ближнее резервирование защит присоединения.

Единственный недостаток ближнего резервирования защит – это цена, которая увеличивает не только стоимость системы РЗА, но и таких элементов как трансформаторы тока и силовые выключатели.

Когда применяется дальнее и ближнее резервирование?

Дальнее резервирование должно применяется абсолютно во всех случаях, для любого класса напряжения и любого присоединения.

В ПУЭ 3.2.17 приведены случаи, когда дальнее резервирование может не применяться, но все они сводятся к тому, что его можно не применять если не хватает чувствительности защит, т.е. когда его применение просто невозможно в данной конкретной сети. В этом случае необходимо применять ближнее резервирование.

Ближнее резервирование применяется не всегда, из-за высокой стоимости комплексного решения.

Помимо случая недостаточной чувствительности защит, осуществляющих дальнее резервирование, его применяют для наиболее ответственных присоединений:

Стоит отметить, что если на присоединении установлен комплект ближнего резервирования основных защит, то этот же самый комплект может осуществляет и дальнее резервирование нижестоящих защит. Это связано с тем, что в качестве комплектов ближнего резервирования обычно используются ступенчатые защиты.

Какие виды релейных защит могут осуществлять дальнее и ближнее резервирование?

Из вышесказанного понятно, что дальнее резервирование осуществляют только ступенчатые защиты, с относительной селективностью – максимальные токовые (МТЗ) и дистанционные.

Токовая отсечка не может осуществлять дальнее резервирование потому, что по принципу настройки не захватывает смежный элемент.

Защиты с абсолютной селективностью (дифференциальные, дифференциально-фазные, с логической селективностью и т.д.) не могут осуществлять дальнее резервирование по принципу действия. Невозможность осуществления дальнего резервирования смежных защит – одно из самых больших недостатков защит с абсолютной селективностью.

Ближнее резервирование могут осуществлять любые релейные защиты, но обычно его также выполняют ступенчатые защиты.

Защиты с абсолютной селективностью (ДЗТ, ДЗЛ, ДФЗ, ДЗШ и т.д.) осуществляют ближнее резервирование только если на присоединении, по требованиям, установлены две основные защиты, например, когда речь идет о защите шин КРУЭ или защите АТ мощностью 80 МВт и выше.

Резервирование при отказе выключателя

Даже если вы установите три комплекта защит на присоединение, с выполнением всех необходимых требований, неисправный выключатель не позволит вам устранить короткое замыкание подобными системами ближнего резервирования.

Поэтому к дополнительным комплектам защит добавляется еще одна система ближнего резервирования – УРОВ.

Устройство резервирования при отказе выключателя (УРОВ) предназначено для отключения смежных выключателей, питающих присоединение, при отказе собственного выключателя. Обычно УРОВ отключает присоединение быстрее, чем защиты дальнего резервирования, что улучшает условия работы энергосистемы.

К УРОВ мы обязательно вернемся в наших будущих статьях.

Зачем это нужно знать релейщику?

Если вы хотите стать специалистом, то должны понимать основные термины и определения в релейной защите. Иначе не сможете нормально общаться с релейщиками, не сможете прочитать ТЗ или разобрать готовый проект.

Понятия дальнего и ближнего резервирования являются одними из основополагающих в релейной защите и тесно связаны с понятиями основной и резервной защиты присоединения. Об этом поговорим в следующий раз

Источник

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 I_нагр, а срабатывать при токе короткого замыкания I_к.з.,значение которого может приближаться к значению тока нагрузки. Поэтому значение коэффициента возврата этого реле должен быть больше отношения I_нагр,/ I_к.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).

Источник