Вопросы и ответы по микропроцессорной защите и автоматическим устройствам: объяснение основных функций и ключевых аспектов применения

Что такое микропроцессорное устройство защиты?

Ответ: Микропроцессорное устройство защиты — это автоматическое устройство, которое может обнаруживать неисправности или аномальные условия работы электрического оборудования в энергосистеме и действовать, отключая выключатели или подавая сигналы тревоги.

Каковы основные функции микропроцессорной защиты?

Ответ:

• Автоматически, быстро и избирательно изолировать неисправное оборудование от системы, отключая выключатели, обеспечивая быстрое возобновление нормальной работы ненеисправного оборудования и предотвращая дальнейшее повреждение неисправного оборудования.

• Обнаруживать аномальные условия работы электрического оборудования и, исходя из требований эксплуатационного обслуживания, срабатывать на сигналы тревоги или отключать оборудование, которое может быть повреждено или перейти в режим неисправности при продолжении эксплуатации. Реле защиты, реагирующие на аномальные условия, обычно не требуют немедленных действий и могут включать временную задержку.

Какие основные требования предъявляются к микропроцессорной защите?

Ответ: Микропроцессорная защита играет ключевую роль в обеспечении безопасной, стабильной и надежной работы энергосистем и своевременного устранения неисправностей. Поэтому релейная защита должна удовлетворять следующим требованиям:

• Избирательность: При возникновении системной неисправности устройство защиты должно изолировать только неисправное оборудование, обеспечивая продолжение работы ненеисправного оборудования, что минимизирует площадь отключения и обеспечивает избирательное действие.

• Скорость: После возникновения системной неисправности, если она не будет быстро устранена, она может усугубиться. Например, при коротком замыкании напряжение значительно падает, что приводит к замедлению или остановке двигателей, находящихся близко к месту неисправности, нарушая нормальное производство. Кроме того, генераторы не могут поставлять энергию во время неисправности, что может привести к нестабильности системы. Также неисправное оборудование испытывает высокие токи короткого замыкания, что приводит к серьезным механическим и тепловым повреждениям. Чем дольше длится ток короткого замыкания, тем более серьезными будут повреждения. Поэтому после возникновения неисправности система защиты должна действовать как можно быстрее, чтобы изолировать ее.

• Чувствительность: Устройство защиты должно надежно обнаруживать неисправности и аномальные условия в своей защищаемой зоне. Это означает, что оно должно чувствительно работать не только при трехфазных металлических коротких замыканиях при максимальных условиях работы, но и при двухфазных коротких замыканиях с высоким переходным сопротивлением при минимальных условиях работы, сохраняя достаточную чувствительность и надежную работу.

• Надежность: Надежность системы защиты крайне важна. Она не должна отказываться от работы при возникновении неисправности в своей защищаемой зоне, и не должна ошибочно срабатывать, когда неисправности нет. Ненадежное устройство защиты, будучи в эксплуатации, само может стать источником расширения или даже прямых аварий.

Кратко опишите микропроцессорные защиты, используемые для трансформаторов, и их функции.

Ответ: Трансформаторы являются важным оборудованием в энергосистемах. Их неисправности серьезно влияют на надежность энергоснабжения и нормальную работу системы. Большие трансформаторы также очень ценны, поэтому необходимо устанавливать устройства защиты с отличными характеристиками и высокой надежностью, исходя из мощности и важности трансформатора.

Неисправности трансформаторов можно классифицировать на внутренние и внешние относительно бака.

• Внутренние неисправности бака включают: межфазные короткие замыкания, замыкания между витками и однофазные замыкания на землю. Токи короткого замыкания создают дуги, которые могут сжечь обмотки, изоляцию и сердечник, и могут вызвать интенсивное испарение масла трансформатора, что потенциально может привести к взрыву бака.

• Внешние неисправности бака включают:межфазные и однофазные замыкания на землю на выводах и соединительных проводах.

• Аномальные условия работы включают: перегрузку по току вследствие внешних коротких замыканий, перегрузку по различным причинам и низкий уровень масла внутри бака.

На основе этих типов неисправностей и аномальных условий должны быть установлены следующие устройства защиты:

• Газовая (Бухгольца) защита для внутренних коротких замыканий в баке и низкого уровня масла.

• Дифференциальная защита или мгновенная токовая защита для многофазных коротких замыканий в обмотках и выводах, замыканий на землю в обмотках и выводах в системах с высоким заземлением, а также замыканий между витками.

• Токовая защита (или токовая защита с композитным напряжением или отрицательной последовательностью тока) для внешних межфазных коротких замыканий, служащая резервом для газовой и дифференциальной (или мгновенной токовой) защиты.

• Защита нулевой последовательности тока для внешних замыканий на землю в системах с высоким заземлением.

• Перегрузочная защита для симметричных перегрузок и т.д.

Какие защиты устанавливаются для 600 МВт генераторно-трансформаторного (ген-трансформаторного) блока?

Ответ:

• Дифференциальная защита генераторно-трансформаторного блока

• Дифференциальная защита генератора

• Дифференциальная защита главного трансформатора

• Защита генератора от потери возбуждения

• Защита генератора от выхода из синхронизма

• Защита генератора от обратной мощности

• Защита генератора от низкой частоты

• Защита от переустановки

• Защита генератора от замыкания на землю статора

• Токовая защита генератора

• Инверсионная отрицательная последовательность тока защиты генератора

• Перегрузочная защита статора генератора

• Защита генератора от потери воды

• Защита нейтральной точки главного трансформатора нулевой последовательности тока

• Газовая (Бухгольца) защита главного трансформатора

• Защита главного трансформатора от давления

В чем разница между дифференциальной защитой и газовой защитой главного трансформатора? Обе защиты могут обнаруживать внутренние неисправности трансформатора?

Ответ: Дифференциальная защита является основной защитой для трансформаторов; газовая защита — основная защита для внутренних неисправностей трансформатора.
Зона защиты дифференциальной защиты охватывает основное электрооборудование между трансформаторами тока на всех сторонах главного трансформатора, включая:

• Многофазные короткие замыкания на выводах и обмотках трансформатора

• Серьезные замыкания между витками

• Замыкания на землю на выводах обмоток в системах с высоким заземлением

• Зона защиты газовой защиты включает:

• Внутренние многофазные короткие замыкания в трансформаторе

• Замыкания между витками, а также замыкания между витками и сердечником или корпусом

• Неисправности сердечника (например, перегрев и повреждение)

• Низкий уровень масла или утечка масла

• Плохой контакт в регуляторах напряжения или дефектная сварка проводников

Дифференциальная защита может устанавливаться на трансформаторах, генераторах, секциях шин и линиях передач, тогда как газовая защита уникальна для трансформаторов.
Для внутренних неисправностей трансформатора (кроме небольших замыканий между витками) обе защиты могут реагировать. Поскольку внутренние неисправности вызывают движение масла и увеличение первичного тока, обе защиты могут активироваться. Какая из них сработает первой, зависит от характера неисправности.

Какие виды неисправностей защищают нулевая последовательность тока, разрядный ток и нулевое напряжение нейтральной точки главного трансформатора? Каковы принципы настройки?
Ответ: Защита нулевой последовательности тока, разрядный ток и нулевое напряжение нейтральной точки главного трансформатора предназначены для защиты от замыканий на землю на собственных линиях оборудования. Они обычно служат резервной защитой для замыканий на землю в системе 110–220 кВ на высоковольтной стороне трансформатора. Защита нулевой последовательности тока используется, когда нейтральная точка трансформатора заземлена; защита нулевого напряжения используется, когда нейтральная точка не заземлена; и защита разрядного тока используется, когда нейтральная точка трансформатора заземлена через разрядник.

Защита нулевой последовательности тока имеет малый пусковой ток, обычно около 100 А, с временем срабатывания около 0,2 секунды. Защита нулевого напряжения обычно устанавливается в два раза выше номинального фазного напряжения. Для предотвращения переходных перенапряжений при однофазном замыкании на землю время задержки обычно устанавливается в пределах 0,1–0,2 секунды. Длина разрядника на нейтральной точке 220 кВ стороны трансформатора обычно составляет 325 мм, с напряжением пробоя RMS 127,3 кВ. Когда напряжение на нейтральной точке превышает напряжение пробоя, разрядник пробивает, позволяя нулевой последовательности тока проходить через нейтральную точку. Время защиты устанавливается на 0,2 секунды.

Что такое основная защита и резервная защита?

Ответ: Основная защита — это защита, которая при коротком замыкании удовлетворяет требованиям устойчивости системы и безопасности оборудования, и избирательно отключает неисправное оборудование и всю линию.
Резервная защита — это защита, которая устраняет неисправности, если основная защита или выключатель не сработали.

Какова функция форсированного возбуждения генератора?

Ответ:

• Улучшает устойчивость энергосистемы.

• Позволяет быстро восстановить напряжение после устранения неисправности.

• Улучшает надежность работы защиты с временной задержкой.

• Улучшает условия самозапуска двигателей во время неисправностей системы.