Анализ работы подстанции Южная с исследованием надежности (стр. 8 из 9)

.

Тогда коэффициент готовности системы:

.

Коэффициент простоя системы:

.

Теперь определим интенсивность отказов системы из этих резервированных элементов:

, 1/ч.

Среднее время безотказной работы:

, ч.

Из расчета видно, что при резервировании среднее время безотказной работы системы достигает 9248 лет, что значительно превышает срок службы любого оборудования.


2. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

2.1. Общие сведения

2.1.1. Назначение релейной защиты. В энергетических системах могут возникать повреждения и ненормальные режимы работы электрооборудования электростанций и подстанций, их распределительных устройств, линий электропередачи и электроустановок потребителей электрической энергии. Повреждения в большинстве случаев сопровождаются значительным увеличением тока и глубоким понижением напряжения в элементах энергосистемы. Повышенный ток выделяет большое количество тепла, вызывающее разрушения в месте повреждения и опасный нагрев неповрежденных линий и оборудования, по которым этот ток проходит. Понижение напряжения нарушает нормальную работу потребителей электроэнергии и устойчивость параллельной работы генераторов и энергосистемы в целом. Ненормальные режимы обычно приводят к отклонению величин напряжения, тока и частоты от допустимых значений. При понижении частоты и напряжения создается опасность нарушения нормальной работы потребителей и устойчивости энергосистемы, а повышение напряжения и тока угрожает повреждением оборудования и линий электропередачи. Таким образом, повреждения нарушают работу энергосистемы и потребителей электроэнергии, а ненормальные режимы создают возможность возникновения повреждений или расстройства работы энергосистемы.

Для обеспечения нормальной работы энергетической системы и потребителей электроэнергии необходимо как можно быстрее выявлять и отделять место повреждения от неповрежденной сети, восстанавливая таким путем ненормальные условия их работы и прекращая разрушения в месте повреждения. Поэтому возникает необходимость в создании и применении автоматических устройств, выполняющих указанные операции и защищающих систему и ее элементы от опасных последствий повреждений и ненормальных режимов.

Первоначально в качестве подобной защиты применялись плавкие предохранители. Затем были созданы защитные устройства, выполняемые при помощи специальных автоматов — реле, получившие название релейной защиты.

Релейная защита является основным видом электрической автоматики, без которой невозможна нормальная и надежная работа современных энергетических систем. Она осуществляет непрерывный контроль за состоянием и режимом работы всех элементов энергосистемы и реагирует на возникновение повреждений и ненормальных режимов. При возникновении повреждений защита выявляет и отключает от системы поврежденный участок, воздействуя на специальные силовые выключатели, предназначенные для размыкания токов повреждения. При возникновении ненормальных режимов защита выявляет их и в зависимости от характера нарушения производит операции, необходимые для восстановления нормального режима, или подает сигнал дежурному персоналу.

2.1.2. Требования, предъявляемые к релейной защите. Эти требования делятся на две большие группы:

- требования к защите от коротких замыканий;

- требования к защитам от ненормальных режимов.

Требования к защите от коротких замыканий:

- селективность;

- быстродействие;

- чувствительность;

- надежность.

Селективность — это способность защиты отключать при коротких замыканиях только поврежденный участок сети. Таким образом, селективное отключение повреждения является основным условием для обеспечения надежного электроснабжения потребителей.

Быстродействие — это способность защиты отключать повреждения с возможно большей быстротой для ограничения размеров разрушения оборудования, повышения эффективности автоматического повторного включения линий и сборных шин, уменьшения продолжительности снижения напряжения у потребителей у потребителей и сохранения устойчивости параллельной работы генераторов, электростанций и энергосистемы в целом.

Чувствительность — это способность защиты реагировать на повреждения в минимальных режимах системы электроснабжения, когда изменение воздействующей величины, то есть величины, на которую реагирует защита, будет минимальной. Чувствительность защиты оценивается коэффициентом чувствительности. Коэффициент чувствительности есть отношение между значением воздействующей величины при повреждении защищаемой зоны и установленным на защите параметром ее срабатывания. Для защит, реагирующих на ток:

,

где Iкз . min – минимальный ток короткого замыкания;

Iс.з . – ток срабатывания защиты.

Надежность — это способность защиты выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение определенного промежутка времени.

Защиты от ненормальных режимов, так же как и защиты от коротких замыканий, должны обладать селективностью, чувствительность и надежностью. Быстродействие от этих защит, как правило, не требуется. Часто ненормальные режимы носят кратковременный характер и самоликвидируются, например кратковременная перегрузка при пуске асинхронного электродвигателя. В тех случаях, когда устранение ненормальных режимов может произвести дежурный персонал, защита от ненормальных режимов может выполняться с действием только на сигнал.

2.2. Виды релейной защиты

2.2.1. Токовая защита. Защита, для которой воздействующей величиной является ток, называется токовой защитой. Этот вид защиты в системах электроснабжения получил наибольшее распространение. Первыми токовыми защитами были плавкие предохранители. Суть защиты плавким предохранителем заключается в том, что при протекании большого тока плавкая вставка разрушается и цепь разрывается. В токовых защитах применяются электромагнитные реле максимального и минимального тока. Реле максимального тока действует при превышении воздействующей величины тока срабатывания реле, а реле минимального тока — при снижении воздействующей величины менее тока срабатывания реле. Токовые защиты делятся на максимальные токовые защиты и токовые отсечки. Токовая отсечка — это защита, которая срабатывает мгновенно.

2.2.2. Защита по напряжению. Для данного вида защиты воздействующей величиной является напряжение. Защита по напряжению, как и токовая защита, выполняется на электромагнитных реле максимального и минимального напряжения.

2.2.3. Токовая направленная защита. Направленной называется защита, которая действует при определенном направлении мощности короткого замыкания. Данный вид защиты применяется в сетях с двухсторонним питанием. Защита в этих сетях должна не только реагировать на появление тока короткого замыкания, но для обеспечения селективности должна также учитывать направление мощности короткого замыкания в защищаемой линии или, иначе говоря, фазу тока в линии относительно напряжения на шинах. Направление мощности короткого замыкания, проходящей по линии, характеризует, где возникло повреждение: на защищаемой линии или на других присоединениях, отходящих от шин данной подстанции. Это обстоятельство используется в токовой направленной защите, которая по знаку мощности определяет, на каком присоединении возникло повреждение, и действует только при коротком замыкании на защищаемом участке.

2.2.4. Дистанционная защита. Данный вид защиты применяется в сетях сложной конфигурации, например, кольцевая сеть с двухсторонним питанием. Выдержка времени дистанционной защиты зависит от расстояния между местом установки защиты и точкой короткого замыкания. При этом ближайшая к месту повреждения дистанционная защита всегда имеет меньшую выдержку времени, чем более удаленные защиты, благодаря этому автоматически обеспечивается селективное отключение поврежденного участка. Основным элементом дистанционной защиты является дистанционный орган, определяющий удаленность короткого замыкания от места установки защиты. В качестве дистанционного органа используются реле сопротивления, непосредственно или косвенно реагирующие на полное, активное или реактивное сопротивление линии.

2.2.5. Дифференциальная защита. Принцип действия дифференциальной защиты основан на сравнении величины и фазы токов в начале и конце защищаемого участка. Данная защита обеспечивает мгновенное отключение короткого замыкания в любой точке защищаемого участка и обладает селективностью при коротком замыкании за пределами защищаемой зоны. Дифференциальные защиты подразделяются на продольные и поперечные. Первые служат для защиты как одинарных, так и параллельных линий, вторые — только параллельных линий.

2.2.6. Высокочастотная защита. Высокочастотные защиты являются быстродействующими и предназначаются для линий средней и большой длины. Они применяются в тех случаях, когда по условиям устойчивости или другим причинам требуется быстрое двухстороннее отключение короткого замыкания в любой точке защищаемого участка. Удовлетворяющие этому же требованию продольные дифференциальная защита непригодна для длинных линий вследствие высокой стоимости соединительного кабеля и недопустимого увеличения его сопротивления. По принципу действия высокочастотная защита не реагирует на короткие замыкания вне защищаемого участка и поэтому, так же как и дифференциальные защиты, не имеют выдержки времени. Существует два вида высокочастотных защит: