Несколько лет тому назад перед автором была поставлена задача написать учебник по общему курсу релейной защиты электроэнергетических систем для специальности 0650 — «Автоматизация производства и распределения электрической энергии», по которой вузы выпускают специалистов-релейщиков.
Советская высшая школа должна выпускать инженеров с хорошей научно-технической подготовкой, способных решать сложные задачи, которые ставятся партией и правительством. [ Поэтому, приступая к этой работе, автор понимал всю сложность
' ее выполнения. Следовало также учитывать весьма большой комп-
лекс проблем и вопросов, охватываемый современной техникой релейной защиты, относительно небольшое время, отводимое в учебных планах на изучение ее основ, необходимость такого построения и содержания книги, которые соответствовали бы реальному объему материала, отбираемого для изучения в курсе, и жесткие требования, предъявляемые к компактности изложения. При написании книги '•¦ учитывалась также возможность ее использования для изучения
курсов релейной защиты по специальностям 0301. (электрические станции) и 0302 (электрические системы и сети).
Работая над содержанием курса и учебника по его изучению, автор, естественно, прежде всего опирался на многолетний опыт работы по чтению этого курса в Московском энергетическом институте, а также на монографии и учебные пособия, в написании кото-( рых он участвовал в предыдущие десятилетия.
j Необходимо отметить, что в процессе работы над книгой потре-
, бовалось рассмотреть и разработать ряд дополнительных вопросов
научного и научно-методического характера, проверить их при чтении курса.
Весьма полезным для изучения релейной защиты является курс элементов автоматики электроэнергетических систем, поставленный
1* 3
в настоящее время в ряде вузов и входящий в учебный план специальности 0650. Опираясь на этот курс, представляется возможным сокращать материал, обычно излагавшийся по принципам действия и конструкциям элементов и реле в целом, на которых выполняется релейная защита. Это и должно делаться в лекционных курсах. Однако в учебнике часть этого материала дана мелким шрифтом, исходя из следующих соображений:
он требуется при выполнении лабораторных работ по курсу;
можно непосредственно увязывать выполнение и расчет параметров защит с применяемыми для них реле;
можно использовать учебник как пособие для курсов специальностей, по которым элементы автоматики отдельно не изучаются;
При этом указанный материал приводится по мере необходимости и излагается в свете требований, предъявляемых релейной защитой, что представляется целесообразным при чтении курса.
Некоторыми особенностями-изложения курса являются:
краткое описание в начале каждого раздела видов повреждений и ненормальных режимов работы, которые учитываются при выполнении защит, и общих принципов этих защит;
общий подход (в отличие от Существовавшего раздельного) к анализу выполнения и работы всех основных защит с относительной селективностью (токовых, токовых направленных и дистанционных), что (как показывает опыт) облегчает изучение более сложных из них;
изложение в одной главе защит как современных мощных генераторов, так и менее мощных;
создание отдельного раздела по защитам с абсолютной селективностью, в которых производится косвенное сравнение электрических величин. В этом разделе рассматриваются также ранее редко изучавшиеся защиты, в последнее время имеющие, распространение;
уточненный подход к свойствам защиты, критериям этих свойств и их оценке;
объединение в отдельной главе всех типов защит от однофазных замыканий на землю в сетях с изолированными нейтралями.
Особое внимание уделено перечню литературы. Автор считает, что советскими релейщиками сделано многое в деле создания техники релейной защиты (создание принципов и устройств, научных методов расчетов и выбора параметров, техники эксплуатации и, наконец, основ теории). Об этом должно узнавать молодое поколение специалистов еще в процессе обучения в вузе. Однако, к сожалению,
«о многих учебных пособиях на эту сторону воспитания студентов Те Обращается должного внимания. Развернутое изложение истории пазвития техники релейной защиты и ее достижений, конечно, выходит за рамки изучаемого курса. Поэтому в учебнике по ходу изложения даются ссылки на литературу - первоисточники, что должно способствовать формированию у студентов правильного представления о вкладе советских специалистов в развитие техники релейной защиты. При этом, однако, из-за недостатка места оказываются неупомянутыми многие современные, часто полезные источ-
ники.
Представляется, что курс для специальности 0650 должен читаться в последовательности, данной в учебнике; при этом опираться следует в основном на крупный шрифт. Мелкий шрифт, очень кратко излагающий некоторые современные тенденции развития и специальные вопросы, предназначается для выборочного использования лекторами в целях углубления курса, а также для развития этих вопросов в специальных курсах релейной защиты, которые должны читаться в счет «часов ученого совета» по учебному плану. Автор предполагает в дальнейшем выпустить специальный курс лекций по релейной защите, в котором указанные и некоторые другие вопросы будут рассмотрены более развернуто.
Согласно новым учебным планам специальности 0650 предусматривается изучение теорий информации, надежности, математической логики и некоторых других дисциплин, с учетом которых должна проводиться дальнейшая работа по совершенствованию содержания курса. В частности, должно быть усилено использование аппарата математической логики, которая начинает более широко применяться и в технике релейной защиты.
В заключение автор считает необходимым подчеркнуть, что создание данного курса оказалось возможным благодаря советам, полученным в свое время от некоторых видных деятелей науки, отмеченных во введении, помощи в постановке курса для специализировавшихся по релейной защите, оказанной в 30-е годы заместителем заведующего кафедрой аппаратостроения МЭИ (которая вела курсы релейной защиты) доц. М. Ф. Костровым, совместной работе с коллективом кафедры автоматизации и релейной защиты энергетических систем МЭИ, много лет возглавлявшейся проф. И. И. Соловьевым, дружной совместной работе с научно-технической общественностью, помощи, оказанной проф. А. Д. Дроздовым при написании пособия в 1961 г., а также тому, что автору посчастливи-
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие.................................. 3
Введение.................................... 8
В-1. Назначение релейной защиты.................. 8
В-2. Реле ................................. Ю
В-3.-Развитие техники релейной защиты................ 12
В-4. Функции релейной защиты от коротких замыканий и основные
требования, предъявляемые к ее свойствам............ 17
В-5. Основные принципы построения защит.............. 24
Глава первая. Виды повреждений и ненормальных режимов работы
сетей и принципы защиты линий от коротких замыканий ... 25
1-1. Виды повреждений......................... 25
1-2. Переходные сопротивления в месте повреждения........ 27
1-3. Многофазные короткие замыкания в одной точке........ 28
1-4. Однофазные короткие замыкания................. 31
1-5. Однофазные замыкания на землю . ............... . 33
1-6. Двойные замыкания на землю................... 35
1-7. Соотношения токов и напряжений при трансформаторных и автен
трансформаторных связях...................... 37
1-8. Разрыв фазы............................ 42
1-9. Ненормальные режимы работы.................. 45
1-10. Общие вопросы выполнения защиты линий от к. з....... 47
1-11. Защиты с относительной селективностью............. 48
1-12. Защиты с абсолютной селективностью...........'.., 50
1-13. Неселективные защиты....................... 52
Глава вторая. Токовые защиты................... 52
2-1. Принцип действия......................... 52
2-2. Способы выполнения максимальной токовой защиты...... 57
2-3. Выдержка времени максимальной токовой защиты и ее ступень 59
2-4, Ток срабатывания максимальной токовой защиты........ 61
2-5.. Чувствительность максимальной токовой защиты........ 64
2-6. Оценка и область применения максимальной токовой защиты 65 2-7. Токи срабатывания и защищаемые зоны первой и второй ступеней защиты (токовых отсечек без выдержки времени и с выдержкой времени) ............................ 66
2-8. Оценка и область применения токовой защиты ....... 70
2-9. Комбинированные отсечки по току и напряжению....... 71
2-10. Неселективные токовые защиты.................. 73
2-11. Токовые защиты, включаемые на симметричные составляющие '5 2-12. Токовые защиты нулевой последовательности для сетей с глухо-заземленными нейтралями..................... 77
2-13. Область применения токовых защит............... °®
2-14. Первичные измерительные преобразователи тока . ....... °'
2-15. Маркировка концов обмоток, векторные диаграммы и условия
работы трансформаторов тока................... °
2-16. Требования к точности работы трансформаторов тока..... 87
2-17. Работа трансформаторов тока при глубоких насыщениях сердечников ................................ 91
2-18. Мощности, отдаваемые трансформаторами тока......... 93
¦ 2-19. Определение нагрузок на трансформаторы тока в схемах защит 93
2-20. Схемы соединений трансформаторов тока и цепей тока реле 95
2-21. Органы токовых защит....................... 105
2-22. Основные требования, предъявляемые к реле тока....... 106
¦2-23. Электромеханическое реле тока.................. 107
2-24. Полупроводниковые реле тока................... 115
2-25. Реле тока с дискретной формой воздействующей величины 120
2-26. Логические части защиты..................... 122
2-27. Логические элементы........................ 125
2-28. Реле времени............................ 12В
2-29. Исполнительные органы защиты ................. 131
2-30. Промежуточные и указательные электромеханические реле 131
2-31. Контакты реле........................... 134
2-32. Управление приводами выключателей .............. 136
2-33. Оперативный ток...................;...... 139
2-34. Источники оперативного тока для полупроводниковых защит 147
2-35. Выполнение и изображение схем защит............. 150
Глава третья. Токовые направленные защиты........... 154
3-1. Принцип действия ......................... 154
3-2. Максимальная токовая направленная защита........... 157
3-3. Первые и вторые ступени токовых направленных защит .... 164 3-4.'Токовые направленные защиты нулевой последовательности 168 3-5. Токовые направленные защиты с последними ступенями, действующими в обратном направлении ............... 170
3-6. Основные требования, предъявляемые к реле направления мощности ................................. 170
3-7. Схемы сравнения двух электрических величин......... 171
3-8. Электромеханические реле направления мощности ....... 173
3-9. Полупроводниковые реле направления мощности........ 176
3-10. Реагирующие элементы реле направления мощности на полупроводниках............................... 181
3-11. Характеристики реле направления мощности.......... 185
3-12. Полярность обмоток реле направления мощности ........ 188
3-13. Принципы включения реле направления мощности....... 189
3-14. Способы анализа схем включения реле направления мощности............................... 191
3-15. Схема включения на междуфазные напряжения и разности одноименных им токов фаз....................... 192
3-16. 90°-ная схема включения на полные напряжения и токи фаз 192 3-17. Схема включения на напряжения и токи нулевой последовательности ................................. 195
3-18. Схема включения на напряжения и токи обратной последовательности .............................. 196
3-19. Определение мертвых зон токовых направленных защит .... 197 3-20. Работа реле направления мощности при к. з. за трансформаторами с соединением обмоток Y/Д или Д/Y ............ 198
3-21. Первичные измерительные преобразователи напряжения .... 198 3-22. Маркировка концов обмоток и упрощенные векторные диаграммы
трансформаторов напряжения................... 200
3-23. Точность работы трансформаторов напряжения и отдаваемые ими
' мощности .............................. 201
3-24. Схемы соединений обмоток трансформаторов напряжения и реле 202
3-25. Заземление вторичных обмоток трансформаторов напряжения 206
3-26. Защита цепей трансформаторов напряжения........... 206
3-27. Питание цепей реле направления мощности при отсутствии изме-
555
рительных трансформаторов напряжения в защищаемой сети высшего напряжения......................... „пя
3-28. Выполнение схем токовых направленных защит...... ' ofK)
3-29. Оценка и области применения токовых направленных защит 211
Глава четвертая. Дистанционные защиты............. 211
4-1. Принцип действия......................... 211
4-2. Сопротивления на зажимах реле сопротивления....... \ 215
4-3. Выбор параметров срабатывания защиты............' 216
4-4. Использование комплексной плоскости сопротивлений для анализа работы реле сопротивления и требования к их характеристикам Zc.p= /(фр)............................ 220
4-5. Виды характеристик Zc.p = f(9p) реле сопротивления и их математическое описание........................ 221
4-6. Классификация реле сопротивления и предъявляемые к ним требования ............................... 228
4-7. Принципы выполнения реле сопротивления........... 230
4-8. Примеры выполнения реле сопротивления с одним напряжением и одним током и их характеристики Zc. р = f(fp)..... 234
4-9. Многофазные реле сопротивления................. 239
4-10. Реле сопротивления, обеспечивающие правильную работу при наличии в сравниваемых величинах апериодических слагающих ................................ 243
4-11. Реле сопротивления с дискретной формой входной информации 244
4-12. Реле сопротивления со сложными характеристиками Zc.p — f(yp) 245
4-13. Реле сопротивления с зависимыми характеристиками выдержки
времени................................ 246
4-14. Требования к схемам включения дистанционных органов с одним
напряжением и одним током ................... 248
4-15. Включение реле на междуфазные напряжения и разности фазных токов (трехсистемное исполнение).............. 250
4-16. Включение реле на фазные напряжения и токи и их слагающие
(трехсистемные исполнения).................... 251
4-17. Особенности включения реле для работы при двойных замыканиях на землю.......................... 254
4-18. Односистемные схемы включения реле.............. 254
4-19. Односистемные схемы включения реле с одним напряжением
и одним током ........................... 255
4-20. Схемы включения многофазных реле............... 258
4-21. Использование общих реле сопротивления для нескольких
ступеней дистанционного органа ................. 258
4-22. Способы уменьшения влияния переходных сопротивлений на
работу дистанционных органов.................. 259
4-23. Влияние трансформаторов, установленных между местами
включения защиты и к. з., на работу дистанционных органов 261
4-24. Влияние на работу дистанционных органов погрешностей трансформаторов тока и напряжения.................. 262
4-25. Пусковые органы.......................... 262
4-26. Устранение мертвых зон у дистанционных и пусковых направленных органов сопротивления .................. 268
4-27. Поведение дистанционных защит при качаниях и асинхронных
режимах работы.......................... 270
4-28. Использование комплексной плоскости для анализа поведения реле сопротивления при качаниях.............. 271
4-29. Принципы выполнения устройств, предотвращающих ложные
и излишние срабатывания защит при качаниях......... 273
4-30. Устройства, включающие защиту при возникновении несимметрии на время, достаточное для ее срабатывания........ 274
4-31. Устройства, отключающие защиту при качаниях, с двумя пусковыми органами разной чувствительности.....,,,..... 278
556
4-32. Комбинированное использование устройств разного типа, предотвращающих неправильные срабатывания защит при качаниях 279
4-33. Предотвращение ложного действия защит при несинхронном
АПВ................................. 279
4-34. Фильтры симметричных составляющих обратной последовательности ................................. 280
4-35. Предотвращение ложного действия защит при нарушениях
питания их цепей напряжения .....'............. 283
4-36. Выполнение дистанционных защит................ 287
4-37. Оценка и области применения дистанционных защит..... 290
Глава пятая. Токовые и направленные защиты с косвенным сравнением электрических величин .... ............... 291
5-1. Способы выполнения защит..................... 291
5-2. Виды каналов связи......................... 291
5-3. Токовые продольные защиты.................... 299
5-4. Принципы выполнения направленных продольных защит .... 300
5-5. Направленные защиты с высокочастотной блокировкой..... 302
5-6. Сочетание дистанционных защит с направленными продольными 308
5-7. Принцип работы направленных поперечных защит........ 309
5-8. Направленная поперечная защита двух параллельных линий 310
Глава шестая. Дифференциальные токовые и направленные защиты 313
6-1. Способы выполнения защит.................... 313
6-2. Принцип действия дифференциальной токовой продольной защиты................................. 314
6-3. Токи небаланса, ток срабатывания и чувствительность защиты 315
6-4. Способы повышения чувствительности и отстроенное™..... 320
6-5. Включение реле тока через промежуточные насыщающиеся трансформаторы тока (НТТ)...................... 322
6-6. Применение дифференциальных реле тока с торможением . . . 325 6-7. Схемы защиты с полупроводниковыми и электромеханическими
реле тока с торможением..................... 327
6-8. Характеристики защит с торможением, определение чувствительности, область применения .................... 329
6-9. Выполнение продольных защит с проводными каналами связи 333 6-10. Особенности продольных защит с проводными каналами связи
большой протяженности...................... 337
6-11. Продольные защиты линий с высокочастотными каналами и радиоканалами связи......................... 338
6-12. Дифференциальнохфазная токовая защита с высокочастотной
блокировкой.............................. 339
6-13. Дифференциальные поперечные токовые и токовые направленные
защиты..............".................. 345
6-14. Дифференциальные поперечные токовые направленные защиты 345
Глава седьмая. Защита линий от однофазных замыканий на землю 353
7-1. Требования к защите........................ 353
7-2. Электрические величины, используемые для действия защиты 355
7-3. Типы защит ............................. 361
7-4. Схемы фильтр-реле тока нулевой последовательности...... 362
7-5. Токовая защита нулевой последовательности........... 363
7-6. Защиты, использующие принципы сравнения амплитуд переходных токов............................... 365
Глава восьмая. Защита синхронных генераторов......... 367
8-1. Виды повреждений и ненормальных режимов работы и требования, предъявляемые к защите ................. 367
8-2. Многофазные короткие замыкания ................ 368
8-3. Витковые короткие замыкания.................. 370
8-4. Однофазные замыкания на землю в обмотке статора...... 371
557
8-5. Замыкание на землю в одной и второй точках цепи возбуждения
8-6. Ненормальные режимы работы..................
8-7. Типы применяемых защит.....................
8-8. Продольная дифференциальная токовая защита обмотки статора от многофазных коротких замыканий...........
8-9. Защиты от коротких замыканий между витками одной фазы
обмотки статора...........................
8-10. Дифференциальная токовая поперечная односистемная защита 8-11. Защиты от однофазных замыканий на землю в обмотке статора 8-12. Максимальная защита напряжения нулевой последовательности блочных генераторов ....................
8-13. Принципы выполнения 100% -ной защиты обмотки статора от замыканий на землю.........................
8-14. Защиты от' замыканий на землю обмотки статора, использующие высшие гармоники в э. д. с. генераторов..........
8-15. Принципы выполнения защит обмотки статора генераторов, работающих непосредственно на шины, от замыканий на землю 8-16. Токовая защита с трансформатором тока нулевой последовательности, имеющим подмагничивание..............
8-17. Токовые защиты от внешних коротких замыканий и перегрузок..................................
8-18. Защиты от замыкания на землю в одной точке цепи возбуждения ..................................
'8-19. Защита от замыканий на землю во второй точке цепи возбуждения ................................
8-20. Полные схемы защиты генераторов ................
Глава девятая. Защита трансформаторов, автотрансформаторов
и блоков..............................
9-1. Виды повреждений и ненормальных режимов работы и требования, предъявляемые к защите..................
9-2. Внутренние короткие замыкания.................
9-3. Ненормальные режимы работы..................
9-4. Типы применяемых зашит.....................
9-5. Токовые защиты от внутренних и внешних коротких замыканий..................................
9-6. Газовая защита...........................
9-7. Дифференциальные токовые защиты...............
9-8. Варианты выполнения дифференциальных токовых защит . . 9-9. Особенности дифференциальных токовых защит элементов с числом групп трансформаторов тока больше двух.........
9-10. Упрощенные дифференциальные токовые защиты........
9-11. Использование нескольких дифференциальных токовых защит
и защит с несколькими защищаемыми зонами.........
. 9-12. Оценка и область применения дифференциальных токовых
защит ................................
9-13. Токовая защита .нулевой последовательности с заземляющим
проводом ...............................
9-14. Токовые защиты от внешних коротких замыканий.......
9-15. Токовые защиты от перегрузок..................
9-16. Специальные резервные защиты от внешних замыканий на землю в режиме работы с разземленной нейтралью........
9-17. Особенности защит при наличии выносных устройств для продольного регулирования напряжения под нагрузкой......
9-18. Особенности защит трансформаторов и автотрансформаторов, ¦ работающих без выключателей со стороны высшего напряжения ..................................
9-19. Пуск от защит устройств пожаротушения............
9-20. Особенности защит блоков генератор—трансформатор (автотрансформатор) ............,.........., . . .
9-21. Особенности защит блоков генератор—трансформатор — линия 465
9-22. Полные схемы защиты трансформаторов.............. 466
Глава десятая. Защита шин станций и подстанций........ 467
10-1. Виды повреждений и требования', предъявляемые к защите *" 467
10-2. Способы выполнения и типы защит............... 468
10-3. Токовая защита.......................... 469
10-4. Направленная защита....................... 471
10-5. Дистанционная защита...................... 471
10-6. Дифференциальные токовые защиты............... 472
10-7. Дифференциальная токовая защита двойной системы шин с
фиксированным распределением элементов........... 477
10-8. Дифференциальная токовая защита с торможением двойной
системы шин с фиксированным распределением элементов ... 481 10-9. Некоторые вопросы практического осуществления дифференциальных токовых защит..................... 483
10-10. Неполные дифференциальные токовые защиты ......... 484
Глава одиннадцатая. Защита асинхронных и синхронных
двигателей . ......................,...... 487
11-1.-Основные виды потребителей, снабжаемых релейной защитой 487 11-2. Виды повреждений и ненормальных режимов работы асинхронных двигателей и требования, предъявляемые к их защите 487
11-3. Типы защит асинхронных двигателей.............. 492
11-4. Максимальная токовая защита асинхронных двигателей от
коротких замыканий ....................... 493
11-5. Токовая и тепловая защиты асинхронных двигателей от сверхтоков ................................ 495
11-6. Специальные токовые защиты асинхронных двигателей . . . 496 11-7. Дифференциальная токовая защита и защиты нулевой последовательности асинхронных двигателей........... 496
11-8. Минимальная защита напряжения для асинхронных двигателей ................................ 497
11-9. Виды повреждений и ненормальных, режимов работы синхронных двигателей и типы применяемых защит....... 501
11-10. Защиты синхронных двигателей от несинхронной работы . . . 503
11-11. Особенности защиты синхронных компенсаторов........ 505
Глава двенадцатая. Принципы защиты электрических систем 505
12-1. Вопросы защиты систем..................... . 505
12-2. Резервирование .......................... 505
12-3. Защиты на обходных, шиносоединительных и секционных
выключателях шин"........................ 511
12-4. Влияние неполнофазных режимов работы ........... 512
12-5. Использование телеотключений.................. 513
12-6. Особенности защит линий с ответвлениями .......... 515
12-7. Автономные и централизованные защиты . *........... 518
12-8. Совместное действие релейной защиты и устройств автоматического повторного включения................. 519
. 12-9. Особенности защиты сетей различных напряжений...... 520
12-10. Комплексная защита генераторов, трансформаторов, автотрансформаторов и блоков...... . . ,........... 525
12-11. Критерии оценки релейной защиты............... 526
12-12. Правила устройства электроустановок и Руководящие указания по релейной защите.................... 527
12-13. Использование устройств релейной защиты для фиксации
места короткого замыкания.................... 528
12-14. Использование вычислительной техники............ 529
Список литературы .............................. 532
' Алфавитный указатель ........................... 548
Цена: 600руб.
