С использованием логических элементов

Nbsp; МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ДГТУ)

Перечень дисциплин и вопросов государственного экзамена по профилю

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И СЕТИ

Электроэнергетические системы и сети

1.1. Характеристики систем передачи и распределения электроэнергии

1.2. Определение погонных электрических параметров линии

1.3. Схема замещения линии и их параметры

1.4. Параметры схем замещения трансформаторов

1.5. Параметры схем замещения автотрансформатора

1.6. Графики нагрузки

1.7. Характеристика задачи расчета и анализа установившихся режимов электрических сетей

1.8. Расчеты режимов разомкнутых электрических сетей

1.9. Расчеты режимов простых замкнутых сетей

1.10. Методы решения уравнений узловых напряжений

1.11. Уравнения состояния электрической сети

1.12. Критерий и алгоритм оценивания состояния

1.13. Потери мощности и энергии в элементах электрических сетей

1.14. Метод средних суток для расчета потерь электроэнергии в 35-110 кВ

1.15. Метод средних нагрузок для расчета потерь электроэнергии в сетях 6-35 кВ

1.16. Основные показатели качества электроэнергии

1.17. Связь балансов мощностей с частотой и напряжением

1.18. Регулирование частоты в ЭЭС

1.19. Регулирование напряжение в ЭЭС

1.20. Основные понятия об оптимизации режимов ЭЭС

1.21. Оптимизация распределения активной мощности в ЭЭС

1.22. Оптимизация режимов электрической сети

 

Электрические станции и подстанции

2.1. Термическая стойкость проводников и электрических аппаратов при коротких замыканиях. Способы расчета

2.2. Электродинамическая стойкость проводников и электрических аппаратов при коротких замыканиях. Способы расчета

2.3. Особенности схем электроснабжения собственных нужд электростанций

2.4. Системы возбуждения синхронных машин

2.5. Методы и средства ограничения токов КЗ, применяемые на электростанциях и подстанциях

2.6. Основные электродвигатели, применяемые в системе собственных нужд электростанций

2.7. Отключение цепей постоянного тока и переменного тока

2.8. Проектирование схем электрических соединений электростанций и подстанций

2.9. Самозапуск электродвигателей системы собственных нужд электростанций. Меры, обеспечивающие успешный самозапуск

2.10. Проектирование электрических связей между генераторами, трансформаторами и распределительными устройствами

2.11. Системы гашения магнитного поля синхронной машины

2.12. Основные типы и особенности современных выключателей

2.13. Особенности системы собственных нужд атомных электростанций

2.14. Заземляющие устройства электроустановок

2.15. Поведение электродвигателей при отклонениях напряжения и частоты от номинальных значений

2.16. Системы охлаждения синхронных генераторов

2.17. Силовые трансформаторы в схемах электростанций и подстанций

2.18. Автотрансформаторы. Режимы работы

2.19. Новые трансформаторы тока и напряжения

2.20. Отключающая способность выключателей

2.21. Аккумуляторные батареи в схеме электростанции и подстанции

2.22. Режимы нейтралей электроустановок в соответствии с ПУЭ

2.23. Включение силовых трансформаторов на параллельную работу

2.24. Методы синхронизации синхронных генераторов

2.25. Схемы упрощенных подстанций

 

 

Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем

3.1. Общая структурная схема релейной защиты. Основные свойства релейной защиты: селективность, быстродействие, чувствительность, надежность

.Основными элементами общей структурной схемы являются:

1. Источники постоянного и переменного оперативного тока. К первым относятся аккумуляторные батареи 12 – 220 В, ко вторым – трансформаторы тока или напряжения, блоки питания, зарядные устройства.

2. Датчики информации: трансформаторы тока и напряжения, устройства емкостного отбора напряжения, контакты сигнализации положения коммутационной аппаратуры (выключателей, разъединителей и т.п.).

3. Блоки сравнения и логики. Конструктивно размещаются на панели защиты данного присоединения. К блокам сравнения относятся максимальные и минимальные реле тока или напряжения, реле сопротивления и т.п. Блоки логики содержат реле времени, промежуточные реле, устройства АПВ, АВР.

4. Блоки управления и местной сигнализации. Конструктивно размещаются на панели управления данного присоединения. Это ключи управления, сигнальные лампы контроля положения выключателей, сигнализаторы положения разъединителей, сигнальные табло и измерительные приборы.

5. Блок общей сигнализации. Содержит устройство мигающего света, реле звуковой сигнализации, звонок, сирену и сигнальные табло.

Быстродействующей считается защита, обеспечивающая подачу командного импульса на отключение со временем не более 0,1 с с момента возникновения нарушения

Избирательной считается защита, обеспечивающая отключение только поврежденного элемента энергосистемы. Необходимая избирательность достигается отстройкой от таких величин подводимых к защите параметров (I, I₀,, I₂, U₂, U₀, U, Z), при которых защита данного элемента не должна действовать.

Чувствительной считается защита, обеспечивающая надежное отключение защищаемого элемента при его повреждениях. Надежность отключения характеризуется коэффициентом чувствительности.

Надежной считается защита, обеспечивающая ее устойчивое функционирование в неодинаковых режимах.

 

3.2. Что такое реле? Характеристика срабатывания реле и какие виды реле применяются в релейное защите?

Реле – это электрический выключатель, который разъединяет или соединяет цепь при создании определенных условий. Различаются реле по конструкционным особенностям и по типу поступающего сигнала. Электрические устройства наиболее востребованы и широко применяются во всех отраслях промышленности и обслуживающей сферы.

ПРИМЕНЕНИЕ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Реле - это электромагнитное переключающее устройство, регулирующее работу управляемых объектов при поступлении необходимого значения сигнала. Электрическая цепь, которую регулируют при помощи реле, называют управляемой, а цепь, по которой идет сигнал к устройству называется управляющей.

Реле выступает, своего рода, усилителем сигнала, т.е. при помощи небольшой подачи электричества на это устройство, замыкается более мощная цепь. Различают реле, работающие от постоянного тока и переменного. Устройство переменного тока срабатывает при прохождении входного сигнала определенной частоты. Реле постоянного тока могут приходить в рабочее состояние при одностороннем протекании тока (поляризованные), и при движении электричества в двух направлениях (нейтральные).

Принцип работы заключается в следующем…

При подаче напряжения на вход по катушке, по обмотке сердечника потечет ток, который приведет к появлению магнитного поля. В результате действия этого поля якорь станет притягиваться к сердечнику и произойдет механическое замыкание выходного контакта 1 и выходного контакта 2. Таким образом, выходная цепь окажется замкнутой. При отсутствии сигнала на входе якорь вернется в исходное положение и контакты разомкнутся

УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ РЕЛЕ

Электромагнитное реле включается под действием электрического тока, поступающего на обмотку. На рисунке изображен принцип работы клапанного реле. Когда достигается нужная величина силы тока, в системе возникает электромагнитная сила, которая притягивает якорь (3) к поверхности ярма(1), при чем пружина (2) под действием электромагнитного поля прогибается. Вместе с якорем движется контакт (4) и давит на контакт внешней цепи (5), который при достижении определенной силы соприкасается с другим проводником (6).

После замыкания цепи срабатывает управляемый элемент (7), который производит определенное действие. Исходное положение может быть разомкнутым, как в данном примере, так и замкнутым. В последнем случае управляемый элемент выключается, при достижении определенного значения поступающего тока.

Когда силы тока становится недостаточно, чтобы удерживать якорь в нижнем положении, когда контакты 5 и 6 соприкасаются, пружина отводит якорь и размыкает цепь. Управляющее устройство перестает снабжаться электричеством и прекращает свою работу.

Большинство электромагнитных реле снабжаются не одной парой контактов, как в приведенном примере, а несколькими. В этом случае можно управлять одновременно многочисленными электрическими цепями.

НАЗНАЧЕНИЕ

Реле широко применяются во многих областях и сферах. Эти устройства имеют сложную классификацию, попробуем для наглядности их поделить на несколько групп:

Подразделяются по области применения на:

· Управления электрических систем

· Защита систем

· Автоматизация систем

В зависимости от принципа действия подразделяются:

· Электромагнитные

· Магнитолектические

· Тепловые

· Индукционные

· Полупроводниковые

От вида поступающего параметра, реле делятся на:

· Тока (Реле тока предназначено для контроля величины тока в цепи – реле срабатывает, если величина тока превышает заданное значение)

· Мощности (Срабатывание реле направления мощности определяется только величиной угла между током и напряжением, подаваемых на реле, при широком диапазоне изменения их абсолютных значений.)

· Частоты

· Напряжения

По принципу воздействия на управляющую часть:

· Контактные

· Безконтактные

ТРЕБОВАНИЯ К РЕЛЕ

К различным видам реле предъявляются различные требования. Например, электромагнитные устройства должны обладать высокой надежностью, чувствительностью, быстродействием и селективностью.

Селективность – это способность реле реагировать на изменения параметров в выборочном порядке. Например, при возникновении аварийных ситуаций, отключать только поврежденные участки системы, оставляя в полной рабочей способности действующие элементы.

3.3. Фильтры симметричных составляющих и их назначение

Для повышения чувствительности релейной защиты, а также для уменьшения количества измерительных органов (реле) применяются фильтры симметричных составляющих тока и напряжения. Это могут быть как фильтры отдельных последовательностей (прямой, обратной, нулевой), так и комбинированные фильтры, выходное напряжение (ток) которых пропорционально некоторой комбинации симметричных составляющих (обычно двух).

Реализация фильтров симметричных составляющих основана на применении активно–реактивных звеньев, выбранных с таким расчётом, чтобы при номинальной частоте напряжение (ток) на выходе было пропорционально напряжению (току) какой–либо последовательности одной из фаз и сдвинуто относительно него на постоянный угол. Исключение составляют фильтры токов или напряжений нулевой последовательности, которые осуществляю простое алгебраическое сложение фазных токов или напряжений, и поэтому их выходные величины не зависят от частоты сети.

В устройствах релейной защиты с электромеханическими и полупроводниковыми реле наибольшее распространение получили активно-ёмкостные фильтры напряжения обратной последовательности (ФНОП) и активно–индуктивные фильтры тока обратной последовательности (ФТОП).

Схема фильтра напряжения обратной последовательности показана на рис. 3.18.

Рисунок 3.18. Схема фильтра напряжения обратной последовательности:

а – схема фильтра; б – векторная диаграмма фильтра при подаче на вход напряжения прямой последовательности; в – векторная диаграмма фильтра при подаче на вход

напряжения обратной последовательности

Рассмотрим поведение данного фильтра при подаче на его входные зажимы напряжений разных последовательностей. Анализ работы фильтра обычно проводится в режиме холостого хода, когда нагрузка к его выходным зажимам не подключена. Если фильтр напряжения будет правильно работать в режиме холостого хода, то подключение нагрузки приведёт лишь к изменению абсолютного значения выходного напряжения, не искажая основных соотношений, характеризующих его работу.

Напряжение нулевой последовательности имеет одинаковую величину и направление векторов во всех фазах. Поэтому все входные зажимы фильтра, к которым в порядке электрического чередования подключены фазы напряжений А, В, С, будут иметь одинаковый потенциал. Таким образом, напряжение на выходе ФНОП, определяемое разностью потенциалов на зажимах реле, при подаче на вход фильтра напряжения нулевой последовательности будет равно нулю.

Под действием системы напряжений прямой последовательности , , , подведённым соответственно к входным зажимам фильтра 1, 2, 3, по его резисторам и конденсаторам будут протекать токи. Соотношения между элементами ФНОП определяются выражениями

Векторная диаграмма токов и напряжений для этого случая показана на рис. 3.18, б. Как видно из диаграммы, выходные зажимы фильтра m и n имеют одинаковый потенциал. Таким образом, при подаче на вход ФНОП напряжения прямой последовательности, напряжение на выходе фильтра равно нулю.

Векторная диаграмма, характеризующая работу фильтра при подаче на его вход напряжения обратной последовательности, показана на рис. 3.18, в. В этом случае векторная диаграмма напряжений изменяется, так как изменяется чередование фазных напряжений на входе фильтра , , , подведённых соответственно к зажимам 1, 2, 3. При этом между зажимами m и n появляется большое напряжение, пропорциональное значению напряжению обратной последовательности на входе ФНОП.

Таким образом, при подаче на входные зажимы ФНОП напряжений прямой и нулевой последовательностей напряжение на выходе фильтра равно нулю (в действительности будет незначительное напряжение небаланса), а при подаче на вход напряжения обратной последовательности – величина напряжения на выходе фильтра пропорциональна входному напряжению. Следовательно, ФНОП выделяет из полного напряжения, поданного на его вход, напряжения обратной последовательности, не пропуская напряжений других последовательностей.

Схема фильтра тока обратной последовательности, используемого в реле РТФ-1М, приведена на рис. 3.19, а. В отличие от напряжения, для протекания тока всегда должен быть замкнутый путь, поэтому на рисунке показан не только фильтр тока, но и его нагрузка.

 

Рисунок 3.19. Схема фильтра тока обратной последовательности:

а – схема фильтра; б – векторная диаграмма фильтра при подаче на вход тока прямой последовательности; в – векторная диаграмма фильтра при подаче на вход тока обратной последовательности

Реле состоит из активно–трансформаторного фильтра, выпрямительного моста и исполнительного органа. В фильтр входят трансформатор тока ТА и трансреактор TAV, каждый из них имеет по две первичные обмотки, включаемые для компенсации токов нулевой последовательности на разность токов двух фаз. По первичным обмоткам ТА проходит разность токов , по первичным обмоткам TAV  – разность токов . К вторичной обмотке ТА подключён регулируемый резистор , падение напряжения на котором пропорционально разности токов и совпадает с ней по фазе:

,

где  – коэффициент трансформации ТА.

Вторичная обмотка также замкнута на регулируемы резистор , падение напряжения на котором пропорционально разности токов и опережает её по фазе на угол 60 градусов.

Поскольку токи нулевой последовательности во всех фазах одинаковы по величине и направлению, разность токов нулевой последовательности двух фаз будет равна нулю. Поэтому во вторичных обмотках ТА  и TAV  могут проходить только токи прямой и обратной последовательностей.

На рис.3.19, б приведена векторная диаграмма токов и напряжений при подаче на вход фильтра системы токов прямой последовательности. Как видно из диаграммы напряжения  и  противоположны по фазе и равны по величине. Ток на выходе ФТОП при этом будет равен нулю.

Векторная диаграмма фильтра при подаче на его вход системы токов обратной последовательности приведена на рис.3.19, в. В этом случае равные значения напряжений на резисторах  и  сдвинуты по фазе на угол 60 градусов, а их сумма равна , пропорциональная значению тока обратной последовательности на входе ФТОП.

Для современных полупроводниковых защит используются активные фильтры симметричных составляющих на основе операционных усилителей, для микропроцессорных – осуществляется программная реализация таких фильтров.

3.4. Принципы работы токовой отсечки и максимальной токовой направленной защиты, объяснить, как обеспечивается их селективность

Токовая отсечка

Токовая отсечка относится к токовым защитам, реагирующим на увеличение тока. Основное её отличие от максимальной токовой защиты заключается в способе обеспечения селективности. В качестве примера рассмотрим участок сети, состоящий из двух линий с односторонним питанием (рис.4.11).

Рисунок 4.11. Принцип действия токовой отсечки на линии с односторонним

Питанием

На этом же рисунке кривая показывает изменение тока трёхфазного короткого замыкания в зависимости от расстояния до точки короткого замыкания. Кривая построена на основании выражения

,

где  – ЭДС системы;  – сопротивление системы;  – погонное сопротивление линии;  – расстояние до места короткого замыкания.

Для того чтобы защита работала при коротких замыканиях на своей линии и не работала на смежной линии, достаточно выполнить условие отстройки защиты от тока трехфазного короткого замыкания в конце линии:

.

Приняв во внимание погрешности трансформаторов тока, реле и расчёта, получим:

,

где  – коэффициент надёжности.

Таким образом, по принципу действия токовая отсечка не требует выдержки времени, селективность работы достигается за счёт ограничения её зоны действия. Графическая иллюстрация зоны действия отсечки показана на рис.4.11.

Из-за того, что зона работы отсечки не охватывает всю линию, отсечка не может быть использована в качестве единственной защиты.

Токовые ступенчатые защиты. Токовые ступенчатые защиты представляют собой сочетание токовых отсечек и максимальной токовой защиты, что позволяет выполнить полноценную защиту с высоким быстродействием.

 Обычно токовые ступенчатые защиты выполняются в виде трёх ступеней:

первая ступень –отсечка мгновенного действия, защищает начальный участок линии;

вторая ступень–отсечка с выдержкой времени, предназначена для надёжной защиты оставшегося участка линии;

третья ступень–максимальная токовая защита, выполняет функции ближнего и дальнего резервирования.

Принцип действия токовой ступенчатой защиты рассмотрим на примере участка сети, представленного на рис.4.12. На линии ABустановлена трёхступенчатая токовая защита, на линии BC– двухступенчатая.

Рисунок 4.12. Принцип действия токовой ступенчатой защиты

Токи срабатывания первых ступеней защит A и Б, соответственно и , отстраиваются от токов трёхфазных коротких замыканий на шинах противоположных подстанций:

; .

Пример 4.3. Схема выполнения токовой ступенчатой защиты. Схема токовой ступенчатой защиты на электромеханических реле с включением измерительных органов по схеме неполной звезды представлена на рис.4.13.

Работа защиты. При коротком замыкании в зоне действия первой ступени срабатывают пусковые органы первой, второй и третьей ступеней. Реле первой ступени ,  и  срабатывают и подают плюс питания на выходное реле ,реле второй ступени ,  и – на реле времени , реле третьей ступени ,  и  – на реле времени . Времена срабатывания , ,  соотносятся между собой следующим соотношением:     

.

Следовательно, первым сработает выходное реле , и короткое замыкание отключится без выдержки времени.

Рисунок 4.13. Схема трёхступенчатой токовой защиты:

а) схема цепей переменного тока; б) схема цепей постоянного тока

При коротком замыкании в зоне действия второй ступени сработают пусковые органы второй и третьей ступени и подадут питание на реле kT1 и kT2 . Первым сработает kT1, и короткое замыкание отключится с выдержкой времени, равной 0,5 с.

Третья ступень срабатывает при отказе первой или второй ступени или при отказе защиты смежного участка.

Принцип и алгоритм работы токовых ступенчатых защит показан на рис.4.14 с помощью элементов логики.

Контролируемый сигнал от трансформаторов тока TA подаётся на токовые реле первой ступени ,, ,второй ступени , ,  и третьей ступени ,, . При возникновении короткого замыкания сработавшие токовые реле формируют на выходе единицу. Сигнал на выходе логических элементов ИЛИ,,  становится равным единице, если хотя бы один входной сигнал равен единице. Элементы ,  реализуют выдержки времени, необходимые для обеспечения требований селективности защиты,  – выходной орган защиты, , ,  – элементы сигнализации.

Рисунок 4.14. Алгоритм работы токовой ступенчатой защиты

с использованием логических элементов

Если поведение защиты представить в виде логической функции Т, то условие срабатывания можно записать в виде

где – логические сигналы на выходах токовых измерительных органов защиты; – операторы временной задержки.

Чувствительность первой ступени определяется графически по величине защищаемой зоны при двухфазном коротком замыкании или по выражению

где  – ток двухфазного короткого замыкания в начале защищаемой линии.

Чувствительность второй ступени проверяется по минимальному току двухфазного короткого замыкания в конце линии. Значение коэффициента чувствительности должно быть не менее 1,2 .

Чувствительность третьей ступени проверяется, как для обычной максимальной токовой защиты

4.4.Токовая отсечка на линиях с двухсторонним питанием

Для селективного действия отсечек на ЛЭП с двухсторонним питанием (рис.4.15) их токи срабатывания должны определяться по формуле

---

Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 392; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!