Значительное усложнение конфигурации электрических сетей, утяжеление эксплуатационных режимов, а также активное внедрение современного основного оборудования и аппаратов коммутации сделали еще более актуальными вопросы автоматики управления и релейной защиты объектов электроэнергетических систем. В последние десятилетия насущными стали проблемы модернизации основных устройств релейной защиты с наименьшим усложнением ее эксплуатации.
Рост зависимости общества от электрической энергии вызывает необходимость повышения требований к надежности электроснабжения и, как следствие, совершенству релейной защиты (РЗ). Быстрое предотвращение развития аварии и восстановление электроэнергетической системы (ЭЭС) при повреждении отдельных ее элементов становится ключевой проблемой управления.
В последнее время появилась концепция создания средств релейной защиты, обладающих упреждающими функциями, то есть защита должна реагировать не только на аварийный режим, но и на опасность возникновения этого аварийного режима, предсказанного самой релейной защитой, что подразумевает постоянный мониторинг состояния электрооборудования и автоматическое прогнозирование на этой основе его состояния.
Цель данной работы — изучить прогнозирующую релейной защита. Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
- характеризовать упреждающую релейную защиту,
- описать как осуществляется контроль изоляции под напряжением.
Упреждающая релейная защита.
Появление в конце XX века доступных и надежных микропроцессоров дало материальную основу для создания совершенных устройств микропроцессорной релейной защиты (МП РЗ) с новыми возможностями в части обработки сигналов.
МП РЗ обладают новым принципиально важным свойством (которого не хватало предшественникам) — возможностью запоминать информацию и использовать ее в дальнейших операциях. На основе зарегистрированной и обработанной информации, цифровые устройства релейной защиты способны сформировать аргументированное заключение не только о настоящем, но и о будущем состоянии контролируемого объекта.
Для классических методов защиты характерна запаздывающая реакция на возникшее повреждение, обусловленная конечным временем измерения и оценивания параметров. Экстраполирование и прогнозирование явлений в контролируемых объектах, мониторинг их эволюции и предаварийное обнаружение потенциальных повреждений объекта позволяют сформировать предупреждение о приближении возможной аварии. В дополнение к симптомам, которые оцениваются количественно, иногда можно сформировать и эвристические, использующие качественную информацию от персонала, наблюдающего за контролируемым объектом. Это служит основой упреждающих функций релейной защиты.
В соответствии с целевой установкой, результативность (эффективность) действия релейной защиты характеризуется ее способностью выявлять поврежденные элементы и производить переконфигурирование электроэнергетической системы в аварийных ситуациях для сохранения достойного (в смысле категории надежности электроснабжения) качества электроснабжения исправных электроприемников. Контролируемый устройством релейной защиты объект остается в работе до тех пор, пока его параметры находятся в пределах установленных допусков. В случае выхода одного или нескольких контролируемых параметров за пределы допусков объект выводится из работы и принимаются меры для восстановления его рабочего состояния [1].
Обнаружение дефектов производится по результатам сравнения измеренных и вычисленных параметров с допустимыми значениями. Непрерывный контроль с экстраполяцией и оцениванием параметров для будущего состояния позволяет реализовать упреждающую защиту объекта, которая обеспечивает раннее (предаварийное) обнаружение потенциальных повреждений (развивающихся дефектов) объекта, и прогнозирование их эволюции. Цель раннего обнаружения дефектов состоит в том, чтобы выиграть достаточный запас времени для детальной диагностики и выработки упреждающих мер, не требующих применения внезапных воздействий на объект. При этом не создается аварийная ситуация и локализация потенциального повреждения не сопровождается внезапными возмущениями энергосистемы (рис. 1).
Рис. 1. Схема срабатывания предупреждающей защиты
Формально время срабатывания защиты с упреждающими функциями, если отсчет начинать от момента возникновения повреждения, можно считать отрицательным [2].
Контроль изоляции под напряжением.
Основным видом повреждений линий являются короткие замыкания (КЗ). Причинами возникновения КЗ могут быть нарушения изоляции электрооборудования вследствие ее износа или перенапряжений, ошибочные действия оперативного персонала, перекрытия изоляторов при их загрязнении, нарушение изоляции животными и птицами и др [6].
Для предотвращения замыканий на землю и возникновения аварийных режимов работы электроустановок необходимо осуществлять контроль сопротивления изоляции, который может быть периодическим и непрерывным.
Под периодическим контролем изоляции понимают измерение ее сопротивления в установленные правилами сроки, а также в случае обнаружения дефектов. Сопротивление изоляции электрических цепей, не находящихся под напряжением, обычно измеряют специальными приборами — мегаомметрами.
В нормальных производственных Контроль изоляции необходимо производить не реже одного раза в год, а в особо сырых не реже 2–4 раз в год. Измерение сопротивления изоляции необходимо производить рабочим напряжением или же напряжением во всяком случае не менее 500 В. Испытание изоляции кабельной линии напряжением 6–10 кВ, а также определение целости жил кабеля и проверку соответствия их по фазам мегомметром производят не менее 2 человек, из которых 1 должен иметь квалификацию не ниже группы IV, а 2-ой — не ниже группы III.
До испытания изоляции кабельной линии, а также после него необходимо разрядить кабель на землю и убедиться в полном отсутствии на нем емкостного заряда. Кабели напряжением 6–10 кВ в процессе эксплуатации подвергают в течение 5 мин профилактическим испытаниям напряжением постоянного тока, равным 5-кратному напряжению номинального линейного напряжения. Кабели напряжением до 1 кВ испытывают, как правило, мегомметром 500–1000 В. При испытании изоляции электрических установок все лампы, электродвигатели и другие приемники тока, а также трансформаторы должны быть отсоединены от проводов, а все арматуры, наоборот, присоединены, все плавкие вставки предохранителей вставлены, а выключатели замкнуты. Это позволяет проверять изоляцию не только проводов, но и всей подключенной к ним установочной арматуры.
Перед измерением следует убедиться в отсутствии людей вблизи присоединяемой к мегомметру части электроустановки и запретить находящимся около нее прикасаться к токоведущим частям во избежание несчастных случаев. Производящий измерение должен так расположиться с мегомметром, чтобы было невозможно даже случайное прикосновение как самого рабочего, так и проводов прибора к частям установок, находящимся под напряжением. Проводники, служащие для подключения прибора к токоведущим частям, должны иметь резиновую изоляцию. Систематический контроль за состоянием изоляции дает возможность своевременно обнаружить неизбежно возникающие в процессе эксплуатации повреждения, которые не были обнаружены при профилактических испытаниях.
Наиболее простой способ постоянного контроля изоляции, например, в установках с изолированной нейтралью, основан на применении вольтметров или ламп. Если изоляция всех фаз относительно земли имеет одинаковые сопротивления, каждый из вольтметров показывает фазное напряжение. Если сопротивление одной из фаз понизится, то вольтметр, подключенный к этой фазе, даст уменьшенное показание. Наоборот, показания 2-х других вольтметров увеличатся.
При замыкании одной из фаз на землю подключенный к ней вольтметр покажет 0, а два других — линейное напряжение. Лампы и вольтметры, применяемые для контроля изоляции, должны обладать достаточно большим сопротивлением, чтобы при подключении между проводами и землей не служить причиной ухудшения изоляции. Автоматический контроль изоляции сети на сигнал или на отключение может быть осуществлен с помощью специальных реле утечек [3].
Вывод.
Концепция создания средств релейной защиты, обладающих упреждающими функциями, может быть применена в полной мере на базе используемых в цифровых системах защиты современных высокоэффективных средств обработки электрических сигналов.
Эти возможности обеспечиваются благодаря применению точных измерений, осуществляемых устройствами, использованию дополнительной информации о контролируемом объекте и окружающей среде, автоматизации процесса определения параметров срабатывания и контроля функционирования в процессе работы, регистрации параметров анормальных режимов с целью последующего анализа и принятия решения о том или ином упреждающем действии защиты.
Благодаря упреждающей защите создается резерв времени в пределах интервала прогнозирования, для того чтобы вывести из работы контролируемый объект, не прибегая к экстренным отключениям. Появляется возможность обеспечить потребителей электрической энергией по резервным каналам.
Литература:
- Нудельман Г. С. Релейная защита. Совершенствование за счет упреждающих функций [Текст] / Г. С. Нудельман, А. В. Булычев // Новости электротехники. — 2009. — № 4. — С. 30–33.
- Киреева Э. А. Электроэнергетика. Релейная защита и автоматика электроэнергетических систем [Текст] / Э. А. Киреева, С. А. Малеев, О. П. Цырук. — М.: Издательский центр «Академия». — 2013. — 288 с.
- Контроль и профилактика изоляции в электроустановках. Справочник электромонтажника [Электронный документ] / Режим доступа: http://fazaa.ru/spravochnik/kontrol-i-profilaktika-izolyacii-v-elektroustanovkax.html
