История электротехники

В процессе создания ФНЗОП и ДФЗ были радикально усовершенствованы электромеханические измерительные реле тока, напряжения, направления мощности, направленные реле сопротивления. Первые отечественные электромеханические измерительные реле выпускались Харьковским электромеханическим заводом. Во время Великой Отечественной войны он был эвакуирован в Чебоксары, где на его базе был создан Чебоксарский электроаппаратный завод (ЧЭАЗ), ставший основным релестроительным заводом страны.

Чебоксарский завод освоил и выпустил новые полупроводниковые, а затем микросхемные измерительные реле для дистанционных и высокочастотных защит. На основе сочетания взаимодополняющих свойств ФНЗОП и ДФЗ разработана и выпускается самая совершенная и быстродействующая высокочастотная фильтровая направленная и дифференциально-фазная защита для современных и вновь сооружаемых линий электропередачи напряжением 750–1150 кВ. На таких электропередачах широко используется отключение только одной фазы, поврежденной при однофазном КЗ на землю. Эта защита — единственная быстродействующая и правильно функционирующая в неполнофазном режиме работы линий электропередач.

Основы новой отечественной техники релейной защиты составили фундаментальные труды Г.И. Атабекова, Л.Е. Соловьева, В.Л. Фабриканта, A.M. Федосеева. В ее разработке принимали активное участие научные сотрудники института «Энергосетьпроект» (В.М. Ермоленко, С.Я. Петров), ВНИИЭ (Е.Д. Сапир, Я.С. Гельфанд, А.И. Левиуш, П.К. Фейст) и ведущие специалисты эксплуатационных организаций (М.А. Беркович, Н.В. Чернобровое, М.Ф. Мельников).

Непростой проблемой оказалось и создание быстродействующих, безотказно и правильно работающих автоматических устройств релейной защиты синхронных генераторов и трансформаторов, а также шин электрических станций и подстанций.

Работы И. А. Сыромятникова по режимам работы синхронных генераторов и электродвигателей способствовали повышению надежности собственных нужд электростанций.

Первые электромеханические дифференциальные защиты часто излишне срабатывали на отключение, особенно трансформаторов, под воздействием бросков токов намагничивания в момент включения или скачкообразного восстановления (после отключения КЗ) напряжения на трансформаторе.

Радикальным техническим средством, обеспечившим приемлемые показатели дифференциальной защиты, оказались насыщающиеся вторичные измерительные трансформаторы тока, включаемые в дифференциальную цепь защиты (встроенные в измерительные реле тока). Внедрение их в эксплуатацию происходило под руководством И.И. Соловьева и М.И. Царева (ВНИИЭ).

Следующим этапом повышения чувствительности устройств продольной токовой дифференциальной защиты было внедрение специально разработанных (под руководством А.Д. Дроздова) дифференциальных измерительных реле тока с магнитным торможением, автоматически снижавшим чувствительность этих устройств при внешних (за пределами защищаемого электроэнергетического объекта) КЗ.

Продольная токовая дифференциальная защита с насыщающимися вторичными трансформаторами тока и магнитным торможением (типов ДЗ-11, ДЗ-13) широко применяется как основная быстродействующая и высокочувствительная защита синхронных генераторов и трансформаторов.

В последнее время ЧЭАЗ выпускает наиболее технически совершенную микросхемную дифференциальную защиту типов ДЗ-21, ДЗ-23, специально разработанную для трансформаторов. Современное техническое исполнение и новые принципы обеспечения недействия при бросках тока намагничивания и повышения чувствительности характеризуют ее высокое техническое совершенство. ЧЭАЗ выпускает также продольную токовую дифференциальную защиту шин электрических станций и подстанций, обладающую необходимой чувствительностью благодаря оригинальному способу ее автоматического загрубления (торможения) при внешних КЗ.

Отечественными научно-исследовательскими организациями были разработаны и другие оригинальные устройства релейной защиты синхронных генераторов и трансформаторов. К ним относятся токовая защита обратной последовательности от несимметричных КЗ и перегрузок синхронного генератора с зависимой от степени несимметричной перегрузки и согласованной с его нагревом и остыванием характеристикой выдержки времени, а также защита напряжения нулевой последовательности от замыканий на землю в обмотках статора синхронного генератора. Последняя состоит из двух устройств, совокупное действие которых обеспечивает защиту всей обмотки, что длительное время было проблемной задачей.

К автоматическим устройствам, специально созданным для обеспечения высокой эффективности релейной защиты, относится и устройство резервирования отказа выключателей (УРОВ), не отключившихся после воздействия на них релейной защиты. Оно обязательно для установки на синхронных генераторах, трансформаторах, шинах и линиях электропередачи.

В последнее время ведется интенсивная научно-исследовательская работа по созданию микропроцессорных многофункциональных автоматических устройств релейной защиты.

5.5.2. ПРОТИВОАВАРИЙНАЯ АВТОМАТИКА

Отключая поврежденный синхронный генератор, трансформатор или линию электропередачи и избавляя электроэнергетическую систему от сильного возмущающего воздействия в виде КЗ, автоматические устройства релейной защиты создают часто не менее сильные возмущающие воздействия, т.е. скачкообразные уменьшения генерируемой или передаваемой электроэнергии — нарушения баланса мощности. Поэтому уже на ранних этапах развития ЭЭС появились устройства противоаварийной автоматики, предназначенные для демпфирования возмущающих воздействий. В самом начале 30-х годов появились устройства автоматического включения резервного электрооборудования (УАВР), прежде всего трансформаторов собственных нужд электростанций.

Особенно эффективными оказались автоматические устройства повторного включения (УАПВ) линий электропередачи: в большинстве своем дуговые КЗ, особенно на землю на воздушных линиях систем с глухо заземленной нейтралью, самоликвидировались после отключения линий релейной защитой. Поэтому последующее их автоматическое включение УАПВ восстанавливало предшествовавшую КЗ схему ЭЭС. Начиная с конца 30-х годов и, особенно, в годы Великой Отечественной войны они получили массовое распространение во всех ЭЭС и не только на воздушных, но и на кабельных линиях, а впоследствии на шинах подстанций и одиночных трансформаторах. Первой монографией, обобщающей отечественный опыт, явилась вышедшая в 1950 г. книга И.И. Соловьева «Автоматизация энергетических систем» [5.30]. По инициативе и под руководством ее автора разрабатывались и внедрялись первые УАПВ.

Появившееся в тяжелейших условиях электроснабжения в военной обстановке предложенное И.А. Сыромятниковым смелое решение: при угрозе развития системной аварии включать синхронные генераторы на параллельную работу методом самосинхронизации — позволило внедрить несинхронные устройства автоматического повторного включения магистральных линий электропередачи с двусторонним питанием (НАПВ), а затем и устройства автоматической ресинхронизации отключившихся синхронных генераторов.

Быстродействующие современные устройства релейной защиты и выключатели линий электропередачи позволили осуществлять быстродействующее (БАПВ) и ускоренное (УАПВ) повторное включение. Создание высокочувствительных избирательных органов, определяющих, на каком из проводов воздушной линии высокого или сверхвысокого напряжения произошло КЗ на землю, позволило внедрить однофазное автоматическое повторное включение (ОАПВ). Впервые ОАПВ с автоматическим переводом линий с обрывом одного провода в неполнофазный режим было успешно применено во время Великой Отечественной войны.

Современные микросхемные комплексные автоматические устройства осуществляют любой из указанных видов АПВ и автоматическое включение линий связи вышедших из синхронизма частей ЭЭС — АПВ с синхронизацией (АПВС). Они разработаны во ВНИИЭ (Г.Г. Фокин, Г.Г. Якубсон) и ВНИИР.