Ako je reléová ochrana elektrického vedenia

Nepretržitý a spoľahlivý transport elektriny k spotrebiteľom je jednou z hlavných úloh, ktoré energetici neustále riešia. Na jej zabezpečenie boli vytvorené elektrické siete pozostávajúce z rozvodných staníc a spojovacích elektrických vedení. Na presun energie na veľké vzdialenosti sa používajú podpery, ku ktorým sú zavesené spojovacie vodiče. Medzi sebou a zemou sú izolované vrstvou okolitého vzduchu. Takéto vedenia sa nazývajú nadzemné vedenia podľa typu izolácie.

Ak je vzdialenosť dopravnej cesty krátka alebo je z bezpečnostných dôvodov potrebné elektrické vedenie schovať do zeme, potom sa používajú káble.

Nadzemné a káblové elektrické vedenia sú neustále pod napätím, ktorého hodnota je určená štruktúrou elektrickej siete.

Účel reléovej ochrany elektrických vedení

V prípade poruchy izolácie na akomkoľvek mieste kábla alebo predĺženého nadzemného vedenia, napätie aplikované na vedenie vytvára zvodový alebo skratový prúd cez poškodenú časť.

Príčinou porušenia izolácie môžu byť rôzne faktory, ktoré sú schopné eliminovať alebo pokračovať v ich deštruktívnom účinku. Napríklad bocian lietajúci medzi drôtmi nadzemného elektrického vedenia vytvára krídelkami medzifázový obvod a spáli sa, padajúc neďaleko.

Alebo strom rastúci v tesnej blízkosti opory počas búrky náraz vetra zvalil na drôty a spôsobil ich skrat.

V prvom prípade sa skrat vyskytol na krátky čas a zmizol a v druhom malo narušenie izolácie dlhodobý charakter a vyžadovalo si jeho odstránenie personálom údržby.

Takéto poškodenie môže spôsobiť veľké škody na elektrárňach. Prúdy vzniknutých skratov majú obrovskú tepelnú energiu, ktorá môže spáliť nielen vodiče elektrického vedenia, ale aj zničiť energetické zariadenia elektrických rozvodní.

Z týchto dôvodov musí byť akékoľvek poškodenie elektrického vedenia okamžite opravené. To sa dosiahne odstránením napätia z chybného vedenia na napájacej strane. Ak je takéto elektrické vedenie napájané z oboch strán, potom sa obe musia vypnúť.

Funkcie neustáleho monitorovania elektrických parametrov stavu všetkých elektrických vedení a odstraňovania napätia z nich zo všetkých strán v prípade núdzových situácií sú priradené zložitým technickým systémom, ktoré sa tradične nazývajú reléová ochrana.

Prídavné meno „relé“ je odvodené od elementárneho základu založeného na elektromagnetických relé, ktorých návrhy vznikli s objavením sa prvých elektrických vedení a sú vylepšované dodnes.

Modulárne ochranné zariadenia, široko zavedené v praxi energetických inžinierov na báze mikroprocesorovej techniky a výpočtovej techniky nevylučujú úplnú výmenu reléových zariadení a podľa zavedenej tradície sa zavádzajú aj do reléových ochrán.

Princípy ochrany relé

Orgány na monitorovanie siete

Pre sledovanie elektrických parametrov elektrických vedení je potrebné mať prístroje na ich meranie, ktoré sú schopné neustále sledovať prípadné odchýlky od bežného režimu v sieti a zároveň spĺňajú podmienky bezpečnej prevádzky.

V silnoprúdových vedeniach so všetkými napätiami je táto funkcia priradená meracím transformátorom. Rozdeľujú sa na transformátory:

• prúd (TT);

• napätie (VT).

Keďže kvalita ochranného chodu má prvoradý význam pre spoľahlivosť celého elektrického systému, sú na meracie CT a VT kladené zvýšené požiadavky na presnosť prevádzky, ktoré sú určené ich metrologickými charakteristikami.

Triedy presnosti meracích transformátorov pre použitie v reléových ochranných a automatizačných zariadeniach (reléová ochrana a automatizácia) sú štandardizované hodnotami «0,5», «0,2» a «P».

Prístrojové transformátory napätia

Všeobecný pohľad na inštaláciu napäťových transformátorov na nadzemnom vedení 110 kV je uvedený na fotografii nižšie.

Tu je vidieť, že VT nie sú inštalované nikde pozdĺž predlžovacej linky, ale na rozvádzači elektrickej rozvodne. Každý transformátor je svojimi primárnymi svorkami spojený s príslušným vodičom nadzemného vedenia a uzemňovacieho obvodu.

Napätie prevedené zo sekundárnych vinutí je vyvedené cez spínače 1P a 2P cez príslušné vodiče napájacieho kábla. Na použitie v ochranných a meracích zariadeniach sú sekundárne vinutia pripojené podľa schémy "hviezda" a "trojuholník", ako je znázornené na fotografii pre VT-110 kV.

Na zníženie strata napätia a precíznej činnosti reléovej ochrany sa používa špeciálny napájací kábel a na jeho inštaláciu a prevádzku sú kladené zvýšené požiadavky.

Meracie VT sú vytvorené pre každý typ sieťového napätia a možno ich prepínať podľa rôznych schém na vykonávanie špecifických úloh. Všetky však pracujú na všeobecnom princípe prevodu lineárnej hodnoty napätia prenosovej linky na sekundárnu hodnotu 100 voltov, presne kopírujú a zdôrazňujú všetky charakteristiky primárnych harmonických v určitej mierke.

Transformačný pomer VT je určený pomerom sieťových napätí primárneho a sekundárneho okruhu. Napríklad pre uvažované nadzemné vedenie 110 kV sa píše takto: 110000/100.

Prístrojové transformátory prúdu

Tieto zariadenia tiež premieňajú zaťaženie primárneho vedenia na sekundárne hodnoty s maximálnym opakovaním akýchkoľvek zmien v harmonických primárnych prúdov.

Pre jednoduchšiu obsluhu a údržbu elektrických zariadení sa inštalujú aj na rozvodné zariadenia rozvodní.

Prúdové transformátory Sú zaradené do obvodu nadzemného vedenia iným spôsobom ako VT: sú svojim primárnym vinutím, ktoré je zvyčajne reprezentované iba jedným závitom vo forme vodiča jednosmerného prúdu, jednoducho zarezané do každého vodiča fázy vedenia.To je jasne vidieť na fotografii vyššie.

Transformačný pomer CT je určený pomerom výberu nominálnych hodnôt v štádiu návrhu elektrického vedenia. Napríklad, ak je elektrické vedenie navrhnuté tak, aby prenášalo 600 ampérov a 5 A bude odstránených zo sekundárneho CT, potom sa použije označenie 600/5.

V elektrine sú akceptované dve normy pre hodnoty sekundárnych prúdov, ktoré sa používajú:

• 5 A pre všetky CT do 110 kV vrátane;

• 1 A pre vedenia 330 kV a vyššie.

Sekundárne vinutia TT sú pripojené na pripojenie k ochranným zariadeniam podľa rôznych schém:

• plná hviezda;

• neúplná hviezda;

• trojuholník.

Každá zlúčenina má svoje špecifické vlastnosti a používa sa na určité typy ochrany rôznymi spôsobmi. Príklad pripojenia prúdových transformátorov a cievok prúdového relé do úplného hviezdicového obvodu je znázornený na fotografii.

Toto je najjednoduchší a najbežnejší harmonický filter používaný v mnohých obvodoch ochranných relé. V ňom sú prúdy z každej fázy riadené samostatným relé s rovnakým názvom a súčet všetkých vektorov prechádza cez cievku zahrnutú v spoločnom neutrálnom vodiči.

Spôsob použitia prúdových a napäťových meracích transformátorov umožňuje preniesť primárne procesy prebiehajúce na výkonových zariadeniach do sekundárneho okruhu v presnom meradle pre ich využitie v hardvéri ochrany relé a vytvorenie algoritmov pre činnosť logiky. zariadenia na elimináciu procesov núdzového vybavenia.

Orgány na spracovanie prijatých informácií

Pri ochrane relé je hlavným pracovným prvkom relé — elektrické zariadenie, ktoré plní dve hlavné funkcie:

• monitoruje kvalitu sledovaného parametra, napríklad prúdu, a v normálnom režime stabilne udržiava a nemení stav svojho kontaktného systému;

• keď sa dosiahne kritická hodnota nazývaná nastavená hodnota alebo prah odozvy, okamžite prepne polohu svojich kontaktov a zostane v tomto stave, kým sa pozorovaná hodnota nevráti do normálneho rozsahu.

Princípy tvorby obvodov pre spínanie prúdových a napäťových relé v sekundárnych obvodoch pomáhajú pochopiť znázornenie sínusových harmonických vektorovými veličinami s ich znázornením v komplexnej rovine.

V spodnej časti obrázku je znázornený vektorový diagram pre typický prípad rozloženia sínusoidov v troch fázach A, B, C v režime prevádzky napájania spotrebiteľa.

Monitorovanie stavu prúdových a napäťových obvodov

Čiastočne je princíp spracovania sekundárnych signálov znázornený v obvode na zapnutie vinutia CT a relé podľa schémy plnej hviezdy a VT ORU-110. Táto metóda vám umožňuje pridávať vektory nasledujúcimi spôsobmi.

Zahrnutie cievky relé do ktorejkoľvek z harmonických týchto fáz vám umožňuje plne kontrolovať procesy v nej prebiehajúce a vypnúť obvod z prevádzky v prípade nehôd. K tomu stačí použiť vhodné konštrukcie reléových zariadení pre prúd alebo napätie.

Vyššie uvedené schémy sú špeciálnym prípadom všestranného použitia rôznych filtrov.

Spôsoby riadenia výkonu prechádzajúceho vedením

Zariadenia na ochranu relé riadia hodnotu výkonu na základe údajov všetkých rovnakých transformátorov prúdu a napätia.V tomto prípade sa používajú dobre známe vzorce a pomery celkového, aktívneho a jalového výkonu medzi nimi a ich hodnotami vyjadrenými vektormi prúdov a napätí.

Rozumie sa, že prúdový vektor je tvorený aplikovaným emf na odpor vedenia a prekonáva jeho aktívne a reaktívne časti rovnako. Zároveň však v úsekoch so zložkami Ua a Up dochádza k poklesu napätia podľa zákonov opísaných trojuholníkom napätia.

Energiu je možné prenášať z jedného konca vedenia na druhý a dokonca aj obracať pri preprave elektriny.

Zmeny v jeho smerovaní sú výsledkom:

• spínanie záťaží obsluhujúcim personálom;

• kolísanie výkonu v systéme v dôsledku účinkov prechodných javov a iných faktorov;

• vznik núdzových režimov.

Výkonové relé (PM) fungujúce ako súčasť ochrany relé a automatizačného systému zohľadňujú kolísanie jeho smerov a sú nakonfigurované tak, aby fungovali, keď sa dosiahne kritická hodnota.

Metódy riadenia odporu vedenia

Zariadenia na ochranu relé, ktoré vypočítavajú vzdialenosť k miestu skratu na základe meraní elektrického odporu, sa nazývajú skratová ochrana na vzdialenosť alebo DZ. Pri svojej práci používajú aj obvody transformátorov prúdu a napätia.

Na meranie odporu použite Vyjadrenie Ohmovho zákonapopísané pre uvažovanú časť obvodu.

Keď sínusový prúd prechádza aktívnym, kapacitným a indukčným odporom, vektor poklesu napätia na nich sa odchyľuje v rôznych smeroch. Toto je zohľadnené správaním ochranného relé.

Podľa tohto princípu mnohé typy odporových relé (RS) pracujú v reléových ochranných a automatizačných zariadeniach.

Metódy riadenia frekvencie linky

Na udržanie stability periódy oscilácie harmonických prúdov prenášaných cez elektrické vedenie sa používajú frekvenčné riadiace relé. Pracujú na princípe porovnávania referenčnej sínusovej vlny produkovanej vstavaným generátorom s frekvenciou získanou lineárnymi meracími transformátormi.

Po spracovaní týchto dvoch signálov frekvenčné relé určí kvalitu pozorovanej harmonickej a pri dosiahnutí nastavenej hodnoty zmení polohu kontaktného systému.

Vlastnosti riadenia parametrov linky digitálnymi ochranami

Vývoj mikroprocesorov, ktoré nahrádzajú reléové technológie, tiež nemôže fungovať bez sekundárnych hodnôt prúdov a napätí, ktoré sú odstránené z meracích transformátorov TT a VT.

Pre činnosť digitálnych ochrán sa informácie o sekundárnej sínusovej vlne spracovávajú metódami vzorkovania, ktoré spočívajú v superponovaní vysokej frekvencie na analógový signál a fixovaní amplitúdy riadeného parametra v priesečníku grafov.

Vďaka malému vzorkovaciemu kroku, rýchlym metódam spracovania a použitiu metódy matematickej aproximácie je dosiahnutá vysoká presnosť merania sekundárnych prúdov a napätí.

Takto vypočítané číselné hodnoty sa používajú v algoritme na prevádzku mikroprocesorových zariadení.

Logická časť ochrany a automatizácie relé

Potom, čo sú počiatočné hodnoty prúdov a napätí elektriny prenášanej po silovom vedení modelované meracími transformátormi vybranými na spracovanie filtrami a prijímané citlivými orgánmi reléových zariadení na prúd, napätie, výkon, odpor a frekvenciu, sú na rade obvody logických relé.

Ich konštrukcia je založená na relé pracujúcich z prídavného zdroja konštantného, ​​usmerneného alebo striedavého napätia, ktoré sa tiež nazýva prevádzkové, a obvody ním napájané sú funkčné. Tento termín má technický význam: veľmi rýchlo, bez zbytočných prieťahov, vykonať ich prepínače.

Rýchlosť činnosti logického obvodu do značnej miery určuje rýchlosť núdzového vypnutia a tým aj mieru jeho deštruktívnych následkov.

Relé pracujúce v prevádzkových obvodoch sa v spôsobe plnenia svojich úloh nazývajú medziľahlé: prijímajú signál z meracieho ochranného zariadenia a prepínaním kontaktov ho prenášajú na výkonné orgány: výstupné relé, solenoidy, elektromagnety na odpojenie alebo zopnutie výkonových spínačov. .

Medziľahlé relé majú zvyčajne niekoľko párov kontaktov, ktoré pracujú na vytvorení alebo prerušení obvodu. Používajú sa na súčasnú reprodukciu príkazov medzi rôznymi reléovými ochrannými zariadeniami.

V algoritme činnosti reléovej ochrany sa často zavádza oneskorenie, aby sa zabezpečil princíp selektivity a vytvorila sa postupnosť určitého algoritmu. Blokuje operáciu ochrany počas nastavovania.

Tento oneskorený vstup je vytvorený pomocou špeciálnych časových relé (RV), ktoré majú hodinový mechanizmus, ktorý ovplyvňuje rýchlosť ich kontaktov.

Logická časť ochrany relé používa jeden z mnohých algoritmov navrhnutých pre rôzne prípady, ktoré sa môžu vyskytnúť na elektrickom vedení určitej konfigurácie a napätia.

Ako príklad môžeme uviesť len niektoré názvy činnosti logiky dvoch reléových ochrán založených na riadení prúdu elektrického vedenia:

• prerušenie prúdu (indikácia rýchlosti) bez oneskorenia alebo s oneskorením (zaručuje RF selektivitu), berúc do úvahy smer výkonu (v dôsledku relé RM) alebo bez neho;

• nadprúdová ochrana môže byť vybavená rovnakými ovládacími prvkami ako odpojenie, kompletné s alebo bez kontroly nízkeho napätia vedenia.

Prvky automatizácie rôznych zariadení sa často zavádzajú do činnosti logiky ochrany relé, napríklad:

• opätovné zapnutie jednofázového alebo trojfázového vypínača;

• zapnutie záložného zdroja;

• zrýchlenie;

• frekvenčné vykladanie.

Logickú časť ochrany vedenia je možné vykonať v malom reléovom priestore priamo nad vypínačom, čo je typické pre externé kompletné rozvádzače (KRUN) s napätím do 10 kV, alebo obsadiť niekoľko panelov 2x0,8 m v reléovej miestnosti. .

Napríklad logika ochrany pre vedenie 330 kV môže byť umiestnená na samostatných ochranných paneloch:

• rezerva;

• DZ — vzdialený;

• DFZ — diferenciálna fáza;

• VCHB — vysokofrekvenčné blokovanie;

• OAPV;

• zrýchlenie.

Výstupné obvody

Výstupné obvody slúžia ako koncový prvok lineárnej reléovej ochrany, ich logika je tiež založená na použití medziľahlých relé.

Výstupné obvody tvoria poradie činnosti ističov a určujú interakciu so susednými spojmi, zariadeniami (napríklad ochrana pri poruche ističa — núdzové vypnutie ističa) a ďalšími prvkami reléovej ochrany a automatizácie.

Jednoduché ochrany vedenia môžu mať iba jedno výstupné relé, ktoré vypína istič. V zložitých systémoch s rozvetvenou ochranou sa vytvárajú špeciálne logické obvody, ktoré pracujú podľa určitého algoritmu.

Konečné odstránenie napätia z vedenia v prípade núdze sa vykonáva pomocou výkonového vypínača, ktorý sa aktivuje silou vypínacieho elektromagnetu. Pre jeho prevádzku sú dodávané špeciálne silové reťaze, ktoré vydržia silné zaťaženie.Ki.