Kako je relejna zaščita daljnovodov

Neprekinjen in zanesljiv transport električne energije do porabnikov je ena glavnih nalog, ki jih nenehno rešujejo energetiki. Za njegovo zagotavljanje so bila izdelana električna omrežja, sestavljena iz razdelilnih transformatorskih postaj in povezovalnih daljnovodov. Za prenos energije na velike razdalje se uporabljajo nosilci, na katere so obešene povezovalne žice. Med seboj in tlemi so izolirani s plastjo zunanjega zraka. Takšne vode po vrsti izolacije imenujemo nadzemni vodi.

Če je razdalja prometne avtoceste kratka ali je iz varnostnih razlogov potrebno daljnovod skriti v zemljo, se uporabijo kabli.

Nadzemni in kabelski daljnovodi so stalno pod napetostjo, katere vrednost je določena s strukturo električnega omrežja.

Namen relejne zaščite daljnovodov

V primeru okvare izolacije na kateri koli lokaciji na kablu ali podaljšanem nadzemnem vodu napetost, uporabljena v liniji, povzroči uhajanje ali tok kratkega stika skozi poškodovani odsek.

Vzroki za lomljenje izolacije so lahko različni dejavniki, ki lahko odpravijo ali nadaljujejo svoj uničevalni učinek. Na primer, štorklja, ki leti med žicami nadzemnega daljnovoda, ustvari fazno vezje s svojimi krili in opeče, pade v bližini.

Ali pa je drevo, ki raste zelo blizu nosilca, med neurjem sunek vetra podrl na žice in povzročil kratek stik.

V prvem primeru se je kratek stik zgodil za kratek čas in je izginil, v drugem pa je bila kršitev izolacije dolgotrajne narave in je zahtevala odstranitev s strani vzdrževalca.

Takšna škoda lahko povzroči veliko škodo na elektrarnah. Tokovi kratkih stikov, ki nastanejo, imajo ogromno toplotno energijo, ki lahko zažge ne le žice daljnovodov, temveč tudi uniči napajalno opremo energetskih postaj.

Iz teh razlogov je treba vsako poškodbo električnih vodov, ki nastane, takoj popraviti. To se doseže z odstranitvijo napetosti iz okvarjenega voda na napajalni strani. Če tak daljnovod prejema napajanje z obeh strani, se morata obe odklopiti.

Funkcije stalnega spremljanja električnih parametrov stanja vseh daljnovodov in odstranjevanja napetosti z vseh strani v primeru izrednih razmer so dodeljene kompleksnim tehničnim sistemom, ki se tradicionalno imenujejo relejna zaščita.

Pridevnik "rele" izhaja iz elementarne osnove, ki temelji na elektromagnetnih relejih, katerih zasnove so nastale s pojavom prvih daljnovodov in se izpopolnjujejo do danes.

Modularne zaščitne naprave, široko uvedene v praksi inženirjev energetike temelji na mikroprocesorski tehniki in računalniški tehnologiji ne izključujejo popolne zamenjave relejnih naprav in se po ustaljeni tradiciji uvajajo tudi v relejne zaščitne naprave.

Načela relejne zaščite

Organi za nadzor omrežja

Za spremljanje električnih parametrov daljnovodov so potrebni instrumenti za njihovo merjenje, ki so sposobni stalno spremljati morebitna odstopanja od normalnega stanja v omrežju in hkrati izpolnjevati pogoje za varno obratovanje.

V daljnovodih z vsemi napetostmi je ta funkcija dodeljena merilnim transformatorjem, ki jih delimo na transformatorje:

• tok (TT);

• napetost (VT).

Ker je kakovost zaščitnega delovanja bistvenega pomena za zanesljivost celotnega električnega sistema, se za merilne CT in VT postavljajo povečane zahteve za natančnost delovanja, ki jih določajo njihove meroslovne značilnosti.

Razredi točnosti merilnih transformatorjev za uporabo v napravah za relejno zaščito in avtomatizacijo (relejna zaščita in avtomatizacija) so standardizirani z vrednostmi "0,5", "0,2" in "P".

Instrumentalni napetostni transformatorji

Splošni pogled na namestitev napetostnih transformatorjev na nadzemnem vodu 110 kV je prikazan na spodnji fotografiji.

Tukaj je razvidno, da VT niso nameščeni kjerkoli vzdolž podaljška, ampak na stikalni napravi električne razdelilne postaje. Vsak transformator je s svojimi primarnimi sponkami povezan z ustreznim vodnikom nadzemnega voda in ozemljitvenega tokokroga.

Napetost, pretvorjena iz sekundarnih navitij, se oddaja skozi stikala 1P in 2P skozi ustrezne vodnike napajalnega kabla. Za uporabo v zaščitnih in merilnih napravah so sekundarna navitja povezana po shemi "zvezda" in "delta", kot je prikazano na fotografiji za VT-110 kV.

Zmanjšati izguba napetosti Za natančno delovanje relejne zaščite se uporablja poseben napajalni kabel, pri njegovi namestitvi in ​​delovanju pa so postavljene povečane zahteve.

Merilni VT so ustvarjeni za vsako vrsto omrežne napetosti in jih je mogoče preklopiti v skladu z različnimi shemami za izvajanje določenih nalog. Toda vsi delujejo na splošnem principu pretvorbe linearne vrednosti napetosti daljnovoda v sekundarno vrednost 100 voltov, pri čemer natančno kopirajo in poudarjajo vse značilnosti primarnih harmonikov v določenem merilu.

Transformacijsko razmerje VT je določeno z razmerjem linijskih napetosti primarnega in sekundarnega tokokroga. Na primer, za obravnavani nadzemni vod 110 kV je zapisano takole: 110000/100.

Instrumentalni tokovni transformatorji

Te naprave prav tako pretvorijo obremenitev primarnega voda v sekundarne vrednosti z največjo ponovitvijo kakršnih koli sprememb v harmonikih primarnega toka.

Za lažje upravljanje in vzdrževanje elektro opreme so nameščeni tudi na razdelilnih napravah razdelilnih postaj.

Tokovni transformatorji V daljnovodno vezje so vključeni na drugačen način kot VT: s svojim primarnim navitjem, ki je običajno predstavljen le z enim zavojem v obliki žice enosmernega toka, so preprosto vrezani v vsako žico faze voda.To je jasno razvidno iz zgornje fotografije.

Razmerje transformacije CT je določeno z razmerjem izbire nominalnih vrednosti v fazi načrtovanja daljnovoda. Na primer, če je napajalni vod zasnovan za prenos 600 amperov in bo 5 A odstranjenih iz sekundarne napeljave CT, se uporabi oznaka 600/5.

V elektriki sta sprejeta dva standarda za vrednosti sekundarnih tokov, ki se uporabljajo:

• 5 A za vse CT do vključno 110 kV;

• 1 A za vode 330 kV in višje.

Sekundarna navitja TT so povezana za povezavo z zaščitnimi napravami po različnih shemah:

• polna zvezda;

• nepopolna zvezda;

• trikotnik.

Vsaka spojina ima svoje specifične lastnosti in se za določene vrste zaščite uporablja na različne načine. Primer povezovanja tokovnih transformatorjev in tokovnih relejskih tuljav v polno zvezdno vezje je prikazan na fotografiji.

To je najpreprostejši in najpogostejši harmonični filter, ki se uporablja v številnih zaščitnih relejskih vezjih. V njem tokove iz vsake faze nadzira ločen istoimenski rele, vsota vseh vektorjev pa poteka skozi tuljavo, vključeno v skupno nevtralno žico.

Metoda uporabe tokovnih in napetostnih merilnih transformatorjev omogoča prenos primarnih procesov, ki potekajo na energetski opremi, v sekundarni tokokrog v natančnem merilu za njihovo uporabo v strojni opremi relejne zaščite in ustvarjanje algoritmov za delovanje logike naprave za odpravo procesov zasilne opreme.

Organi za obdelavo prejetih informacij

V relejni zaščiti je glavni delovni element rele - električna naprava, ki opravlja dve glavni funkciji:

• spremlja kakovost opazovanega parametra, na primer toka, in v normalnem načinu stabilno vzdržuje in ne spreminja stanja svojega kontaktnega sistema;

• ko je dosežena kritična vrednost, imenovana nastavljena točka ali odzivni prag, takoj preklopi položaj svojih kontaktov in ostane v tem stanju, dokler se opazovana vrednost ne vrne v normalno območje.

Načela oblikovanja vezij za preklop tokovnih in napetostnih relejev v sekundarnih tokokrogih pomagajo razumeti predstavitev sinusnih harmonikov z vektorskimi količinami z njihovo predstavitev v kompleksni ravnini.

V spodnjem delu slike je prikazan vektorski diagram za tipičen primer porazdelitve sinusoidov v treh fazah A, B, C v načinu delovanja porabniškega napajanja.

Spremljanje stanja tokovnih in napetostnih tokokrogov

Deloma je princip obdelave sekundarnih signalov prikazan v vezju za vklop CT in relejskih navitij po shemi polne zvezde in VT ORU-110. Ta metoda vam omogoča dodajanje vektorjev na naslednje načine.

Vključitev relejne tuljave v katero koli od harmonikov teh faz vam omogoča popoln nadzor nad procesi, ki potekajo v njej, in izklop vezja iz delovanja v primeru nesreč. Če želite to narediti, je dovolj, da uporabite ustrezne zasnove relejnih naprav za tok ali napetost.

Zgornje sheme so poseben primer vsestranske uporabe različnih filtrov.

Metode nadzora moči, ki poteka skozi vod

Relejne zaščitne naprave nadzorujejo vrednost moči na podlagi odčitkov vseh istih tokovnih in napetostnih transformatorjev.V tem primeru se uporabljajo dobro znane formule in razmerja skupne, aktivne in reaktivne moči med njimi in njihove vrednosti, izražene z vektorji tokov in napetosti.

Razume se, da tokovni vektor tvori uporabljena emf na upornost linije in enakomerno premaga njene aktivne in reaktivne dele. Toda hkrati se v odsekih s komponentami Ua in Up pojavi padec napetosti po zakonih, ki jih opisuje napetostni trikotnik.

Moč se lahko prenaša z enega konca voda na drugega in celo obrne pri transportu električne energije.

Spremembe v njegovi smeri so posledica:

• preklapljanje bremen s strani operativnega osebja;

• nihanja moči v sistemu zaradi učinkov prehodnih in drugih dejavnikov;

• pojav izrednih načinov.

Močnostni releji (PM), ki delujejo kot del sistema relejne zaščite in avtomatizacije, upoštevajo nihanja v svojih smereh in so konfigurirani za delovanje, ko je dosežena kritična vrednost.

Metode nadzora odpornosti na liniji

Relejne zaščitne naprave, ki na podlagi meritev električnega upora izračunajo razdaljo do mesta kratkega stika, imenujemo na kratko distančna ali DZ zaščita. Pri svojem delu uporabljajo tudi tokovna in napetostna transformatorska vezja.

Za merjenje upora uporabite Izraz Ohmovega zakonaopisano za obravnavani odsek vezja.

Ko sinusni tok prehaja skozi aktivni, kapacitivni in induktivni upor, se vektor padca napetosti na njih odkloni v različnih smereh. To se upošteva pri delovanju zaščitnega releja.

Po tem principu deluje veliko vrst uporovnih relejev (RS) v napravah za relejno zaščito in avtomatizacijo.

Metode krmiljenja frekvence linije

Za ohranitev stabilnosti obdobja nihanja harmonikov toka, ki se prenaša skozi daljnovod, se uporabljajo releji za krmiljenje frekvence. Delujejo na principu primerjave referenčnega sinusnega vala, ki ga proizvede vgrajeni generator, s frekvenco, ki jo dobijo linearni merilni transformatorji.

Po obdelavi teh dveh signalov frekvenčni rele določi kvaliteto opazovanega harmonika in ob doseženi nastavljeni vrednosti spremeni položaj kontaktnega sistema.

Značilnosti vodenja parametrov voda z digitalnimi zaščitami

Mikroprocesorski razvoj, ki nadomešča relejne tehnologije, tudi ne more delovati brez sekundarnih vrednosti tokov in napetosti, ki se odstranijo iz merilnih transformatorjev TT in VT.

Za delovanje digitalnih zaščit se informacije o sekundarnem sinusnem valu obdelujejo z metodami vzorčenja, ki so sestavljene iz prekrivanja visoke frekvence na analognem signalu in fiksiranja amplitude nadzorovanega parametra na presečišču grafov.

Zaradi majhnega koraka vzorčenja, hitre metode obdelave in uporabe metode matematične aproksimacije je dosežena visoka natančnost merjenja sekundarnih tokov in napetosti.

Tako izračunane številske vrednosti se uporabljajo v algoritmu za delovanje mikroprocesorskih naprav.

Logični del relejne zaščite in avtomatike

Potem ko se začetne vrednosti tokov in napetosti električne energije, ki se prenašajo vzdolž daljnovoda, modelirajo z merilnimi transformatorji, izbranimi za obdelavo s filtri in jih sprejmejo občutljivi organi relejnih naprav za tok, napetost, moč, upor in frekvenco, na vrsti so vezja logičnih relejev.

Njihova zasnova temelji na relejih, ki delujejo iz dodatnega vira konstantne, popravljene ali izmenične napetosti, ki se imenuje tudi operativna, in tokokrogi, ki jih napajajo, delujejo. Ta izraz ima tehnični pomen: zelo hitro, brez nepotrebnih zamud, izvesti svoje preklope.

Hitrost delovanja logičnega vezja v veliki meri določa hitrost izklopa v sili in s tem stopnjo njegovih uničujočih posledic.

Releji, ki delujejo v delovnih tokokrogih, se glede na način opravljanja svojih nalog imenujejo vmesni: sprejemajo signal od merilne zaščitne naprave in ga prenašajo s preklopom svojih kontaktov na izvršilne organe: izhodne releje, solenoide, elektromagnete za odklop ali zapiranje močnostnih stikal. .

Vmesni releji imajo običajno več parov kontaktov, ki delujejo za vzpostavitev ali prekinitev vezja. Uporabljajo se za hkratno reprodukcijo ukazov med različnimi napravami relejne zaščite.

V algoritmu delovanja relejne zaščite je pogosto uveden zamik, da se zagotovi princip selektivnosti in oblikuje zaporedje določenega algoritma. Med nastavitvijo blokira delovanje zaščite.

Ta zakasnilni vhod se ustvari s pomočjo posebnih časovnih relejev (RV), ki imajo urni mehanizem, ki vpliva na hitrost njihovih kontaktov.

Logični del relejne zaščite uporablja enega od številnih algoritmov, ki so zasnovani za različne primere, ki se lahko pojavijo na daljnovodu določene konfiguracije in napetosti.

Kot primer lahko navedemo le nekaj imen delovanja logike dveh relejnih zaščit na osnovi krmiljenja toka daljnovoda:

• prekinitev toka (indikacija hitrosti) brez zakasnitve ali z zakasnitvijo (zagotavlja RF selektivnost), ob upoštevanju smeri moči (zaradi releja RM) ali brez nje;

• Prenapetostna zaščita je lahko opremljena z enakimi krmilniki kot odklopnik, skupaj z ali brez preverjanj nizke napetosti na liniji.

V delovanje logike relejne zaščite so pogosto uvedeni elementi avtomatizacije različnih naprav, na primer:

• ponovni vklop enofaznega ali trifaznega močnostnega stikala;

• vklop rezervnega napajanja;

• pospešek;

• frekvenčno razbremenitev.

Logični del zaščite voda se lahko izvede v majhnem relejnem prostoru neposredno nad stikalom za napajanje, kar je značilno za zunanje kompletne stikalne naprave (KRUN) z napetostjo do 10 kV, ali pa zasede več plošč 2x0,8 m v relejni sobi. .

Na primer, zaščitno logiko za vod 330 kV lahko postavite na ločene zaščitne plošče:

• rezerva;

• DZ — daljinski;

• DFZ — diferencialna faza;

• VCHB - visokofrekvenčna blokada;

• OAPV;

• pospešek.

Izhodna vezja

Izhodna vezja služijo kot končni element linearne relejne zaščite, njihova logika prav tako temelji na uporabi vmesnih relejev.

Izhodna vezja tvorijo vrstni red delovanja linijskih odklopnikov in določajo interakcijo s sosednjimi povezavami, napravami (na primer zaščita pred izpadom odklopnika - izklop odklopnika v sili) in drugimi elementi relejne zaščite in avtomatizacije.

Enostavne zaščitne linije imajo lahko samo en izhodni rele, ki sproži odklopnik. V kompleksnih sistemih z razvejano zaščito se ustvarijo posebna logična vezja, ki delujejo po določenem algoritmu.

Dokončna odstranitev napetosti iz voda v nujnih primerih se izvede s pomočjo vklopnega stikala, ki se aktivira s silo izklopnega elektromagneta. Za njegovo delovanje so priložene posebne napajalne verige, ki lahko prenesejo močne obremenitve.Ki.