Как е релейната защита на електропроводи

Непрекъснатият и надежден транспорт на електроенергия до потребителите е една от основните задачи, които постоянно се решават от енергетиците. За да го осигурят, са създадени електрически мрежи, състоящи се от разпределителни подстанции и свързващи ги електропроводи. За преместване на енергия на дълги разстояния се използват опори, към които са окачени свързващи проводници. Те са изолирани между себе си и земята от слой околен въздух. Такива линии се наричат ​​въздушни линии по вида на изолацията.

Ако разстоянието на транспортната магистрала е кратко или от съображения за безопасност е необходимо да се скрие електропровода в земята, тогава се използват кабели.

Надземните и кабелните електропроводи са постоянно под напрежение, чиято стойност се определя от структурата на електрическата мрежа.

Предназначение на релейната защита на електропроводи

В случай на повреда на изолацията на всяко място на кабел или удължен въздушен електропровод, напрежението, приложено към линията, създава изтичане или ток на късо съединение през повредената секция.

Причините за нарушаването на изолацията могат да бъдат различни фактори, които са в състояние да се елиминират или да продължат своя разрушителен ефект. Например щъркел, летящ между проводниците на въздушен електропровод, създава фазова към фазова верига с крилата си и изгаря, падайки наблизо.

Или дърво, израснало много близо до опората, по време на буря, беше съборено по проводниците от порив на вятъра и ги предизвика късо съединение.

В първия случай късото съединение е възникнало за кратък период от време и е изчезнало, а във втория нарушението на изолацията е с дългосрочен характер и изисква отстраняване от персонала по поддръжката.

Такива щети могат да причинят големи щети на енергийните предприятия. Токовете на получените къси съединения имат огромна топлинна енергия, която може да изгори не само проводниците на захранващите линии, но и да разруши енергийното оборудване на захранващите подстанции.

Поради тези причини всички възникнали повреди по електропроводите трябва незабавно да бъдат отстранени. Това се постига чрез премахване на напрежението от повредената линия от страната на захранването. Ако такъв електропровод получава захранване от двете страни, тогава и двете трябва да изключат напрежението.

Функциите за постоянно наблюдение на електрическите параметри на състоянието на всички електропроводи и премахване на напрежението от тях от всички страни в случай на аварийни ситуации са възложени на сложни технически системи, които традиционно се наричат ​​релейна защита.

Прилагателното «реле» е получено от елементарната база, базирана на електромагнитни релета, чиито проекти са възникнали с появата на първите електропроводи и се подобряват до днес.

Модулни защитни устройства, широко въведени в практиката на енергетиците на базата на микропроцесорни технологии и компютърни технологии не изключват пълна подмяна на релейни устройства и според установената традиция също се въвеждат в устройства за релейна защита.

Принципи на релейната защита

Органи за наблюдение на мрежата

За да се наблюдават електрическите параметри на електропроводите, е необходимо да има инструменти за тяхното измерване, които са в състояние постоянно да наблюдават всякакви отклонения от нормалния режим в мрежата и в същото време да отговарят на условията за безопасна работа.

В електропроводи с всички напрежения тази функция е възложена на измервателни трансформатори.Те се класифицират в трансформатори:

• ток (TT);

• напрежение (VT).

Тъй като качеството на защитната операция е от първостепенно значение за надеждността на цялата електрическа система, тогава повишени изисквания за точността на работата се налагат на измервателните КТ и ВТ, които се определят от техните метрологични характеристики.

Класовете на точност на измервателните трансформатори за използване в устройства за релейна защита и автоматизация (релейна защита и автоматизация) са стандартизирани от стойностите «0,5», «0,2» и «P».

Инструментални трансформатори на напрежение

Общ изглед на инсталирането на трансформатори на напрежение на ВЛ 110 kV е показан на снимката по -долу.

Тук може да се види, че VT не се инсталират никъде по удължена линия, а на разпределителното устройство на електрическа подстанция. Всеки трансформатор е свързан с първичните си клеми към съответния проводник на въздушната линия и заземяващата верига.

Напрежението, преобразувано от вторичните намотки, се извежда през превключвателите 1P и 2P през съответните проводници на захранващия кабел. За използване в защитни и измервателни устройства, вторичните намотки са свързани съгласно схемата «звезда» и «триъгълник», както е показано на снимката за VT-110 kV.

Да се ​​намали загуба на напрежение и прецизна работа на релейната защита, се използва специален захранващ кабел и се налагат повишени изисквания към нейното инсталиране и работа.

Измервателните VT се създават за всеки тип напрежение на електропровода и могат да бъдат включени според различни схеми за изпълнение на специфични задачи. Но всички те работят по общия принцип — преобразуване на линейната стойност на напрежението на преносната линия във вторична стойност от 100 волта с точно копиране и подчертаване на всички характеристики на първичните хармоници в определен мащаб.

Коефициентът на трансформация на VT се определя от съотношението на линейните напрежения на първичната и вторичната верига. Например за разглеждания ВЛ 110 kV е записано, както следва: 110000/100.

Инструментални трансформатори на ток

Тези устройства също преобразуват натоварването на първичната линия във вторични стойности с максимално повторение на всички промени в хармониците на първичния ток.

За по -лесна работа и поддръжка на електрическо оборудване, те се монтират и на разпределителни устройства на подстанции.

Токови трансформатори Те са включени във веригата на въздушната линия по различен начин от VT: те с тяхната първична намотка, която обикновено е представена само с един завой под формата на проводник с постоянен ток, просто се врязват във всеки проводник от фазата на линията. Това може ясно да се види на горната снимка.

Коефициентът на трансформация на CT се определя от съотношението на избора на номинални стойности на етапа на проектиране на електропровода. Например, ако електропроводът е проектиран да транспортира 600 ампера и 5 А ще бъде премахната от вторичната страна на CT, тогава се използва обозначението 600/5.

В електроенергията се приемат два стандарта за стойностите на вторичните токове, които се използват:

• 5 A за всички КТ до 110 kV включително;

• 1 A за линии 330 kV и по -високи.

Вторичните TT намотки са свързани за свързване към защитни устройства по различни схеми:

• пълна звезда;

• непълна звезда;

• триъгълник.

Всяко съединение има свои специфични характеристики и се използва за определени видове защита по различни начини. Пример за свързване на токови трансформатори и токови релейни бобини към верига с пълна звезда е показан на снимката.

Това е най -простият и най -често срещаният хармоничен филтър, използван в много защитни релейни вериги. В него токовете от всяка фаза се управляват от отделно реле със същото име, а сумата от всички вектори преминава през намотката, включена в общия неутрален проводник.

Методът за използване на измервателни трансформатори на ток и напрежение дава възможност да се прехвърлят първичните процеси, протичащи на силовото оборудване, във вторичната верига в точен мащаб за тяхното използване в хардуера на релейната защита и създаването на алгоритми за работа на логиката устройства за елиминиране на аварийни процеси на оборудването.

Органи за обработка на получената информация

При релейната защита основният работен елемент е реле — електрическо устройство, което изпълнява две основни функции:

• следи качеството на наблюдавания параметър, например ток, и в нормален режим той стабилно поддържа и не променя състоянието на своята контактна система;

• когато се достигне критична стойност, наречена зададена точка или праг на реакция, тя незабавно превключва позицията на своите контакти и остава в това състояние, докато наблюдаваната стойност се върне в нормалния диапазон.

Принципите на формиране на вериги за включване на релета за ток и напрежение във вторични вериги помагат да се разбере представянето на синусоидалните хармоници чрез векторни величини с тяхното представяне в сложна равнина.

В долната част на картината е показана векторна диаграма за типичен случай на разпределение на синусоидите в три фази A, B, C в режим на работа на захранване на потребителите.

Мониторинг на състоянието на вериги за ток и напрежение

Частично принципът на обработка на вторични сигнали е показан във веригата за включване на CT и релейните намотки съгласно схемата с пълна звезда и VT на ORU-110. Този метод ви позволява да събирате вектори по посочените по -долу начини.

Включването на релейната намотка в някоя от хармониците на тези фази ви позволява напълно да контролирате протичащите в нея процеси и да изключите веригата от работа в случай на аварии. За да направите това, достатъчно е да използвате подходящи проекти на релейни устройства за ток или напрежение.

Горните схеми са частен случай на многостранното използване на различни филтри.

Методи за контрол на мощността, преминаваща през линията

Устройствата за релейна защита контролират стойността на мощността въз основа на показанията на всички едни и същи трансформатори на ток и напрежение. В този случай се използват добре известни формули и съотношения на обща, активна и реактивна мощност помежду им и техните стойности, изразени чрез векторите на токове и напрежения.

Има се предвид, че токовият вектор се формира от приложената ЕДС към съпротивлението на линията и преодолява еднакво активните и реактивните си части. Но в същото време в участъците с компонентите Ua и Up възниква спад на напрежението съгласно законите, описани от триъгълника на напрежението.

Захранването може да се прехвърля от единия край на линията до другия и дори да се променя посоката му при транспортиране на електричество.

Промените в посоката му са резултат от:

• превключване на товари от експлоатационен персонал;

• колебания на електроенергията в системата поради ефектите на преходните процеси и други фактори;

• възникване на аварийни режими.

Захранващите релета (PM), работещи като част от системата за релейна защита и автоматизация, отчитат колебанията в нейните посоки и са конфигурирани да работят, когато се достигне критичната стойност.

Методи за управление на съпротивлението на линията

Устройства за релейна защита, които изчисляват разстоянието до мястото на късо съединение въз основа на измерване на електрическото съпротивление, се наричат ​​разстояние или съкратено DZ защита. Те също така използват токови и напрежени трансформаторни вериги в работата си.

За измерване на съпротивлението използвайте Израз на закона на Омописани за раздела на разглежданата верига.

Когато синусоидален ток преминава през активно, капацитивно и индуктивно съпротивление, векторът на спадане на напрежението върху тях се отклонява в различни посоки. Това се взема предвид от поведението на защитното реле.

Според този принцип в устройствата за релейна защита и автоматизация работят много видове резисторни релета (RS).

Методи за контрол на честотата на линията

За да се поддържа стабилността на периода на трептене на хармониците на тока, предаван през електропровода, се използват релета за управление на честотата. Те работят на принципа на сравняване на еталонната синусоида, произведена от вградения генератор, с честотата, получена от линейните измервателни трансформатори.

След обработката на тези два сигнала, честотното реле определя качеството на наблюдаваната хармоника и когато се достигне зададената стойност, променя позицията на контактната система.

Характеристики на контрола на параметрите на линията чрез цифрови защити

Микропроцесорните разработки, които заменят релейните технологии, също не могат да работят без вторични стойности на токове и напрежения, които се отстраняват от измервателните трансформатори TT и VT.

За работата на цифровите защити информацията за вторичната синусоида се обработва чрез методи за вземане на проби, които се състоят в наслагване на висока честота върху аналогов сигнал и фиксиране на амплитудата на контролирания параметър в пресечната точка на графиките.

Поради малката стъпка на вземане на проби, бързи методи на обработка и използване на метода на математическото сближаване се получава висока точност на измерване на вторични токове и напрежения.

Така изчислените цифрови стойности се използват в алгоритъма за работа на микропроцесорни устройства.

Логичната част от релейната защита и автоматизация

След като първоначалните стойности на токовете и напреженията на електричеството, предавано по електропровода, се моделират чрез измервателни трансформатори, избрани за обработка чрез филтри и възприети от чувствителните органи на релейните устройства за ток, напрежение, мощност, съпротивление и честота, идва ред на схемите на логическите релета.

Техният дизайн се основава на релета, работещи от допълнителен източник на постоянно, коригирано или променливо напрежение, което също се нарича оперативно, а захранващите се от него вериги са работещи. Този термин има техническо значение: много бързо, без излишни забавяния, да изпълняват своите превключватели.

Скоростта на работа на логическата верига до голяма степен определя скоростта на аварийното изключване и следователно степента на нейните разрушителни последици.

По начина, по който изпълняват задачите си, релетата, работещи в оперативни вериги, се наричат ​​междинни: те получават сигнал от измервателното защитно устройство и го предават, като превключват контактите си към изпълнителни органи: изходни релета, соленоиди, електромагнити за изключване или затваряне на превключвателите на захранването.

Междинните релета обикновено имат няколко двойки контакти, които работят за създаване или прекъсване на верига. Те се използват за едновременно възпроизвеждане на команди между различни устройства за релейна защита.

В алгоритъма на работа на релейната защита често се въвежда забавяне, за да се гарантира принципът на селективност и да се формира последователността на определен алгоритъм. Той блокира защитната операция по време на настройката.

Този вход за забавяне се създава с помощта на специални релета за време (RV), които имат часовник механизъм, който влияе на скоростта на техните контакти.

Логическата част на релейната защита използва един от многото алгоритми, създадени за различни случаи, които могат да възникнат на електропровод с определена конфигурация и напрежение.

Като пример можем да дадем само някои имена на работата на логиката на две релейни защити въз основа на контрола на тока на електропровода:

• текущо прекъсване (обозначаване на скоростта) без закъснение или със закъснение (гарантира селективността на RF), като се вземе предвид посоката на мощността (поради RM релето) или без нея;

• защита от свръхтоккоито могат да бъдат снабдени със същите контроли като прекъсването, завършено със или без проверки на ниско напрежение на линията.

Елементи за автоматизация на различни устройства често се въвеждат в работата на логиката на релейната защита, например:

• еднофазно или трифазно повторно включване на превключвателя на захранването;

• включване на резервното захранване;

• ускорение;

• честотно разтоварване.

Логическата част от защитата на линията може да се извърши в малко релейно отделение директно над превключвателя на захранването, което е типично за външни комплектни разпределителни устройства (KRUN) с напрежение до 10 kV или да заемат няколко панела 2×0,8 m в релейната зала .

Например, логиката на защита за 330 kV линия може да бъде поставена на отделни защитни панели:

• резерв;

• DZ — дистанционно;

• DFZ — диференциална фаза;

• VCHB — високочестотно блокиране;

• OAPV;

• ускорение.

Изходни вериги

Изходните вериги служат като краен елемент на линейната релейна защита.Тяхната логика също се основава на използването на междинни релета.

Изходните вериги формират реда на работа на линейните прекъсвачи и определят взаимодействието със съседни връзки, устройства (например защита от повреда на прекъсвача — аварийно изключване на прекъсвача) и други елементи на релейната защита и автоматизация.

Простите линейни защити могат да имат само едно изходно реле, което изключва прекъсвача. В сложни системи с разклонена защита се създават специални логически вериги, които работят по определен алгоритъм.

Окончателното отстраняване на напрежението от линията в случай на авария се извършва чрез превключвател на захранването, който се активира от силата на изключващия електромагнит. За неговата работа се доставят специални силови вериги, които могат да издържат на мощни натоварвания.Ки.