Hvordan er relébeskyttelsen av kraftledninger

Kontinuerlig og pålitelig transport av elektrisitet til forbrukerne er en av hovedoppgavene som hele tiden løses av kraftingeniører. For å gi det ble det opprettet elektriske nettverk bestående av distribusjonsstasjoner og koblende kraftledninger. For å flytte energi over lange avstander, brukes støtter som forbindelsesledninger henges opp til. De er isolert mellom seg selv og bakken av et lag med omgivelsesluft. Slike ledninger kalles luftledninger etter type isolasjon.

Hvis avstanden til transportmotorveien er kort eller av sikkerhetsmessige årsaker er det nødvendig å skjule kraftledningen i bakken, brukes kabler.

Overhead- og kabelkraftlinjer er konstant under spenning, hvis verdi bestemmes av strukturen til det elektriske nettverket.

Formål med relébeskyttelse av kraftledninger

Ved isolasjonssvikt hvor som helst på en kabel eller forlenget luftledning, skaper spenningen som påføres ledningen en lekkasje eller kortslutningsstrøm gjennom den skadede seksjonen.

Årsakene til å bryte isolasjonen kan være ulike faktorer som er i stand til å eliminere eller fortsette sin destruktive effekt. For eksempel skaper en stork som flyr mellom ledningene til en luftledning en fase-til-fase-krets med vingene og brenner, og faller i nærheten.

Eller et tre som vokste veldig nær støtten, under en storm, ble slått ned på ledningene av et vindkast og fikk dem til å kortslutte.

I det første tilfellet oppsto kortslutningen i en kort periode og forsvant, og i det andre var isolasjonsbruddet av langvarig karakter og krevde fjerning av vedlikeholdspersonell.

Slike skader kan gi store skader på kraftverk. Strømmene til de resulterende kortslutningene har en enorm termisk energi, som kan brenne ikke bare ledningene til kraftledningene, men også ødelegge kraftutstyret til krafttransformatorstasjonene.

Av disse grunner må eventuelle skader på kraftledninger som oppstår repareres umiddelbart. Dette oppnås ved å fjerne spenningen fra feilledningen på forsyningssiden. Hvis en slik kraftledning mottar strøm fra begge sider, må begge strømløse.

Funksjonene for konstant overvåking av de elektriske parameterne til tilstanden til alle kraftledninger og fjerning av spenningen fra dem fra alle sider i nødsituasjoner er tildelt komplekse tekniske systemer, som tradisjonelt kalles relébeskyttelse.

Adjektivet "relé" er avledet fra den elementære basen basert på elektromagnetiske reléer, hvis design oppsto med utseendet til de første kraftledningene og blir forbedret til i dag.

Modulære beskyttelsesenheter, mye introdusert i praksisen til kraftingeniører basert på mikroprosessorteknologi og datateknologi ikke utelukke en fullstendig utskifting av reléanordninger og, i henhold til etablert tradisjon, også introdusert i relébeskyttelsesanordninger.

Prinsipper for relébeskyttelse

Nettverksovervåkingsmyndigheter

For å overvåke de elektriske parametrene til kraftledninger, er det nødvendig å ha instrumenter for deres måling, som hele tiden er i stand til å overvåke eventuelle avvik fra normalmodus i nettverket og samtidig oppfylle betingelsene for sikker drift.

I kraftledninger med alle spenninger er denne funksjonen tilordnet måletransformatorer. De er klassifisert i transformatorer:

• strøm (TT);

• spenning (VT).

Siden kvaliteten på den beskyttende operasjonen er av primær betydning for påliteligheten til hele det elektriske systemet, stilles det økte krav til nøyaktigheten av driften til måle-CT-er og VT-er, som bestemmes av deres metrologiske egenskaper.

Nøyaktighetsklasser av måletransformatorer for bruk i relébeskyttelse og automasjonsanordninger (relébeskyttelse og automasjon) er standardisert med verdiene «0,5», «0,2» og «P».

Instrumentspenningstransformatorer

En generell oversikt over installasjonen av spenningstransformatorer på 110 kV luftledningen er vist på bildet nedenfor.

Her kan man se at VT-er ikke er installert noe sted langs en forlengelseslinje, men på koblingsanlegget til en elektrisk transformatorstasjon. Hver transformator er koblet med sine primære terminaler til den tilsvarende lederen til luftledningen og jordkretsen.

Spenningen konvertert fra sekundærviklingene sendes ut gjennom bryterne 1P og 2P gjennom de tilsvarende lederne til strømkabelen. For bruk i beskyttelses- og måleenheter er sekundærviklingene koblet i henhold til "stjerne" og "delta" -skjemaet, som vist på bildet for VT-110 kV.

Å redusere spenningstap og presis drift av relébeskyttelsen, brukes en spesiell strømkabel og det stilles økte krav til installasjon og drift.

Måling av VT-er er laget for hver type linjespenning og kan byttes i henhold til forskjellige skjemaer for å utføre spesifikke oppgaver. Men de jobber alle etter det generelle prinsippet om å konvertere den lineære verdien av overføringslinjespenningen til en sekundærverdi på 100 volt, nøyaktig kopiering og vektlegging av alle egenskapene til de primære harmoniske i en viss skala.

Transformasjonsforholdet til VT bestemmes av forholdet mellom linjespenningene til primær- og sekundærkretsene. For eksempel, for den betraktede 110 kV luftledningen, er det skrevet som følger: 110000/100.

Instrument strømtransformatorer

Disse enhetene konverterer også primærlinjebelastningen til sekundære verdier med maksimal repetisjon av eventuelle endringer i primærstrømmens harmoniske.

For enklere drift og vedlikehold av elektrisk utstyr, er de også installert på distribusjonsenheter til transformatorstasjoner.

Strømtransformatorer De er inkludert i luftledningskretsen på en annen måte enn VT: de med sin primærvikling, som vanligvis er representert med bare en omdreining i form av en likestrømsledning, kuttes ganske enkelt inn i hver ledning i linjefasen.Dette kan tydelig sees på bildet ovenfor.

CT-transformasjonsforholdet bestemmes av forholdet mellom valget av nominelle verdier på stadiet av utformingen av kraftledningen. For eksempel, hvis kraftledningen er designet for å bære 600 ampere og 5 A vil bli fjernet fra CT-sekundæren, brukes betegnelsen 600/5.

I elektrisitet er to standarder akseptert for verdiene til sekundærstrømmene som brukes:

• 5 A for alle CT-er til og med 110 kV;

• 1 A for linjer 330 kV og høyere.

Sekundære TT-viklinger er koblet til for tilkobling til beskyttelsesenheter i henhold til forskjellige ordninger:

• full stjerne;

• ufullstendig stjerne;

• triangel.

Hver forbindelse har sine egne spesifikke egenskaper og brukes til visse typer beskyttelse på forskjellige måter. Et eksempel på å koble strømtransformatorer og strømreléspoler til en fullstjernekrets er vist på bildet.

Dette er det enkleste og mest vanlige harmoniske filteret som brukes i mange beskyttende relékretser. I den styres strømmene fra hver fase av et separat relé med samme navn, og summen av alle vektorer går gjennom spolen som er inkludert i den felles nøytrale ledningen.

Metoden for å bruke strøm- og spenningsmåletransformatorer gjør det mulig å overføre de primære prosessene som foregår på kraftutstyret til sekundærkretsen i nøyaktig skala for bruk i relébeskyttelsesmaskinvaren og opprettelse av algoritmer for driften av logikken enheter for å eliminere nødutstyrsprosesser.

Myndigheter for behandling av mottatte opplysninger

I relébeskyttelse er hovedarbeidselementet et relé - en elektrisk enhet som utfører to hovedfunksjoner:

• overvåker kvaliteten på den observerte parameteren, for eksempel strøm, og i normal modus opprettholder den stabilt og endrer ikke tilstanden til kontaktsystemet;

• når en kritisk verdi kalt et settpunkt eller responsterskel nås, bytter den umiddelbart posisjonen til kontaktene og forblir i denne tilstanden til den observerte verdien går tilbake til normalområdet.

Prinsippene for å danne kretser for å bytte strøm- og spenningsreleer i sekundære kretser bidrar til å forstå representasjonen av sinusformede harmoniske ved vektormengder med deres representasjon i et komplekst plan.

I den nedre delen av bildet vises et vektordiagram for et typisk tilfelle av distribusjon av sinusoider i tre faser A, B, C i driftsmodusen til forbrukerstrømforsyningen.

Overvåking av tilstanden til strøm- og spenningskretser

Delvis er prinsippet om å behandle sekundære signaler vist i kretsen for å slå på CT- og reléviklingene i henhold til fullstjerne- og VT-skjemaet til ORU-110. Denne metoden lar deg legge til vektorer på følgende måter.

Inkluderingen av reléspolen i noen av harmoniske i disse fasene lar deg kontrollere prosessene som foregår i den fullt ut og slå av kretsen fra drift i tilfelle ulykker. For å gjøre dette er det nok å bruke passende design av reléenheter for strøm eller spenning.

De ovennevnte ordningene er et spesielt tilfelle av allsidig bruk av forskjellige filtre.

Metoder for å kontrollere kraften som går gjennom linjen

Relébeskyttelsesenheter kontrollerer effektverdien basert på avlesningene til alle de samme strøm- og spenningstransformatorene.I dette tilfellet brukes velkjente formler og forhold mellom total, aktiv og reaktiv effekt mellom dem og deres verdier uttrykt av vektorer av strømmer og spenninger.

Det er forstått at strømvektoren dannes av den påførte emf til linjemotstanden og overvinner dens aktive og reaktive deler likt. Men samtidig, i seksjonene med komponentene Ua og Opp, oppstår et spenningsfall i henhold til lovene beskrevet av spenningstrekanten.

Strøm kan overføres fra den ene enden av ledningen til den andre og til og med reverseres ved transport av strøm.

Endringer i retningen er resultatet av:

• bytte last av driftspersonell;

• kraftsvingninger i systemet på grunn av effekten av transienter og andre faktorer;

• fremveksten av nødmoduser.

Strømreleer (PM) som fungerer som en del av relébeskyttelsen og automasjonssystemet tar hensyn til svingninger i retningene og er konfigurert til å fungere når den kritiske verdien er nådd.

Metoder for kontroll av linjemotstand

Relébeskyttelsesenheter som beregner avstanden til kortslutningsstedet basert på elektriske motstandsmålinger kalles avstand eller DZ-beskyttelse for kort. De bruker også strøm- og spenningstransformatorkretser i arbeidet.

For å måle motstanden, bruk Et uttrykk for Ohms lovbeskrevet for kretsdelen under vurdering.

Når en sinusformet strøm går gjennom aktiv, kapasitiv og induktiv motstand, avviker spenningsfallvektoren på dem i forskjellige retninger. Dette tas i betraktning av oppførselen til beskyttelsesreléet.

I henhold til dette prinsippet fungerer mange typer motstandsreleer (RS) i relébeskyttelse og automatiseringsenheter.

Metoder for kontroll av linjefrekvens

For å opprettholde stabiliteten til oscillasjonsperioden til harmoniske av strømmen som sendes gjennom kraftledningen, brukes frekvenskontrollreléer. De jobber etter prinsippet om å sammenligne referansesinusbølgen produsert av den innebygde generatoren med frekvensen oppnådd av de lineære måletransformatorene.

Etter å ha behandlet disse to signalene, bestemmer frekvensreléet kvaliteten på den observerte harmoniske og, når den innstilte verdien er nådd, endrer posisjonen til kontaktsystemet.

Funksjoner av linjeparameterkontroll med digitale beskyttelser

Mikroprosessorutviklinger som erstatter reléteknologier kan heller ikke fungere uten sekundære verdier av strømmer og spenninger, som fjernes fra måletransformatorene TT og VT.

For drift av digitale beskyttelser behandles informasjon om den sekundære sinusbølgen ved hjelp av samplingsmetoder, som består i å overlegge en høy frekvens på et analogt signal og fikse amplituden til den kontrollerte parameteren i skjæringspunktet mellom grafene.

På grunn av det lille prøvetakingstrinnet, raske prosesseringsmetoder og bruk av matematisk tilnærmingsmetode, oppnås høy nøyaktighet av måling av sekundærstrømmer og spenninger.

De numeriske verdiene beregnet på denne måten brukes i algoritmen for drift av mikroprosessorenheter.

Den logiske delen av relébeskyttelse og automatisering

Etter at de innledende verdiene av strømmene og spenningene til elektrisiteten som overføres langs kraftlinjen er modellert ved å måle transformatorer valgt for behandling av filtre og mottatt av de sensitive organene til reléenhetene for strøm, spenning, kraft, motstand og frekvens, det er tur til kretsene til de logiske reléene.

Designet deres er basert på releer som opererer fra en ekstra kilde med konstant, likrettet eller vekselspenning, som også kalles operasjonell, og kretsene som mates av den er i drift. Dette begrepet har en teknisk betydning: veldig raskt, uten unødvendige forsinkelser, for å utføre sine brytere.

Driftshastigheten til den logiske kretsen bestemmer i stor grad hastigheten på nødavstengning og derfor graden av dens destruktive konsekvenser.

I måten de utfører oppgavene på, kalles releer som fungerer i driftskretser mellomliggende: de mottar et signal fra målebeskyttelsesanordningen og overfører det ved å bytte kontaktene deres til utøvende organer: utgangsreleer, solenoider, elektromagneter for frakobling eller lukking av strømbryterne .

Mellomreleer har vanligvis flere par kontakter som fungerer for å lage eller bryte en krets. De brukes til å reprodusere kommandoer mellom ulike relébeskyttelsesenheter samtidig.

I driftsalgoritmen til relébeskyttelsen introduseres ofte en forsinkelse for å sikre selektivitetsprinsippet og for å danne sekvensen til en viss algoritme. Den blokkerer beskyttelsesoperasjonen under oppsett.

Denne forsinkelsesinngangen opprettes ved hjelp av spesielle tidsreleer (RV) som har en klokkemekanisme som påvirker hastigheten på kontaktene deres.

Den logiske delen av relébeskyttelsen bruker en av mange algoritmer designet for forskjellige tilfeller som kan oppstå på en kraftlinje med en bestemt konfigurasjon og spenning.

Som et eksempel kan vi bare gi noen navn på driften av logikken til to relébeskyttelser basert på kontrollen av strømmen til kraftledningen:

• strømavbrudd (hastighetsindikering) uten forsinkelse eller med forsinkelse (garanterer RF-selektivitet), under hensyntagen til strømretningen (på grunn av RM-reléet) eller uten det;

• overstrømsbeskyttelse kan utstyres med de samme kontrollene som frakoblingen, komplett med eller uten lavspenningskontroller.

Elementer av automatisering av forskjellige enheter blir ofte introdusert i driften av relébeskyttelseslogikken, for eksempel:

• en-fase eller tre-fase strømbryter gjenlukking;

• slå på reservestrømforsyningen;

• akselerasjon;

• frekvenslossing.

Den logiske delen av linjebeskyttelsen kan gjøres i et lite relérom rett over strømbryteren, som er typisk for eksternt komplett koblingsanlegg (KRUN) med spenning opp til 10 kV, eller opptar flere 2x0,8 m paneler i relérommet .

For eksempel kan beskyttelseslogikken for en 330 kV-ledning plasseres på separate beskyttelsespaneler:

• reservere;

• DZ — fjernkontroll;

• DFZ — differensialfase;

• VCHB — høyfrekvent blokkering;

• OAPV;

• akselerasjon.

Utgangskretser

Utgangskretsene fungerer som det siste elementet i den lineære relébeskyttelsen, og deres logikk er også basert på bruk av mellomreleer.

Utgangskretsene danner rekkefølgen for driften av linjebryterne og bestemmer samspillet med tilstøtende tilkoblinger, enheter (for eksempel bryterfeilbeskyttelse - nødutløsning av bryteren) og andre elementer av relébeskyttelse og automatisering.

Enkle linjebeskyttelse kan ha bare ett utgangsrelé som utløser bryteren. I komplekse systemer med forgrenet beskyttelse opprettes spesielle logiske kretser som fungerer i henhold til en viss algoritme.

Den endelige fjerningen av spenningen fra ledningen i nødstilfelle utføres ved hjelp av en strømbryter, som aktiveres av kraften fra utløserelektromagneten. Spesielle kraftkjeder leveres for driften, som tåler kraftige belastninger.Ki.