Cum este protecția prin releu a liniilor electrice

Transportul continuu și fiabil al energiei electrice către consumatori este una dintre sarcinile principale care sunt rezolvate în mod constant de inginerii energetici. Pentru a-l asigura, au fost create rețele electrice formate din stații de distribuție și linii electrice de legătură. Pentru deplasarea energiei pe distanțe mari, se folosesc suporturi la care sunt suspendate firele de legătură. Sunt izolate între ele și sol printr-un strat de aer ambiental. Astfel de linii sunt numite linii aeriene după tipul de izolație.

Dacă distanța autostrăzii de transport este scurtă sau din motive de siguranță este necesară ascunderea liniei de alimentare în pământ, atunci se folosesc cabluri.

Liniile electrice aeriene și de cablu sunt în mod constant sub tensiune, a căror valoare este determinată de structura rețelei electrice.

Scopul protecției prin releu a liniilor electrice

În cazul defectării izolației în orice locație a unui cablu sau a unei linii aeriene extinse, tensiunea aplicată liniei creează un curent de scurgere sau de scurtcircuit prin secțiunea deteriorată.

Motivele ruperii izolației pot fi diverși factori care sunt capabili să elimine sau să continue efectul lor distructiv. De exemplu, o barză care zboară între firele unei linii electrice aeriene creează un circuit fază la fază cu aripile sale și arde, căzând în apropiere.

Sau un copac care creștea foarte aproape de suport, în timpul unei furtuni, a fost doborât de fire de o rafală de vânt și le-a provocat un scurtcircuit.

În primul caz, scurtcircuitul a avut loc pentru o perioadă scurtă de timp și a dispărut, iar în al doilea, încălcarea izolației a fost de natură pe termen lung și a necesitat îndepărtarea de către personalul de întreținere.

Astfel de daune pot provoca daune mari centralelor electrice. Curenții scurtcircuitelor rezultate au o energie termică uriașă, care poate arde nu numai firele liniilor electrice, ci și distruge echipamentele electrice ale substațiilor electrice.

Din aceste motive, orice deteriorare a liniilor electrice care apare trebuie reparată imediat. Acest lucru se realizează prin eliminarea tensiunii din linia defectată pe partea de alimentare. Dacă o astfel de linie electrică primește energie din ambele părți, atunci ambele trebuie să se dezactiveze.

Funcțiile de monitorizare constantă a parametrilor electrici ai stării tuturor liniilor electrice și eliminarea tensiunii din toate părțile acestora în caz de situații de urgență sunt atribuite sistemelor tehnice complexe, care sunt denumite în mod tradițional protecția cu relee.

Adjectivul „releu” este derivat din baza elementară bazată pe relee electromagnetice, ale căror design-uri au apărut odată cu apariția primelor linii electrice și sunt îmbunătățite până în prezent.

Dispozitive de protecție modulare, introduse pe scară largă în practica inginerilor energetici bazat pe tehnologia microprocesoarelor și tehnologia computerelor nu exclud o înlocuire completă a dispozitivelor cu relee și, conform tradiției consacrate, sunt introduse și în dispozitivele de protecție cu relee.

Principii de protecție a releului

Autoritățile de monitorizare a rețelei

Pentru a monitoriza parametrii electrici ai liniilor electrice, este necesar să existe instrumente de măsurare a acestora, care să poată monitoriza în mod constant orice abateri de la modul normal în rețea și, în același timp, să îndeplinească condițiile de funcționare în siguranță.

În liniile electrice cu toate tensiunile, această funcție este atribuită transformatoarelor de măsură. Acestea sunt clasificate în transformatoare:

• curent (TT);

• tensiune (VT).

Deoarece calitatea operațiunii de protecție este de o importanță primordială pentru fiabilitatea întregului sistem electric, atunci se impun cerințe sporite pentru precizia funcționării CT-urilor și VT-urilor de măsurare, care sunt determinate de caracteristicile lor metrologice.

Clasele de precizie ale transformatoarelor de măsurare pentru utilizarea în dispozitivele de protecție și automatizare cu relee (protecție și automatizare cu relee) sunt standardizate prin valorile «0,5», «0,2» și «P».

Transformatoare de tensiune pentru instrumente

O vedere generală a instalării transformatoarelor de tensiune pe linia aeriană de 110 kV este prezentată în fotografia de mai jos.

Aici se poate observa că VT-urile nu sunt instalate nicăieri de-a lungul unei linii de prelungire, ci pe tabloul de distribuție al unei substații electrice. Fiecare transformator este conectat prin bornele sale primare la conductorul corespunzător al liniei aeriene și al circuitului de masă.

Tensiunea convertită din înfășurările secundare este scoasă prin comutatoarele 1P și 2P prin conductorii corespunzători ai cablului de alimentare. Pentru utilizarea în dispozitive de protecție și de măsurare, înfășurările secundare sunt conectate conform schemei „stea” și „delta”, așa cum se arată în fotografie pentru VT-110 kV.

A reduce pierdere de tensiune și funcționarea precisă a protecției releului, se folosește un cablu de alimentare special și se impun cerințe sporite pentru instalarea și funcționarea acestuia.

VT-urile de măsurare sunt create pentru fiecare tip de tensiune de linie și pot fi comutate în funcție de diferite scheme pentru a îndeplini sarcini specifice. Dar toate funcționează pe principiul general al conversiei valorii liniare a tensiunii liniei de transmisie într-o valoare secundară de 100 de volți, copierea cu acuratețe și accentuarea tuturor caracteristicilor armonicilor primare la o anumită scară.

Raportul de transformare al VT este determinat de raportul tensiunilor de linie ale circuitelor primar și secundar. De exemplu, pentru linia aeriană de 110 kV considerată se scrie astfel: 110000/100.

Transformatoare de curent pentru instrumente

Aceste dispozitive convertesc, de asemenea, sarcina liniei primare în valori secundare, cu repetarea maximă a oricăror modificări ale armonicilor curentului primar.

Pentru operarea și întreținerea mai ușoară a echipamentelor electrice, acestea sunt instalate și pe dispozitivele de distribuție ale substațiilor.

Transformatoare de curent Ele sunt incluse în circuitul liniei aeriene într-un mod diferit decât VT: ei cu înfășurarea lor primară, care este de obicei reprezentată de o singură tură sub forma unui fir de curent continuu, sunt pur și simplu tăiate în fiecare fir al fazei de linie.Acest lucru se vede clar în fotografia de mai sus.

Raportul de transformare CT este determinat de raportul de selecție a valorilor nominale în etapa de proiectare a liniei de alimentare. De exemplu, dacă linia de alimentare este proiectată pentru a transporta 600 de amperi și 5 A vor fi îndepărtați din secundarul CT, atunci se folosește denumirea 600/5.

În electricitate, sunt acceptate două standarde pentru valorile curenților secundari utilizați:

• 5 A pentru toate CT-urile de până la 110 kV inclusiv;

• 1 A pentru linii de 330 kV și mai mari.

Înfășurările TT secundare sunt conectate pentru conectarea la dispozitive de protecție conform diferitelor scheme:

• stea plină;

• stea incompletă;

• triunghi.

Fiecare compus are propriile sale caracteristici specifice și este utilizat pentru anumite tipuri de protecție în moduri diferite. Un exemplu de conectare a transformatoarelor de curent și a bobinelor releului de curent la un circuit în stea complet este prezentat în fotografie.

Acesta este cel mai simplu și mai comun filtru de armonice utilizat în multe circuite de relee de protecție. În ea, curenții din fiecare fază sunt controlați de un releu separat cu același nume, iar suma tuturor vectorilor trece prin bobina inclusă în firul neutru comun.

Metoda de utilizare a transformatoarelor de măsurare a curentului și a tensiunii face posibilă transferarea proceselor primare care au loc pe echipamentul de putere la circuitul secundar la o scară precisă pentru utilizarea lor în hardware-ul de protecție a releului și crearea de algoritmi pentru funcționarea logicii. dispozitive pentru eliminarea proceselor echipamentelor de urgență.

Autoritățile de prelucrare a informațiilor primite

În protecția cu relee, elementul principal de lucru este un releu - un dispozitiv electric care îndeplinește două funcții principale:

• monitorizează calitatea parametrului observat, de exemplu, curentul, iar în modul normal menține stabil și nu schimbă starea sistemului său de contact;

• când este atinsă o valoare critică numită punct de referință sau prag de răspuns, schimbă imediat poziția contactelor sale și rămâne în această stare până când valoarea observată revine la intervalul normal.

Principiile formării circuitelor pentru comutarea releelor ​​de curent și tensiune în circuitele secundare ajută la înțelegerea reprezentării armonicilor sinusoidale prin mărimi vectoriale cu reprezentarea lor într-un plan complex.

În partea de jos a imaginii, este prezentată o diagramă vectorială pentru un caz tipic de distribuție a sinusoidelor în trei faze A, B, C în modul de funcționare al sursei de alimentare a consumatorilor.

Monitorizarea stării circuitelor de curent și tensiune

În parte, principiul prelucrării semnalelor secundare este prezentat în circuitul de pornire a înfășurărilor CT și releului în conformitate cu schema completă de stea și VT a ORU-110. Această metodă vă permite să adăugați vectori în următoarele moduri.

Includerea bobinei releului în oricare dintre armonicile acestor faze vă permite să controlați pe deplin procesele care au loc în ea și să opriți circuitul din funcțiune în caz de accidente. Pentru a face acest lucru, este suficient să folosiți modele adecvate de dispozitive relee pentru curent sau tensiune.

Schemele de mai sus sunt un caz special de utilizare versatilă a diferitelor filtre.

Metode de control al puterii care trece prin linie

Dispozitivele de protecție releu controlează valoarea puterii pe baza citirilor tuturor acelorași transformatoare de curent și tensiune.În acest caz, se folosesc formule și rapoarte binecunoscute ale puterii totale, active și reactive dintre ele și valorile lor exprimate de vectorii curenților și tensiunilor.

Se înțelege că vectorul de curent este format din emf aplicat rezistenței liniei și depășește în mod egal părțile sale active și reactive. Dar, în același timp, în secțiunile cu componentele Ua și Up se produce o cădere de tensiune conform legilor descrise de triunghiul de tensiune.

Puterea poate fi transferată de la un capăt la altul al liniei și chiar inversată la transportul energiei electrice.

Schimbările în direcția sa sunt rezultatul:

• comutarea sarcinilor de către personalul de exploatare;

• fluctuațiile de putere în sistem datorită efectelor tranzitorii și alți factori;

• apariția unor moduri de urgență.

Releele de putere (PM) care funcționează ca parte a sistemului de automatizare și protecție a releului iau în considerare fluctuațiile în direcțiile acestuia și sunt configurate să funcționeze atunci când valoarea critică este atinsă.

Metode de control al rezistenței liniei

Dispozitivele de protecție cu relee care calculează distanța până la locația scurtcircuitului pe baza măsurătorilor de rezistență electrică se numesc protecție la distanță sau DZ pentru prescurtare. Ei folosesc, de asemenea, circuite transformatoare de curent și tensiune în munca lor.

Pentru a măsura rezistența, utilizați O expresie a legii lui Ohmdescrise pentru secțiunea de circuit luată în considerare.

Când un curent sinusoidal trece prin rezistența activă, capacitivă și inductivă, vectorul căderii de tensiune pe acestea deviază în direcții diferite. Acest lucru este luat în considerare de comportamentul releului de protecție.

Conform acestui principiu, multe tipuri de relee cu rezistență (RS) funcționează în dispozitivele de protecție și automatizare a releelor.

Metode de control al frecvenței liniei

Pentru a menține stabilitatea perioadei de oscilație a armonicilor curentului transmis prin linia de alimentare, se folosesc relee de control al frecvenței. Acestea funcționează pe principiul comparării undei sinusoidale de referință produsă de generatorul încorporat cu frecvența obținută de transformatoarele liniare de măsură.

După procesarea acestor două semnale, releul de frecvență determină calitatea armonicii observate și, când se atinge valoarea setată, schimbă poziția sistemului de contacte.

Caracteristici de control al parametrilor de linie prin protecții digitale

De asemenea, dezvoltarea microprocesoarelor care înlocuiește tehnologiile de relee nu poate funcționa fără valori secundare ale curenților și tensiunilor, care sunt îndepărtate din transformatoarele de măsură TT și VT.

Pentru funcționarea protecțiilor digitale, informațiile despre unda sinusoidală secundară sunt prelucrate prin metode de eșantionare, care constau în suprapunerea unei frecvențe înalte pe un semnal analogic și fixarea amplitudinii parametrului controlat la intersecția graficelor.

Datorită etapei mici de eșantionare, metodelor rapide de procesare și utilizării metodei de aproximare matematică, se obține o precizie ridicată a măsurării curenților și tensiunilor secundare.

Valorile numerice calculate în acest fel sunt utilizate în algoritmul de funcționare a dispozitivelor cu microprocesor.

Partea logică a protecției și automatizării releelor

După ce valorile inițiale ale curenților și tensiunilor energiei electrice transmise de-a lungul liniei de alimentare sunt modelate prin transformatoare de măsură selectate pentru prelucrare prin filtre și recepționate de organele sensibile ale dispozitivelor relee pentru curent, tensiune, putere, rezistență și frecvență, este rândul circuitelor releelor ​​logice.

Proiectarea lor se bazează pe relee care funcționează dintr-o sursă suplimentară de tensiune constantă, redresată sau alternativă, care se mai numește și operaționale, iar circuitele alimentate de aceasta sunt operaționale. Acest termen are un sens tehnic: foarte rapid, fără întârzieri inutile, să-și efectueze comutarile.

Viteza de funcționare a circuitului logic determină în mare măsură viteza opririi de urgență și, prin urmare, gradul consecințelor sale distructive.

În modul în care își îndeplinesc sarcinile, releele care funcționează în circuitele de funcționare sunt numite intermediare: primesc un semnal de la dispozitivul de protecție de măsurare și îl transmit prin comutarea contactelor lor către organele executive: relee de ieșire, solenoizi, electromagneți pentru deconectare sau închiderea întrerupătoarelor de alimentare. .

Releele intermediare au de obicei mai multe perechi de contacte care lucrează pentru a face sau întrerupe un circuit. Acestea sunt folosite pentru a reproduce simultan comenzi între diferite dispozitive de protecție cu relee.

În algoritmul de funcționare al protecției releului, este adesea introdusă o întârziere pentru a asigura principiul selectivității și pentru a forma secvența unui anumit algoritm. Acesta blochează operația de protecție în timpul configurării.

Această intrare de întârziere este creată folosind relee speciale de timp (RV) care au un mecanism de ceas care afectează viteza contactelor lor.

Partea logică a protecției releului utilizează unul dintre mulți algoritmi proiectați pentru diferite cazuri care pot apărea pe o linie de alimentare cu o anumită configurație și tensiune.

Ca exemplu, putem da doar câteva denumiri ale funcționării logicii a două protecții relee bazate pe controlul curentului liniei de alimentare:

• întreruperea curentului (indicarea vitezei) fără întârziere sau cu întârziere (garantează selectivitatea RF), ținând cont de direcția puterii (datorită releului RM) sau fără aceasta;

• protecția la supracurent poate fi asigurată cu aceleași comenzi ca și deconectarea, completă cu sau fără verificări de joasă tensiune în linie.

Elementele de automatizare a diferitelor dispozitive sunt adesea introduse în funcționarea logicii de protecție a releului, de exemplu:

• reînchidere întrerupător de alimentare monofazat sau trifazat;

• pornirea sursei de alimentare de rezervă;

• accelerare;

• descărcare de frecvență.

Partea logică a protecției liniei poate fi realizată într-un mic compartiment de relee, direct deasupra comutatorului de alimentare, ceea ce este tipic pentru aparatele de comutare complete externe (KRUN) cu tensiune de până la 10 kV sau ocupă mai multe panouri de 2x0,8 m în camera de relee. .

De exemplu, logica de protecție pentru o linie de 330 kV poate fi plasată pe panouri de protecție separate:

• rezervă;

• DZ — la distanță;

• DFZ — fază diferenţială;

• VCHB — blocare de înaltă frecvență;

• OAPV;

• accelerare.

Circuite de ieșire

Circuitele de ieșire servesc ca element final al protecției releului liniar.Logica lor se bazează și pe utilizarea releelor ​​intermediare.

Circuitele de ieșire formează ordinea de funcționare a întrerupătoarelor de linie și determină interacțiunea cu conexiunile, dispozitivele adiacente (de exemplu, protecția întreruptorului defectuos - declanșarea de urgență a întreruptorului) și alte elemente de protecție și automatizare a releului.

Protecțiile simple de linie pot avea un singur releu de ieșire care declanșează întrerupătorul. În sistemele complexe cu protecție ramificată, sunt create circuite logice speciale care funcționează după un anumit algoritm.

Îndepărtarea finală a tensiunii din linie în caz de urgență se realizează cu ajutorul unui întrerupător de alimentare, care este activat de forța electromagnetului de declanșare. Pentru funcționarea acestuia sunt furnizate lanțuri electrice speciale, care pot rezista la sarcini puternice.Ki.