Miten voimalinjojen relesuojaus toimii

Jatkuva ja luotettava sähkön kuljetus kuluttajille on yksi päätehtävistä, jota energiainsinöörit jatkuvasti ratkaisevat. Sen toteuttamiseksi luotiin sähköverkkoja, jotka koostuivat sähköasemista ja liitoslinjoista. Energian siirtämiseksi pitkiä matkoja käytetään tukia, joihin liitosjohdot ripustetaan. Ne on eristetty keskenään ja maan välillä ympäröivällä ilmakerroksella. Tällaisia ​​linjoja kutsutaan ilmajohdoiksi eristystyypin mukaan.

Jos kuljetustien etäisyys on lyhyt tai turvallisuussyistä on välttämätöntä piilottaa voimajohto maahan, käytetään kaapeleita.

Ilma- ja kaapelisähköjohdot ovat jatkuvasti jännitteen alaisena, jonka arvon määrää sähköverkon rakenne.

Voimalinjojen releen suojauksen tarkoitus

Jos eristys katkeaa missä tahansa kaapelin tai jatketun ilmajohdon kohdassa, linjaan syötetty jännite aiheuttaa vuodon tai oikosulkuvirran vaurioituneen osan läpi.

Syitä eristyksen rikkoutumiseen voivat olla erilaiset tekijät, jotka pystyvät poistamaan tai jatkamaan tuhoavaa vaikutustaan. Esimerkiksi ilmajohdon johtojen välissä lentävä haikara muodostaa siipiensä kanssa vaihe-vaihepiirin ja palaa putoamalla lähelle.

Tai hyvin lähellä tukea kasvanut puu kaatui myrskyn aikana tuulenpuuskissa johtoihin ja aiheutti ne oikosulun.

Ensimmäisessä tapauksessa oikosulku tapahtui lyhyen aikaa ja hävisi, ja toisessa tapauksessa eristysrikkomus oli luonteeltaan pitkäaikaista ja vaati huoltohenkilöstön poistamista.

Tällaiset vauriot voivat aiheuttaa suuria vahinkoja voimalaitoksille. Tuloksena olevien oikosulkujen virroilla on valtava lämpöenergia, joka voi polttaa paitsi voimalinjojen johtoja, myös tuhota sähköasemien voimalaitteet.

Näistä syistä kaikki voimalinjojen vauriot on korjattava välittömästi. Tämä saavutetaan poistamalla jännite viallisesta johdosta syöttöpuolella. Jos tällainen voimajohto saa virtaa molemmilta puolilta, molempien on kytkettävä jännitteetön.

Kaikkien voimalinjojen tilan sähköisten parametrien jatkuva valvonta ja jännitteen poistaminen niistä kaikilta puolilta hätätilanteissa on osoitettu monimutkaisille teknisille järjestelmille, joita kutsutaan perinteisesti releen suojaukseksi.

Adjektiivi "rele" on johdettu perusperustasta, joka perustuu sähkömagneettisiin releisiin, joiden mallit syntyivät ensimmäisten voimalinjojen ilmestyessä ja joita parannetaan tähän päivään asti.

Modulaariset suojalaitteet, jotka on otettu laajalti käyttöön energiainsinöörien käytännössä perustuu mikroprosessoriteknologiaan ja tietokonetekniikkaan eivät sulje pois relelaitteiden täydellistä vaihtamista, ja vakiintuneen perinteen mukaisesti ne otetaan käyttöön myös releen suojalaitteisiin.

Releen suojauksen periaatteet

Verkon valvontaviranomaiset

Voimalinjojen sähköisten parametrien valvomiseksi tarvitaan niiden mittaamiseen laitteita, jotka pystyvät jatkuvasti tarkkailemaan verkon mahdollisia poikkeamia normaalitilasta ja samalla täyttämään turvallisen toiminnan ehdot.

Sähkölinjoissa, joissa on kaikki jännitteet, tämä toiminto on määritetty mittausmuuntajille. Ne luokitellaan muuntajiin:

• virta (TT);

• jännite (VT).

Koska suojatoiminnan laatu on ensiarvoisen tärkeää koko sähköjärjestelmän luotettavuuden kannalta, niin mittaaville CT:ille ja VT:ille asetetaan korkeammat vaatimukset toiminnan tarkkuudelle, jotka määräytyvät niiden metrologisten ominaisuuksien perusteella.

Releen suojaus- ja automaatiolaitteissa (releen suojaus ja automaatio) käytettävien mittamuuntajien tarkkuusluokat on standardoitu arvoilla «0,5», «0,2» ja «P».

Laitteen jännitemuuntajat

Yleinen näkymä jännitemuuntajien asennuksesta 110 kV ilmajohdolle on esitetty alla olevassa kuvassa.

Tässä näkyy, että VT:itä ei asenneta mihinkään jatkojohtoon, vaan sähköaseman kojeistoon. Jokainen muuntaja on kytketty ensiöliittimillään vastaavaan ilmajohdon ja maadoituspiirin johtimeen.

Toisiokäämeistä muunnettu jännite syötetään kytkimien 1P ja 2P kautta virtakaapelin vastaavien johtimien kautta. Suoja- ja mittauslaitteissa käytettäväksi toisiokäämit on kytketty "tähti"- ja "kolmio"-kaavion mukaisesti, kuten kuvassa VT-110 kV.

Vähentää jännitehäviö ja releen suojauksen tarkka toiminta, käytetään erityistä virtakaapelia ja sen asennukselle ja toiminnalle asetetaan korkeammat vaatimukset.

Mittaus-VT:t luodaan jokaiselle verkkojännitteen tyypille, ja ne voidaan kytkeä eri kaavioiden mukaan tiettyjen tehtävien suorittamiseksi. Mutta ne kaikki toimivat yleisellä periaatteella muuntamalla siirtolinjan jännitteen lineaarinen arvo 100 voltin toissijaiseksi arvoksi, kopioimalla ja korostaen tarkasti kaikkia primääristen harmonisten ominaisuuksia tietyssä mittakaavassa.

VT:n muunnossuhde määräytyy ensiö- ja toisiopiirin linjajännitteiden suhteen. Esimerkiksi tarkasteltavalle 110 kV ilmajohdolle se kirjoitetaan seuraavasti: 110000/100.

Instrumenttivirtamuuntajat

Nämä laitteet muuntavat myös ensiölinjan kuorman toissijaisiksi arvoiksi toistaen mahdollisimman paljon primäärivirran harmonisten muutoksia.

Sähkölaitteiden käytön ja huollon helpottamiseksi ne asennetaan myös sähköasemien jakelulaitteisiin.

Virtamuuntajat Ne sisällytetään ilmajohtopiiriin eri tavalla kuin VT: ne ensiökäämitellään, jota yleensä edustaa vain yksi kierros tasavirtajohdon muodossa, leikataan yksinkertaisesti jokaiseen linjavaiheen johtimeen.Tämä näkyy selvästi yllä olevassa kuvassa.

CT-muunnossuhde määräytyy nimellisarvojen valinnan suhteen voimalinjan suunnitteluvaiheessa. Esimerkiksi, jos voimajohto on suunniteltu kuljettamaan 600 ampeeria ja 5 A poistetaan CT-sekundaarista, käytetään nimitystä 600/5.

Sähkössä käytettävien toisiovirtojen arvoille hyväksytään kaksi standardia:

• 5 A kaikille CT:ille 110 kV asti;

• 1 A 330 kV ja sitä suuremmille linjoille.

Toissijaiset TT-käämit on kytketty suojalaitteisiin liittämistä varten eri kaavioiden mukaisesti:

• täysi tähti;

• epätäydellinen tähti;

• kolmio.

Jokaisella yhdisteellä on omat erityispiirteensä ja sitä käytetään tietyntyyppisiin suojauksiin eri tavoin. Kuvassa on esimerkki virtamuuntajien ja virtareleen käämien kytkemisestä täystähtipiiriin.

Tämä on yksinkertaisin ja yleisin monissa suojarelepiireissä käytetty harmoninen suodatin. Siinä kunkin vaiheen virtoja ohjataan erillisellä samannimisellä releellä, ja kaikkien vektoreiden summa kulkee yhteiseen nollajohtimeen sisältyvän kelan läpi.

Virran ja jännitteen mittausmuuntajien käyttömenetelmä mahdollistaa teholaitteissa tapahtuvien primääriprosessien siirtämisen toisiopiiriin tarkassa mittakaavassa käytettäväksi releen suojauslaitteistossa ja algoritmien luomisen logiikan toimintaa varten. laitteet hätälaitteiden prosessien poistamiseksi.

Viranomaiset vastaanotettujen tietojen käsittelemiseksi

Releen suojauksessa päätyöelementti on rele - sähkölaite, joka suorittaa kaksi päätoimintoa:

• tarkkailee havaitun parametrin, esimerkiksi virran, laatua, ja normaalitilassa se ylläpitää vakaasti eikä muuta kosketusjärjestelmänsä tilaa;

• kun kriittinen arvo, jota kutsutaan asetuspisteeksi tai vastekynnykseksi, saavutetaan, se vaihtaa välittömästi koskettimiensa asennon ja pysyy tässä tilassa, kunnes havaittu arvo palaa normaalialueelle.

Toisiopiireissä olevien virta- ja jännitereleiden kytkentäpiirien muodostamisen periaatteet auttavat ymmärtämään siniaaltoharmonisten esitystavan vektorisuureilla niiden esittämisellä kompleksitasossa.

Kuvan alaosassa on vektorikaavio tyypillisestä siniaaltojen jakautumisesta kolmessa vaiheessa A, B, C kuluttajan virtalähteen toimintatilassa.

Virta- ja jännitepiirien kunnon valvonta

Osittain toisiosignaalien käsittelyn periaate on esitetty piirissä CT- ja relekäämien kytkemiseksi päälle ORU-110:n täyden tähti- ja VT-kaavion mukaisesti. Tämän menetelmän avulla voit lisätä vektoreita seuraavilla tavoilla.

Relekelan sisällyttäminen mihin tahansa näiden vaiheiden harmonisiin antaa sinun hallita täysin siinä tapahtuvia prosesseja ja sammuttaa piirin toiminnasta onnettomuuksien sattuessa. Tätä varten riittää, että käytetään virralle tai jännitteelle sopivia relelaitteita.

Yllä olevat kaaviot ovat erityinen tapaus erilaisten suodattimien monipuolisesta käytöstä.

Menetelmät linjan läpi kulkevan tehon säätöön

Releen suojalaitteet ohjaavat tehoarvoa kaikkien samojen virta- ja jännitemuuntajien lukemien perusteella.Tässä tapauksessa käytetään hyvin tunnettuja kaavoja ja kokonais-, pätö- ja loistehon välisiä suhteita ja niiden arvoja, jotka ilmaistaan ​​virtojen ja jännitteiden vektoreilla.

Ymmärretään, että virtavektori muodostuu linjavastukseen kohdistetusta emf:stä ja voittaa sen aktiivisen ja reaktiivisen osan yhtä hyvin. Mutta samaan aikaan osissa, joissa on komponentit Ua ja Up, tapahtuu jännitehäviö jännitekolmion kuvaamien lakien mukaisesti.

Voimaa voidaan siirtää johdon päästä toiseen ja jopa kääntää päinvastaiseksi sähköä kuljetettaessa.

Muutokset sen suunnassa ovat seurausta:

• kuormien kytkentä käyttöhenkilöstön toimesta;

• järjestelmän tehonvaihtelut transientien ja muiden tekijöiden vaikutuksesta;

• hätätilojen syntyminen.

Osana releen suojaus- ja automaatiojärjestelmää toimivat tehoreleet (PM) ottavat huomioon sen suunnan vaihtelut ja on konfiguroitu toimimaan, kun kriittinen arvo saavutetaan.

Linjavastuksen ohjausmenetelmät

Releen suojalaitteita, jotka laskevat etäisyyden oikosulkupaikkaan sähkövastusmittausten perusteella, kutsutaan lyhennettynä etäisyys- tai DZ-suojauksiksi. He käyttävät työssään myös virta- ja jännitemuuntajapiirejä.

Käytä resistanssin mittaamiseen Ohmin lain ilmauskuvataan tarkasteltavana olevan piiriosan osalta.

Kun sinimuotoinen virta kulkee aktiivisen, kapasitiivisen ja induktiivisen vastuksen läpi, niiden jännitehäviövektori poikkeaa eri suuntiin. Tämä otetaan huomioon suojareleen käyttäytymisessä.

Tämän periaatteen mukaan monen tyyppiset vastusreleet (RS) toimivat releen suojaus- ja automaatiolaitteissa.

Linjataajuuden ohjausmenetelmät

Voimalinjan kautta siirretyn virran harmonisten värähtelyjakson vakauden ylläpitämiseksi käytetään taajuudensäätöreleitä. Ne toimivat periaatteella, että sisäänrakennetun generaattorin tuottamaa referenssisiniaaltoa verrataan lineaaristen mittausmuuntajien saamaan taajuuteen.

Käsiteltyään nämä kaksi signaalia taajuusrele määrittää havaitun harmonisen laadun ja, kun asetettu arvo saavutetaan, muuttaa kosketinjärjestelmän paikkaa.

Linjaparametriohjauksen ominaisuudet digitaalisilla suojauksilla

Reletekniikoita korvaavat mikroprosessorikehitykset eivät myöskään voi toimia ilman virtojen ja jännitteiden toissijaisia ​​arvoja, jotka poistetaan mittausmuuntajista TT ja VT.

Digitaalisten suojausten toimintaa varten tietoja toissijaisesta siniaallosta käsitellään näytteenottomenetelmillä, joissa analogisen signaalin päälle asetetaan korkea taajuus ja säädetyn parametrin amplitudi kiinnitetään graafien leikkauskohtaan.

Pienen näytteenottovaiheen, nopeiden prosessointimenetelmien ja matemaattisen approksimaatiomenetelmän käytön ansiosta saavutetaan korkea toisiovirtojen ja -jännitteiden mittaustarkkuus.

Tällä tavalla laskettuja numeerisia arvoja käytetään mikroprosessorilaitteiden toiminnan algoritmissa.

Releen suojauksen ja automaation looginen osa

Sen jälkeen, kun voimalinjaa pitkin siirretyn sähkön virtojen ja jännitteiden alkuarvot on mallinnettu mittausmuuntajilla, jotka on valittu suodattimien käsittelyyn ja jotka relelaitteiden herkät elimet vastaanottavat virran, jännitteen, tehon, vastuksen ja taajuuden suhteen, on logiikkareleiden piirien vuoro.

Niiden suunnittelu perustuu releisiin, jotka toimivat ylimääräisestä vakio-, tasa- tai vaihtojännitteen lähteestä, jota kutsutaan myös toiminnalliseksi, ja sen syöttämät piirit ovat toimivia. Tällä termillä on tekninen merkitys: erittäin nopeasti, ilman tarpeettomia viivytyksiä, suorittamaan kytkimensä.

Logiikkapiirin toimintanopeus määrää suurelta osin hätäpysäytysnopeuden ja siten sen tuhoisten seurausten asteen.

Toimintapiireissä toimivia releitä kutsutaan tehtäviensä suorittamistavalla välimuotoisiksi: ne vastaanottavat signaalin mittaussuojalaitteelta ja välittävät sen kytkemällä kontaktinsa toimeenpanevaan elimiin: lähtöreleisiin, solenoideihin, sähkömagneeteihin virtakytkimien katkaisuun tai sulkemiseen. .

Välireleissä on yleensä useita koskettimia, jotka toimivat piirin muodostamiseksi tai katkaisemiseksi. Niitä käytetään toistamaan samanaikaisesti komentoja eri releen suojalaitteiden välillä.

Releen suojauksen toiminta-algoritmissa usein otetaan käyttöön viive selektiivisyyden periaatteen varmistamiseksi ja tietyn algoritmin sekvenssin muodostamiseksi. Se estää suojauksen asennuksen aikana.

Tämä viivetulo luodaan käyttämällä erityisiä aikareleitä (RV:itä), joissa on kellomekanismi, joka vaikuttaa niiden koskettimien nopeuteen.

Releen suojauksen looginen osa käyttää yhtä monista algoritmeista, jotka on suunniteltu erilaisiin tapauksiin, joita voi esiintyä tietyn kokoonpanon ja jännitteen omaavassa voimajohdossa.

Esimerkkinä voimme antaa vain joitain nimiä kahden releen suojauksen logiikan toiminnasta, joka perustuu voimalinjan virran ohjaukseen:

• virrankatkos (nopeuden ilmaisin) ilman viivettä tai viiveellä (taattaa RF-selektiivisyyden), ottaen huomioon tehon suunnan (RM-releestä johtuen) tai ilman sitä;

• ylivirtasuoja voidaan varustaa samoilla ohjauksilla kuin irtikytkentä, täydellisenä tai ilman linjan matalajännitetarkistusta.

Releen suojauslogiikan toimintaan tuodaan usein eri laitteiden automaatioelementtejä, esimerkiksi:

• yksivaiheinen tai kolmivaiheinen virtakytkimen uudelleen sulkeminen;

• varavirtalähteen kytkeminen päälle;

• kiihtyvyys;

• taajuuden purkaminen.

Linjasuojauksen looginen osa voidaan tehdä pienessä releosastossa suoraan virtakytkimen yläpuolella, mikä on tyypillistä ulkoisille täydellisille kojeistoille (KRUN), joiden jännite on enintään 10 kV, tai se voi viedä useita 2x0,8 m:n paneeleita relehuoneessa. .

Esimerkiksi 330 kV johdon suojalogiikka voidaan sijoittaa erillisiin suojapaneeleihin:

• varata;

• DZ - kaukosäädin;

• DFZ — differentiaalinen vaihe;

• VCHB — korkeataajuinen esto;

• OAPV;

• kiihtyvyys.

Lähtöpiirit

Lineaarireleen suojauksen viimeisenä elementtinä toimivat lähtöpiirit, joiden logiikka perustuu myös välireleiden käyttöön.

Lähtöpiirit muodostavat linjakatkaisijoiden toimintajärjestyksen ja määrittävät vuorovaikutuksen viereisten liitäntöjen, laitteiden (esimerkiksi katkaisijavikasuojaus - katkaisijan hätälaukaisu) ja muiden releen suojauksen ja automaation elementtien kanssa.

Yksinkertaisissa linjasuojauksissa voi olla vain yksi lähtörele, joka laukaisee katkaisijan. Monimutkaisissa järjestelmissä, joissa on haaroittunut suojaus, luodaan erityisiä logiikkapiirejä, jotka toimivat tietyn algoritmin mukaan.

Lopullinen jännitteen poisto johdosta hätätilanteessa tapahtuu virtakytkimen avulla, joka aktivoituu laukaisuelektromagneetin voimalla. Sen toimintaa varten toimitetaan erityisiä voimaketjuja, jotka kestävät voimakkaita kuormia.Ki.