Hvordan er relæbeskyttelsen af ​​elledninger

Kontinuerlig og pålidelig transport af elektricitet til forbrugerne er en af ​​hovedopgaverne, der konstant løses af kraftingeniører. For at levere det blev der oprettet elektriske netværk bestående af distributionsstationer og forbindelsesledninger. For at flytte energi over lange afstande bruges understøtninger, hvortil forbindelsesledninger er ophængt. De er isoleret mellem sig selv og jorden af ​​et lag af omgivende luft. Sådanne ledninger kaldes luftledninger efter typen af ​​isolering.

Hvis afstanden til transportmotorvejen er kort eller af sikkerhedsmæssige årsager er det nødvendigt at skjule elledningen i jorden, så bruges kabler.

Overhead- og kabelstrømledninger er konstant under spænding, hvis værdi bestemmes af strukturen af ​​det elektriske netværk.

Formål med relæbeskyttelse af elledninger

I tilfælde af isolationsfejl på et hvilket som helst sted på et kabel eller forlænget luftledning, skaber spændingen på ledningen en læk- eller kortslutningsstrøm gennem den beskadigede sektion.

Årsagerne til at bryde isoleringen kan være forskellige faktorer, der er i stand til at fjerne eller fortsætte deres ødelæggende effekt. For eksempel skaber en stork, der flyver mellem ledningerne i en luftledning, et fase-til-fase-kredsløb med sine vinger og forbrændinger, der falder i nærheden.

Eller et træ, der voksede meget tæt på støtten, under en storm, blev væltet ned på ledningerne af et vindstød og fik dem til at kortslutte.

I det første tilfælde opstod kortslutningen i en kort periode og forsvandt, og i det andet var isolationsbrudet af langvarig karakter og krævede fjernelse af vedligeholdelsespersonale.

Sådanne skader kan forårsage stor skade på kraftværker. Strømmene i de resulterende kortslutninger har en enorm termisk energi, som ikke kun kan brænde ledningerne på elledningerne, men også ødelægge kraftudstyret i krafttransformatorstationerne.

Af disse grunde skal enhver skade på elledninger, der opstår, repareres omgående. Dette opnås ved at fjerne spændingen fra fejlledningen på forsyningssiden. Hvis en sådan strømledning modtager strøm fra begge sider, skal begge afbrydes.

Funktionerne til konstant overvågning af de elektriske parametre for tilstanden af ​​alle elledninger og fjernelse af spændingen fra dem fra alle sider i tilfælde af nødsituationer er tildelt komplekse tekniske systemer, som traditionelt kaldes relæbeskyttelse.

Adjektivet "relæ" er afledt af den elementære base baseret på elektromagnetiske relæer, hvis design opstod med udseendet af de første elledninger og bliver forbedret den dag i dag.

Modulære beskyttelsesanordninger, bredt introduceret i praksis af kraftingeniører baseret på mikroprocessorteknologi og computerteknologi udelukker ikke en fuldstændig udskiftning af relæanordninger og indføres ifølge etableret tradition også i relæbeskyttelsesanordninger.

Principper for relæbeskyttelse

Netværksovervågningsmyndigheder

For at overvåge de elektriske parametre for kraftledninger er det nødvendigt at have instrumenter til deres måling, som konstant er i stand til at overvåge eventuelle afvigelser fra den normale tilstand i netværket og samtidig opfylde betingelserne for sikker drift.

I højspændingsledninger med alle spændinger er denne funktion tildelt måletransformatorer. De er klassificeret i transformere:

• strøm (TT);

• spænding (VT).

Da kvaliteten af ​​den beskyttende drift er af primær betydning for pålideligheden af ​​hele det elektriske system, stilles der øgede krav til driftens nøjagtighed til måle-CT'erne og VT'erne, som er bestemt af deres metrologiske egenskaber.

Nøjagtighedsklasser af måletransformatorer til brug i relæbeskyttelse og automatiseringsanordninger (relæbeskyttelse og automatisering) er standardiseret med værdierne «0,5», «0,2» og «P».

Instrumentspændingstransformatorer

Et generelt billede af installationen af ​​spændingstransformatorer på 110 kV luftledningen er vist på billedet nedenfor.

Her kan det ses, at VT'er ikke er installeret nogen steder langs en forlængerledning, men på koblingsanlægget til en elektrisk transformerstation. Hver transformator er forbundet med dens primære terminaler til den tilsvarende leder af luftledningen og jordkredsløbet.

Spændingen konverteret fra de sekundære viklinger udsendes gennem kontakterne 1P og 2P gennem de tilsvarende ledere af strømkablet. Til brug i beskyttelses- og måleanordninger er de sekundære viklinger forbundet i henhold til "stjerne" og "delta" -skemaet, som vist på billedet for VT-110 kV.

At formindske spændingstab og præcis betjening af relæbeskyttelsen, anvendes et specielt strømkabel, og der stilles øgede krav til dets installation og drift.

Måling af VT'er er oprettet for hver type linjespænding og kan skiftes i henhold til forskellige skemaer for at udføre specifikke opgaver. Men de arbejder alle efter det generelle princip om at konvertere den lineære værdi af transmissionsledningsspændingen til en sekundær værdi på 100 volt, nøjagtigt kopiere og understrege alle de primære harmoniske karakteristika i en bestemt skala.

Transformationsforholdet for VT bestemmes af forholdet mellem linjespændingerne i de primære og sekundære kredsløb. For eksempel for den betragtede 110 kV luftledning skrives det som følger: 110000/100.

Instrumentstrømtransformatorer

Disse enheder konverterer også den primære linjebelastning til sekundære værdier med maksimal gentagelse af eventuelle ændringer i primærstrømmens harmoniske.

For lettere drift og vedligeholdelse af elektrisk udstyr er de også installeret på distributionsenheder af transformerstationer.

Strømtransformatorer De er inkluderet i luftledningskredsløbet på en anden måde end VT: de med deres primære vikling, som normalt er repræsenteret ved kun en omgang i form af en jævnstrømsledning, skæres simpelthen ind i hver ledning i linjefasen.Dette kan tydeligt ses på ovenstående billede.

CT-transformationsforholdet bestemmes af forholdet mellem udvælgelsen af ​​nominelle værdier på stadiet af design af kraftledningen. For eksempel, hvis strømledningen er designet til at bære 600 ampere, og 5 A vil blive fjernet fra CT-sekundæren, så bruges betegnelsen 600/5.

Inden for elektricitet accepteres to standarder for værdierne af de sekundære strømme, der bruges:

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

• 1 A for ledninger 330 kV og højere.

Sekundære TT-viklinger er forbundet til tilslutning til beskyttelsesanordninger i henhold til forskellige skemaer:

• fuld stjerne;

• ufuldstændig stjerne;

• trekant.

Hver forbindelse har sine egne specifikke karakteristika og bruges til visse typer beskyttelse på forskellige måder. Et eksempel på tilslutning af strømtransformatorer og strømrelæspoler til et fuldstjernekredsløb er vist på billedet.

Dette er det enkleste og mest almindelige harmoniske filter, der bruges i mange beskyttelsesrelækredsløb. I den styres strømmene fra hver fase af et separat relæ af samme navn, og summen af ​​alle vektorer passerer gennem spolen inkluderet i den fælles neutrale ledning.

Metoden til at bruge strøm- og spændingsmålingstransformatorer gør det muligt at overføre de primære processer, der finder sted på strømudstyret, til det sekundære kredsløb på en nøjagtig skala til deres brug i relæbeskyttelseshardware og oprettelse af algoritmer til driften af ​​logikken enheder til at eliminere nødudstyrsprocesser.

Myndigheder til at behandle de modtagne oplysninger

I relæbeskyttelse er hovedarbejdselementet et relæ - en elektrisk enhed, der udfører to hovedfunktioner:

• overvåger kvaliteten af ​​den observerede parameter, for eksempel strøm, og i normal tilstand opretholder den stabilt og ændrer ikke tilstanden af ​​dets kontaktsystem;

• når en kritisk værdi kaldet et sætpunkt eller responstærskel nås, skifter den straks positionen af ​​sine kontakter og forbliver i denne tilstand, indtil den observerede værdi vender tilbage til det normale område.

Principperne for dannelse af kredsløb til at skifte strøm- og spændingsrelæer i sekundære kredsløb hjælper med at forstå repræsentationen af ​​sinusformede harmoniske ved vektormængder med deres repræsentation i et komplekst plan.

I den nederste del af billedet er et vektordiagram vist for et typisk tilfælde af fordeling af sinusoider i tre faser A, B, C i driftstilstanden for forbrugerstrømforsyningen.

Overvågning af tilstanden af ​​strøm- og spændingskredsløb

Dels er princippet om behandling af sekundære signaler vist i kredsløbet til at tænde for CT- og relæviklingerne i henhold til ORU-110's fulde stjerne og VT-skema. Denne metode giver dig mulighed for at tilføje vektorer på følgende måder.

Inkluderingen af ​​relæspolen i enhver af harmonikerne i disse faser giver dig mulighed for fuldt ud at kontrollere de processer, der finder sted i den, og slukke for kredsløbet fra drift i tilfælde af ulykker. For at gøre dette er det nok at bruge passende design af relæenheder til strøm eller spænding.

Ovenstående ordninger er et særligt tilfælde af den alsidige brug af forskellige filtre.

Metoder til at kontrollere strømmen, der passerer gennem ledningen

Relæbeskyttelsesenheder styrer effektværdien baseret på aflæsningerne af alle de samme strøm- og spændingstransformatorer.I dette tilfælde bruges velkendte formler og forhold mellem total, aktiv og reaktiv effekt mellem dem og deres værdier udtrykt af vektorerne af strømme og spændinger.

Det er underforstået, at strømvektoren dannes af den påførte emf til linjemodstanden og overvinder dens aktive og reaktive dele ligeligt. Men samtidig sker der i afsnittene med komponenterne Ua og Up et spændingsfald i henhold til de love, der er beskrevet af spændingstrekanten.

Strøm kan overføres fra den ene ende af ledningen til den anden og endda vendes ved transport af elektricitet.

Ændringer i dens retning er resultatet af:

• omskiftning af belastninger af driftspersonale;

• effektudsving i systemet på grund af virkningerne af transienter og andre faktorer;

• fremkomsten af ​​nødtilstande.

Strømrelæer (PM'er), der fungerer som en del af relæbeskyttelses- og automatiseringssystemet, tager højde for udsving i dets retninger og er konfigureret til at fungere, når den kritiske værdi er nået.

Metoder til kontrol af linjemodstand

Relæbeskyttelsesanordninger, der beregner afstanden til kortslutningsstedet baseret på elektriske modstandsmålinger, kaldes afstand eller DZ-beskyttelse for kort. De bruger også strøm- og spændingstransformatorkredsløb i deres arbejde.

For at måle modstanden, brug Et udtryk for Ohms lovbeskrevet for kredsløbsafsnittet under overvejelse.

Når en sinusformet strøm passerer gennem aktiv, kapacitiv og induktiv modstand, afviger spændingsfaldsvektoren på dem i forskellige retninger. Dette tages i betragtning af beskyttelsesrelæets opførsel.

Ifølge dette princip fungerer mange typer modstandsrelæer (RS) i relæbeskyttelse og automatiseringsenheder.

Linjefrekvensstyringsmetoder

For at opretholde stabiliteten af ​​oscillationsperioden for harmoniske af strømmen, der transmitteres gennem strømledningen, bruges frekvensstyringsrelæer. De arbejder ud fra princippet om at sammenligne referencesinusbølgen produceret af den indbyggede generator med frekvensen opnået af de lineære måletransformatorer.

Efter behandling af disse to signaler bestemmer frekvensrelæet kvaliteten af ​​den observerede harmoniske og ændrer kontaktsystemets position, når den indstillede værdi er nået.

Funktioner ved linjeparameterstyring med digitale beskyttelser

Mikroprocessorudviklinger, der erstatter relæteknologier, kan heller ikke fungere uden sekundære værdier af strømme og spændinger, som fjernes fra måletransformatorerne TT og VT.

Til drift af digitale beskyttelser behandles information om den sekundære sinusbølge ved samplingsmetoder, som består i at overlejre en høj frekvens på et analogt signal og fastlægge amplituden af ​​den kontrollerede parameter ved skæringspunktet mellem graferne.

På grund af det lille prøvetagningstrin, hurtige behandlingsmetoder og brug af den matematiske tilnærmelsesmetode opnås høj nøjagtighed af måling af sekundære strømme og spændinger.

De numeriske værdier beregnet på denne måde bruges i algoritmen til drift af mikroprocessorenheder.

Den logiske del af relæbeskyttelse og automatisering

Efter de indledende værdier af strømme og spændinger af elektriciteten, der transmitteres langs elledningen, er modelleret ved at måle transformatorer udvalgt til behandling af filtre og modtaget af de følsomme organer i relæenhederne for strøm, spænding, effekt, modstand og frekvens, det er tur til de logiske relæers kredsløb.

Deres design er baseret på relæer, der opererer fra en ekstra kilde til konstant, ensrettet eller vekselspænding, som også kaldes operationel, og kredsløbene, der fødes af den, er operationelle. Dette udtryk har en teknisk betydning: meget hurtigt, uden unødvendige forsinkelser, at udføre deres skift.

Driftshastigheden af ​​det logiske kredsløb bestemmer i høj grad hastigheden af ​​nødstop og derfor graden af ​​dens ødelæggende konsekvenser.

I den måde, de udfører deres opgaver på, kaldes relæer, der arbejder i driftskredsløb, mellemliggende: de modtager et signal fra målebeskyttelsesanordningen og sender det ved at skifte deres kontakter til udøvende organer: udgangsrelæer, solenoider, elektromagneter til frakobling eller lukning af strømafbryderne .

Mellemrelæer har normalt flere par kontakter, der arbejder for at lave eller bryde et kredsløb. De bruges til samtidig at gengive kommandoer mellem forskellige relæbeskyttelsesenheder.

I relæbeskyttelsens driftsalgoritme introduceres ofte en forsinkelse for at sikre selektivitetsprincippet og for at danne sekvensen af ​​en bestemt algoritme. Det blokerer beskyttelsesfunktionen under opsætning.

Denne forsinkelsesindgang oprettes ved hjælp af specielle tidsrelæer (RV'er), der har en urmekanisme, der påvirker hastigheden af ​​deres kontakter.

Den logiske del af relæbeskyttelsen bruger en af ​​mange algoritmer designet til forskellige tilfælde, der kan forekomme på en strømledning med en bestemt konfiguration og spænding.

Som et eksempel kan vi kun give nogle navne på driften af ​​logikken for to relæbeskyttelser baseret på styringen af ​​strømledningens strøm:

• strømafbrydelse (hastighedsindikation) uden forsinkelse eller med forsinkelse (garanterer RF-selektivitet), under hensyntagen til strømretningen (på grund af RM-relæet) eller uden det;

• overstrømsbeskyttelse kan forsynes med de samme kontroller som afbryderen, komplet med eller uden lednings lavspændingskontrol.

Elementer af automatisering af forskellige enheder introduceres ofte i driften af ​​relæbeskyttelseslogikken, for eksempel:

• enfaset eller trefaset strømafbryder genlukning;

• tænde for backup-strømforsyningen;

• acceleration;

• frekvens aflæsning.

Den logiske del af ledningsbeskyttelsen kan udføres i et lille relærum direkte over strømafbryderen, hvilket er typisk for eksternt komplet koblingsanlæg (KRUN) med spænding op til 10 kV, eller optage flere 2x0,8 m paneler i relærummet .

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

• reservere;

• DZ — fjernbetjening;

• DFZ — differentiel fase;

• VCHB — højfrekvensblokering;

• OAPV;

• acceleration.

Udgangskredsløb

Udgangskredsløbene fungerer som det sidste element i den lineære relæbeskyttelse, og deres logik er også baseret på brugen af ​​mellemrelæer.

Udgangskredsløbene danner rækkefølgen af ​​driften af ​​linjeafbryderne og bestemmer interaktionen med tilstødende forbindelser, enheder (for eksempel beskyttelse af afbryderfejl - nødudløsning af afbryderen) og andre elementer af relæbeskyttelse og automatisering.

Simple linjebeskyttelser har muligvis kun ét udgangsrelæ, der udløser afbryderen. I komplekse systemer med forgrenet beskyttelse skabes specielle logiske kredsløb, der fungerer efter en bestemt algoritme.

Den endelige fjernelse af spænding fra ledningen i tilfælde af en nødsituation udføres ved hjælp af en strømafbryder, som aktiveres af kraften fra den udløsende elektromagnet. Specielle kraftkæder leveres til dens drift, som kan modstå kraftige belastninger.Ki.