Jak probíhá reléová ochrana elektrického vedení

Nepřetržitý a spolehlivý transport elektřiny ke spotřebitelům je jedním z hlavních úkolů, které energetici neustále řeší. K jeho zajištění byly vytvořeny elektrické sítě skládající se z rozvoden a spojovacích silových vedení. Pro přesun energie na velké vzdálenosti se používají podpěry, ke kterým jsou zavěšeny spojovací dráty. Mezi sebou a zemí jsou izolovány vrstvou okolního vzduchu. Taková vedení se podle typu izolace nazývají nadzemní vedení.

Pokud je vzdálenost dopravní magistrály krátká nebo je z bezpečnostních důvodů nutné elektrické vedení schovat do země, pak se používají kabely.

Nadzemní a kabelová elektrická vedení jsou neustále pod napětím, jehož hodnota je dána strukturou elektrické sítě.

Účel reléové ochrany elektrických vedení

V případě poruchy izolace na jakémkoli místě kabelu nebo prodlouženého venkovního vedení vytváří napětí aplikované na vedení svodový nebo zkratový proud přes poškozenou část.

Důvodem porušení izolace mohou být různé faktory, které jsou schopny eliminovat nebo pokračovat v jejich destruktivním působení. Například čáp letící mezi dráty nadzemního elektrického vedení vytvoří křídly sdružený obvod a spálí se, spadne poblíž.

Nebo strom rostoucí velmi blízko podpěry při bouřce srazil poryv větru na dráty a způsobil jejich zkrat.

V prvním případě došlo ke zkratu na krátkou dobu a zmizel, ve druhém bylo porušení izolace dlouhodobého charakteru a vyžadovalo odstranění pracovníky údržby.

Takové poškození může způsobit velké škody na elektrárnách. Proudy vzniklých zkratů mají obrovskou tepelnou energii, která může spálit nejen dráty elektrického vedení, ale také zničit silové zařízení rozvoden.

Z těchto důvodů musí být jakékoli poškození elektrického vedení okamžitě opraveno. Toho je dosaženo odstraněním napětí z vadného vedení na napájecí straně. Pokud je takové elektrické vedení napájeno z obou stran, musí se obě odpojit.

Funkce neustálého sledování elektrických parametrů stavu všech elektrických vedení a odstraňování napětí z nich ze všech stran v případě nouzových situací jsou přiřazeny komplexním technickým systémům, které se tradičně nazývají reléová ochrana.

Přídavné jméno „relé“ je odvozeno od elementárního základu založeného na elektromagnetických relé, jejichž návrhy vznikly s výskytem prvních elektrických vedení a jsou zdokonalovány dodnes.

Modulární ochranná zařízení, široce zaváděná v praxi energetiků na bázi mikroprocesorové techniky a výpočetní techniky nevylučují kompletní výměnu reléových zařízení a dle zavedené tradice jsou zaváděny i do reléových ochran.

Principy ochrany relé

Orgány pro monitorování sítě

Pro sledování elektrických parametrů elektrických vedení je nutné mít přístroje pro jejich měření, které jsou schopny neustále sledovat případné odchylky od běžného režimu v síti a zároveň splňují podmínky pro bezpečný provoz.

U elektrických vedení se všemi napětími je tato funkce přiřazena měřicím transformátorům, které se dělí na transformátory:

• proud (TT);

• napětí (VT).

Protože kvalita ochranného provozu má prvořadý význam pro spolehlivost celého elektrického systému, jsou na měřicí PTP a VT kladeny zvýšené požadavky na přesnost provozu, které jsou dány jejich metrologickými charakteristikami.

Třídy přesnosti měřicích transformátorů pro použití v reléových ochranách a automatizačních zařízeních (ochrana relé a automatizace) jsou standardizovány hodnotami «0,5», «0,2» a «P».

Přístrojové transformátory napětí

Celkový pohled na instalaci napěťových transformátorů na venkovním vedení 110 kV je uveden na fotografii níže.

Zde je vidět, že VT nejsou instalovány nikde podél prodlužovacího vedení, ale na rozváděči elektrické rozvodny. Každý transformátor je svými primárními svorkami spojen s odpovídajícím vodičem venkovního vedení a zemního obvodu.

Napětí převedené ze sekundárních vinutí je vyvedeno přes spínače 1P a 2P přes odpovídající vodiče napájecího kabelu. Pro použití v ochranných a měřicích zařízeních jsou sekundární vinutí připojena podle schématu "hvězda" a "trojúhelník", jak je znázorněno na fotografii pro VT-110 kV.

Snížit ztráta napětí a precizní činnost reléové ochrany je použit speciální napájecí kabel a na jeho instalaci a provoz jsou kladeny zvýšené požadavky.

Měřicí VT jsou vytvořeny pro každý typ síťového napětí a lze je přepínat podle různých schémat pro provádění specifických úkolů. Všechny ale pracují na obecném principu převodu lineární hodnoty napětí přenosového vedení na sekundární hodnotu 100 voltů, přesně kopírují a zdůrazňují všechny charakteristiky primárních harmonických v určitém měřítku.

Transformační poměr VT je určen poměrem síťových napětí primárního a sekundárního okruhu. Například pro uvažované venkovní vedení 110 kV se píše takto: 110000/100.

Přístrojové transformátory proudu

Tato zařízení také převádějí zatížení primárního vedení na sekundární hodnoty s maximálním opakováním jakýchkoli změn harmonických primárního proudu.

Pro snadnější obsluhu a údržbu elektrických zařízení se instalují i ​​na rozvodná zařízení rozvoden.

Proudové transformátory Do obvodu trolejového vedení se zařazují jinak než VT: svým primárním vinutím, které je obvykle představováno pouze jedním závitem ve formě stejnosměrného drátu, se jednoduše zastřihnou do každého drátu fáze vedení.To je jasně vidět na výše uvedené fotografii.

Transformační poměr CT je určen poměrem výběru jmenovitých hodnot ve fázi návrhu elektrického vedení. Pokud je například elektrické vedení navrženo pro přenos 600 ampér a ze sekundáru CT bude odebráno 5 A, použije se označení 600/5.

V elektřině jsou akceptovány dvě normy pro hodnoty sekundárních proudů, které se používají:

• 5 A pro všechny PTP do 110 kV včetně;

• 1 A pro vedení 330 kV a vyšší.

Sekundární vinutí TT jsou připojena pro připojení k ochranným zařízením podle různých schémat:

• plná hvězda;

• neúplná hvězda;

• trojúhelník.

Každá sloučenina má své specifické vlastnosti a používá se pro určité typy ochrany různými způsoby. Příklad připojení proudových transformátorů a cívek proudového relé do úplného hvězdicového obvodu je znázorněn na fotografii.

Toto je nejjednodušší a nejběžnější harmonický filtr používaný v mnoha obvodech ochranných relé. V něm jsou proudy z každé fáze řízeny samostatným stejnojmenným relé a součet všech vektorů prochází cívkou obsaženou ve společném neutrálním vodiči.

Způsob použití proudových a napěťových měřicích transformátorů umožňuje přenést primární procesy probíhající na silových zařízeních do sekundárního obvodu v přesném měřítku pro jejich použití v hardwaru ochrany relé a vytvoření algoritmů pro činnost logiky. zařízení k eliminaci procesů nouzového vybavení.

Orgány pro zpracování přijatých informací

V ochraně relé je hlavním pracovním prvkem relé — elektrické zařízení, které plní dvě hlavní funkce:

• sleduje kvalitu sledovaného parametru, například proudu, a v normálním režimu stabilně udržuje a nemění stav svého kontaktního systému;

• při dosažení kritické hodnoty nazývané žádaná hodnota nebo prahová hodnota odezvy okamžitě přepne polohu svých kontaktů a zůstane v tomto stavu, dokud se pozorovaná hodnota nevrátí do normálního rozsahu.

Principy tvorby obvodů pro spínání proudových a napěťových relé v sekundárních obvodech pomáhají pochopit znázornění sinusových harmonických vektorovými veličinami s jejich znázorněním v komplexní rovině.

Ve spodní části obrázku je znázorněn vektorový diagram pro typický případ rozložení sinusoid ve třech fázích A, B, C v režimu provozu napájení spotřebiče.

Sledování stavu proudových a napěťových obvodů

Částečně je princip zpracování sekundárních signálů znázorněn v obvodu pro zapínání vinutí CT a relé podle schématu plné hvězdy a VT ORU-110. Tato metoda umožňuje přidávat vektory následujícími způsoby.

Zařazení cívky relé do kterékoli z harmonických těchto fází umožňuje plně ovládat procesy v ní probíhající a vypnout obvod z provozu v případě nehod. K tomu stačí použít vhodné konstrukce reléových zařízení pro proud nebo napětí.

Výše uvedená schémata jsou zvláštním případem všestranného použití různých filtrů.

Způsoby řízení výkonu procházejícího vedením

Reléová ochranná zařízení řídí hodnotu výkonu na základě údajů všech stejných transformátorů proudu a napětí.V tomto případě se používají známé vzorce a poměry celkového, činného a jalového výkonu mezi nimi a jejich hodnotami vyjádřenými vektory proudů a napětí.

Rozumí se, že proudový vektor je tvořen aplikovaným emf na odpor vedení a překonává jeho aktivní a reaktivní část rovnoměrně. Ale zároveň v úsecích se součástkami Ua a Up dochází k poklesu napětí podle zákonů popsaných trojúhelníkem napětí.

Energii lze přenášet z jednoho konce vedení na druhý a dokonce i obrátit při přepravě elektřiny.

Změny v jeho směru jsou výsledkem:

• spínání zátěží obsluhujícím personálem;

• kolísání výkonu v systému vlivem přechodových jevů a dalších faktorů;

• vznik nouzových režimů.

Výkonová relé (PM) fungující jako součást ochrany a automatizačního systému relé berou v úvahu kolísání jeho směru a jsou nakonfigurována tak, aby fungovala, když je dosaženo kritické hodnoty.

Metody řízení odporu vedení

Reléová ochranná zařízení, která vypočítávají vzdálenost k místu zkratu na základě měření elektrického odporu, se nazývají zkratová ochrana na vzdálenost nebo DZ. Při své práci využívají také obvody transformátorů proudu a napětí.

Pro měření odporu použijte Vyjádření Ohmova zákonapopsané pro uvažovanou část obvodu.

Když sinusový proud prochází aktivním, kapacitním a indukčním odporem, vektor poklesu napětí na nich se odchyluje v různých směrech. To je zohledněno chováním ochranného relé.

Podle tohoto principu pracuje mnoho typů odporových relé (RS) v reléových ochranných a automatizačních zařízeních.

Metody řízení frekvence linky

Pro udržení stability periody kmitání harmonických proudu přenášeného po silovém vedení se používají relé pro řízení frekvence. Pracují na principu porovnávání referenční sinusovky produkované vestavěným generátorem s frekvencí získanou lineárními měřicími transformátory.

Po zpracování těchto dvou signálů frekvenční relé určí kvalitu pozorované harmonické a při dosažení nastavené hodnoty změní polohu kontaktního systému.

Vlastnosti řízení parametrů linky digitálními ochranami

Vývoj mikroprocesorů, které nahrazují reléové technologie, také nemůže fungovat bez sekundárních hodnot proudů a napětí, které jsou odebírány z měřicích transformátorů TT a VT.

Pro činnost digitálních ochran se informace o sekundární sinusovce zpracovávají vzorkovacími metodami, které spočívají v superponování vysoké frekvence na analogový signál a fixaci amplitudy řízeného parametru na průsečíku grafů.

Díky malému vzorkovacímu kroku, rychlým metodám zpracování a použití metody matematické aproximace je dosaženo vysoké přesnosti měření sekundárních proudů a napětí.

Takto vypočítané číselné hodnoty jsou použity v algoritmu pro provoz mikroprocesorových zařízení.

Logická část ochrany a automatizace relé

Poté, co jsou počáteční hodnoty proudů a napětí elektřiny přenášené po elektrickém vedení modelovány měřicími transformátory vybranými pro zpracování filtry a přijatými citlivými orgány reléových zařízení na proud, napětí, výkon, odpor a frekvenci, na řadu přicházejí obvody logických relé.

Jejich konstrukce je založena na relé pracujících z přídavného zdroje konstantního, usměrněného nebo střídavého napětí, kterému se také říká provozní, a jím napájené obvody jsou funkční. Tento termín má technický význam: velmi rychle, bez zbytečných prodlev, provést jejich výhybky.

Rychlost činnosti logického obvodu do značné míry určuje rychlost nouzového vypnutí a tedy i míru jeho destruktivních následků.

Relé pracující v provozních obvodech se podle způsobu plnění svých úkolů nazývají mezilehlé: přijímají signál z měřicího ochranného zařízení a přenášejí jej přepnutím svých kontaktů na výkonné orgány: výstupní relé, solenoidy, elektromagnety pro odpojení nebo sepnutí výkonových spínačů. .

Mezilehlá relé mají obvykle několik párů kontaktů, které vytvářejí nebo přerušují obvod. Používají se k současné reprodukci povelů mezi různými reléovými ochrannými zařízeními.

V algoritmu činnosti reléové ochrany se často zavádí zpoždění, aby se zajistil princip selektivity a vytvořila se sekvence určitého algoritmu. Blokuje operaci ochrany během nastavování.

Tento zpožďovací vstup je vytvořen pomocí speciálních časových relé (RV), které mají hodinový mechanismus, který ovlivňuje rychlost jejich kontaktů.

Logická část ochrany ochrany využívá jeden z mnoha algoritmů navržených pro různé případy, které mohou nastat na elektrickém vedení určité konfigurace a napětí.

Jako příklad můžeme uvést jen některé názvy činnosti logiky dvou reléových ochran založených na řízení proudu elektrického vedení:

• přerušení proudu (indikace rychlosti) bez zpoždění nebo se zpožděním (zaručuje RF selektivitu), s ohledem na směr napájení (díky RM relé) nebo bez něj;

• Nadproudová ochrana může být vybavena stejnými ovládacími prvky jako odpojení, kompletní s kontrolami nízkého napětí sítě nebo bez nich.

Do činnosti logiky ochrany relé se často zavádějí prvky automatizace různých zařízení, například:

• opětovné zapnutí jednofázového nebo třífázového vypínače;

• zapnutí záložního zdroje;

• akcelerace;

• frekvenční vykládání.

Logická část ochrany vedení může být provedena v malém reléovém prostoru přímo nad vypínačem, což je typické pro externí kompletní rozváděč (KRUN) s napětím do 10 kV, nebo obsadit několik panelů 2x0,8 m v reléové místnosti .

Například logiku ochrany pro vedení 330 kV lze umístit na samostatné ochranné panely:

• rezervovat;

• DZ — vzdálené;

• DFZ — diferenciální fáze;

• VCHB — vysokofrekvenční blokování;

• OAPV;

• akcelerace.

Výstupní obvody

Výstupní obvody slouží jako koncový prvek lineární reléové ochrany, jejich logika je rovněž založena na použití mezilehlých relé.

Výstupní obvody tvoří pořadí činnosti jističů a určují interakci se sousedními spoji, zařízeními (například ochrana při selhání jističe — nouzové vypnutí jističe) a dalšími prvky ochrany a automatizace relé.

Jednoduché ochrany vedení mohou mít pouze jedno výstupní relé, které vypíná jistič. Ve složitých systémech s rozvětvenou ochranou jsou vytvořeny speciální logické obvody, které pracují podle určitého algoritmu.

Konečné odstranění napětí z vedení v případě nouze se provádí pomocí výkonového vypínače, který je aktivován silou vybavovacího elektromagnetu. Pro jeho provoz jsou dodávány speciální silové řetězy, které vydrží silné zatížení.Ki.