Hur är reläskyddet för kraftledningar

Den kontinuerliga och pålitliga transporten av el till konsumenterna är en av huvuduppgifterna som ständigt löses av kraftingenjörer. För att tillhandahålla det skapades elektriska nätverk bestående av distributionsstationer och anslutande kraftledningar. För att flytta energi över långa sträckor används stöd till vilka anslutningstrådar är upphängda. De är isolerade mellan sig själva och marken av ett lager av omgivande luft. Sådana ledningar kallas luftledningar av typen av isolering.

Om avståndet till transportmotorvägen är kort eller av säkerhetsskäl är det nödvändigt att dölja kraftledningen i marken, används kablar.

Luft- och kabelkraftledningar är ständigt under spänning, vars värde bestäms av strukturen på det elektriska nätverket.

Syftet med reläskyddet av kraftledningar

I händelse av isoleringsfel på någon plats på en kabel eller förlängd luftledning, skapar spänningen på ledningen ett läckage eller kortslutningsström genom den skadade sektionen.

Orsakerna till att isoleringen bryter kan vara olika faktorer som kan eliminera eller fortsätta sin destruktiva effekt. Till exempel skapar en stork som flyger mellan ledningarna i en luftledning en fas-till-fas-krets med sina vingar och brännskador, som faller i närheten.

Eller ett träd som växte mycket nära stödet, under en storm, slogs ner på ledningarna av en vindpust och fick dem att kortsluta.

I det första fallet inträffade kortslutningen under en kort tid och försvann, och i det andra var isoleringsbrottet av långvarig karaktär och krävde borttagning av underhållspersonal.

Sådana skador kan orsaka stora skador på kraftverk. Strömmarna i de resulterande kortslutningarna har en enorm termisk energi, som kan bränna inte bara ledningarna i kraftledningarna utan också förstöra kraftutrustningen i krafttransformatorstationerna.

Av dessa skäl måste eventuella skador på kraftledningar som uppstår repareras omedelbart. Detta uppnås genom att ta bort spänningen från den felaktiga ledningen på matningssidan. Om en sådan kraftledning får ström från båda sidor, måste båda strömlösa.

Funktionerna för konstant övervakning av de elektriska parametrarna för tillståndet för alla kraftledningar och ta bort spänningen från dem från alla sidor i nödsituationer är tilldelade komplexa tekniska system, som traditionellt kallas reläskydd.

Adjektivet "relä" härstammar från den elementära basen baserad på elektromagnetiska reläer, vars design uppstod med utseendet på de första kraftledningarna och håller på att förbättras till denna dag.

Modulära skyddsanordningar, allmänt introducerade i praktiken av kraftingenjörer baserad på mikroprocessorteknik och datorteknik utesluter inte en fullständig ersättning av reläanordningar och, enligt etablerad tradition, introduceras även i reläskyddsanordningar.

Principer för reläskydd

Nätverksövervakningsmyndigheter

För att övervaka de elektriska parametrarna för kraftledningar är det nödvändigt att ha instrument för deras mätning, som ständigt kan övervaka eventuella avvikelser från det normala läget i nätverket och samtidigt uppfylla villkoren för säker drift.

I kraftledningar med alla spänningar är denna funktion tilldelad mättransformatorer. De är klassificerade i transformatorer:

• ström (TT);

• spänning (VT).

Eftersom kvaliteten på den skyddande operationen är av primär betydelse för tillförlitligheten hos hela det elektriska systemet, ställs ökade krav på driftnoggrannheten på mät-CT och VT, som bestäms av deras metrologiska egenskaper.

Noggrannhetsklasser för mättransformatorer för användning i reläskydd och automationsanordningar (reläskydd och automation) är standardiserade med värdena «0,5», «0,2» och «P».

Instrumentspänningstransformatorer

En allmän bild av installationen av spänningstransformatorer på 110 kV luftledningen visas på bilden nedan.

Här kan man se att VT inte är installerade någonstans längs en förlängningsledning, utan på ställverket till en elstation. Varje transformator är ansluten med sina primära terminaler till motsvarande ledare i luftledningen och jordkretsen.

Spänningen som omvandlas från sekundärlindningarna matas ut genom omkopplarna 1P och 2P genom motsvarande ledare i strömkabeln. För användning i skydds- och mätanordningar är sekundärlindningarna anslutna enligt schemat "stjärna" och "delta", som visas på bilden för VT-110 kV.

Att minska spänningsförlust och exakt drift av reläskyddet används en speciell strömkabel och ökade krav ställs på dess installation och drift.

Mätning av VT skapas för varje typ av linjespänning och kan växlas enligt olika scheman för att utföra specifika uppgifter. Men de arbetar alla på den allmänna principen att omvandla det linjära värdet av transmissionsledningsspänningen till ett sekundärt värde på 100 volt, exakt kopiera och betona alla egenskaper hos de primära övertonerna i en viss skala.

Transformationsförhållandet för VT bestäms av förhållandet mellan linjespänningarna för de primära och sekundära kretsarna. Till exempel, för den övervägda 110 kV luftledningen, skrivs det enligt följande: 110000/100.

Instrumentströmtransformatorer

Dessa enheter omvandlar också den primära linjebelastningen till sekundära värden med maximal upprepning av eventuella förändringar i primärströmmens övertoner.

För enklare drift och underhåll av elektrisk utrustning är de också installerade på distributionsenheter av transformatorstationer.

Strömtransformatorer De ingår i luftledningskretsen på ett annat sätt än VT: de med sin primärlindning, som vanligtvis representeras av endast ett varv i form av en likströmstråd, skärs helt enkelt in i varje tråd i linjefasen.Detta kan tydligt ses på bilden ovan.

CT-transformationsförhållandet bestäms av förhållandet mellan valet av nominella värden vid konstruktionen av kraftledningen. Till exempel, om kraftledningen är konstruerad för att bära 600 ampere och 5 A tas bort från CT-sekundären, används beteckningen 600/5.

Inom elektricitet accepteras två standarder för värdena för de sekundära strömmarna som används:

• 5 A för alla CT:er upp till och inklusive 110 kV;

• 1 A för ledningar 330 kV och högre.

Sekundära TT-lindningar är anslutna för anslutning till skyddsanordningar enligt olika scheman:

• full stjärna;

• ofullständig stjärna;

• triangel.

Varje förening har sina egna specifika egenskaper och används för vissa typer av skydd på olika sätt. Ett exempel på anslutning av strömtransformatorer och strömreläspolar till en helstjärnskrets visas på bilden.

Detta är det enklaste och vanligaste övertonsfiltret som används i många skyddsreläkretsar. I den styrs strömmarna från varje fas av ett separat relä med samma namn, och summan av alla vektorer passerar genom spolen som ingår i den gemensamma neutrala ledningen.

Metoden att använda ström- och spänningsmätande transformatorer gör det möjligt att överföra de primära processerna som äger rum på kraftutrustningen till den sekundära kretsen i en exakt skala för deras användning i reläskyddshårdvaran och skapande av algoritmer för driften av logiken anordningar för att eliminera nödutrustningsprocesser.

Myndigheter för behandling av mottagen information

I reläskydd är huvudarbetselementet ett relä - en elektrisk enhet som utför två huvudfunktioner:

• övervakar kvaliteten på den observerade parametern, till exempel ström, och i normalt läge upprätthåller den stabilt och ändrar inte tillståndet för dess kontaktsystem;

• när ett kritiskt värde som kallas ett börvärde eller svarströskel nås, byter den omedelbart positionen för sina kontakter och förblir i detta tillstånd tills det observerade värdet återgår till det normala området.

Principerna för att bilda kretsar för omkoppling av ström- och spänningsreläer i sekundära kretsar hjälper till att förstå representationen av sinusformade övertoner med vektorkvantiteter med deras representation i ett komplext plan.

I den nedre delen av bilden visas ett vektordiagram för ett typiskt fall av distribution av sinusoider i tre faser A, B, C i driftsättet för konsumentströmförsörjning.

Övervakning av tillståndet för ström- och spänningskretsar

Dels visas principen för bearbetning av sekundära signaler i kretsen för att slå på CT- och relälindningarna enligt ORU-110:s fullstjärna och VT-schema. Denna metod låter dig lägga till vektorer på följande sätt.

Införandet av reläspolen i någon av övertonerna i dessa faser gör att du helt kan kontrollera de processer som äger rum i den och stänga av kretsen från drift vid olyckor. För att göra detta är det tillräckligt att använda lämpliga konstruktioner av reläenheter för ström eller spänning.

Ovanstående scheman är ett specialfall av mångsidig användning av olika filter.

Metoder för att kontrollera kraften som passerar genom ledningen

Reläskyddsanordningar styr effektvärdet baserat på avläsningarna från alla samma ström- och spänningstransformatorer.I det här fallet används välkända formler och förhållanden för total, aktiv och reaktiv effekt mellan dem och deras värden uttryckta av vektorerna för strömmar och spänningar.

Det är underförstått att strömvektorn bildas av den applicerade emk till linjeresistansen och övervinner dess aktiva och reaktiva delar lika. Men samtidigt, i sektionerna med komponenterna Ua och Upp, uppstår ett spänningsfall enligt de lagar som beskrivs av spänningstriangeln.

Kraften kan överföras från ena änden av ledningen till den andra och till och med vändas vid transport av el.

Förändringar i dess riktning är resultatet av:

• byte av laster av driftpersonal;

• effektfluktuationer i systemet på grund av effekterna av transienter och andra faktorer;

• uppkomsten av nödlägen.

Effektreläer (PM) som fungerar som en del av reläskydds- och automationssystemet tar hänsyn till fluktuationer i dess riktningar och är konfigurerade att fungera när det kritiska värdet uppnås.

Metoder för kontroll av linjemotstånd

Reläskyddsanordningar som beräknar avståndet till kortslutningsplatsen baserat på elektriska resistansmätningar kallas avstånd eller DZ-skydd för kort. De använder också ström- och spänningstransformatorkretsar i sitt arbete.

För att mäta motståndet, använd Ett uttryck för Ohms lagbeskrivs för det aktuella kretsavsnittet.

När en sinusformad ström passerar genom aktivt, kapacitivt och induktivt motstånd avviker spänningsfallsvektorn på dem i olika riktningar. Detta beaktas av skyddsreläets beteende.

Enligt denna princip fungerar många typer av motståndsreläer (RS) i reläskydd och automationsanordningar.

Linjefrekvensstyrningsmetoder

För att upprätthålla stabiliteten hos oscillationsperioden för övertonerna av strömmen som sänds genom kraftledningen används frekvenskontrollreläer. De arbetar enligt principen att jämföra referenssinusvågen som produceras av den inbyggda generatorn med frekvensen som erhålls av de linjära mättransformatorerna.

Efter bearbetning av dessa två signaler bestämmer frekvensreläet kvaliteten på den observerade övertonen och ändrar kontaktsystemets position när det inställda värdet uppnås.

Funktioner för linjeparameterstyrning med digitala skydd

Mikroprocessorutvecklingar som ersätter reläteknologier kan inte heller fungera utan sekundära värden på strömmar och spänningar, som tas bort från mättransformatorerna TT och VT.

För drift av digitala skydd bearbetas information om den sekundära sinusvågen genom samplingsmetoder, som består i att överlagra en hög frekvens på en analog signal och fixera amplituden för den kontrollerade parametern vid skärningspunkten mellan graferna.

Tack vare det lilla samplingssteget, snabba bearbetningsmetoder och användning av den matematiska approximationsmetoden erhålls hög noggrannhet vid mätning av sekundära strömmar och spänningar.

De numeriska värdena som beräknas på detta sätt används i algoritmen för driften av mikroprocessorenheter.

Den logiska delen av reläskydd och automatisering

Efter att de initiala värdena för strömmarna och spänningarna för elektriciteten som sänds längs kraftledningen modelleras genom att mäta transformatorer som väljs ut för behandling av filter och tas emot av reläanordningarnas känsliga organ för ström, spänning, effekt, motstånd och frekvens, det är tur på de logiska reläernas kretsar.

Deras design är baserad på reläer som arbetar från en extra källa med konstant, likriktad eller växelspänning, som också kallas operationell, och kretsarna som matas av den är i drift. Denna term har en teknisk betydelse: mycket snabbt, utan onödiga förseningar, för att utföra sina växlar.

Funktionshastigheten för den logiska kretsen bestämmer till stor del hastigheten för nödavstängning och därför graden av dess destruktiva konsekvenser.

På sättet de utför sina uppgifter kallas reläer som arbetar i driftkretsar mellanliggande: de tar emot en signal från mätskyddsanordningen och överför den genom att koppla om sina kontakter till verkställande organ: utgångsreläer, solenoider, elektromagneter för frånkoppling eller stängning av strömbrytarna .

Mellanreläer har vanligtvis flera par kontakter som fungerar för att skapa eller bryta en krets. De används för att samtidigt reproducera kommandon mellan olika reläskyddsenheter.

I reläskyddets operationsalgoritm introduceras ofta en fördröjning för att säkerställa selektivitetsprincipen och för att bilda sekvensen för en viss algoritm. Det blockerar skyddsfunktionen under installationen.

Denna fördröjningsingång skapas med hjälp av speciella tidsreläer (RV) som har en klockmekanism som påverkar hastigheten på deras kontakter.

Den logiska delen av reläskyddet använder en av många algoritmer utformade för olika fall som kan inträffa på en kraftledning med en viss konfiguration och spänning.

Som ett exempel kan vi bara ge några namn på driften av logiken för två reläskydd baserat på kontrollen av strömmen i kraftledningen:

• strömavbrott (hastighetsindikering) utan fördröjning eller med fördröjning (garanterar RF-selektivitet), med hänsyn till strömriktningen (på grund av RM-reläet) eller utan det;

• överströmsskydd kan förses med samma kontroller som frånkopplingen, komplett med eller utan ledningslågspänningskontroller.

Element av automatisering av olika enheter introduceras ofta i driften av reläskyddslogiken, till exempel:

• enfas eller trefas strömbrytare återstängning;

• slå på reservströmförsörjningen;

• acceleration;

• frekvensavlastning.

Den logiska delen av ledningsskyddet kan göras i ett litet reläfack direkt ovanför strömbrytaren, vilket är typiskt för externa kompletta ställverk (KRUN) med spänning upp till 10 kV, eller uppta flera 2x0,8 m paneler i relärummet .

Till exempel kan skyddslogiken för en 330 kV-ledning placeras på separata skyddspaneler:

• boka;

• DZ — fjärrkontroll;

• DFZ — differentialfas;

• VCHB — högfrekvent blockering;

• OAPV;

• acceleration.

Utgångskretsar

Utgångskretsarna fungerar som det sista elementet i det linjära reläskyddet. Deras logik är också baserad på användningen av mellanreläer.

Utgångskretsarna bildar funktionsordningen för ledningsbrytarna och bestämmer interaktionen med intilliggande anslutningar, enheter (till exempel skydd för brytarfel - nödutlösning av brytaren) och andra element av reläskydd och automatisering.

Enkla linjeskydd kan ha endast ett utgångsrelä som löser ut brytaren. I komplexa system med förgrenat skydd skapas speciella logiska kretsar som fungerar enligt en viss algoritm.

Den slutliga borttagningen av spänningen från ledningen i händelse av en nödsituation utförs med hjälp av en strömbrytare, som aktiveras av kraften från den utlösande elektromagneten. Särskilda kraftkedjor levereras för dess drift, som tål kraftiga belastningar.Ki.