Hoe is de relaisbeveiliging van hoogspanningslijnen

Het continue en betrouwbare transport van elektriciteit naar de consument is een van de belangrijkste taken die constant worden opgelost door energietechnici. Om hierin te voorzien, werden elektrische netwerken gecreëerd bestaande uit distributiestations en aansluitende hoogspanningslijnen. Om energie over lange afstanden te verplaatsen, worden steunen gebruikt waaraan verbindingsdraden worden opgehangen. Ze zijn geïsoleerd tussen zichzelf en de grond door een laag omgevingslucht. Dergelijke lijnen worden bovenleidingen genoemd naar het type isolatie.

Als de afstand van de transportsnelweg kort is of om veiligheidsredenen de hoogspanningslijn in de grond moet worden verborgen, worden kabels gebruikt.

Bovengrondse en kabelleidingen staan ​​constant onder spanning, waarvan de waarde wordt bepaald door de structuur van het elektrische netwerk.

Doel van de relaisbeveiliging van hoogspanningslijnen

In het geval van een isolatiefout op een willekeurige plaats op een kabel of verlengde bovengrondse lijn, veroorzaakt de spanning op de lijn een lek- of kortsluitstroom door het beschadigde gedeelte.

De redenen voor het breken van de isolatie kunnen verschillende factoren zijn die hun destructieve effect kunnen elimineren of voortzetten. Een ooievaar die tussen de draden van een bovengrondse hoogspanningslijn vliegt, creëert bijvoorbeeld een fase-naar-fase-circuit met zijn vleugels en brandwonden, die dichtbij vallen.

Of een boom die heel dicht bij de steun groeide, tijdens een storm, werd door een windvlaag op de draden geslagen en veroorzaakte kortsluiting.

In het eerste geval trad de kortsluiting korte tijd op en verdween, en in het tweede geval was de isolatieschending van langdurige aard en moest deze door onderhoudspersoneel worden verwijderd.

Dergelijke schade kan grote schade aan energiecentrales veroorzaken. De stromen van de resulterende kortsluitingen hebben een enorme thermische energie, die niet alleen de draden van de hoogspanningslijnen kan verbranden, maar ook de stroomapparatuur van de onderstations kan vernietigen.

Om deze redenen moet eventuele schade aan elektriciteitsleidingen onmiddellijk worden gerepareerd. Dit wordt bereikt door de spanning van de defecte lijn aan de voedingszijde te verwijderen. Krijgt zo'n hoogspanningslijn van beide kanten stroom, dan moeten beide spanningsloos worden.

De functies van constante bewaking van de elektrische parameters van de toestand van alle hoogspanningslijnen en het van alle kanten verwijderen van de spanning ervan in noodsituaties zijn toegewezen aan complexe technische systemen, die traditioneel relaisbeveiliging worden genoemd.

Het adjectief "relais" is afgeleid van de elementaire basis gebaseerd op elektromagnetische relais, waarvan de ontwerpen ontstonden met het verschijnen van de eerste hoogspanningslijnen en die tot op de dag van vandaag worden verbeterd.

Modulaire beveiligingsapparaten, op grote schaal geïntroduceerd in de praktijk van energietechnici gebaseerd op microprocessortechnologie en computertechnologie sluiten een volledige vervanging van relaisapparaten niet uit en worden, volgens de gevestigde traditie, ook geïntroduceerd in relaisbeveiligingsapparaten.

Principes van relaisbeveiliging

Autoriteiten voor netwerkbewaking

Om de elektrische parameters van hoogspanningslijnen te bewaken, is het noodzakelijk om instrumenten te hebben voor hun meting, die constant afwijkingen van de normale modus in het netwerk kunnen bewaken en tegelijkertijd voldoen aan de voorwaarden voor een veilige werking.

In hoogspanningslijnen met alle spanningen is deze functie toegewezen aan meettransformatoren.Ze zijn ingedeeld in transformatoren:

• huidige (TT);

• spanning (VT).

Aangezien de kwaliteit van de beschermende werking van primair belang is voor de betrouwbaarheid van het gehele elektrische systeem, worden er hogere eisen gesteld aan de nauwkeurigheid van de werking van de meet-CT's en VT's, die worden bepaald door hun metrologische kenmerken.

Nauwkeurigheidsklassen van meettransformatoren voor gebruik in relaisbeveiligings- en automatiseringsapparaten (relaisbeveiliging en automatisering) zijn gestandaardiseerd door de waarden «0.5», «0.2» en «P».

Spanningstransformatoren voor instrumenten

Een algemeen beeld van de installatie van spanningstransformatoren op de 110 kV-bovenleiding is weergegeven op onderstaande foto.

Hier is te zien dat VT's nergens langs een verlengingslijn worden geïnstalleerd, maar op het schakelbord van een elektrisch onderstation. Elke transformator is via zijn primaire klemmen verbonden met de overeenkomstige geleider van de bovenleiding en het aardingscircuit.

De spanning die is omgezet van de secundaire wikkelingen wordt uitgevoerd via de schakelaars 1P en 2P via de overeenkomstige geleiders van de voedingskabel. Voor gebruik in beveiligings- en meetapparatuur zijn de secundaire wikkelingen aangesloten volgens het "ster" en "delta" -schema, zoals weergegeven op de foto voor VT-110 kV.

Afnemen spanningsverlies en nauwkeurige werking van de relaisbeveiliging, wordt een speciale voedingskabel gebruikt en worden er hogere eisen gesteld aan de installatie en werking ervan.

Meet-VT's worden gemaakt voor elk type lijnspanning en kunnen volgens verschillende schema's worden geschakeld om specifieke taken uit te voeren. Maar ze werken allemaal volgens het algemene principe van het omzetten van de lineaire waarde van de transmissielijnspanning in een secundaire waarde van 100 volt, waarbij alle kenmerken van de primaire harmonischen op een bepaalde schaal nauwkeurig worden gekopieerd en benadrukt.

De transformatieverhouding van VT wordt bepaald door de verhouding van de lijnspanningen van de primaire en secundaire circuits. Voor de beschouwde 110 kV-bovenleiding wordt deze bijvoorbeeld als volgt geschreven: 110000/100.

Instrument stroomtransformatoren

Deze apparaten zetten ook de primaire lijnbelasting om in secundaire waarden met maximale herhaling van eventuele veranderingen in de harmonischen van de primaire stroom.

Voor een eenvoudigere bediening en onderhoud van elektrische apparatuur worden ze ook geïnstalleerd op verdeelinrichtingen van onderstations.

Huidige transformatoren Ze worden op een andere manier in het bovenleidingcircuit opgenomen dan VT: ze worden met hun primaire wikkeling, die meestal wordt weergegeven door slechts één winding in de vorm van een gelijkstroomdraad, eenvoudig in elke draad van de lijnfase geknipt.Dit is duidelijk te zien op bovenstaande foto.

De CT-transformatieverhouding wordt bepaald door de verhouding van de selectie van nominale waarden in het stadium van het ontwerp van de hoogspanningslijn. Als de voedingslijn bijvoorbeeld is ontworpen om 600 ampère te dragen en 5 A wordt verwijderd uit de secundaire CT, wordt de aanduiding 600/5 gebruikt.

In elektriciteit worden twee normen geaccepteerd voor de waarden van de secundaire stromen die worden gebruikt:

• 5 A voor alle CT's tot en met 110 kV;

• 1 A voor lijnen 330 kV en hoger.

Secundaire TT-wikkelingen zijn aangesloten voor aansluiting op beveiligingsapparaten volgens verschillende schema's:

• volle ster;

• onvolledige ster;

• driehoek.

Elke verbinding heeft zijn eigen specifieke kenmerken en wordt op verschillende manieren gebruikt voor bepaalde soorten bescherming. Op de foto ziet u een voorbeeld van het aansluiten van stroomtransformatoren en stroomrelaisspoelen op een volledig stercircuit.

Dit is het eenvoudigste en meest voorkomende harmonische filter dat in veel beveiligingsrelaiscircuits wordt gebruikt. Daarin worden de stromen van elke fase bestuurd door een afzonderlijk relais met dezelfde naam, en de som van alle vectoren gaat door de spoel die is opgenomen in de gemeenschappelijke neutrale draad.

De methode van het gebruik van stroom- en spanningsmeettransformatoren maakt het mogelijk om de primaire processen die plaatsvinden op de vermogensapparatuur op een nauwkeurige schaal over te brengen naar het secundaire circuit voor gebruik in de relaisbeveiligingshardware en het creëren van algoritmen voor de werking van de logica apparaten om noodapparatuurprocessen te elimineren.

Autoriteiten voor het verwerken van de ontvangen informatie

Bij relaisbeveiliging is het belangrijkste werkende element een relais - een elektrisch apparaat dat twee hoofdfuncties vervult:

• bewaakt de kwaliteit van de waargenomen parameter, bijvoorbeeld stroom, en in de normale modus handhaaft het stabiel en verandert het de status van zijn contactsysteem niet;

• wanneer een kritieke waarde, een instelpunt of responsdrempel genaamd, wordt bereikt, schakelt het onmiddellijk de positie van zijn contacten om en blijft in deze toestand totdat de waargenomen waarde terugkeert naar het normale bereik.

De principes van het vormen van circuits voor het schakelen van stroom- en spanningsrelais in secundaire circuits helpen bij het begrijpen van de weergave van sinusvormige harmonischen door vectorgrootheden met hun weergave in een complex vlak.

In het onderste deel van de afbeelding wordt een vectordiagram weergegeven voor een typisch geval van verdeling van sinusoïden in drie fasen A, B, C in de werkingsmodus van de stroomvoorziening van de consument.

Bewaking van de toestand van stroom- en spanningscircuits

Gedeeltelijk wordt het principe van het verwerken van secundaire signalen getoond in het circuit voor het inschakelen van de CT- en relaiswikkelingen volgens het volledige ster- en VT-schema van de ORU-110. Met deze methode kunt u op de volgende manieren vectoren toevoegen.

Door de relaisspoel in een van de harmonischen van deze fasen op te nemen, kunt u de processen die erin plaatsvinden volledig regelen en het circuit uitschakelen in geval van ongelukken. Om dit te doen, volstaat het om geschikte ontwerpen van relaisapparaten voor stroom of spanning te gebruiken.

Bovenstaande schema's zijn een speciaal geval van het veelzijdige gebruik van verschillende filters.

Methoden voor het regelen van het vermogen dat door de lijn gaat

Relaisbeveiligingsapparaten regelen de vermogenswaarde op basis van de meetwaarden van dezelfde stroom- en spanningstransformatoren.In dit geval worden bekende formules en verhoudingen van totaal, actief en reactief vermogen daartussen en hun waarden uitgedrukt door de vectoren van stromen en spanningen gebruikt.

Het is duidelijk dat de huidige vector wordt gevormd door de toegepaste emf op de lijnweerstand en zijn actieve en reactieve delen gelijkelijk overwint. Maar tegelijkertijd treedt in de secties met componenten Ua en Up een spanningsval op volgens de wetten beschreven door de spanningsdriehoek.

Stroom kan worden overgedragen van het ene uiteinde van de lijn naar het andere en zelfs worden omgekeerd bij het transporteren van elektriciteit.

Veranderingen in de richting zijn het resultaat van:

• schakelen van lasten door bedienend personeel;

• stroomfluctuaties in het systeem als gevolg van de effecten van transiënten en andere factoren;

• opkomst van noodmodi.

Vermogensrelais (PM's) die werken als onderdeel van het relaisbeveiligings- en automatiseringssysteem houden rekening met fluctuaties in de richting ervan en zijn geconfigureerd om te werken wanneer de kritieke waarde wordt bereikt.

Regelmethoden voor lijnweerstand

Relaisbeveiligingsapparaten die de afstand tot de kortsluitingslocatie berekenen op basis van elektrische weerstandsmetingen, worden kortweg afstands- of DZ-beveiliging genoemd. Ze gebruiken ook stroom- en spanningstransformatorcircuits in hun werk.

Gebruik om de weerstand te meten Een uitdrukking van de wet van Ohmbeschreven voor het circuitgedeelte in kwestie.

Wanneer een sinusvormige stroom door actieve, capacitieve en inductieve weerstand gaat, wijkt de spanningsvalvector daarop in verschillende richtingen af. Hiermee wordt rekening gehouden door het gedrag van het beveiligingsrelais.

Volgens dit principe werken veel soorten weerstandsrelais (RS) in relaisbeveiligings- en automatiseringsapparaten.

Regelmethoden voor lijnfrequentie

Om de stabiliteit van de oscillatieperiode van de harmonischen van de stroom die door de hoogspanningslijn wordt verzonden te behouden, worden frequentiecontrolerelais gebruikt. Ze werken volgens het principe van het vergelijken van de referentiesinusgolf geproduceerd door de ingebouwde generator met de frequentie verkregen door de lineaire meettransformatoren.

Na verwerking van deze twee signalen bepaalt het frequentierelais de kwaliteit van de waargenomen harmonische en verandert bij het bereiken van de ingestelde waarde de positie van het contactsysteem.

Kenmerken van lijnparameterbesturing door digitale beveiligingen

Microprocessor-ontwikkelingen die relaistechnologieën vervangen, kunnen ook niet werken zonder secundaire waarden van stromen en spanningen, die worden verwijderd uit de meettransformatoren TT en VT.

Voor de werking van digitale beveiligingen wordt informatie over de secundaire sinusgolf verwerkt door middel van bemonsteringsmethoden, die bestaan ​​uit het superponeren van een hoge frequentie op een analoog signaal en het vastleggen van de amplitude van de gecontroleerde parameter op het snijpunt van de grafieken.

Door de kleine bemonsteringsstap, snelle verwerkingsmethoden en het gebruik van de wiskundige benaderingsmethode wordt een hoge meetnauwkeurigheid van secundaire stromen en spanningen verkregen.

De op deze manier berekende numerieke waarden worden gebruikt in het algoritme voor de werking van microprocessorapparaten.

Het logische deel van relaisbeveiliging en automatisering

Nadat de beginwaarden van de stromen en spanningen van de elektriciteit die langs de hoogspanningslijn wordt overgedragen, zijn gemodelleerd door meettransformatoren die zijn geselecteerd voor verwerking door filters en ontvangen door de gevoelige organen van de relaisapparaten voor stroom, spanning, vermogen, weerstand en frequentie, het is de beurt aan de circuits van de logische relais.

Hun ontwerp is gebaseerd op relais die werken vanuit een extra bron van constante, gelijkgerichte of wisselspanning, ook wel operationeel genoemd, en de circuits die erdoor worden gevoed, zijn operationeel. Deze term heeft een technische betekenis: heel snel, zonder onnodige vertragingen, hun wissels uitvoeren.

De werkingssnelheid van het logische circuit bepaalt grotendeels de snelheid van noodstop en daarmee de mate van de destructieve gevolgen.

In de manier waarop ze hun taken uitvoeren, worden relais die in werkende circuits werken intermediair genoemd: ze ontvangen een signaal van het meetbeveiligingsapparaat en verzenden dit door hun contacten om te schakelen naar uitvoerende organen: uitgangsrelais, solenoïdes, elektromagneten voor het loskoppelen of sluiten van de stroomschakelaars .

Tussenliggende relais hebben meestal meerdere paren contacten die werken om een ​​circuit te maken of te verbreken. Ze worden gebruikt om gelijktijdig opdrachten tussen verschillende relaisbeveiligingsapparaten te reproduceren.

In het werkingsalgoritme van de relaisbeveiliging wordt vaak een vertraging geïntroduceerd om het selectiviteitsprincipe te waarborgen en de volgorde van een bepaald algoritme te vormen. Het blokkeert de beveiligingsoperatie tijdens de installatie.

Deze vertragingsingang wordt gecreëerd met behulp van speciale tijdrelais (RV's) die een klokmechanisme hebben dat de snelheid van hun contacten beïnvloedt.

Het logische deel van de relaisbeveiliging maakt gebruik van een van de vele algoritmen die zijn ontworpen voor verschillende gevallen die kunnen optreden op een stroomlijn met een bepaalde configuratie en spanning.

Als voorbeeld kunnen we slechts enkele namen geven van de werking van de logica van twee relaisbeveiligingen op basis van de besturing van de stroom van de hoogspanningslijn:

• stroomonderbreking (snelheidsindicatie) zonder vertraging of met vertraging (garandeert RF-selectiviteit), rekening houdend met de stroomrichting (vanwege het RM-relais) of zonder;

• overstroombeveiliging kan worden geleverd met dezelfde bedieningselementen als de ontkoppeling, compleet met of zonder laagspanningscontroles.

Elementen van automatisering van verschillende apparaten worden vaak geïntroduceerd in de werking van de relaisbeveiligingslogica, bijvoorbeeld:

• eenfasige of driefasige stroomschakelaar opnieuw sluiten;

• inschakelen van de back-upvoeding;

• versnelling;

• frequentie lossen.

Het logische deel van de lijnbeveiliging kan worden gedaan in een klein relaiscompartiment direct boven de stroomschakelaar, wat typerend is voor externe complete schakelapparatuur (KRUN) met een spanning tot 10 kV, of meerdere panelen van 2x0,8 m in de relaiskamer bezetten .

Zo kan de beveiligingslogica voor een 330 kV-lijn op aparte beveiligingspanelen geplaatst worden:

• reserveren;

• DZ — afgelegen;

• DFZ — differentiële fase;

• VCHB - hoogfrequente blokkering;

• OAPV;

• versnelling.

Uitgangscircuits

De uitgangscircuits vormen het sluitstuk van de lineaire relaisbeveiliging en hun logica is eveneens gebaseerd op het gebruik van tussenrelais.

De uitgangscircuits vormen de werkingsvolgorde van de lijnonderbrekers en bepalen de interactie met aangrenzende verbindingen, apparaten (bijvoorbeeld beveiliging tegen stroomonderbrekers - nooduitschakeling van de stroomonderbreker) en andere elementen van relaisbeveiliging en automatisering.

Eenvoudige lijnbeveiligingen hebben mogelijk slechts één uitgangsrelais dat de onderbreker uitschakelt. In complexe systemen met vertakte beveiliging ontstaan ​​speciale logische circuits die werken volgens een bepaald algoritme.

De definitieve verwijdering van de spanning van de lijn in geval van nood wordt uitgevoerd door middel van een stroomschakelaar, die wordt geactiveerd door de kracht van de trippende elektromagneet. Voor de werking worden speciale kabelrupsen geleverd, die bestand zijn tegen krachtige belastingen.Ki.