Hogyan működik az elektromos vezetékek relévédelme

A villamos energia fogyasztókhoz való folyamatos és megbízható szállítása az egyik fő feladat, amelyet folyamatosan az energetikai mérnökök oldanak meg. Ennek biztosítására elosztó alállomásokból és csatlakozó vezetékekből álló elektromos hálózatok jöttek létre. Az energia nagy távolságra történő mozgatásához támasztékokat használnak, amelyekhez az összekötő vezetékeket felfüggesztik. Környezeti levegőréteggel vannak szigetelve egymás és a talaj között. Az ilyen vezetékeket a szigetelés típusa szerint felsővezetéknek nevezik.

Ha a szállítóút távolsága rövid, vagy biztonsági okokból szükséges az elektromos vezetéket a talajba rejteni, akkor kábeleket kell használni.

A légvezetékek és a kábeles távvezetékek folyamatosan feszültség alatt vannak, melynek értékét az elektromos hálózat felépítése határozza meg.

A villamos vezetékek relévédelmének célja

Abban az esetben, ha a kábel vagy a meghosszabbított felsővezeték bármely pontján meghibásodik a szigetelés, a vezetékre adott feszültség szivárgást vagy rövidzárlati áramot hoz létre a sérült szakaszon keresztül.

A szigetelés felszakadásának okai különböző tényezők lehetnek, amelyek képesek megszüntetni vagy folytatni romboló hatásukat. Például egy gólya, amely egy légvezeték vezetékei között repül, szárnyaival fázis-fázis áramkört hoz létre, és megég, és a közelébe esik.

Vagy a támasztékhoz nagyon közel nőtt fát egy vihar során egy széllökés a vezetékekre döntötte és rövidzárlatot okozott.

Az első esetben a rövidzárlat rövid ideig lépett fel és megszűnt, a második esetben pedig a szigetelés megsértése tartós jellegű volt, és a karbantartó személyzetnek kellett eltávolítania.

Az ilyen károk nagy károkat okozhatnak az erőművekben. Az így létrejövő rövidzárlatok áramai hatalmas hőenergiával bírnak, ami nem csak a távvezetékek vezetékeit égetheti el, hanem tönkreteheti az erősáramú alállomások villamos berendezéseit is.

Ezen okokból kifolyólag az elektromos vezetékeken keletkező bármilyen sérülést azonnal meg kell javítani. Ezt úgy érik el, hogy a tápoldalon eltávolítják a feszültséget a hibás vezetékről. Ha egy ilyen vezeték mindkét oldalról kap áramot, akkor mindkettőt feszültségmentesíteni kell.

Az összes távvezeték állapotának elektromos paramétereinek állandó felügyelete és vészhelyzet esetén a feszültség minden oldalról történő eltávolítása a komplex műszaki rendszerekhez van rendelve, amelyeket hagyományosan relévédelemnek neveznek.

A "relé" jelző az elektromágneses reléken alapuló elemi alapból származik, amelyek kialakítása az első távvezetékek megjelenésével alakult ki, és a mai napig fejlesztik.

Moduláris védőeszközök, széles körben bevezetve az energetikai mérnökök gyakorlatában mikroprocesszoros technológián és számítástechnikán alapul nem zárja ki a reléberendezések teljes cseréjét, és a kialakult hagyományoknak megfelelően a relévédelmi berendezésekbe is bekerülnek.

A relévédelem alapelvei

Hálózatfelügyeleti hatóságok

Az elektromos vezetékek elektromos paramétereinek monitorozásához olyan műszerek szükségesek a mérésükhöz, amelyek képesek folyamatosan figyelni a hálózatban a normál üzemmódtól való esetleges eltéréseket, és egyben megfelelnek a biztonságos üzemeltetés feltételeinek.

Az összes feszültségű vezetékeknél ez a funkció a mérőtranszformátorokhoz van hozzárendelve. Ezeket transzformátorokba sorolják:

• áram (TT);

• feszültség (VT).

Mivel a védelmi működés minősége elsődleges fontosságú a teljes elektromos rendszer megbízhatósága szempontjából, ezért a mérő CT-kkel és VT-kkel szemben fokozott követelmények támasztják a működés pontosságát, amelyet metrológiai jellemzőik határoznak meg.

A relévédelmi és automatizálási eszközökben (relévédelem és automatizálás) használt mérőtranszformátorok pontossági osztályait a «0,5», «0,2» és «P» értékek szabványosítják.

Műszerfeszültség transzformátorok

A feszültségtranszformátorok 110 kV-os légvezetékre történő telepítésének általános képe az alábbi képen látható.

Itt látható, hogy a VT-ket nem egy hosszabbító vezeték mentén szerelik fel sehova, hanem egy elektromos alállomás kapcsolóberendezésére. Mindegyik transzformátor a primer kapcsaival csatlakozik a felsővezeték és a testáramkör megfelelő vezetőjéhez.

A szekunder tekercsekből átalakított feszültség az 1P és 2P kapcsolókon keresztül a tápkábel megfelelő vezetőin keresztül kerül kiadásra. A védő- és mérőeszközökben való használatra a szekunder tekercsek a "csillag" és a "delta" séma szerint vannak csatlakoztatva, amint az a VT-110 kV képén látható.

Csökkenteni feszültségveszteség és a relévédelem precíz működése, speciális tápkábelt használnak, melynek telepítése és üzemeltetése fokozott követelményeket támaszt.

A mérő VT-ket minden típusú hálózati feszültséghez hozzák létre, és különböző sémák szerint kapcsolhatók meghatározott feladatok elvégzéséhez. De mindegyik azon az általános elven működik, hogy az átviteli vonal feszültségének lineáris értékét 100 voltos másodlagos értékké alakítják, pontosan másolják és hangsúlyozzák az elsődleges harmonikusok összes jellemzőjét egy bizonyos skálán.

A VT transzformációs arányát a primer és szekunder áramkörök hálózati feszültségeinek aránya határozza meg. Például a figyelembe vett 110 kV-os légvezetékre a következőképpen írják: 110000/100.

Műszer áramváltók

Ezek az eszközök az elsődleges vezeték terhelését is szekunder értékekké alakítják át, a primer áram harmonikusainak minden változásának maximális ismétlésével.

Az elektromos berendezések egyszerűbb üzemeltetése és karbantartása érdekében az alállomások elosztó berendezéseire is felszerelik.

Áramváltók A VT-től eltérő módon szerepelnek a felsővezetéki áramkörben: primer tekercseléssel, amelyet általában csak egy fordulat képvisel egyenáramú vezeték formájában, egyszerűen bevágják a vonal fázisának minden vezetékébe.Ez jól látható a fenti képen.

A CT transzformációs arányt a névleges értékek kiválasztásának aránya határozza meg a tápvezeték tervezésének szakaszában. Például, ha a tápvezetéket 600 amper szállítására tervezték, és 5 A-t eltávolítanak a CT másodlagosból, akkor a 600/5 jelölést használják.

Az elektromosságban két szabványt fogadnak el a használt szekunder áramok értékére:

• 5 A minden CT-hez 110 kV-ig;

• 1 A 330 kV és magasabb vezetékekhez.

A szekunder TT tekercsek különböző sémák szerint vannak csatlakoztatva a védőeszközökhöz való csatlakoztatáshoz:

• teljes csillag;

• hiányos csillag;

• háromszög.

Mindegyik vegyületnek megvannak a maga sajátos jellemzői, és bizonyos típusú védelemre különböző módon használják. A képen látható egy példa az áramváltók és az áramrelé tekercsek teljes csillag áramkörhöz való csatlakoztatására.

Ez a legegyszerűbb és leggyakoribb harmonikus szűrő, amelyet számos védőrelé áramkörben használnak. Ebben az egyes fázisokból származó áramokat egy külön, azonos nevű relé vezérli, és az összes vektor összege áthalad a közös nulla vezetékben lévő tekercsen.

Az áram- és feszültségmérő transzformátorok alkalmazási módja lehetővé teszi az erősáramú berendezéseken lejátszódó primer folyamatok pontos léptékben történő átvitelét a szekunder áramkörbe a relévédelmi hardverben való felhasználáshoz és a logika működéséhez szükséges algoritmusok létrehozásához. eszközök a vészhelyzeti berendezések folyamatainak kiküszöbölésére.

A kapott információk feldolgozására szolgáló hatóságok

A relévédelemben a fő munkaelem egy relé - egy elektromos eszköz, amely két fő funkciót lát el:

• figyeli a megfigyelt paraméter minőségét, például az áramerősséget, és normál üzemmódban stabilan fenntartja és nem változtatja meg érintkezőrendszerének állapotát;

• az alapjelnek vagy válaszküszöbnek nevezett kritikus érték elérésekor azonnal kapcsolja az érintkezők helyzetét, és addig marad ebben az állapotban, amíg a megfigyelt érték vissza nem tér a normál tartományba.

A másodlagos áramkörökben az áram- és feszültségrelék kapcsolására szolgáló áramkörök kialakításának elvei segítenek megérteni a szinuszos harmonikusok vektormennyiségekkel való ábrázolását komplex síkban való ábrázolással.

A kép alsó részén vektordiagram látható a szinuszok három A, B, C fázisban történő eloszlásának tipikus esetére a fogyasztói tápegység üzemmódjában.

Áram- és feszültségáramkörök állapotának figyelése

Részben a másodlagos jelek feldolgozásának elve a CT és a relé tekercsek bekapcsolására szolgáló áramkörben látható az ORU-110 teljes csillag és VT sémájának megfelelően. Ez a módszer lehetővé teszi vektorok hozzáadását a következő módokon.

A relé tekercs beépítése ezen fázisok bármelyik harmonikusába lehetővé teszi a benne zajló folyamatok teljes vezérlését, és baleset esetén az áramkör működésének kikapcsolását. Ehhez elegendő az áram vagy a feszültség megfelelő relékészülékeit használni.

A fenti sémák a különböző szűrők sokoldalú felhasználásának speciális esetei.

A vezetéken áthaladó teljesítmény szabályozásának módszerei

A relévédelmi eszközök ugyanazon áram- és feszültségváltók leolvasása alapján szabályozzák a teljesítményértéket.Ebben az esetben jól ismert képleteket és arányokat használnak a teljes, aktív és meddő teljesítmény között, valamint az áramok és feszültségek vektoraival kifejezett értékeik között.

Nyilvánvaló, hogy az áramvektort a vonalellenállásra alkalmazott emf alkotja, és egyformán legyőzi annak aktív és reaktív részét. Ugyanakkor az Ua és Up komponensekkel rendelkező szakaszokban a feszültségesés a feszültségháromszög által leírt törvények szerint történik.

A teljesítmény átvihető a vezeték egyik végéről a másikra, és akár meg is fordítható áramszállításkor.

Az irányváltozások a következők következményei:

• terhelés kapcsolása a kezelő személyzet által;

• a rendszer teljesítmény-ingadozásai tranziensek és egyéb tényezők hatásai miatt;

• vészhelyzeti módok megjelenése.

A relévédelmi és automatizálási rendszer részeként működő teljesítményrelék (PM-ek) figyelembe veszik az irányok ingadozásait, és úgy vannak beállítva, hogy a kritikus érték elérésekor működjenek.

Vonalellenállás szabályozási módszerek

Azokat a relévédelmi eszközöket, amelyek elektromos ellenállásmérés alapján számítják ki a rövidzárlat helyének távolságát, röviden távolság- vagy DZ-védelemnek nevezik. Munkájuk során áram- és feszültségváltó áramköröket is alkalmaznak.

Az ellenállás méréséhez használja Az Ohm-törvény kifejezésea vizsgált áramköri szakaszra vonatkozóan leírtak.

Amikor egy szinuszos áram áthalad aktív, kapacitív és induktív ellenálláson, a rajtuk lévő feszültségesés vektora különböző irányokba tér el. Ezt a védőrelé viselkedése veszi figyelembe.

Ezen elv szerint sokféle ellenállásrelé (RS) működik a relévédelmi és automatizálási eszközökben.

Vonalfrekvencia szabályozási módszerek

A tápvezetéken átvitt áram harmonikusainak rezgési periódusának stabilitásának megőrzése érdekében frekvenciaszabályozó reléket használnak. Azon az elven dolgoznak, hogy a beépített generátor által keltett referencia szinuszhullámot összehasonlítják a lineáris mérőtranszformátorok által kapott frekvenciával.

E két jel feldolgozása után a frekvenciarelé meghatározza a megfigyelt harmonikus minőségét, és a beállított érték elérésekor megváltoztatja az érintkezőrendszer helyzetét.

A vonalparaméter-vezérlés jellemzői digitális védelemmel

A relétechnológiát helyettesítő mikroprocesszoros fejlesztések szintén nem működhetnek az áramok és feszültségek másodlagos értékei nélkül, amelyeket eltávolítanak a TT és VT mérőtranszformátorokból.

A digitális védelmek működéséhez a másodlagos szinuszhullámra vonatkozó információkat mintavételezési módszerekkel dolgozzák fel, amelyek abból állnak, hogy egy analóg jelre nagy frekvenciát helyeznek fel, és a vezérelt paraméter amplitúdóját rögzítik a grafikonok metszéspontjában.

A kis mintavételi lépésnek, a gyors feldolgozási módszereknek és a matematikai közelítési módszernek köszönhetően a szekunder áramok és feszültségek nagy mérési pontossága érhető el.

Az így kiszámított számértékek a mikroprocesszoros eszközök működési algoritmusában kerülnek felhasználásra.

A relévédelem és automatizálás logikai része

Miután a távvezetéken átvitt villamos energia áramának és feszültségének kezdeti értékeit szűrővel történő feldolgozásra kiválasztott mérőtranszformátorokkal modellezték, és a reléeszközök érzékeny szervei fogadják az áram, feszültség, teljesítmény, ellenállás és frekvencia tekintetében, a logikai relék áramköreinek sora.

Kialakításuk alapja a relék, amelyek állandó, egyenirányított vagy váltakozó feszültségű kiegészítő forrásról működnek, amit üzemszerűnek is neveznek, és az általa táplált áramkörök működőképesek. Ennek a kifejezésnek technikai jelentése van: nagyon gyorsan, szükségtelen késedelem nélkül végrehajtani a váltásokat.

A logikai áramkör működési sebessége nagymértékben meghatározza a vészleállítás sebességét, és ezáltal annak pusztító következményeinek mértékét.

A működési áramkörökben működő reléket feladataik ellátása során köztesnek nevezzük: a mérő védőberendezéstől jelet vesznek, és azt érintkezőik átkapcsolásával továbbítják a végrehajtó szervekhez: kimeneti relék, mágnesszelepek, elektromágnesek a leválasztáshoz vagy a tápkapcsolók zárásához. .

A közbenső relék általában több érintkezőpárral rendelkeznek, amelyek az áramkör létrehozására vagy megszakítására szolgálnak. A különböző relévédelmi eszközök közötti parancsok egyidejű reprodukálására szolgálnak.

A relévédelem működési algoritmusában gyakran késleltetést vezetnek be a szelektivitás elvének biztosítására és egy bizonyos algoritmus sorozatának kialakítására. A beállítás során blokkolja a védelmi működést.

Ezt a késleltetési bemenetet speciális időrelék (RV-k) segítségével hozzák létre, amelyeknek óramechanizmusa van, amely befolyásolja az érintkezők sebességét.

A relévédelem logikai része a számos olyan algoritmus egyikét használja, amelyeket különböző esetekre terveztek, amelyek egy bizonyos konfigurációjú és feszültségű tápvezetéken előfordulhatnak.

Példaként csak néhány elnevezést adhatunk két relévédelem logikájának működésére a tápvezeték áramának szabályozása alapján:

• áramkimaradás (sebességjelzés) késleltetés nélkül vagy késleltetéssel (garantálja az RF-szelektivitást), figyelembe véve a teljesítmény irányát (az RM relé miatt) vagy anélkül;

• A túláramvédelem ugyanazokkal a vezérlésekkel ellátható, mint a leválasztó, hálózati kisfeszültség-ellenőrzéssel vagy anélkül.

A különböző eszközök automatizálásának elemeit gyakran bevezetik a relévédelmi logika működésébe, például:

• egyfázisú vagy háromfázisú tápkapcsoló visszazárása;

• a tartalék tápegység bekapcsolása;

• gyorsulás;

• frekvencia kirakodás.

A vonalvédelem logikai része megvalósítható egy kis relérekeszben, közvetlenül a tápkapcsoló felett, ami jellemző a külső komplett kapcsolóberendezésekre (KRUN) legfeljebb 10 kV feszültséggel, vagy több 2x0,8 m-es panelt foglalhat el a reléteremben. .

Például egy 330 kV-os vezeték védelmi logikája külön védőpaneleken helyezhető el:

• lefoglal;

• DZ - távirányító;

• DFZ – differenciálfázis;

• VCHB – nagyfrekvenciás blokkolás;

• OAPV;

• gyorsulás.

Kimeneti áramkörök

A kimeneti áramkörök a lineáris relévédelem utolsó elemeként szolgálnak, logikájuk is a közbenső relék alkalmazásán alapul.

A kimeneti áramkörök alkotják a vonalmegszakítók működési sorrendjét, és meghatározzák a kölcsönhatást a szomszédos csatlakozásokkal, eszközökkel (például megszakító meghibásodás elleni védelem - a megszakító vészkioldása) és a relévédelem és az automatizálás egyéb elemeivel.

Az egyszerű vonalvédelemnek csak egy kimeneti reléje lehet, amely kioldja a megszakítót. Az elágazó védelemmel rendelkező összetett rendszerekben speciális logikai áramkörök jönnek létre, amelyek egy bizonyos algoritmus szerint működnek.

Vészhelyzet esetén a vezetékről a feszültség végső eltávolítása egy tápkapcsoló segítségével történik, amelyet a kioldó elektromágnes ereje aktivál. Működéséhez speciális erőláncokat szállítanak, amelyek ellenállnak az erős terhelésnek.Ki.