Обнаружение ошибок
В общем случае, когда возникают неисправности (короткое замыкание), токи увеличиваются, а напряжения снижаются. Помимо этих изменений величины переменного тока другие изменения могут возникать по одному или нескольким из следующих параметров: фазовые углы токовых и фазовых сигналов, гармонических составляющих, активной и реактивной мощности, частоты энергосистемы и т. Д.
8 наиболее важных принципов работы реле в ловушках (на фото: Yandi Временная проверка защиты электростанции, кредит: aptuspower.com.au)
Принципы работы реле могут основываться на обнаружении этих изменений и определении изменений с возможностью того, что в его назначенной зоне защиты может существовать неисправность.
Мы разделим принципы работы реле на категории, исходя из которых из этих входных величин реагирует конкретное реле.
- Обнаружение уровня
- Сравнение величин
- Дифференциальное сравнение
- Сравнение фазового угла
- Измерение расстояния
- Пилотная ретрансляция
- Гармонический контент
- Измерение частоты
1. Обнаружение уровня
Это самый простой из всех принципов работы реле. Как указано выше, величины тока ошибки почти всегда превышают нормальные токи нагрузки, которые существуют в энергосистеме. Рассмотрим двигатель, подключенный к силовой установке 4 кВ, как показано на рисунке 1.
Рисунок 1 - Токовая защита двигателя
Ток полной нагрузки для двигателя составляет 245 A. Для обеспечения аварийной перегрузки 25% ток 1.25 × 245 = 306 A или ниже должен соответствовать нормальной работе. Любой ток выше установленного уровня (выбранный выше 306 А с запасом прочности в настоящем примере) может считаться означающим, что в зоне защиты двигателя существует неисправность или какое-либо другое ненормальное состояние.
Реле должно быть спроектировано для работы и отключения автоматического выключателя для всех токов выше установки или, при желании, реле может быть подключено к звуку тревоги, так что оператор может вмешаться и отключить автоматический выключатель вручную или принять другие соответствующие действие.
Уровень, над которым работает реле, известен как настройка срабатывания реле. Для всех токов выше срабатывания реле работает реле, а для токов, меньших значения срабатывания, реле не предпринимает никаких действий. Разумеется, возможно, чтобы реле работало для значений, меньших значения срабатывания, и не предпринимайте никаких действий для значений выше пикапа.
Реле минимального напряжения является примером такого реле.
Рисунок 2 - Характеристика реле детектора уровня
Эксплуатационные характеристики реле максимального тока могут быть представлены как график времени срабатывания реле по сравнению с током в реле. Лучше всего нормализовать ток как отношение фактического тока к настройке срабатывания.
Время работы (нормализованных) токов менее 1, 0 бесконечно, а для значений, превышающих 1, 0, срабатывает реле. Фактическое время работы будет зависеть от конструкции реле. Реле детектора идеального уровня будет иметь характеристику, как показано сплошной линией на рисунке 2.
На практике релейная характеристика имеет менее резкий переход, как показано пунктирной линией.
Вернуться к содержанию ↑
2. Сравнение величин
Этот принцип работы основан на сравнении одного или нескольких рабочих величин друг с другом. Например, реле баланса тока может сравнивать ток в одной цепи с током в другой цепи, который должен иметь равные или пропорциональные величины при нормальных рабочих условиях.
Рисунок 3 - Реле сравнения по высоте для двух параллельных линий передачи
Реле будет работать, когда текущее деление в двух цепях изменяется на заданный допуск. На рисунке 3 показаны две идентичные параллельные линии, которые соединены с одной и той же шиной с обоих концов.
Можно использовать реле сравнения величин, которое сравнивает величины двух линейных токов I A и I B. Если | I A | больше, чем | I B | + ∈ (где ∈ - подходящий допуск), а строка B не открыта, реле объявит ошибку на линии A и отключит ее.
Аналогичная логика будет использоваться для отключения линии B, если ее ток превышает ее в строке A, когда последний не открыт. Другим примером, в котором это реле может быть использовано, является то, что обмотки машины имеют две идентичные параллельные подвитки на фазу.
Вернуться к содержанию ↑
3. Дифференциальное сравнение
Дифференциальное сравнение является одним из наиболее чувствительных и эффективных методов обеспечения защиты от сбоев. Концепция дифференциального сравнения довольно проста, и ее лучше понять, обратившись к обмотке генератора, показанной на рисунке 4.
Рисунок 4 - Принцип дифференциального сравнения, применяемый к обмотке генератора
Поскольку обмотка электрически непрерывна, ток, входящий в один конец I 1, должен равняться току, выходящему из другого конца I 2. Для проверки неисправности защищенной обмотки можно использовать реле сравнения величин, описанное выше.
Когда возникает ошибка между двумя концами, два тока уже не равны. В качестве альтернативы можно было бы сформировать алгебраическую сумму двух токов, входящих в защищенную обмотку, то есть (I 1 - I 2), и использовать реле детектора уровня для обнаружения наличия неисправности.
В любом случае защита называется дифференциальной защитой. В принципе, принцип дифференциальной защиты способен обнаруживать очень малые величины токов повреждения. Его единственным недостатком является то, что он требует токов от концов зоны защиты, что ограничивает его применение в силовых устройствах, таких как трансформаторы, генераторы, двигатели, шины, конденсаторы и реакторы.
Вернуться к содержанию ↑
4. Сравнение углов фаз
Этот тип реле сравнивает относительный фазовый угол между двумя величинами переменного тока. Сравнение фазового угла обычно используется для определения направления тока относительно эталонного количества.
Например, нормальный поток мощности в данном направлении приведет к тому, что фазовый угол между напряжением и током будет меняться вокруг угла его коэффициента мощности, скажем, примерно на ± 30 °. Когда мощность течет в противоположном направлении, этот угол станет (180 ° ± 30 °).
Аналогично, для отказа в прямом или обратном направлении фазовый угол тока по отношению к напряжению будет равен -φ и (180◦ - φ), соответственно, где φ, полный импеданс схемы неисправности, близок до 90 ° для сетей передачи электроэнергии.
Эти отношения объясняются для двух линий передачи на рисунке 5.
Рисунок 5 - Сравнение фазового угла для отказа на линии передачи
Это различие в фазовых соотношениях, создаваемых неисправностью, используется путем создания реле, которые реагируют на разности фазовых углов между двумя входными величинами, такими как напряжение сбоя и ток повреждения в данном примере.
Вернуться к содержанию ↑
5. Измерение расстояния
Как обсуждалось выше, наиболее положительный и надежный тип защиты сравнивает ток, входящий в схему, при выходе из него. На линиях и фидерах передачи длина, напряжение и конфигурация линии могут сделать этот принцип неэкономичным.
Вместо сравнения локального тока линии с током дальнего конца, реле сравнивает локальный ток с локальным напряжением. Это, по сути, является измерением импеданса линии, как видно из релейного терминала.
Реле полного сопротивления полагаются на то, что длина линии (т. Е. Ее расстояние) для заданного диаметра и расстояния между проводниками определяет его полное сопротивление.
Вернуться к содержанию ↑
6. Пилотная ретрансляция
Некоторые принципы ретрансляции основаны на информации, полученной реле от удаленного места. Информация обычно - хотя и не всегда - в виде статуса контакта (открытая или закрытая). Информация передается по каналу связи с использованием несущей линии электропередачи, микроволновой или телефонной схемы.
Вернуться к содержанию ↑
7. Содержание гармоник
Токи и напряжения в энергосистеме обычно имеют синусоидальную форму сигнала основной частоты энергосистемы. Однако существуют отклонения от чистой синусоиды, такие как напряжения и токи третьей гармоники, создаваемые генераторами, которые присутствуют при нормальной работе системы.
Другие гармоники возникают во время ненормальных системных условий, таких как нечетные гармоники, связанные с насыщением трансформатора, или переходные компоненты, вызванные подачей напряжения на трансформаторы.
Эти аномальные условия могут быть обнаружены путем определения гармонического содержания через фильтры в электромеханических или твердотельных реле или путем вычисления в цифровых реле. Как только будет определено, что существует ненормальное условие, может быть принято решение о необходимости какого-либо контроля.
Вернуться к содержанию ↑
8. Частотное зондирование
Нормальная работа системы электропитания составляет 50 или 60 Гц, в зависимости от страны. Любое отклонение от этих значений указывает на то, что проблема существует или неминуема. Частоту можно измерить по схемам фильтра, путем подсчета нулевого пересечения осциллограмм за единицу времени или с помощью специальных методов дискретизации и цифровой компьютерной техники.
Частотно-чувствительные реле могут использоваться для принятия корректирующих действий, которые возвращают системную частоту в нормальное состояние.
Различные входные величины, описанные выше, на которых основано обнаружение ошибок, могут использоваться как по отдельности, так и в любой комбинации для расчета мощности, коэффициента мощности, направленности, импеданса и т. Д. И, в свою очередь, могут использоваться в качестве количества реле. Некоторые реле также предназначены для реагирования на механические устройства, такие как датчики уровня жидкости, датчики давления или температуры и т. Д.
Реле могут быть выполнены из электромеханических элементов, таких как соленоиды, шарнирные арматуры, индукционные диски, твердотельные элементы, такие как диоды, выпрямители с кремнием (SCR), транзисторы или магнитные или операционные усилители или цифровые компьютеры с использованием аналого-цифровых преобразователей и микропроцессоров.
Будет видно, что, поскольку электромеханические реле были разработаны на ранней стадии разработки систем защиты, описание всех релейных характеристик часто происходит с точки зрения электромеханических реле. Конструкция реле по своей сути не меняет концепцию защиты, хотя есть преимущества и недостатки, связанные с каждым типом.
Вернуться к содержанию ↑
Ссылка // Реле энергосистемы Стэнли Х. Горовиц - Пенсионерский инженер-консультант Американской электроэнергетики) и Арун Г. Фадке - Профессор-исследователь, заслуженный профессор (Покупка печатной копии из Амазонки)