Схемы релейной защиты и управления
В этой технической статье описывается схематическое представление AC / DC систем защиты и управления, используемых в электрических сетях. Это включает в себя схемы переменного тока и схемы постоянного тока и диаграммы, которые заметно ретранслируют.
Рекомендации по чтению для схем переменного и постоянного тока в защите и контроле (на фото: защитная панель 110 кВ, кредит: eon-distribuce.cz)
Существуют и другие не менее важные типы чертежей, которые не являются предметом этой статьи, включая логические схемы, таблицы данных и однострочные диаграммы, схемы соединений, схемы передачи данных, а также те однолинейные диаграммы, которые существенно не решают проблему ретрансляции.
Содержание:
- AC Schematics
- Инструментальные трансформаторы
- Трансформаторы напряжения (VT) или трансформаторы потенциала (PT)
- Трансформаторы тока (CT)
- Защитные реле
- Функции замера
- Инструментальные трансформаторы
- Схемы DC
-
- Общие практики
- Уникальные стандарты
- Схемы постоянного тока и микропроцессорное реле
- Схемы DC и IEC 61850 Station Bus
-
1. AC Schematics
Схемы AC, которые также называются «Элементарные диаграммы переменного тока» или «Трехлинейные диаграммы», будут отображать все три фазы первичной системы индивидуально.
Примеры этого можно увидеть на рисунках 1, 2 и 3. Как и в случае с одной строкой, будет показано местоположение всего значительного оборудования. Втулки обозначены на выключателях и силовых трансформаторах.
Чертеж также будет включать в себя оборудование с непрерывными температурными характеристиками, автоматические выключатели в амперах, трансформаторы в МВА. Пример этой информации об трансформаторе можно увидеть на рисунке 2.
Также будут показаны подробные соединения со всем оборудованием, использующим входы переменного тока. Эти подробные соединения часто включают номера терминалов. Приведенные примеры не включают все номера терминалов для удобства чтения.
Пример A - схема переменного тока
Рисунок 1 - Пример A схемы переменного тока (щелкните, чтобы развернуть)
Пример B - схема переменного тока
Рисунок 2 - Пример B схемы переменного тока (щелкните, чтобы развернуть)
Пример B - продолжение схемы переменного тока
Рисунок 3 - Продолжение примера B схемы AC (щелкните, чтобы развернуть)
Вернуться к содержанию ↑
1. Трансформаторы приборов
Трансформаторы напряжения (VT) или трансформаторы потенциала (PT)
Схема AC показывает точку в системе высокого напряжения, в которой каждый VT присоединен, и предоставляет как первичные, так и вторичные детали соединения для каждой из фаз.
Детали обычно включают отношения обмотки, количество первичных и вторичных кранов, метки полярности, номинальные номинальные напряжения и конфигурацию намотки (например, треугольник, заземленный зелёный). Если используются вторичные предохранители, их местоположение и размер также будут показаны.
Также общепринятой практикой является включение вторичных имен проводов, например, P1, P2, P3 и P0 для трех вторичных напряжений и нейтрали заземленного источника света, как показано на рисунке 1. Это может использоваться как источник для обеспечения защитной ретрансляции и измерительное оборудование.
Вернуться к содержанию ↑
Трансформаторы тока (CT)
Трансформаторы с многоточечным током обычно используются для защитных реле. Расположение CT, полное и подключенное соотношение, полярность и конфигурация намотки (например, дельта или уай) будут указаны на чертеже.
Номинальный вторичный номинальный ток (обычно либо 1A или 5A) также будет отображаться вместе со вторичными именами проводов, например C1, C2, C3 и C0 для набора CT, подключенных в конфигурации wye на рисунке 1.
Вернуться к содержанию ↑
2. Защитные реле
Защитные реле, которые применяются для мониторинга изменений в системе переменного тока, будут показаны на схеме переменного тока, подключенной к вторичным выходам трансформатора тока и напряжения. Диаграммы должны содержать подробную информацию о соединении, которая следует за рекомендациями производителя для обеспечения правильной работы.
Если цепь защищена несколькими однофункциональными устройствами (как правило, это электромеханические реле), важно показать соединения по току и напряжению с каждым из элементов, составляющих эти реле.
Это соединение с отдельными токовыми элементами можно увидеть на рисунке 3 между катушками 50 / 51TBU и 51 / 87TP в элементах переменного тока переменного тока. Эта деталь должна включать номера терминалов, знаки полярности и любую другую важную информацию, относящуюся к входам переменного тока. Это обеспечит ценную информацию о входных величинах, специально используемых элементами реле, а также информацию о направленной чувствительности (если применимо).
Когда используются микропроцессорные реле, внутренние параметры программы ретрансляции будут определять, как будут измеряться величины вторичных входных сигналов, а также чувствительность к направленности конкретных элементов. На этом чертеже потребуется дополнительная информация, если необходимо подробно описать точные функции, которые используются.
Еще одна важная функция схемы переменного тока - показать, как цепи переменного тока и напряжения могут быть изолированы для тестирования. Подробная информация о проводке и работе этих тестовых переключателей приведена в этих схемах, и пример можно увидеть в левом нижнем углу на рисунке 1.
Здесь текущий тестовый коммутатор 6 TC четко показывает номер конечной точки и то, что каждый тестовый коммутатор выполняет при работе. Например, тестовый переключатель 1-2 при открытии будет замыкать цепь от точки 2 до точки 4.
Этот уровень детализации необходим, чтобы гарантировать, что тестирование может быть сделано легко и избежать ошибок при тестировании.
Вернуться к содержанию ↑
3. Функции замера
Информация об замерах, обычно требуемая для служебных операций, может включать в себя напряжение, ток, мощность (как Watts, так и Vars), а также другие значения. Существующие микропроцессорные реле часто способны обеспечить эту информацию с приемлемой точностью.
Дискретные измерительные устройства, в том числе панельные счетчики и преобразователи, часто больше не требуются.
Если функции измерения должны быть включены в микропроцессорное реле, эти функции могут быть указаны на схематическом чертеже AC или даже на одной линейной диаграмме. Это одно место, где можно увидеть влияние микропроцессорных реле на схематическое представление.
С использованием этих реле для выполнения функций измерения больше не требуется тщательно детализировать все преобразователи, необходимые для выполнения тех же функций.
Вернуться к содержанию ↑
2. Схемы постоянного тока
Схемы постоянного тока, часто называемые элементарными электрическими схемами, представляют собой конкретные схемы, изображающие систему постоянного тока, и обычно показывают функции защиты и управления оборудованием на подстанции. Следует отметить, что иногда функции управления подаются переменным током и включены в элементарную диаграмму (см. Рис. 6 и 8).
Одним из примеров схемы постоянного тока является схема управления выключателем, которая показывает отключение и закрытие автоматического выключателя от элементов управления или защитных устройств, а также от сигналов тревоги для автоматического выключателя.
Примеры типичных элементарных диаграмм показаны на рисунках 4, 5, 6, 7 и 8.
Электрические электрические сети использовали элементарные электрические схемы, чтобы показать их проекты в течение многих лет. По мере роста опыта использования этих чертежей возникли общие для всей отрасли практики, и в то же время коммунальные предприятия разработали множество стандартов, касающихся деталей элементарной электрической схемы, которая наилучшим образом подходит для них.
Рисунок 4 - Пример A: Схема DC реле рабочего коммутатора на рисунке 5 (щелкните, чтобы развернуть)
Поскольку детали в этих стандартах часто немного отличаются, но от утилиты полезны, важно понимать стандарты при просмотре этих типов чертежей.
Поскольку коммунальные предприятия пережили некоторые корпоративные изменения на протяжении многих лет, такие как слияние различных компаний, выбор общего стандарта часто может быть сложным процессом.
Вернуться к содержанию ↑
Общие практики
Существует ряд общих практик, которые рассматриваются в схемах DC. Если это требует сложность системы, устройства, управляющие оборудованием, как и два реле, показанные на рисунке 4, могут отображаться на одном чертеже.
Управляемое оборудование будет отображаться на другом чертеже, таком как переключатель на рисунке 5 ниже.
Рисунок 5 - Пример A - Схема DC коммутатора, управляемая реле на рисунке 4 (щелкните, чтобы развернуть)
Схема постоянного тока обычно показана с положительной шиной ближе к верхней части страницы, а отрицательная шина ближе к нижней. Общая схема этих чертежей состоит в том, что источник постоянного тока обычно показан на левом конце чертежа, а инициирующие контакты показаны над рабочими элементами.
Например, на рисунке 5, когда контакты, помеченные как 51 / 87TP, закрываются, а контакты 89 / a закрыты, положительный постоянный ток вверху подключается «вниз» к катушке отключения (TC), и переключатель работает.
Есть также функциональное сходство с схемами переменного тока. Подобно схемам переменного тока, схемы постоянного тока будут включать в себя оценку для элементов схемы, таких как предохранители, нагреватели и резисторы.
Например, на рисунке 6 мы видим, что FU-1 рассчитан на 20А, что HTR2 рассчитан на 300 Вт при 240 В и что при подключении к 250 В постоянного тока требуется резистор 7500 Ом.
И точно так же, как схема AC, расположение тестовых переключателей подробно показано, поэтому выходы и входы могут быть изолированы для тестирования.
См. Рис. 5 и контрольные переключатели для выходов реле 87TP и 50 / 51TBU.
Рисунок 6 - Пример B схемы DC (щелкните, чтобы развернуть)
На рисунке 6 приведены примеры перехода, которые делают схемы между функциональным дизайном и физическим дизайном. Рядом с центром цифры находится номер 13 чуть выше текста «79» NLR21U ».
Обратите внимание, что 13 повторяется справа рядом с контактом с маркировкой R2 и слева рядом с контактом, обозначенным C1. Повторение 13 не требуется на этой схеме, чтобы сообщить, что все эти точки электрически одинаковы, этот факт можно легко увидеть на чертеже.
Однако 13 также используется в физическом дизайне, показанном на монтажных схемах.
Клеммные блоки будут отмечены этим номером, и в этом приложении это указывает на то, что все точки электрически одинаковы и могут быть идентифицированы теми же 13 на этой схеме.
Вернуться к содержанию ↑
Уникальные стандарты
На рисунке 6 приведены примеры стандартов, которые были разработаны в отношении деталей конструкции. Например, черные треугольники и бриллианты по всему чертежу имеют специфические значения относительно расположения проводов.
Они символизируют переходы из одного места в другое. Следует проявлять осторожность, чтобы оценить разницу между символом черного треугольника, используемым для обозначения переходов, и символом черного треугольника, который используется в правом нижнем углу, чтобы указать диод.
Другие примеры из рис. 6 уникальных стандартов включают использование символа ~ для ом и использование круга с линией, проходящей через него для конечных точек. Хотя эти символы могут быть объяснены в ключе где-то на чертеже, это не всегда так.
Вернуться к содержанию ↑
Схемы постоянного тока и микропроцессорное реле
Сегодня возникает новая проблема, поскольку утилиты перешли от своих традиционных конструкций с использованием электромеханических реле к проектам с использованием микропроцессорных реле и передовых систем связи.
Основой проблемы является то, что конструкция системы защиты перешла от аппаратной системы к программной системе с небольшим опытом в лучших методах документирования этих проектов.
Документация логики в микропроцессорных реле добавляет один уровень проблем и появление схем, которые используют реле для ретрансляции коммуникационных соединений и протоколов, таких как IEC 61850, добавляют еще один уровень проблем.
Как и в случае с традиционными проектами, утилиты будут продолжать документировать аппаратное соединение на элементарной электрической схеме. Поскольку микропроцессорные реле являются настолько мощными и гибкими, новый акцент поднимается, чтобы показать не только то, что представляет собой дизайн защиты, но и то, чем он не является.
Другими словами, документация должна обеспечивать доступность ресурсов ИЭУ, если проект когда-либо меняется, и необходимы новые ресурсы (входы и выходы IED).
Релейный ввод-вывод
Одна полезная таблица, обычно включаемая в схему DC или одну линию, представляет собой таблицу входов и выходов на микропроцессорном реле, указывающую, какие из них были использованы (помечены соответствующей функцией) и которые были доступны. Эта таблица удобна в привязке требуемой функциональности настроек и логики к физической проводке и настройкам реле.
Эта таблица показана справа на рисунке 7. Другой подход, показанный на рисунке 8, - показать все доступные входы и выходы реле в графической форме на одном чертеже.
Рисунок 7 - Пример C схемы DC (нажмите, чтобы развернуть)
Соединения, показывающие выходные и входные контакты, будут показаны на принципиальных схемах, но проблема остается в том, как документировать, что происходит в процессе программирования. Будет представлено несколько альтернатив, которые работали для других утилит.
Один из этих альтернатив может показаться лучшим выбором или комбинация подходов может работать. Также отмечается, что эти альтернативы не являются всеобъемлющими, и может быть разработана более совершенная идея. Альтернативы, которые будут кратко рассмотрены, включают документацию по аппаратным средствам, программное обеспечение, показанное как часть традиционной элементарной диаграммы, и показывающие логическую схему элементарного.
Первый подход - документировать только аппаратное обеспечение, подключенное к реле. В дополнение к отображению конкретных контактов, которые используются в конструкции, могут использоваться ярлыки, которые могут содержать мелкие детали касания контакта, такие как «51» для контакта реле максимальной токовой защиты.
Основной проблемой при таком подходе является отсутствие достаточной информации относительно дизайна. Для простых конструкций ярлык контакта может быть достаточно, но если этот подход выбран для сложных конструкций, тогда потребуется дополнительная документация.
Один из вариантов заключается в том, чтобы включить дополнительную информацию о листе настройки реле или какой-либо другой документации, которая идет с реле.
Рисунок 8 - Пример D схемы DC (щелкните, чтобы развернуть)
Дополнительный документ может содержать словесное описание логики реле, которое позволяет понять, когда будет работать контакт. Логические диаграммы также могут использоваться в качестве дополнительной документации, чтобы показать, как разрабатывается проект.
Одним из преимуществ такого подхода является то, что простейшая схема проводки проста для тех, кто не требует деталей. Для тех, кто нуждается в деталях, они могут получить его из дополнительной документации.
Другим преимуществом такого подхода является улучшение гибкости для большинства организаций. Изменения элементарных электрических схем часто требуют процесса получения разрешений, которые часто мешают вносить изменения.
Одним из преимуществ использования микропроцессорных реле является легкость в изменении дизайна, если могут быть сделаны улучшения. Если никаких изменений в проводке не производится, использование дополнительной документации или установочных листов для документирования изменений часто менее напряжено, чем изменение элементарных электрических схем.
Второй вариант - показать детали логики в виде элементарной электрической схемы. Таким образом, аналогично схеме подключения, если логика использует функцию «ИЛИ», переменные отображаются параллельно. Если используется функция «И», то переменные показаны последовательно.
Трудность в этой альтернативе заключается в различии между аппаратными соединениями, которые имеют физические контакты, и логикой, которая отображает логические выходы в качестве контактов. Поэтому может быть полезно использовать разные цвета или типы линий для логики программного обеспечения.
Еще одна альтернатива - использовать логические схемы на элементарной электрической схеме. Логические диаграммы - это графический дисплей, который показывает, что происходит в логике реле или системы связи.
Вернуться к содержанию ↑
Схемы DC и IEC 61850 Station Bus
Ранние применения ретрансляционных протоколов предоставили инженерам базовые инструменты для автоматизации подстанций, но они часто были ограничены по функциональности. Некоторые из них являются проприетарными, и по этой причине следует обратиться к руководству по изготовлению производителя поставщика для схемного представления.
IEC 61850 отличается от других стандартов / протоколов, поскольку он содержит несколько стандартов, описывающих взаимодействие клиент / сервер и одноранговую связь, проектирование и настройку подстанции, а также тестирование.
МЭК 61850 обеспечивает метод взаимодействия между ретрансляторами между ИЭУ от разных производителей. Благодаря открытой архитектуре он свободно поддерживает распределение функций устройства C37.2.
Уникальность заключается в том, что станционная шина, описанная в МЭК 61850, работает в цифровой форме над защищенной сетью на основе Ethernet, передавая сообщения защитного реле, называемые событиями общей подстанции (GSE) или событиями общей объектно-ориентированной подстанции (GOOSE) между реле (и другими IED) на этом сеть.
Из-за этой функции он устраняет большинство специализированных проводки управления, которые обычно подключаются от реле к реле (т. Е. Контакт выхода отключения от одного реле к входной катушке другого реле).
Благодаря этой цифровой связи между реле типичная принципиальная схема DC не является адекватным методом описания системы.
Поэтому сообщения IEC 61850 GOOSE (сигналы) лучше всего представлены в виде « точка-точка» или формат электронных таблиц (например, дифференциальное реле шины будет подписываться на все соответствующие реле защиты фидера на этой шине, или группа реле main-tie-main будет подписаться друг на друга, чтобы выполнить блокировку выключателя).
Этот список «точка-точка» (издатель / подписчик) не поддерживается компьютером в сети Ethernet, но вместо этого защитный ретранслятор использует программный инструмент System Configurator для программирования каждого IED для подписки друг на друга в зависимости от схемы защиты.
Одно ИОС может одновременно передавать одно и то же защитное сообщение нескольким другим СВУ. IED-модули, запрограммированные для связи друг с другом, будут управлять сообщениями, которые они запрограммировали для приема и передачи.
Вернуться к содержанию ↑
Ссылка // Схематическое изображение ретрансляции энергосистемы энергосистемой Релейный комитет IEEE Power Engineering Society