Защита линии электропередачи
Как вы уже знаете, реальной целью защиты линии электропередачи является обнаружение неисправностей или ненормальных условий эксплуатации и инициирование корректирующих действий. Защитные реле должны иметь возможность оценивать множество параметров для выбора и устанавливать правильные корректирующие действия.
Что действительно важно для ретрансляции защиты линии передачи?
Очевидно, что реле не может предотвратить ошибку. Его основная цель - обнаружить неисправность и предпринять необходимые действия для минимизации ущерба для оборудования или системы.
Наиболее распространенными параметрами, которые отражают наличие неисправности, являются напряжения и токи на клеммах защищаемого устройства или на соответствующих границах зоны.
Основная проблема защиты энергосистемы заключается в определении величин, которые могут различать нормальные и аномальные условия.
Эта проблема усугубляется тем фактом, что «нормальный» в настоящем смысле означает вне зоны защиты. Этот аспект, который имеет большое значение при разработке безопасной системы ретрансляции, доминирует над дизайном всех систем защиты.
Природа ретрансляции
Скажем, слово о наиболее важных соображениях для защиты линии передачи:
-
- надежность
- Зоны защиты
- Скорость ретрансляции
- Первичная и резервная защита
- Удаленная резервная защита
- Локальная защита от копирования
- Локальное резервирование подстанции
- Локальное резервирование цепи
- (Автоматическое) повторное включение
Как это работает | AR-последовательности
- Конфигурация системы
1. Надежность
Надежность, на языке защиты системы, имеет специальные определения, которые отличаются от обычного планирования или использования. Реле может ошибочно работать двумя способами: он может не работать, когда это требуется, или может работать, когда это не требуется или желательно для этого.
Чтобы охватить обе ситуации, в определении надежности есть два компонента:
- Надежность - это означает, что реле будет правильно реагировать на все неисправности, для которых он спроектирован и применен для работы.
- Безопасность - это мера, что реле не будет работать неправильно при любой ошибке.
Большинство реле и схемы ретрансляции спроектированы так, чтобы быть надежными, поскольку сама система достаточно устойчива, чтобы противостоять некорректному отключению (потерям безопасности), тогда как отказ от поездки (потеря надежности) может быть катастрофическим с точки зрения производительности системы.
Вернуться к содержанию ↑
2. Зоны защиты
Свойство безопасности определяется в терминах областей энергосистемы, называемых зонами защиты, для которых отвечает данное реле или защитная система. Реле будет считаться безопасным, если оно реагирует только на неисправности в пределах своей зоны защиты.
На рисунке 1 показаны типичные зоны защиты с линиями передачи, шинами и трансформаторами, каждый из которых находится в своей собственной зоне. Также показаны «закрытые зоны», в которых контролируются все силовые устройства, входящие в зону, и зоны «открытые», предел которых зависит от тока повреждения.
Закрытые зоны также называются «дифференциальными», «единичными» или «абсолютно избирательными», а открытые зоны «не единичны», «неограничены», «или» относительно выборочны. «»
Рисунок 1 - Закрытые и открытые зоны защиты
Зона защиты ограничена трансформаторами тока (КТ), которые обеспечивают вход для реле. В то время как КТ обеспечивает возможность обнаружения неисправности в своей зоне, автоматический выключатель (СВ) обеспечивает возможность изолировать неисправность, отключая все силовое оборудование внутри своей зоны.
Когда КТ является частью ЦБ, он становится естественной границей зоны.
Когда КТ не является неотъемлемой частью СВ, особое внимание должно быть уделено логике обнаружения неисправностей и сбоя. КТ по-прежнему определяют зону защиты, но канал связи должен использоваться для реализации функции отключения.
Защита энергетических систем (VT's VT)
Вернуться к содержанию ↑
3. Скорость ретрансляции
Разумеется, желательно как можно быстрее устранить неисправность в энергосистеме. Однако реле должно принять свое решение на основе сигналов напряжения и тока, которые сильно искажены из-за переходных явлений, которые следуют за возникновением ошибки.
Реле должно отделить значимую и значимую информацию, содержащуюся в этих формах сигналов, на которых должно быть основано безопасное ретрансляционное решение. Эти соображения требуют, чтобы реле принимало определенное количество времени, чтобы прийти к решению с необходимой степенью уверенности.
Связь между временем срабатывания реле и его степенью определенности является обратной и является одним из самых основных свойств всех систем защиты.
Хотя время работы реле часто колеблется между широкими пределами, реле обычно классифицируются по их скорости работы следующим образом:
- Мгновенно - эти реле работают, как только будет принято безопасное решение. Для замедления реакции реле не предусмотрена преднамеренная временная задержка.
- Временная задержка. Предустановленная временная задержка вставлена между временем принятия решения реле и началом действия отключения.
- High-speed - реле, которое работает менее чем за определенное время. Указанное время в настоящее время составляет 50 миллисекунд (3 цикла по системе 60 Гц).
- Сверхвысокая скорость - этот термин не включен в стандарты реле, но обычно считается, что он работает через 4 миллисекунды или меньше.
Вернуться к содержанию ↑
4. Первичная и резервная защита
Основная система защиты для данной зоны защиты называется первичной защитной системой. Он работает в максимально сжатые сроки и удаляет из службы наименьшее количество оборудования.
В системах с большим напряжением (EHV), т.е. 345 кВ и выше, обычно используют дублирующие системы первичной защиты, если компонент в одной первичной цепи защиты не работает. Поэтому это дублирование предназначено для покрытия отказа самих реле. Можно использовать реле от другого производителя или реле, основанные на другом принципе работы, чтобы избежать сбоев синфазного режима.
Время работы и логика отключения как первичной, так и дублирующей систем одинаковы.
Не всегда целесообразно дублировать каждый элемент цепи защиты. В системах с высоким напряжением (HV) и EHV затраты на преобразователи и автоматические выключатели очень дороги, а стоимость дублирующего оборудования не может быть оправдана.
В системах с более низким напряжением даже сами реле не могут быть дублированы. В таких ситуациях будет использоваться резервный набор реле. Резервные реле медленнее, чем первичные реле, и могут удалить больше элементов системы, чем необходимо для устранения неисправности.
Вернуться к содержанию ↑
4.1 Защита удаленного резервного копирования
Эти реле расположены в отдельном месте и полностью независимы от реле, преобразователей, батарей и автоматических выключателей, которые они резервируют. Нет общих сбоев, которые могут повлиять на оба набора реле.
ЗАМЕТКА! Однако сложные конфигурации системы могут существенно повлиять на способность удаленного реле «видеть» все ошибки, для которых требуется резервное копирование. Кроме того, удаленное резервное копирование может удалить больше источников системы, чем может быть разрешено.
На рисунке 2 показана однолинейная диаграмма для сети с удаленной защитой резервного копирования.
Рисунок 2 - Защита удаленного резервного копирования
Здесь возникает ошибка шунта при F на линии электропередачи до C, а защита линии 2 на подстанции B не работает. Защита линий 5, 7 и 8 должна обнаруживать ошибку шунта в точке F. Они также должны отключить выключатели на A, D и E.
Дистанционная защита и защита от перегрузки по току обеспечивают защиту удаленного резервного копирования во многих сетях.
Вернуться к содержанию ↑
4.2 Локальная защита от копирования
Эти реле не страдают от тех же трудностей, что и удаленное резервное копирование, но они установлены на одной и той же подстанции и используют некоторые из тех же элементов, что и первичная защита. Затем они могут не работать по тем же причинам, что и первичная защита.
Предоставляя резервную защиту, можно снизить риск возникновения проблем, когда не работает реле защиты или коммутационное устройство. Основная защита и резервная защита могут находиться на разных подстанциях, удаленной резервной копии или на одной и той же подстанции, локальной резервной копии.
В случае локальной резервной копии существует различие между локальной резервной копией подстанции и локальной резервной копией схемы. Локальная защита от замыкания на цепи определяет тот же ток и напряжение, что и основная защита. В локальной резервной защите подстанции используется другой трансформатор тока, чем основная защита.
Вернуться к содержанию ↑
4.2.1 Локальная защита от резервного копирования подстанции
Рисунок 3 иллюстрирует концепцию локальной резервной защиты подстанции. Высоковольтный трансформатор Т подает сборную шину А в неэффективно заземленной радиальной сети без каких-либо других источников.
Предполагается, что короткое замыкание происходит на F на фидере до D и что защита P4 фидера не работает. Предполагается также, что защита Р1 трансформатора может обнаруживать короткое замыкание вдоль любого фидера, подключенного к шине А.
Защита трансформатора P1 в точке A обеспечивает локальную резервную защиту подстанций фидеров до B, C и D.
Локальная резервная защита подстанции становится затруднительной, если один фидер, подключенный к сборной шине А, очень длинный или если трансформатор Т имеет высокую номинальную емкость.
Рисунок 3 - Локальная резервная защита подстанции
Вернуться к содержанию ↑
4.2.2 Защита локальной резервной системы
Удаленная резервная копия не всегда может обнаружить все сбои на соседних линиях электропередачи. Одним из примеров является сетчатая сеть HV, как показано на рисунке 2 выше.
Предполагается, что при F на линии электропередачи между B и C возникает шунтирующий отказ и что защита линии 2 на подстанции B не работает. Защита линий 5, 7 и 8 должна обнаруживать шунтирующий отказ. Промежуточная подача в точке B увеличит сопротивление, наблюдаемое дистанционной защитой на A, D и E. Это расширение может помешать использованию удаленной резервной защиты.
Описанная выше ситуация может потребовать использования локальной резервной защиты схемы. Предполагается, что основная защита Р1 на фиг. 4 содержит дистанционную защиту. Он имеет три зоны, и он использует телекоммуникации.
Локальная резервная защита P2 цепи содержит одно реле с малой токовой задержкой и одно реле с задержкой до полного сопротивления. Ненаправленное реле максимального тока обнаруживает короткое замыкание вблизи подстанции.
Реле полного сопротивления должно обнаруживать короткое замыкание вдоль всей линии.
Рисунок 4 - Защита локальной резервной сети
Вернуться к содержанию ↑
5. Повторное включение
Автоматическое повторное включение (AR) не требует ручного вмешательства, но, вероятно, требует специальной блокировки, такой как проверка полной или контрольной синхронизации, напряжения или коммутационного устройства или другие ограничения безопасности или работы.
Автоматическое повторное включение (AR) может быть высокоскоростной или отложенной.
Высокоскоростное повторное включение (HSR) позволяет достаточно времени, чтобы продукты дуги неисправности рассеивались, как правило, 15-40 циклов на базе 60 Гц, тогда как время задержки повторного включения имеет определенное время координации, обычно 1 и более секунд. HSR имеет возможность повреждения вращающего момента вала генератора и должен быть тщательно исследован перед его применением.
В США распространена практика отключения всех трех фаз для всех неисправностей, а затем повторного включения трех фаз одновременно. В Европе, однако, для однократных замыканий на землю, не редкость отключать только неисправную фазу, а затем снова забирать эту фазу.
Эта практика имеет некоторые применения в США, но только в редких ситуациях. Когда одна фаза трехфазной системы открывается в ответ на однофазную ошибку, напряжение и ток в двух здоровых фазах имеют тенденцию поддерживать дугу повреждения после того, как поврежденная фаза обесточена.
В зависимости от длины линии, тока нагрузки и рабочего напряжения могут потребоваться компенсирующие реакторы для тушения этой «вторичной дуги».
Вернуться к содержанию ↑
Как это работает | AR-последовательности
После возникновения неисправности автоматический выключатель будет отключен защитными функциями защищенного фидера с последующим автоматическим повторным включением или AR-кадром, что является функцией, при которой автоматический выключатель автоматически закрывается после заданной временной задержки.
Целью этого действия является возвращение статуса защищенного фидера автоматически и в минимальное время до его предварительного отказа, нормального рабочего состояния.
Если после закрытия выключателя неисправность исчезла, AR-выстрел был успешным и цель была достигнута, см. Рисунок 5.
Рисунок 5 - Типичные события двухкратной AR-последовательности, сверху: первый AR-выстрел успешно, середина:
2-й AR-выстрел успешно, внизу: оба AR-кадра не работают, «I» = CB закрыт, «O» = CB
открытый
Но если неисправность по-прежнему сохраняется, автоматический выключатель снова отключится, и будет сделан новый AR-кадр, а также рисунок 5. Операция продолжается так, как только будет выполнено предопределенное количество AR-снимков.
Если неисправность в конечном итоге является постоянной, и все разрешенные AR-выстрелы были выполнены, автоматический выключатель будет отключен в последний раз, заканчивая автоматическое повторное включение или AR-последовательность, как показано на рисунке 5.
Выполнение AR-последовательности обычно контролируется отдельным счетчиком отключения или функцией указателя выстрела. Перед началом первого выстрела указатель выстрела имеет значение 1.
После завершения каждого снимка указатель выстрела устанавливается на такое значение, что инициирование только что сделанного снимка и снимки, порядковый номер которых ниже, чем у текущего, невозможно.
Вернуться к содержанию ↑
6. Конфигурация системы
Хотя основы защиты линии передачи применяются практически во всех конфигурациях системы, существуют различные приложения, которые в большей или меньшей степени зависят от конкретных ситуаций.
6.1 Рабочие напряжения
Линиями электропередач являются линии, работающие на 138 кВ и выше, линии передачи - от 34, 5 кВ до 138 кВ, а распределительные линии - менее 34, 5 кВ. Это не жесткие определения и используются только для того, чтобы в целом определить систему передачи и обозначить тип защиты, которая обычно предоставляется.
Ожидается, что системы с более высоким напряжением будут иметь более сложные, следовательно, более дорогие релейные системы. Это связано с тем, что более высокие напряжения имеют более дорогое оборудование, связанное с ними, и можно было бы ожидать, что этот класс напряжения более важен для безопасности энергосистемы.
Поэтому более высокие затраты на ретрансляцию более оправданы.
6.2 Длина линии
Длина линии напрямую влияет на тип защиты, применяемые реле и настройки. Полезно классифицировать длину строки как «короткую», «среднюю» или «длинную», поскольку это помогает установить общие ретрансляционные приложения, хотя определение «короткое», «среднее», 'и' 'long' 'не является точным.
Короткая линия - это линия, в которой отношение источника к импедансу линии (SIR) велико (> 4, например), SIR длинной линии составляет 0, 5 или менее, а SIR средней линии - от 4 до 0, 5.
Следует, однако, отметить, что импеданс линии на единицу больше зависит от номинального напряжения линии, чем от ее физической длины или импеданса. Таким образом, «короткая» линия на одном уровне напряжения может быть «средней» или «длинной» строкой в другой.
6.3 Многолинейные линии
Иногда линии передачи могут быть задействованы для обеспечения промежуточных соединений с дополнительными источниками без затрат на автоматический выключатель или другое коммутационное устройство.
Такая конфигурация известна как многотерминальная линия и, хотя она является недорогой мерой для укрепления энергосистемы, она представляет особые проблемы для инженера-защитника.
Трудность возникает из-за того, что реле получает свой вход от локальных преобразователей, то есть ток и напряжение в месте расположения реле.
Как показано на фиг. 6, текущий вклад в неисправность промежуточного источника не контролируется.
Общий ток замыкания представляет собой сумму локального тока плюс вклад промежуточного источника, а напряжение в месте расположения реле представляет собой сумму двух падений напряжения, одна из которых является продуктом неконтролируемого тока и связанного с ним импеданса линии,
Рисунок 6 - Влияние подачи на локальные реле
Вернуться к содержанию ↑
Рекомендации //
- Защита линии передачи от Стэнли Х. Горовица
- Практика защиты электропитания: резервная защита от ABB
- Практика защиты электросистем: автоматическое повторное включение ABB