Funkcia relé prenosu napájania: ochrana a riadenie mriežky

Kľúčové body

Relé prenosu energie sú tichí strážcovia elektrickej mriežky. Myslite na ne ako na nervový systém energetickej siete. Zostávajú neustále v strehu a môžu reagovať v mikrosekúnd.

Funkcia relé prenosu energie sústreďuje na detekciu problémov alebo poruchových podmienok na mriežke. Keď si všimnú problémy, rýchlo podniknú kroky. To takmer vždy znamená zakopávať istič na izoláciu chybnej sekcie.

Táto rýchla izolácia je rozhodujúca. Chráni drahé vybavenie v hodnote miliónov dolárov. To zahŕňa transformátory, generátory a prenosové vedenia. Rovnako dôležité je, že udržuje celkovú mriežku stabilnú. Bez relé by sa malé problémy mohli šíriť a spôsobiť obrovské výpadky.

Moderné relé robia viac ako len ochranu. Zvládajú tiež pokročilé riadiace úlohy. Podrobne sledujú systémy. Umožňujú automatizáciu mriežky, ktorá umožňuje dnešnú inteligentnú mriežku. Tieto inteligentné zariadenia sú neohrození hrdinovia. Zaisťujú, že energia spoľahlivo prúdi do našich domovov a podnikov.

Základný výkon prevádzky

V jeho jadre relé robí „rozhodnutie“ jednoduchým, ale neuveriteľne rýchlym procesom. Venuje, porovnáva a pracuje.

Po prvé, relé neustále kontroluje zdravie energetického systému. Sleduje kľúčové elektrické merania, ako je prúd, napätie, frekvencia a fázové uhly. Tieto informácie prichádzajú na relé prostredníctvom špeciálnych transformátorov prístrojov. Sú to prúdové transformátory (CTS) a transformátory napätia (VTS alebo PT). Zvyšujú vysoko - signály napätia na bezpečné úrovne.

Ďalej interná logika relé porovnáva tieto skutočné - časové merania proti predvoleným limitom. Toto kritické nastavenie sa nazýva hodnota „Pick - hore“. Pokiaľ všetko zostane v normálnych hraniciach, relé len monitoruje a čaká.

Ak dôjde k poruche, prúd môže klesnúť alebo napätie môže klesnúť. Keď nameraná hodnota prekročí Pick - UP prahová hodnota, relé prúdi do akcie. Jeho výstupný kontakt sa zatvára. Týmto sa dokončí nízko - napätie jednosmerného obvodu, ktorý napája cievku výletu ističa. Tento výkonný mechanizmus otvára istič, zastavuje poruchový prúd a izoluje problém. Celý proces sa koná za zlomok sekundy.

Technológia tohto princípu sa v priebehu rokov dramaticky zmenila. Presunula sa z mechanických systémov na výkonné mikroprocesory.

Primárna funkcia: Ochrana

Zatiaľ čo relé môžu robiť veľa vecí, viac ako 80% ich účelu sa zameriava na jednu kritickú úlohu: ochranu systému. Preto existujú. Cieľom je zistiť a vyčistiť chyby s dokonalou presnosťou, rýchlosťou a bezpečnosťou. To zaisťuje minimálne narušenie a maximálnu bezpečnosť.

Inžinieri na dosiahnutie tohto cieľa používajú rôzne schémy ochrany. Každá schéma chráni pred konkrétnymi typmi zlyhaní v konkrétnom zariadení. Moderné numerické relé zvládne mnohé z týchto funkcií naraz v jednom zariadení. To poskytuje vrstvenú a komplexnú ochranu. Preskúmajme najdôležitejšie ochranné funkcie.

Nadprúdová ochrana (50/51)

Toto je najzákladnejšia a najčastejšie používaná ochrana. Funguje to na jednoduchom nápade: Ak aktuálny presahuje nastavenú úroveň, vytiahnite istič. Táto funkcia používa štandardné čísla zariadení ANSI 50 a 51.

Okamžitý nadprúdový prvok (50) reaguje bez časového oneskorenia. Je nastavený vysoko na zachytenie iba závažných, vysokých -, ako sú priame skraty. Jeho úlohou je vyčistiť tieto nebezpečné udalosti čo najrýchlejšie.

Čas - nadprúd (51) pridáva úmyselné časové oneskorenie. Oneskorenie je zvyčajne inverzné. To znamená, že čím vyšší je prúd, tým rýchlejšie relé funguje. To umožňuje neškodné dočasné podmienky, ako je motor, ktorý sa začína stávať bez toho, aby spôsobil falošné výlety. Stále poskytuje spoľahlivú ochranu pre trvalé preťaženie a menšie chyby.

Tento typ ochrany je chrbtovou kosťou pre distribučné podávače. Slúži tiež ako základná ochrana zálohovania pre takmer všetky hlavné vybavenie. To zahŕňa prenosové vedenia a transformátory, keď primárna ochrana zlyhá.

Diferenciálna ochrana (87)

Pre hodnotu vysokej - je kritickým zariadením zlatý štandard. Táto schéma, ktorá sa nazýva ANSI 87, ponúka neprekonateľnú rýchlosť, citlivosť a selektivitu. Je to primárna metóda ochrany transformátorov, generátorov, prípojkov a motorov.

Princíp používa Kirchhoffov súčasný zákon. Súčet prúdov vstupujúcich do zóny sa musí rovnať súčtu, ktorá ju opúšťa. Relé používa CTS na meranie prúdu prúdiaceho do a von z chráneného zariadenia. Napríklad meria obe strany vinutia transformátora.

Algoritmus relé digitálne odpočíta tieto prúdy. Počas normálnej prevádzky alebo pre poruchy mimo chránenej zóny sa prúdy vyvážia. Diferenciálny prúd zostáva blízko nuly. Relé zostáva stabilné.

Ak sa však vo vnútri zariadenia vyskytne porucha, prúd prúdiaci v prúde sa rovná prúdu, ktorý vyteká von. To vytvára významný diferenciálny prúd. Relé funguje takmer okamžite, aby vyrazili prerušenie na všetkých stranách zariadenia. To ho úplne izoluje. Jeho selektivita zaisťuje, že nebude fungovať pre chyby mimo svojej zóny, čo bráni nesprávnemu cestám.

Ochrana vzdialenosti (21)

Ochrana vzdialenosti je pracovný koň na ochranu vysokých - prenosových vedení napätia. Jeho génius spočíva v určovaní nielen v tom, že sa stala chyba, ale kde sa nachádza pozdĺž línie.

Relé (ANSI 21) neustále počíta impedanciu prenosovej linky. Robí to meraním napätia a prúdu na svojom mieste (z=v/i). Počas normálnych podmienok je impedancia vysoká, nastavená zaťažením. Ak dôjde k poruche, napätie klesne a prúdí prúd. To spôsobuje, že meraná impedancia sa dramaticky klesá.

Je dôležité, že táto nameraná impedancia je priamo úmerná vzdialenosti od relé k poruche. Veľmi nízka impedancia znamená poruchu blízko rozvodne. Vyššia impedancia znamená poruchu ďalej po čiare.

Na použitie tohto princípu s rýchlosťou a koordináciou používa ochrana vzdialenosti viacero zón.

Zóna 1 pokrýva asi 80-90% dĺžky chránenej čiary. Ak vypočítaná impedancia poruchy spadá do tohto rozsahu, relé okamžite bez oneskorenia. Toto poskytuje rýchle vyčistenie pre väčšinu porúch na linke. Zóna je úmyselne nastavená na diaľkový koniec, aby sa predišlo prekročeniu v dôsledku chýb merania.

Zóna 2 pokrýva celú chránenú čiaru plus asi 50% z nasledujúcej najkratšej susednej línie. Pracuje s krátkym časovým oneskorením, napríklad 300-400 milisekúnd. Jeho hlavnou úlohou je ochrana posledných 10-20% domácej linky a zálohovanie ochrany na priľahlej linke.

Zóna 3 dosahuje ešte ďalej za zónou 2 a pracuje s ešte dlhším oneskorením. Poskytuje vzdialené zálohovanie pre chyby ďalej v systéme. To zaisťuje, že chyby sa odstránia, aj keď zlyhá viac ďalších zariadení.

Smerová ochrana (67)

Štandardná nadprúdová ochrana je „slepá“. Vidí iba aktuálnu veľkosť, nie smer. V jednoduchých radiálnych systémoch to funguje dobre. Ale v zložitých, vzájomne prepojených sieťach s paralelnými cestami môže táto slepota spôsobiť, že zdravé čiary sa budú vyvíjať nesprávne.

Smerová ochrana (ANSI 67) dodáva inteligenciu. Používa meranie napätia ako referenciu na určenie smeru prúdu v porovnaní s umiestnením relé. Relé je možné nastaviť tak, aby pracovalo iba pre „dopredu“ porúch (mimo zbernice rozvodne) a bloky pre „reverzné“ poruchy.

To je kritické v slučkových systémoch. Ak dôjde k poruche, prúd sa do nej napája z oboch smerov. Smerové relé zabezpečujú iba ističe na chybnom riadku otvorenom, aby sa problém izoloval. To ponecháva paralelné zdravé cesty v prevádzke a zabraňuje výpadkom kaskád.

Ďalšie kritické funkcie

Okrem týchto primárnych schém vykonáva relé mnoho ďalších životne dôležitých ochranných úloh.

V rámci ochrany proti napätiu (27/59) chráni vybavenie pred poškodením úrovne napätia. Môžu vzniknúť z rôznych podmienok systému a chránia izoláciu a citlivú elektroniku.

V rámci/nadmernej frekvenčnej ochrane (81) je rozhodujúca pre stabilitu mriežky. Ak hlavný generátor vychádza z offline, frekvencia systému klesne. Element 81 môže začať automatické schémy odkladania nákladu. To zámerne odpojí bloky zákazníkov na vyváženie tvorby a načítania, čím sa zabráni celkovému kolapsu mriežky.

Ochrana negatívnej sekvencie detekuje nevyvážené fázové podmienky. Tieto podmienky často pochádzajú z nevyvážených porúch alebo otvorených fáz. Vytvárajú škodlivé prúdy v rotujúcich strojoch, ako sú generátory a motory, čo spôsobuje rýchle prehrievanie. Táto funkcia chráni tieto drahé aktíva pred vážnym poškodením.

Anatómia chyby

Teória je jedna vec. Ďalšie je vidieť relé v akcii. Prejdeme skutočným scenárom sveta -, aby ste pochopili, že príslušná rýchlosť a presnosť.

Scéna: 230 kV prenosová linka pokrýva 50 míľ medzi dvoma rozvodmi. Zažije jednu - fázu - na - Zemnú poruchu z bleskového štrajku Mid - span. Tu je milisekund - podľa - MiliseCond rozpad z perspektívy systému.

t =0 MS: Lightning zasiahne jeden dirigent. Injektuje sa obrovské množstvo energie. Zlyhanie tisícov AMP začína tečúce z oboch koncov čiary smerom k umiestneniu poruchy. Napätie na chybnej fáze sa zrúti na takmer nulu.

T =2 MS: CTS a VTS v oboch rozvodní verne reprodukujú tieto abnormálne podmienky ako menšie merateľné signály. Vysoký prúd nasýti sekundárne obvody CT. VTS uvádza, že závažný pokles napätia.

T =5 MS: Numerické vzdialenosti (ANSI 21) na oboch koncoch prijímajú tieto údaje. Ich výkonní mikroprocesori vykonávajú komplexné algoritmy tisíckrát za sekundu. Okamžite vypočítajú impedanciu poruchy. Obe relé určujú, že impedancia je v ich okamžitom nastavení 1. To potvrdzuje závažnú poruchu vnútornej čiary.

T =10 MS: Interná logika relé 'potvrdzuje kritériá poruchy. Algoritmy potvrdzujú typ poruchy, umiestnenie a závažnosť. Rozhodnutie sa prijíma. Relé potvrdzujú svoje výstupy výletov a vysiela do cievok s obvodom istič napätie jednosmerného napätia.

T =12 MS: Signál Trip napája silné cievky výletov v rámci ističov napätia High - v oboch rozvodoch. Táto energia odhaľuje mechanický operačný mechanizmus ističa.

T =40-50 MS: Masívne kontakty ističov fyzicky oddelené. V rámci sa medzi nimi tvorí obrovský elektrický oblúk. Súčasne je výbuch vysokého - tlak SF6 nasmerovaný na oblúk a zhasne ho do niekoľkých milisekúnd. Tok poruchového prúdu je teraz úplne zastavený.

Príspevok - Analýza porúch: Čiara je úspešne izolovaná z mriežky za menej ako tri cykly vlny 60 Hz. Neskôr bude ochranný inžinier na diaľku prístup k relé z ich kancelárie. Stiahnú záznam o poruche, vysoký - súbor rozlíšenia ukazujúci presné napätie a aktuálne priebeh pred, počas a po poruche. Preskúmajú tiež postupnosť denníka udalostí. Toto poskytuje časový rekord v každej akcii, ktorú prijal štafety. Tieto údaje umožňujú inžiniera overiť, či systém ochrany správne funguje, analyzuje charakteristiky poruchy a zabezpečí, aby bola mriežka pripravená na obnovenie riadku.

Rozvíjanie sa automatizácie

Funkcia relé prenosu napájania sa vyvinula ďaleko za jednoduché zariadenie „detekcia a výlet“. Posun z elektromechanického na mikroprocesor - Numerické relé ich transformoval na multi - funkčné inteligentné elektronické zariadenia (IED). Toto je základ modernej automatizácie mriežky.

Tieto IED už nie sú iba pasívnymi obrancami. Sú aktívnymi účastníkmi riadenia a riadenia energetického systému. Tento vývoj rozšíril svoju úlohu na kontrolu, monitorovanie a komunikáciu. Vďaka tomu sú nevyhnutné pre inteligentnejšiu a odolnejšiu mriežku.

Advanced Control Functions

Moderné relé teraz zvládajú proaktívne a automatické kontrolné akcie, ktoré zvyšujú spoľahlivosť a bezpečnosť mriežky.

Auto - Reclosing (ANSI 79) je ukážkovým príkladom. Štatistiky ukazujú, že 80 - 90% porúch prenosovej linky je dočasné, napríklad štrajk blesk v našom predchádzajúcom príklade. Akonáhle je oblúk zhasnutý, chyba je preč. Automatická funkcia Auto - rekordná funkcia automaticky prikazí ističa, aby sa po krátkom „mŕtvom čase“ zavrela, zvyčajne menej ako sekunda. Ak bola porucha skutočne dočasná, línia sa úspešne znovu zvýši. To dramaticky zlepšuje dostupnosť systému a vyhýba sa trvalému výpadku.

Ochrana zlyhania ističa (ANSI 50BF) poskytuje kritickú vrstvu redundancie. Ak relé vydá príkaz výletu, ale pridružený istič sa neotvorí, porucha bude pretrvávať. Logika zlyhania ističa zistí, že prúd stále tečie po príkaze výletu. Po krátkom oneskorení pošle sekundárny výlet signál všetkým susedným ističom. To úplne izoluje autobus rozvodne, kde sa nachádza neúspešný istič. Táto „miestna záloha“ bráni zaseknutému ističa ohroziť celú stanicu.

Získavanie a monitorovanie údajov

Jedným z najvýznamnejších pokrokov vo funkcii štafety je ich úloha ako výkonných záznamov údajov. Táto monitorovacia schopnosť je neoceniteľná pre prevádzkovateľov systémov a inžinierov plánovania.

Každé moderné numerické relé obsahuje rekordér poruchy. Táto funkcia zachytáva vysoké - rozlíšenie digitálnej oscilografie, v podstate snímka napätia a prúdových priebehov počas poruchy. Tieto údaje sú rozhodujúce pre analýzu porúch Post -. Umožňuje inžinierov určiť presný typ poruchy, umiestnenie a veľkosť. Overuje tiež správny výkon systému ochrany.

Poskytujú tiež podrobné protokolovanie udalostí, často nazývané sekvencia zapisovača udalostí (SER). Relé zaznamenáva každú operáciu, zmenu nastavenia, zmenu alarmu a zmeny stavu s presnou časovou pečiatkou. Toto sa často synchronizuje s časom GPS s presnosťou sub - milisekundou. Tým sa vytvára presná časová os udalostí, ktorá je nevyhnutná na riešenie problémov s komplexnými poruchami systému.

Okrem toho relé do značnej miery nahradili tradičné panelové metre. Poskytujú nepretržitý prúd vysokých - údaje o merania presnosti. To zahŕňa hodnoty RMS pre napätie a prúd, skutočný a reaktívny výkon (MW, MVAR), výkonový faktor a frekvencia. To sprístupňuje informácie pre systémy SCADA v reálnom - čas.

Komunikácia

Skutočný skok na automatizáciu systému je povolený komunikáciou. Moderné relé sú sieťové zariadenia. Hovoria sofistikovanými jazykmi k sebe a k centrálnym riadiacim systémom.

Základným kameňom tejto schopnosti je štandard IEC 61850. Toto je oveľa viac ako len komunikačný protokol. Je to komplexný štandard pre navrhovanie systémov automatizácie rozvodní. Definuje štandardizovaný dátový model a konfiguračný jazyk. To umožňuje IED od rôznych výrobcov plynulo komunikovať. Táto interoperabilita bola hlavnou výzvou so staršími proprietárnymi protokolmi.

IEC 61850 Povoľuje vysoké - rýchlosť, peer - do - peer komunikácia pomocou správ Goose (generické objekty orientované udalosti). Relé môže vysielať stavovú správu priamo do ostatných relé v rozvodni v niekoľkých milisekundách. To uľahčuje pokročilé, vysoké - schémy rýchlosti ako rozvodníky - široké prekladanie a schémy ochrany zbernice. Sú rýchlejšie a spoľahlivejšie ako ich tvrdí predchodcovia.

Táto komunikačná sieť presahuje plot rozvodne. Umožňuje schémy širokej ochrany (WAP), ktoré používajú údaje z celej mriežky na inteligentnejšie rozhodnutia. Táto úroveň automatizácie a výmeny údajov je samotná definícia inteligentnej siete. Moderné relé prenosu energie je inteligentný uzol, ktorý umožňuje všetko možné.

Relé v rozvodoch

Rozvodňa je zložité prostredie s mnohými kritickými aktívami. Každý vyžaduje vyhradenú ochranu. Úlohou relé v rozvodoch je poskytnúť koordinovaný, multi - vrstvený obranný systém. Myslite na to ako na vrstvené opevnenia hradu. Žiadny relé nefunguje sám. Pracujú ako integrovaný systém, aby sa zabezpečilo komplexne chránené každý komponent.

Dosahuje sa to rozdelením rozvodne na odlišné, často prekrývajúce sa zóny ochrany. Každá zóna - transformátor, prípojnica, prenosová čiara - je chránená schémou primárnej ochrany. Táto schéma je navrhnutá pre optimálnu rýchlosť a selektivitu tohto konkrétneho zariadenia.

Ochrana transformátora

Veľký výkonový transformátor je jedným z najdrahších a najdôležitejších aktív v rozvodni. Jeho primárna ochrana je takmer vždy transformátorovým diferenciálnym relé (87T). Táto schéma poskytuje rýchlu a citlivú detekciu vnútorných porúch. Toto je doplnené inými zariadeniami, ako je Buchholz Relay, ktoré detekuje akumuláciu plynu z vnútorného oblúka v oleji - vyplnené transformátory. Relé teploty vinutia (49) Ochrania pred tepelným preťažením. Ako posledný spätný systém poskytujú nadprúdové relé (50/51) na oboch stranách ochranu.

Ochrana

Podrobná prípojnica je centrálnym bodom pripojenia pre všetky obvody. Porucha v autobuse je jednou z najzávažnejších udalostí. Môže narušiť celú stanicu. Primárnou schémou je diferenciálne relé zbernice (87b). Toto je komplexné uplatňovanie diferenciálneho princípu. Musí súčtovať prúdy zo všetkých prichádzajúcich a odchádzajúcich vedení a transformátorov pripojených k autobusu. Musí byť úplne v bezpečí, aby sa zabránilo zakopnutiu celej stanice pre vonkajšiu poruchu. Napriek tomu musí byť dostatočne rýchla na vyčistenie zničujúcej poruchy autobusu v milisekundách.

Ochrana podávača a linky

Každá prevodovka alebo distribučná linka opúšťajúca rozvodnosť má svoju vlastnú schému ochrany. Pre vysoké - prenosové vedenia napätia je to zvyčajne relé vzdialenosti (21) ako primárna ochrana. Toto je často spojené s nejakou formou komunikácie - pomocou schémy zakopnutia pre ešte rýchlejšie zúčtovanie porúch. Pre nižšie - napájacie podávače je štandardná koordinovaná sada nadprúdových relé (50/51). V obidvoch prípadoch sa automatický - relaf (79) bežne používa na zlepšenie spoľahlivosti služieb.

Kľúčom k vytvoreniu tejto práce je koordinácia ochrany, známa tiež ako čas -. Relé sú starostlivo nastavené tak, aby ochranné zariadenie najbližšie k chybám fungovalo ako prvé. Časové oneskorenia záložných relé sú koordinované tak, aby fungovali postupne iba v prípade zlyhania primárnej ochrany. To zaisťuje, že porucha je izolovaná s minimálnym možným dopadom na zvyšok energetického systému.

Nevyhnutné moderné relé

Funkcia relé prenosu energie sa zásadne zmenila. Vyvinul sa z jedného - účelového elektromechanického zariadenia do funkčného, ​​digitálneho základného kameňa modernej výkonovej mriežky. Jeho úlohou už nie je iba pasívna ochrana, ale aktívne riadenie.

Videli sme, ako možno jeho funkcie zhrnúť do štyroch kľúčových oblastí. Ochrana je primárnou a najdôležitejšou úlohou. Ovládanie sa deje prostredníctvom inteligentnej automatizácie, ako je Auto - Reclosing. Monitorovanie poskytuje neoceniteľné poruchové údaje a reálne - meranie času. Automatizácia je povolená vysokou - rýchlostnými komunikačnými normami ako IEC 61850.

Keď sa naše elektrické mriežky stávajú zložitejšími, rastie potreba inteligentnej, rýchlej a adaptívnej ochrany. Integrujeme prerušovanú obnoviteľnú energiu, distribuovanú generáciu a obojsmerné toky energie. Pokročilé funkcie moderného numerického relé nie sú len prospešné. Sú absolútne nevyhnutné na zabezpečenie spoľahlivého a odolného zdroja energie, od ktorého závisí každý deň.

Pozri tiež

Cena relé PCB, čo kupujúci potrebujú vedieť

Ako zvoliť správny typ relé pre váš projekt

8 najlepších dodávateľov relé DPS pre spoľahlivé získavanie zdrojov v roku 2025

Ako vylepšiť elektrický systém vášho vozidla pomocou správneho zapojenia relé