Funkcija releja prijenosa napajanja: zaštita i kontrola mreže

Ključne točke

Releji za prijenos snage su tihi čuvari električne mreže. Zamislite ih kao živčani sustav mreže Power. Ostaju stalno budni i mogu reagirati u mikrosekundi.

Funkcija releja prijenosa napajanja usredotočena je na otkrivanje problema ili uvjeta grešaka na mreži. Kad uoče probleme, brzo poduzimaju akciju. To gotovo uvijek znači prekidač prekidača za izoliranje neispravnog dijela.

Ova brza izolacija je presudna. Štiti skupu opremu vrijednu milijune dolara. To uključuje transformatore, generatore i prijenosne linije. Jednako važno, održava cjelokupnu mrežu stabilnom. Bez releja mali su se problemi mogli proširiti i uzrokovati masivne nestanke.

Moderni releji rade više od samo zaštite. Oni također rješavaju napredne kontrolne zadatke. Detaljno prate sustave. Omogućuju automatizaciju mreže koja omogućuje današnju pametnu mrežu. Ovi pametni uređaji su neznani heroji. Oni osiguravaju pouzdano teče struje u naše domove i tvrtke.

Temeljni princip rada

U srcu, relej donosi "odluku" jednostavnim, ali nevjerojatno brzim procesom. Osjeti, uspoređuje i djeluje.

Prvo, relej stalno provjerava zdravlje elektroenergetskog sustava. Gleda ključna električna mjerenja poput struje, napona, frekvencije i faznih kutova. Ove informacije dolaze u relej putem posebnih transformatora instrumenata. To su strujni transformatori (CTS) i naponski transformatori (VTS ili PTS). Oni spuštaju visoke signale napona - na sigurne razine.

Zatim, unutarnja logika releja uspoređuje ta stvarna mjerenja vremena - s unaprijed postavljenim granicama. Ova kritička postavka naziva se vrijednost "Pick - up". Sve dok sve ostane u granicama normale, relej se samo nadgleda i čeka.

Ako se dogodi greška, struja može porast ili napon može pasti. Kad izmjerena vrijednost prelazi odabir - prag, relej prolazi u radnju. Njegov izlazni kontakt zatvara se. To dovršava nizak - naponski DC krug koji energizira zavojnicu za putovanje prekidača. Ovaj moćni mehanizam otvara prekidač, zaustavljajući struju grešaka i izolirajući problem. Cijeli se postupak događa u djeliću sekunde.

Tehnologija koja stoji iza ovog principa dramatično se promijenila tijekom godina. Prešao je iz mehaničkih sustava u moćne mikroprocesore.

Primarna funkcija: zaštita

Iako releji mogu učiniti mnoge stvari, preko 80% njihove svrhe usredotočeno je na jedan kritični posao: zaštitu sustava. Zbog toga postoje. Cilj je otkriti i očistiti greške sa savršenom preciznošću, brzinom i sigurnošću. To osigurava minimalno poremećaj i maksimalnu sigurnost.

Inženjeri koriste različite zaštitne sheme kako bi to postigli. Svaka shema čuva se prema određenim vrstama kvarova u određenoj opremi. Moderni numerički relej može podnijeti mnoge od ovih funkcija odjednom u jednom uređaju. To pruža slojevitu i sveobuhvatnu zaštitu. Istražimo najvažnije zaštitne funkcije.

Zaštita od prekomjerne struje (50/51)

Ovo je najosnovnija i široko korištena zaštita. Djeluje na jednostavnu ideju: Ako struja premašuje postavljenu razinu, izbacite prekidač. Ova funkcija koristi ANSI standardne brojeve uređaja 50 i 51.

Trenutni element prekomjernog struja (50) reagira bez vremenskog kašnjenja. Postavljen je visoko da uhvati samo teške, visoke - greške veličine poput izravnih kratkih spojeva. Njegov je posao očistiti te opasne događaje što je brže moguće.

Vrijeme - prekomjerni element (51) dodaje namjerno vremensko kašnjenje. Kašnjenje je obično obrnuto. To znači da je veća struja, što brži relej djeluje. To omogućava bezopasne privremene uvjete poput motora koji se počinju dogoditi bez izazivanja lažnih putovanja. Još uvijek pruža pouzdanu zaštitu za trajna preopterećenja i manje greške.

Ova vrsta zaštite je okosnica za dovođenje distribucije. Također služi kao osnovna zaštita za rezervu za gotovo sve glavne opreme. To uključuje prijenosne linije i transformatore kada primarna zaštita ne uspije.

Diferencijalna zaštita (87)

Za visoku - vrijednost, kritičnu opremu, diferencijalna zaštita je zlatni standard. Nazvana ANSI 87, ova shema nudi neusporedivu brzinu, osjetljivost i selektivnost. To je glavna metoda za zaštitu transformatora, generatora, sabirnice i motora.

Načelo koristi Kirchhoffov trenutni zakon. Zbroj struja koji ulaze u zonu mora biti jednak zbroju koji je ostavlja. Relej koristi CTS za mjerenje struje koja teku u i izvan zaštićene opreme. Na primjer, mjeri obje strane namota transformatora.

Algoritam releja digitalno oduzima ove struje. Tijekom normalnog rada ili za greške izvan zaštićene zone, struje se uravnotežuju. Diferencijalna struja ostaje blizu nule. Relej ostaje stabilan.

Ali ako se dogodi greška unutar opreme, struja koja prolazi neće biti jednaka struji koja teče. To stvara značajnu diferencijalnu struju. Relej djeluje gotovo odmah kako bi prekidači na sve strane opreme. To potpuno izolira. Njegova selektivnost osigurava da neće raditi za greške izvan njegove zone, sprečavajući pogrešna putovanja.

Zaštita udaljenosti (21)

Zaštita od udaljenosti je radna konja za zaštitu visokih - linija za prijenos napona. Njegov genij leži u određivanju ne samo da se dogodila greška, već gdje se nalazi duž crte.

Relej (ANSI 21) neprestano izračunava impedanciju prijenosa. To čini mjerenjem napona i struje na njegovoj lokaciji (z=v/i). Tijekom normalnih uvjeta impedancija je visoka, postavljena opterećenjem. Kad se dogodi greška, naponi pada i struje. Zbog toga je izmjerena impedancija dramatično pala.

Ono što je presudno, ova izmjerena impedancija izravno je proporcionalna udaljenosti od releja do greške. Vrlo niska impedancija znači grešku blizu trafostanice. Veća impedancija znači grešku dalje niz liniju.

Da bi primijenio ovaj princip i brzinom i koordinacijom, zaštita od udaljenosti koristi više zona.

Zona 1 pokriva oko 80-90% duljine zaštićene linije. Ako izračunati impedancija grešaka padne u ovaj raspon, relej se odmah izlazi bez kašnjenja. To omogućuje brzo čišćenje za većinu grešaka na liniji. Zona je namjerno postavljena od udaljenog kraja kako bi se izbjeglo prekoračenje zbog pogrešaka mjerenja.

Zona 2 pokriva cijelu zaštićenu liniju plus oko 50% sljedeće najkraće susjedne linije. Djeluje s kratkim vremenskim kašnjenjem, poput 300-400 milisekundi. Njegov glavni posao je zaštita posljednjih 10-20% matične linije i sigurnosno kopiranje zaštite na susjednoj liniji.

Zona 3 doseže još više izvan zone 2 i djeluje s još dužim kašnjenjem. Omogućuje daljinsku sigurnosnu kopiju za greške dalje u sustavu. To osigurava da se greške očiste čak i ako više drugih uređaja ne uspije.

Zaštita usmjerenja (67)

Standardna zaštita od prekomjerne struje je "slijepa". Vidi samo veličinu struje, a ne smjer. U jednostavnim radijalnim sustavima ovo djeluje u redu. Ali u složenim, međusobno povezanim mrežama s paralelnim stazama, ta sljepoća može uzrokovati da se zdrave linije netočno putovanje.

Zaštita usmjerenja (ANSI 67) dodaje inteligenciju. Koristi mjerenje napona kao referencu za određivanje smjera protoka struje u odnosu na mjesto releja. Relej se može postaviti na rad samo za "naprijed" greške (daleko od sabirnice trafostanice) i blokirati "obrnute" greške.

To je kritično u petljima. Kad se dogodi greška, struja se unosi u nju iz oba smjera. Umjereni releji osiguravaju samo prekidači na krivotvorenoj liniji kako bi izolirali problem. To ostavlja paralelne zdrave staze u službi i sprječava kaskadne kvarove.

Ostale kritične funkcije

Iza ovih primarnih shema, releji obavljaju mnoge druge vitalne zaštitne uloge.

Under/Over Napon zaštite (27/59) čuva opremu protiv oštećenja razine napona. Oni mogu proizaći iz različitih uvjeta sustava i zaštititi izolaciju i osjetljivu elektroniku.

Under/preko frekvencijske zaštite (81) ključna je za stabilnost mreže. Ako glavni generator izlazi izvan mreže, frekvencija sustava pada. 81 element može pokrenuti sheme automatskog propuštanja opterećenja. To namjerno isključuje blokove kupaca na obnavljanje stvaranja i opterećenja uravnoteženja, sprečavajući ukupni kolaps mreže.

Zaštita od negativne sekvence otkriva neuravnotežene fazne uvjete. Ovi uvjeti često dolaze iz neuravnoteženih grešaka ili otvorenih faza. Oni stvaraju štetne struje u rotirajućim strojevima poput generatora i motora, uzrokujući brzo pregrijavanje. Ova funkcija štiti ove skupe imovine od teških oštećenja.

Anatomija greške

Teorija je jedna stvar. Vidjeti relej u akciji je još jedan. Prolazimo kroz pravi - svjetski scenarij da bismo razumjeli brzinu i preciznost.

Scena: prijenosna linija od 230 kV traje 50 milja između dvije trafostanice. Doživljava jednu - fazu - do - Greška u prizemlju od štrajka munje -. Evo milisekunde - po {- milisekundom od perspektive sustava.

T =0 MS: Munja udara jedan vodič. Ubrizgava se ogromna količina energije. Pogreška od tisuća pojačala počinje teći s oba kraja linije prema mjestu greške. Napon na fazi srušene urušava se na blizu nule.

T =2 MS: CTS i VTS u obje trafostanice vjerno reproduciraju ove abnormalne uvjete kao manji, mjerljivi signali. Visoka struja zasićuje CT sekundarne krugove. VTS izvještava o ozbiljnom padu napona.

T =5 MS: releji numeričke udaljenosti (ANSI 21) na oba kraja primaju ove podatke. Njihovi moćni mikroprocesori izvršavaju složene algoritme tisuće puta u sekundi. Oni odmah izračunavaju impedanciju na grešku. Oba releja određuju da je impedancija dobro unutar trenutne postavke zone 1. To potvrđuje tešku grešku unutarnje linije.

T =10 MS: Unutarnja logika releja potvrđuje kriterije kvara. Algoritmi potvrđuju vrstu grešaka, lokaciju i ozbiljnost. Odluka se donosi. Releji potvrđuju svoje izlaze iz putovanja, šaljući signal napona istosmjernog napona u zavojnice za prekid.

T =12 MS: Signal putovanja energizira snažne zavojnice putovanja unutar visokih slojeva kruga napona napona u obje trafostanice. Ova energija otkopčava mehanički mehanizam za rad prekidača.

T =40-50 MS: Ogromni kontakti prekidača fizički odvojeni. Kako se dijele, između njih se formira ogroman električni luk. Istovremeno, eksplozija visokog - tlaka SF6 plina je usmjerena na luk, a gasi ga u roku od nekoliko milisekundi. Protok struje greške sada je u potpunosti zaustavljen.

Post - Analiza grešaka: linija je uspješno izolirana iz mreže u manje od tri ciklusa vala od 60 Hz. Kasnije će zaštitni inženjer na daljinu pristupiti relejima iz svog ureda. Oni će preuzeti zapis grešaka, visoku datoteku rezolucije - koji prikazuje točan napon i trenutne valne oblike prije, tijekom i nakon greške. Također će pregledati slijed dnevnika događaja. To pruža vremenski zapis o svakoj akciji koju je relej poduzeo. Ovi podaci omogućuju inženjeru da provjeri sustav zaštite ispravno, analizira karakteristike grešaka i osigurava da je mreža spremna za obnovu linije.

Razvijajući se do automatizacije

Funkcija releja prijenosa napajanja razvila se daleko više od jednostavnog uređaja za otkrivanje i putovanja. Prelazak s elektromehaničkog na mikroprocesor - Numerički releji koji se temelje na transformirao ih je u multi - funkcionalne inteligentne elektroničke uređaje (IEDS). To su temelj moderne automatizacije mreže.

Ovi IED više nisu samo pasivni branitelji. Oni su aktivni sudionici u kontroli i upravljanju elektroenergetskim sustavom. Ova evolucija proširila je njihovu ulogu na kontrolu, nadzor i komunikaciju. To ih čini neophodnim za pametniju, otporniju mrežu.

Napredne kontrolne funkcije

Moderni releji sada obrađuju proaktivne i automatske kontrolne akcije koje poboljšavaju pouzdanost i sigurnost mreže.

Automatsko - RECLOZING (ANSI 79) je sjajan primjer. Statistički podaci pokazuju da je 80 - 90% grešaka prijenosnih linija privremeno, poput udara munje u našem ranijem primjeru. Jednom kada se luk ugasi, krivnja je nestala. Automatska funkcija Reclose automatski će automatski narediti prekidač da se ponovno zatvori nakon kratkog "mrtvog vremena", obično manje od sekunde. Ako je greška doista bila privremena, linija se uspješno ponovno pokreće. To dramatično poboljšava dostupnost sustava i izbjegava trajni kvar.

Zaštita kvara (ANSI 50BF) pruža kritični sloj suvišnosti. Ako relej izda naredbu za putovanje, ali povezani prekidač kruga ne uspije se otvoriti, greška će trajati. Logika kvara prekidača otkriva da struja još uvijek teče nakon naredbe za putovanje. Nakon kratkog odgađanja, šalje signal sekundarnog putovanja svim susjednim prekidačima. To u potpunosti izolira sabirnicu u kojem se nalazi neuspjeli prekidač. Ova "lokalna sigurnosna kopija" sprječava zaglavljenu prekidaču od ugrožavanja cijele stanice.

Prikupljanje i nadzor podataka

Jedan od najznačajnijih napretka u relejskoj funkciji je njihova uloga moćnih snimača podataka. Ova sposobnost praćenja neprocjenjiva je za operatore sustava i inženjere planiranja.

Svaki moderni numerički relej sadrži snimač grešaka. Ova funkcija bilježi visoku - rezoluciju digitalnu oscilografiju, u osnovi snimka napona i valnih oblika struje tijekom greške. Ovi su podaci ključni za analizu grešaka u post -. Omogućuje inženjerima da odrede točnu vrstu grešaka, lokaciju i veličinu. Također provjerava ispravne performanse sustava zaštite.

Oni također pružaju detaljnu evidentiranje događaja, često nazvanu niz rekorder događaja (SER). Relej bilježi svaku operaciju, promjenu postavki, alarm i status mijenjaju se s preciznom vremenskom oznakom. To se često sinkronizira na GPS vrijeme s sub - milisekundom točnosti. To stvara točnu vremensku traku događaja, što je neophodno za rješavanje složenih poremećaja sustava.

Nadalje, releji su u velikoj mjeri zamijenili tradicionalne brojile ploča. Oni pružaju kontinuirani tok visokog - podataka o mjerenju točnosti. To uključuje RMS vrijednosti za napon i struju, stvarnu i reaktivnu snagu (MW, MVAR), faktor snage i frekvenciju. To omogućava informacije SCADA sustavima u stvarnom vremenu -.

Komunikacija i automatizacija

Pravi skok na automatizaciju sustava omogućen je komunikacijom. Moderni releji su umreženi uređaji. Oni govore sofisticirane jezike jedni drugima i središnjim upravljačkim sustavima.

Kamen temeljac ove sposobnosti je standard IEC 61850. Ovo je daleko više od samo komunikacijskog protokola. To je sveobuhvatan standard za dizajniranje sustava za automatizaciju podstanica. Definira standardizirani model podataka i konfiguracijski jezik. To omogućava IED -u različitih proizvođača da neprimjetno komuniciraju. Ova interoperabilnost bila je glavni izazov sa starijim, vlasničkim protokolima.

IEC 61850 Omogućuje visoku - brzinu, peer - to - vršnjačka komunikacija pomoću GOOSE (generički objektni orijentirani na trafostanice) poruke. Relej može emitirati statusnu poruku izravno na druge releje u trafostanici u samo nekoliko milisekundi. To olakšava napredne, visoke - sheme brzine poput trafostanice - široke sheme međusobnog blokiranja i zaštite sabirnice. To su brže i pouzdanije od njihovih tvrdog prethodnika.

Ova komunikacijska mreža proteže se izvan ograde podstanice. Omogućuje široke zaštitne sheme (WAPS) koje koriste podatke iz cijele mreže za donošenje inteligentnijih odluka. Ova razina automatizacije i razmjene podataka sama je definicija pametne mreže. Moderni relej za prijenos snage je inteligentni čvor koji sve to omogućuje.

Releji u podstanicama

Podstanica je složeno okruženje s brojnim kritičnim sredstvima. Svaka zahtijeva namjensku zaštitu. Uloga releja u podstanicama je osigurati koordinirani, multi - slojeviti obrambeni sustav. Zamislite to kao na slojevite utvrde dvorca. Nijedan relej ne funkcionira sam. Oni djeluju kao integrirani sustav kako bi osigurali da je svaka komponenta sveobuhvatno zaštićena.

To se postiže dijeljenjem trafostanice na različite, često preklapajuće se zone zaštite. Svaka zona - Transformator, sabirnica, linija prijenosa - čuva se primarnom shemom zaštite. Ova je shema dizajnirana za optimalnu brzinu i selektivnost za taj određeni dio opreme.

Zaštita transformatora

Veliki transformator snage jedno je od najskupljih i kritičnijih sredstava u trafostanici. Njegova primarna zaštita gotovo je uvijek diferencijalni relej transformatora (87T). Ova shema pruža brzo i osjetljivo otkrivanje unutarnjih grešaka. To je dopunjeno drugim uređajima poput Buchholz releja, koji otkrivaju nakupljanje plina iz unutarnjeg lučenja u nafti - ispunjene transformatore. Releji temperature namota (49) čuvaju toplinsko preopterećenje. Kao konačni zaokret, prekomjerni releji (50/51) s obje strane pružaju sigurnosnu zaštitu.

Zaštita sa autobusom

Podstanica sabirnice je središnja točka povezivanja za sve krugove. Krivnja u autobusu jedan je od najtežih događaja. Može poremetiti cijelu stanicu. Primarna shema je relej diferencijalnog autobusa (87B). Ovo je složena primjena diferencijalnog principa. Mora zbrojiti struje iz svih dolaznih i odlaznih linija i transformatora povezanih s autobusom. Mora biti apsolutno siguran kako bi se spriječilo spoj cijele stanice za vanjsku grešku. Ipak, mora biti dovoljno brz da očisti razorna greška sabirnice u milisekundama.

Zaštita dovodnika i linija

Svaka linija prijenosa ili distribucije koja napušta trafostanicu ima svoju namjensku shemu zaštite. Za visoke - linije za prijenos napona, to je obično relej udaljenosti (21) kao primarna zaštita. To je često povezano s nekim oblikom komunikacije - sheme za podršku za još brže uklanjanje grešaka. Za niže - dovodnike raspodjele napona, standard je koordinirani skup releja prekomjernog struja (50/51). U oba slučaja, automatski - relej (79) obično se koristi za poboljšanje pouzdanosti usluge.

Ključ za sve ovo djelo je koordinacija zaštite, poznata i kao vrijeme -. Releji su pažljivo postavljeni tako da zaštitni uređaj najbliži kvaru prvo djeluje. Vremenska kašnjenja rezervnih releja koordinirana su za rad u nizu samo ako primarna zaštita ne uspije. To osigurava da je greška izolirana s minimalnim mogućim utjecajem na ostatak elektroenergetskog sustava.

Neophodni moderni relej

Funkcija releja prijenosa snage u osnovi se transformirala. Razvio se iz jednog - Svrha elektromehaničkog uređaja u multi - funkcionalni, digitalni kamen temeljac moderne električne mreže. Njegova uloga više nije samo pasivna zaštita, već aktivno upravljanje.

Vidjeli smo kako se njegove funkcije mogu sažeti u četiri ključna područja. Zaštita je primarna i najkritičnija uloga. Kontrola se događa kroz inteligentnu automatizaciju poput automatskog - Povrat. Nadzor pruža neprocjenjive podatke o greškama i realno - mjerenje vremena. Automatizacija je omogućena visokim - Standardi komunikacije s brzinom poput IEC 61850.

Kako naše električne mreže postaju složenije, raste potreba za inteligentnom, brzom i prilagodljivom zaštitom. Integriramo povremene obnovljive energije, distribuiranu generaciju i dvosmjerne tokove snage. Napredne funkcije modernog numeričkog releja nisu samo korisne. Oni su apsolutno bitni za osiguranje pouzdanog i otpornog napajanja o kojem ovisimo svaki dan.

Vidi također

Cijena PCB -a prenosi ono što kupci trebaju znati

Kako odabrati pravu vrstu releja za svoj projekt

8 najboljih dobavljača releja PCB -a za pouzdani izvor u 2025.

Kako nadograditi električni sustav vašeg automobila odgovarajućim relejnim ožičenjem