Защита линии электропередачи

Защита линий питания

Определение

Защита линий питания подразумевает обеспечение безопасности электрических линий от повреждений для гарантированного непрерывного энергоснабжения сети. Линии питания передают электроэнергию от подстанций к потребителям. Учитывая их ключевую роль в распределительной сети, защита линий от различных типов повреждений имеет первостепенное значение. Основные требования к защите линий питания следующие:

• Селективное отключение: при коротком замыкании должен сработать только выключатель, ближайший к месту повреждения, в то время как все остальные выключатели остаются закрытыми. Это минимизирует влияние на энергоснабжение и уменьшает масштаб отключений.

• Резервная защита: если выключатель, ближайший к месту повреждения, не сработает, соседние выключатели должны действовать как резервная защита, изолируя поврежденный участок. Эта избыточность обеспечивает надежность всей системы.

• Оптимальная реакция реле: время срабатывания защитных реле должно быть минимальным, чтобы поддерживать стабильность системы, предотвращая ненужное отключение здоровых цепей. Этот баланс необходим для эффективного управления повреждениями.

Временная градуировка защиты

Временная градуировка защиты — это схема, при которой времена срабатывания реле устанавливаются последовательно. Этот подход гарантирует, что при возникновении повреждения будет изолирована наименьшая возможная часть электрической системы, что минимизирует нарушения общего энергоснабжения. Практические применения временной градуировки защиты описаны ниже.

Защита радиальных линий питания

Радиальная система энергоснабжения характеризуется однонаправленным потоком мощности, движущимся от генератора или источника питания к потребителю. Однако эта система имеет значительный недостаток: при возникновении повреждения становится сложно поддерживать непрерывность энергоснабжения на стороне потребителя.

В радиальной системе, где несколько линий питания соединены последовательно, как показано на рисунке, целью является изоляция наименьшего возможного участка системы при возникновении повреждения. Временная градуировка защиты эффективно достигает этой цели. Система защиты от перегрузки по току настроена таким образом, что чем дальше реле находится от генерирующей станции, тем меньше его время срабатывания. Этот иерархический механизм установки времени обеспечивает, что повреждения устраняются как можно ближе к источнику проблемы, снижая влияние на остальную часть системы.

При возникновении повреждения на SS4, реле OC5 должно сработать первым, а не любое другое реле. Это означает, что время срабатывания реле OC4 должно быть меньше, чем время срабатывания реле OC3, и так далее. Это четко демонстрирует необходимость правильной временной градуировки этих реле. Минимальный интервал времени между двумя соседними выключателями определяется суммой их собственных времен отключения и небольшим запасом безопасности.

Для часто используемых выключателей минимальное дискриминационное время между выключателями при настройке составляет примерно 0,4 секунды. Временные настройки для реле OC1, OC2, OC3, OC4 и OC5 установлены соответственно на 0,2 секунды, 1,5 секунды, 1,5 секунды, 1,0 секунду, 0,5 секунды и мгновенно. Кроме того, важно, чтобы время срабатывания при серьезных повреждениях было минимальным. Это можно достичь, подключив ограничивающие время плавкие предохранители параллельно катушкам отключения.

Защита параллельных линий питания

Параллельные соединения линий питания используются в основном для обеспечения непрерывного энергоснабжения и распределения нагрузки. При возникновении повреждения на защищаемой линии питания, защитное устройство обнаружит и изолирует поврежденную линию, позволяя остальным линиям немедленно принять увеличенную нагрузку.

Одним из самых простых и эффективных методов защиты реле в системах параллельных линий питания является использование временной градуировки реле перегрузки с обратными характеристиками на отправляющей стороне, в сочетании с мгновенными реле обратной мощности или направленными реле на принимающей стороне, как показано на рисунке ниже. Эта конфигурация позволяет быстро и точно обнаруживать и изолировать повреждения, повышая общую надежность и стабильность системы параллельных линий питания.

При возникновении серьезного повреждения F на любой из линий, мощность будет поступать в место повреждения как от отправляющей, так и от принимающей стороны. В результате направление потока мощности через реле в точке D изменится, вызывая срабатывание реле.

Избыточный ток затем будет ограничен до точки B, пока ее реле перегрузки не активируется и не отключит выключатель. Это действие полностью изолирует поврежденную линию, позволяя продолжить энергоснабжение через здоровую линию. Однако этот метод эффективен только при достаточно серьезном повреждении, чтобы изменить направление потока мощности в точке D. Поэтому в дополнение к защите от перегрузки на обоих концах линии добавляется дифференциальная защита для повышения надежности системы защиты.

Защита кольцевой системы

Кольцевая система — это сеть взаимосвязей, которая соединяет серию электростанций по нескольким маршрутам. В этой системе направление потока мощности может регулироваться по мере необходимости, особенно при использовании взаимосвязей.

Основная схема такой системы показана на рисунке ниже, где G обозначает генерирующую станцию, а A, B, C и D — подстанции. На генерирующей станции мощность течет в одном направлении, поэтому реле перегрузки с временным запаздыванием не требуются. Реле перегрузки с временной градуировкой устанавливаются на концах подстанций. Эти реле будут срабатывать только тогда, когда ток перегрузки течет от подстанций, которые они защищают, обеспечивая селективную изоляцию повреждений и поддерживая стабильность кольцевой системы.

При прохождении кольца в направлении GABCD, реле на дальней стороне каждой станции настраиваются с постепенно уменьшающимися временами запаздывания. На генерирующей станции время запаздывания установлено на 2 секунды; на станциях A, B и C — 1,5 секунды, 1,0 секунда и 0,5 секунды соответственно, а реле на следующей соответствующей точке срабатывает мгновенно. Аналогично, при движении по кольцу в противоположном направлении, реле на исходящих сторонах настраиваются по соответствующему шаблону временного запаздывания.

При возникновении повреждения в точке F, мощность поступает в место повреждения по двум различным путям: ABF и DCF. Срабатывают реле, расположенные между подстанцией B и точкой повреждения F, а также между подстанцией C и точкой повреждения F. Эта конфигурация обеспечивает, что при повреждении любого участка кольцевой системы будут срабатывать только соответствующие реле на этом конкретном участке. В результате, не затронутые участки системы могут продолжать функционировать без перерыва, сохраняя целостность и надежность общей сети распределения электроэнергии.