Oorhooflynbeskerming – Foute en Beskermingsapparate
Gewone Foute in Oorhooflynne
Die mees algemene oorsake van foute in oorhooflynne sluit in:
Verwante Artikel: Kragtransformatorbeskerming & Foute
Oorhooflyn-beskermtoestelle
Tydgegradeerde oorgangstroombeskerming is ondoeltreffend vir hoë-spannings (HV) oorhoofoverdraaglynne. Dit is as gevolg van die teenwoordigheid van meerdere gekoppelde bronne van foutstrome, wat deur foutstroombeperkers beperk kan word. Die sleutelvereistes vir beskermingskemas in HV oorhoofoverdraaglynne is as volg:
Om aan hierdie vereistes te voldoen, word die volgende beskermtoestelle algemeen in HV oorhooflynne gebruik:
Differensiaalbeskerming word tipies op kort oorhooflynne toegepas, terwyl afstandbeskerming meer geskik is vir lank oorhooflynne. Die klassifikasie van oorhooflynne as kort of lank is gebaseer op 'n vergelyking van die lyn se induktans, weerstand en kapasitans. 'n Lyn word as kort beskou wanneer sy weerstand en kapasitans vergeleke met sy induktans vernietigbaar is. Hierdie assessering word dikwels uitgevoer met behulp van die π-diagram van die oorhooflyn.
Verskeie faktore beïnvloed die impedansie van die lyn, sy fisiese reaksie op kortsluit-toestande en lyn-ladingstroom. Hierdie sluit in die spanningsvlak, die fisiese konstruksie van die oordraaglyn, die tipe en grootte van geleiders, en die afstand tussen geleiders. Daarbenewens beïnvloed die aantal lyn-terminals die vloei van belasting- en foutstrome, wat die beskermingsisteem moet akkommodeer. Paralelle lynne het ook 'n impak op herleidings, aangesien mutuele koppeling die grondstroom wat deur beskermrelee's gemeet word, kan beïnvloed. Die teenwoordigheid van getappe transformators of reaktiewe kompensasietoestelle, soos reeks-kondensatorkomplekse of parallelle reactors, beïnvloed verdere die keuse van die beskermingsisteem en die instellings van beskermtoestelle. As gevolg hiervan is 'n gedetailleerde studie van die oorhooflyn nodig om die mees geskikte beskermrelee's te bepaal. In die algemeen kan 'n lyn met 'n lengte van tot 80 - 100 km as kort beskou word, alhoewel dit kan varieer afhangende van die spanningsvlak en netwerkkenmerke.
Ongeveer 90% van oorhooflyn-foute is tussentydse aard. Foute kan as volg geklassifiseer word:
Vir sulke foute mag 'n enkel-pol-stroop vereis word, wat die lyn onmiddellik na die sirkuitskruiwers gestroop het, weer in bedryf kan stel. Gevolglik word enkel-pol-stroop- en outomatiese-herluk-skemas algemeen in sirkuitskruiwers gebruik wat verband hou met oorhoofoverdraaglynne (gewoonlik met 'n spanning van 220 kV of hoër). Wanneer die sirkuitskruiwers die foutstroom onderbreek, word die flitsoorboog gedoof, en die ioniseerde lug versprei. Outomatiese herlukking is gewoonlik suksesvol na 'n vertragting van net 'n paar siklusse. Wanneer egter energieëring werk uitgevoer word, moet die outomatiese herluktoestelle op die lynne waaraan werk gedoen word, ingestel word op nie-herlukmodus. Sirkuitskruiwers wat in hierdie toepassings gebruik word, moet spesifiek ontwerp wees om hierdie operasies te hanteer en immuun te wees teen poolonstandigheid totdat 'n definitiewe stroopbevel uitgereik word.
Differensiaal- en Fasevergelykingbeskerming
Differensiaalbeskerming is gebaseer op Kirchhoff se stroomwet. In die konteks van 'n oordraaglyn, werk dit deur die stroom wat by die een einde van die lyn ingaan, met die stroom wat by die ander einde van die lyn uitgaan, te vergelyk. Lyn-differensiaalrelee's aan elke einde van die oordraaglyn ruil data oor die lynstroom deur 'n glasvezelkommunikasielink. Hierdie link word dikwels deur die Optiese Kraggronddraad (OPGW) kabel gevestig, wat ook vir die bliksembeskermingontwerp van die oorhooflyn gebruik word en glasvezelkabels in sy struktuur bevat. Figuur 1 illustreer die diagram van die differensiaalbeskermingsisteem.
Figuur 1 – Oorhooflyn Differensiaalbeskerming Diagram
'n Ander beskermherleiskema vir hoë-spannings (HV) oordraaglynne, wat op die differensiaalbeskermingsbeginsel gebaseer is en nou selfs vir langafstandlynne gebruik word, is fasevergelykingbeskerming.
Hierdie sisteem werk deur die fasehoek tussen die strome by die twee einde van die beskermde lyn te vergelyk. Tussen eksterne foute het die stroom wat die lyn binnegaan, dieselfde relatiewe fasehoek as die stroom wat die lyn uitgaan. As gevolg daarvan registreer die fasevergelykingrelee's by elke terminal min tot geen fasehoekverskil. Gevolglik bly die beskermingsisteem stabiel, en er vind geen stropping plaas. Inteenwoordig, tydens 'n interne fout, vloei stroom van beide einde in die lyn, wat 'n fasehoekverskil veroorsaak wat die fasevergelykingrelee's kan opspoor. Met die identifisering van hierdie verskil aktiveer die relee's om die fout te isoleer en te verwyder.
In fasevergelyking-skemas speel beginrelee's 'n belangrike rol. Hierdie relee's initieer die fasevergelykingproses sodra 'n fouttoestand gedetekteer word. Hulle ontwerp verseker werking vir beide interne en eksterne foute, wat omvattende monitering verskaf.
Vir die effektiewe funksionering van fasevergelykingbeskerming is 'n betroubare kommunikasielink onmisbaar. In moderne toepassings het glasvezelkabels geïntegreer in Optiese Gronddraad (OPGW) kabels die voorkeur gekry om hierdie kommunikasielink te vestig.
Figuur 2 illustreer die enkellyn-diagram van die Merz Price voltasbalanssisteem, wat vir die beskerming van driedraadlynne gebruik word.
Fasevergelykingbeskerming en Afstandbeskerming
Fasevergelykingbeskerming
Figuur 2 – Fasevergelykingbeskerming Diagram
In fasevergelykingbeskerming word identiese stroomtransformers (CTs) strategies in elke fase aan beide einde van die oordraaglyn geplaas. Elke paartjie CTs, een by elke einde van die lyn, word in reeks met 'n relee verbond. Onder normale, nie-fouttoestande, is die sekondêre volte wat deur hierdie CTs gegenereer word, gelyk in grootte maar teenoorgesteld in rigting, wat effektief mekaar uiteenbalk.
Tydens gesonde stelselbedryf stem die stroom wat die lyn by die een einde binnegaan, presies ooreen met die stroom wat dit by die ander einde verlaat. As gevolg hiervan word gelyke en teenoorgestelde volte in die sekondêre van die CTs by die twee lyn-eindes opgewek. Hierdie voltbalkansureer dat geen stroom deur die relee's vloei, wat die stabiliteit van die beskermingsisteem handhaaf.
Wanneer egter 'n fout soos F op die lyn plaasvind, soos in Figuur 2 geïllustreer, word die stroomverdeling gestoord. Spesifiek sal 'n aansienlik groter stroom deur CT1 as teenoor CT2 vloei. Hierdie verskil in stroom veroorsaak dat die sekondêre volte van die CTs ongelyk word. Gevolglik word 'n sirkulerende stroom gestig, wat deur die pilotdrade en die relee's vloei. As reaksie op hierdie stroomvloei word die sirkuitskruiwers aan beide einde van die lyn getrek om oop te gaan, wat die foutlyn onmiddellik van die res van die kragstelsel isoleer.
Lees ook: Primêre en Sekundêre of Reserwebeskerming in 'n Kragstelsel
Afstandbeskerming
Afstandbeskerming berus op afstandrelee's, wat die impedansie van 'n oordraaglyn meet deur die voltag- en stroomsignal wat daaraan toegepas word, te analiseer. Wanneer 'n fout op 'n lyn plaasvind, vind twee belangrike veranderinge plaas: die stroom styg drasties, en die voltag daal sterk.
Aangesien die impedansie van 'n oordraaglyn direk proporsioneel is aan sy lengte, word afstandrelee's ontwerp om die impedansie tot 'n vooraf bepaalde punt, bekend as die "bereikpunt," te meet. Hierdie relee's, dikwels impedansierelee's genoem, bereken impedansie met behulp van Ohm se wet, uitgedruk deur die formule Z = U/I, waar Z impedansie, U voltag, en I stroom verteenwoordig.
Afstandrelee's word ingenieursmatig ontwerp om slegs vir foute wat tussen die posisie van die relee en die gekose bereikpunt plaasvind, te werk. Hierdie ontwerpeienskap laat hulle toe om effektief tussen foute in verskillende lyn-segments te onderskei. Die geskatte impedansie wat deur die relee bereken word, word dan met die vooraf ingestelde bereikpunt impedansie vergelyk. As die gemeete impedansie laer is as die bereikpunt impedansie, word dit geïnferreer dat 'n fout op die lyn tussen die relee en die bereikpunt bestaan. Wanneer die berekende impedansie binne die bereikinstelling van die relee val, aktiveer die relee, wat die beskermingsaksie inisieer.
Om omvattende beskerming te verseker, word afstandbeskermingstelsels aan beide einde van die oordraaglyn geïnstalleer, en word 'n kommunikasielink tussen hierdie eindpunte gevestig, soos in Figuur 3 geïllustreer. Hierdie kommunikasie laat gekoördineerde werking van die relee's aan elke einde toe, wat die algehele effektiwiteit van die beskermingskema verhoog.
Afstandrelee Prestasie en Kenmerke
Figuur 3 – Oorhooflyn Afstandbeskerming Diagram
Die prestasie van afstandrelee's word hoofsaaklik op twee sleutelparameters geëvalueer: bereikakkuraatheid en werkingstyd.
Bereikakkuraatheid
Bereikakkuraatheid behels die vergelyking van die werklike ohmse bereik van 'n afstandrelee onder werklike, praktiese toestande met sy vooraf ingestelde ohmse waarde. Hierdie maatstaf word beduidend beïnvloed deur die voltagvlak wat aan die relee toegepas word tydens fouttoestande. 'n Laer of vervormde voltag kan tot onakkuraatheid in die gemeete impedansie lei, wat die vermoë van die relee om die posisie van 'n fout binne sy aangeweide bereik korrek te identifiseer, beïnvloed. Daarbenewens speel die impedansiemetingstegnieke wat in spesifieke relee-ontwerpe gebruik word, 'n belangrike rol. Verskillende algoritmes en hardewarekonfigurasies kan verskillende vlakke van presisie lewer, wat dus die algehele bereikakkuraatheid van die relee beïnvloed.
Werkingstyd
Die werkingstyd van 'n afstandrelee is 'n veranderlike hoeveelheid wat van verskeie faktore afhang. Die grootte van die foutstroom het 'n direkte effek; hoër foutstrome kan soms vinniger werking veroorsaak, terwyl laer strome langer reaksietye kan veroorsaak. Die posisie van die fout relatief tot die relee se instelling speel ook 'n rol. Foute nader aan die bron of binne 'n sekere afstand van die relee mag 'n vinniger reaksie veroorsaak in vergelyking met dié verder weg. Verder kan die punt op die voltaggolf waar die fout plaasvind, variasie in die werkingstyd inlei.
Sekere meetsignaaltransiëntfeil, wat verband hou met die spesifieke meettegnieke wat in 'n relee se ontwerp gebruik word, kan sake verder kompliseer. Byvoorbeeld, feil wat deur Kapasiteitsvoltagtransformers (CVT) of versteurde Stroomtransformers (CT) gegenereer word, kan die werking van die relee beduidend vertraag, veral vir foute wat naby die bereikpunt plaasvind. Hierdie transiëntfeil kan die voltag- en stroomsignal vervorm, wat lei tot misinterpretasie van die impedansie en 'n gevolglike vertraging in die aktivering van die relee.
Kenmerke van Afstandrelee's
Die kenmerke van afstandrelee's, dikwels as die beskermingsvorm verwys, word grafies as 'n funksie van die lyn se weerstand (R) en impedansie (X) op 'n R/X- of admittansiediagram voorgestel. Twee van die mees tipiese vorms is die sirkel (mho-kenmerk) en die vierhoek. Hierdie kenmerkvorms word onderskeidelik in Figure 10 en 11 geïllustreer. Elke vorm het sy eie voordele en is ontwerp om die relee se prestasie onder verskillende elektriese stelseltoestande te optimaliseer, wat 'n betroubare middel bied om tussen normale bedryfsomstandighede en werklike foute binne die beskermde lynsegment te onderskei.
Figuur 4 – Mho-kenmerk
Afstandrelee Kenmerke, Bereik Instellings, en Herlukking
Figuur 5 – Vierhoek-kenmerk
Die mho-impedansie-element verdien sy naam van sy kenmerklike voorkoms op 'n admittansiediagram, waar dit as 'n reguitlyn manifesteer. Echter, veelhoekige impedansie-kenmerke, soos die vierhoekvorm, het beduidende populariteit gewen. Hierdie kenmerke bied opmerklike buigsamheid in die dekking van fout-impedansies vir beide fase- en aardefoute. Hierdie aanpasbaarheid het dit die voorkeur van die meeste moderne afstandrelee's gemaak.
Afstandrelee's kan met tot vyf verskillende zones ingestel word, waarvan sommige ingestel is om impedansie in die omgekeerde rigting te meet. Hierdie omgekeerde meetzones dien as reserwebeskerming vir busbars. Elke zone is geassosieer met 'n spesifieke aktiveringstyd vir die relee, wat 'n nuancierde en gekoördineerde reaksie op foute wat op verskillende plekke binne die beskermde elektriese netwerk plaasvind, toelaat.
Wanneer afstandrelee's aan beide einde van 'n oordraaglyn geïnstalleer word, varieer hul reaksietye op 'n fout afhangende van die afstand van die foutpunt (F) van elke einde van die lyn. Byvoorbeeld, oorweeg 'n oorhooflyn wat Substations A en B verbind. Die afstandrelee wat in die substation naby die foutpunt F geleë is, sal die fout eers opspoors, en die ooreenkomstige sirkuitskruiwer sal voor die een in die ander substation gestroop word.
Om te verhoed dat 'n kortsluitfout voortgesette krag van die teenoorgestelde einde van die lyn ontvang totdat die relevante afstandbeskerming aktiveer, is 'n kommunikasielink tussen die beskermrelee's noodsaaklik. Tipies word hierdie kommunikasie deur optiese glasvezelkabels gevestig, wat geïntegreer is in Optiese Gronddraad (OPGW) kabels. Hierdie opstel laat die gelyktydige stropping van beide sirkuitskruiwers toe, wat vinnige en effektiewe isolering van die foutieve segment verseker.
Het is onprakties om 'n impedansierelee te programmeer om die impedansie van die lyn presies tot by die skakelaar by die verre einde te meet. Dit is as gevolg van inherente foute en onakkuraatheid in komponente soos stroomtransformers (CTs), voltagtransformers (VTs), relee's self, sowel as in die berekeninge van lyn-impedansie. Om hierdie onsekerhede te akkommodeer, word die relee se bereik ingestel om 'n impedansiewaarde te meet wat minder is as die totale impedansie wat ooreenstem met die volle lengte van die lyn. Byvoorbeeld, om Zone 1 om tot 85% van die lyn se impedansie te dek, is 'n algemene en veilige praktyk. Die oorblywende 15 - 20% dien as 'n veiligheidsmarg, wat effektief voorkom dat Zone 1-beskerming die beskermde lyn oorskry as gevolg van meetfoute en onakkuraatheid. Sonder hierdie marg sou daar 'n risiko wees om die vermoë om tussen foute op aangrensende lynsegmente te onderskei, te verloor, veral wanneer dit met vinnigwerkende beskermingskemas te doen het.
Sorgvuldige kalibrasie van die bereikinst
