Основы релейной защиты: типы повреждений линий электропередачи и основные схемы защиты

1. Типы повреждений на линиях электропередачи

Междуфазные повреждения:

• Трехфазное короткое замыкание

• Двухфазное короткое замыкание

Повреждения на землю:

• Однофазное замыкание на землю

• Двухфазное замыкание на землю

• Трехфазное замыкание на землю

2. Определение устройств релейной защиты
Когда в компоненте системы электроснабжения возникает неисправность или повреждение, устройства релейной защиты быстро и селективно изолируют поврежденный или неисправный компонент от системы, обеспечивая нормальное функционирование оставшегося исправного оборудования.

Примеры включают: защиту от перегрузки по току, дистанционную защиту, защиту нулевой последовательности и высокочастотную защиту.

• Основная защита: Защита, удовлетворяющая основным требованиям к устойчивости системы и безопасности оборудования при коротком замыкании. Она первоначально действует, чтобы отключить выключатель и селективно устранить повреждения на защищаемом оборудовании или всей линии.

• Резервная защита: Защита, которая устраняет повреждение, если основная защита или выключатель не сработали.

• Вспомогательная защита: Простая защита, добавленная для компенсации ограничений основной и резервной защиты.

3. Роль релейной защиты на линиях передачи
Во время эксплуатации линии передачи могут подвергаться повреждениям из-за сильных ветров, льда и снега, ударов молнии, внешних повреждений, отказа изоляции или загрязнения. В таких случаях устройство релейной защиты может быстро и селективно сработать, отключив выключатель линии (переключатель).

Если повреждение временно, после исчезновения повреждения переключатель успешно закрывается, восстанавливая безопасное энергоснабжение. Если повреждение постоянное, повторное включение неудачно, и поврежденная линия быстро изолируется, обеспечивая непрерывное энергоснабжение здоровых линий.

4. Устройства защиты от перегрузки по току
Устройства защиты от перегрузки по току разрабатываются на основе значительного увеличения тока при повреждении линии. Когда ток повреждения достигает настройки защиты (ток срабатывания), устройство начинает работать. После достижения настройки времени задержки срабатывает выключатель линии.

Общие типы включают:

• Бесыпчастотная защита от перегрузки по току: Простая, надежная и быстродействующая, но защищает только часть (обычно 80–85%) одной и той же линии.

• Защита от перегрузки по току с временной задержкой: Срабатывает с короткой временной задержкой, защищая всю длину линии и координируясь с бесыпчастотной защитой следующей линии вниз по потоку.

• Защита от перегрузки по току: Настроена, чтобы избежать максимального нагрузочного тока. Защищает всю длину линии и всю длину следующей линии, служит резервной защитой.

• Направленная защита от перегрузки по току: Добавляет элемент направления мощности к защите от перегрузки по току. Срабатывает только тогда, когда мощность повреждения течет от шины к линии, предотвращая ошибочное срабатывание при обратном направлении повреждения.

5. Устройства дистанционной защиты
Дистанционная защита реагирует на импеданс (или расстояние) между точкой повреждения и точкой установки защиты. Она обладает отличными направленными характеристиками и широко используется в высоковольтных кольцевых сетях. Обычно применяется трехступенчатая дистанционная защита:

• Зона I: Мгновенное срабатывание, защищающее 80%–85% длины линии.

• Зона II: Защищает всю длину линии и часть следующей линии (обычно Зона I соседней линии).

• Зона III: Защищает всю длину этой линии и следующей линии, служит резервом для Зон I и II.

6. Устройства защиты нулевой последовательности
В системах с непосредственно заземленной нейтралью (также известных как системы с высоким током земли) однофазное замыкание на землю вызывает значительный ток нулевой последовательности. Устройства, использующие этот ток, называются устройствами защиты нулевой последовательности. Обычно используется трехступенчатая конфигурация:

• Ступень I: Мгновенная защита нулевой последовательности, покрывающая 70%–80% длины линии.

• Ступень II: Защита нулевой последовательности с временной задержкой, покрывающая всю длину линии и часть следующей линии.

• Ступень III: Защита от перегрузки нулевой последовательности, покрывающая всю линию и служащая резервом для следующей линии.

7. Устройства высокочастотной защиты
Высокочастотная защита преобразует фазовый угол (или направление мощности) токов на обоих концах линии в высокочастотные сигналы, которые передаются через высокочастотный канал на противоположный конец. Система сравнивает фазу тока или направление мощности на обоих концах.

Эта защита реагирует только на повреждения внутри защищаемого участка линии и не требует согласования с линиями ниже по потоку. Она работает без временной задержки, что позволяет быстро устранять любые повреждения на защищаемой линии.

По принципу работы высокочастотная защита классифицируется на:

• Блокировочного типа (сравнение направлений): Сравнивает направление мощности на обоих концах.

• Фазового сравнения: Сравнивает фазовые углы токов на обоих концах.

8. Автоматические устройства повторного включения
Автоматическое устройство повторного включения — это устройство, которое автоматически повторно включает выключатель после его отключения.

Функции:

• При временных повреждениях, после их устранения, устройство быстро повторно включает выключатель, восстанавливая нормальное энергоснабжение.

• При постоянных повреждениях повторное включение неудачно, выключатель снова отключается, и поврежденная линия изолируется, обеспечивая продолжение энергоснабжения здоровых линий.

9. Регистратор повреждений линии
Устройство, которое автоматически записывает формы волн тока и напряжения до и во время повреждения линии, а также время и состояние операций выключателя.

Анализируя записанные формы волн, можно точно определить тип повреждения и примерное местоположение повреждения. Это предоставляет важные данные для анализа повреждений, устранения неисправностей и восстановления нормального энергоснабжения.