Otázky a odpovědi o mikročípéch pro ochranu a automatických zařízeních: Vysvětlení základních funkcí a klíčových aspektů aplikace

Co je mikropočítačové ochranné zařízení?

Odpověď: Mikropočítačové ochranné zařízení je automatické zařízení, které může detekovat poruchy nebo neočekávané pracovní stav v elektrickém zařízení v elektrickém systému a reagovat tak, že vyhodí spínače nebo vydá signál poplachu.

Jaké jsou základní funkce mikropočítačové ochrany?

Odpověď:

• Automaticky, rychle a selektivně odpojí vadné zařízení od systému vyhozením spínačů, což zajistí, že nefaultované zařízení rychle obnoví normální provoz a zabrání dalším poškozením vadného zařízení.

• Detekuje neočekávané pracovní stavy elektrického zařízení a na základě požadavků na provozní údržbu aktivuje signály poplachu nebo odpojí zařízení, které by mohlo být poškozeno nebo se mohlo vyvinout do poruchy při pokračujícím použití. Přechodová ochrana reaguje na neočekávané stavy obvykle nevyžaduje okamžitou akci a může obsahovat časový prodlevu.

Jaké jsou základní požadavky na mikropočítačovou ochranu?

Odpověď: Mikropočítačová ochrana hraje klíčovou roli v zajištění bezpečné, stabilní a spolehlivé operace elektrických systémů a v rychlém odstranění poruch. Proto musí přechodová ochrana splňovat následující požadavky:

• Selektivita: Když dojde k poruše v systému, ochranné zařízení by mělo odpojit pouze vadné zařízení, což zajistí, že nefaultované zařízení bude nadále fungovat, tedy minimalizuje oblast výpadku a dosáhne selektivního chování.

• Rychlost: Po poruše v systému, pokud porucha není rychle odstraněna, může dojít k jejímu zhoršení. Například při krátkém spojení klesne napětí výrazně, což způsobí, že motory blízko místa poruchy zpomalí nebo se zastaví, což naruší normální výrobu. Kromě toho generátory nemohou dodávat energii během poruchy, což může vést ke kritickému stavu systému. Dále vadné zařízení nese vysoké proudy poruch, které způsobí vážná mechanická a termická poškození. Čím déle trvá proud poruchy, tím více poškození. Proto by po poruše měla ochranná soustava co nejdříve jednat a izolovat ji.

• Citlivost: Ochranné zařízení musí spolehlivě detekovat poruchy a neočekávané stavy v chráněné zóně. To znamená, že by mělo citlivě fungovat nejen při trojfázových kovových krátkých spojeních za maximálních provozních podmínek, ale také při dvoufázových krátkých spojeních s vysokým přechodovým odporem za minimálních provozních podmínek, udržovat dostatečnou citlivost a spolehlivý provoz.

• Spolehlivost: Spolehlivost ochranné soustavy je klíčová. Nesmí selhat při poruše v chráněné zóně, ani nesmí špatně fungovat, když žádná porucha neexistuje. Nespolehlivé ochranné zařízení, až bude nasazeno, samo o sobě může být zdrojem rozšířených nebo dokonce přímých nehod.

Stručně popište ochrany založené na mikropočítači pro transformátory a jejich respektive funkce.

Odpověď: Transformátory jsou klíčovým zařízením v elektrických systémech. Jejich poruchy závažně ovlivňují spolehlivost dodávky elektřiny a normální provoz systému. Vysokopojistné transformátory jsou také velmi cenné, proto musí být instalovány ochranná zařízení s vynikajícími vlastnostmi a vysokou spolehlivostí podle kapacity a důležitosti transformátoru.

Poruchy transformátorů lze rozdělit na vnitřní a vnější poruchy v nádrži.

• Vnitřní poruchy v nádrži zahrnují především: Meziphasové krátké spojení, krátké spojení mezi závitky a jednofázové zemní poruchy. Krátké spojení proudu vytvářejí oblouky, které mohou spálit závity, izolaci a jádro a mohou způsobit intenzivní vypařování transformátorového oleje, což může vést k explozi nádrže.

• Externí poruchy v nádrži zahrnují:Meziphasové a jednofázové zemní poruchy na izolačných hrbolkách a vývodových vedeních.

• Neočekávané pracovní stavy zahrnují: Přetížení kvůli externím krátkým spojením, přetížení z různých důvodů a nízkou hladinu oleje v nádrži.

Na základě těchto typů poruch a neočekávaných stavů by měla být nainstalována následující ochranná zařízení:

• Plynová (Buchholzova) ochrana pro vnitřní krátké spojení a nízkou hladinu oleje.

• Úplná diferenciální ochrana nebo okamžitá přetížení ochrana pro vícefázová krátká spojení v závitcích a vedeních, zemní poruchy v závitcích a vedeních v systémech s vysokým zemním proudem a krátké spojení mezi závity.

• Přetížení ochrana (nebo přetížení ochrana s komplexním zapnutím napětí nebo negativní posloupností proudu) pro externí meziphasové krátké spojení, slouží jako záloha pro plynovou a diferenciální (nebo okamžité přetížení) ochranu.

• Nulová sekvence proudu ochrana pro externí zemní poruchy v systémech s vysokým zemním proudem.

• Přetížení ochrana pro symetrické přetížení atd.

Jaké ochrany jsou nainstalovány pro 600MW generátor-transformátor (gen-transformátor) jednotku?

Odpověď:

• Diferenciální ochrana generátor-transformátor jednotky

• Diferenciální ochrana generátoru

• Diferenciální ochrana hlavního transformátoru

• Ochrana proti ztrátě magnetizace generátoru

• Ochrana proti vyšinutí generátoru

• Ochrana proti obrácenému toku generátoru

• Ochrana proti nízké frekvenci generátoru

• Ochrana proti přetížení

• Ochrana proti zemnímu spojení statoru generátoru

• Ochrana proti přetížení generátoru

• Ochrana proti inverznímu negativnímu sekvenci přetížení generátoru

• Ochrana proti přetížení statoru generátoru

• Ochrana proti ztrátě vody generátoru

• Ochrana proti nulové sekvenci proudu neutrálního bodu hlavního transformátoru

• Plynová (Buchholzova) ochrana hlavního transformátoru

• Ochrana proti uvolnění tlaku hlavního transformátoru

Jaké jsou rozdíly mezi diferenciální a plynovou ochranou hlavního transformátoru? Může obě ochrany detekovat vnitřní poruchy transformátoru?

Odpověď: Diferenciální ochrana je hlavní ochrana pro transformátory; plynová ochrana je hlavní ochrana pro vnitřní poruchy transformátoru.
Chráněný rozsah diferenciální ochrany zahrnuje hlavní elektrické zařízení mezi proudovými transformátory na všech stranách hlavního transformátoru, včetně:

• Vícefázové krátké spojení na vedeních a závitcích transformátoru

• Závažné krátké spojení mezi závity

• Zemní poruchy na vedeních závitců v systémech s vysokým zemním proudem

• Chráněný rozsah plynové ochrany zahrnuje:

• Vnitřní vícefázové krátké spojení v transformátoru

• Krátké spojení mezi závity a krátké spojení mezi závity a jádrem nebo vnější skořápkou

• Poruchy jádra (např. přehřívání a poškození)

• Nízká hladina oleje nebo unikání oleje

• Špatný kontakt v přepínacích zařízeních nebo vadné sváření vodičů

Diferenciální ochrana může být nainstalována na transformátorech, generátorech, sběrných částech a přenosových liniích, zatímco plynová ochrana je specifická pro transformátory.
Pro vnitřní poruchy transformátoru (kromě menších krátkých spojení mezi závity) mohou reagovat jak diferenciální, tak plynová ochrana. Protože vnitřní poruchy způsobují pohyb oleje a zvýšení primárního proudu, mohou obě ochrany aktivovat. Která z nich se aktivuje jako první, závisí na povaze poruchy.

Jaké typy poruch ochrany proti nulové sekvenci proudu neutrálního bodu hlavního transformátoru, ochrany proti přetížení mezery a ochrany proti nulové sekvenci přetížení ochrany?
Odpověď: Ochrany proti nulové sekvenci proudu neutrálního bodu hlavního transformátoru, ochrany proti přetížení mezery a ochrany proti nulové sekvenci přetížení jsou navrženy k ochraně před zemními poruchami na vlastních vývodových liniích zařízení. Obvykle slouží jako záložní ochrana pro zemní poruchy v systému 110–220 kV na vysokonapěťové straně transformátoru. Ochrana proti nulové sekvenci proudu se používá, když je neutrální bod transformátoru zemněn; ochrana proti nulové sekvenci napětí se používá, když je neutrální bod nezemněn; a ochrana proti přetížení mezery se používá, když je neutrální bod transformátoru zemněn přes jiskrovou mezera.

Ochrana proti nulové sekvenci proudu má malý startovací proud, obvykle okolo 100 A, s dobou činnosti asi 0,2 sekundy. Ochrana proti nulové sekvenci napětí je obvykle nastavena na dvojnásobek nominální fázové hodnoty. Chcete-li se vyhnout přechodovým přetížením během jednofázového zemnění, je časová prodleva obvykle nastavena na 0,1–0,2 sekundy. Délka jiskrové mezery na neutrálním bodu 220 kV strany transformátoru je obvykle 325 mm, s efektivní hodnotou přelomového napětí 127,3 kV. Když neutrální napětí překročí přelomové napětí, mezera propadne, umožňující tok nulové sekvence proudu přes neutrální bod. Doba činnosti je nastavena na 0,2 sekundy.

Co jsou primární ochrana a záložní ochrana?

Odpověď: Primární ochrana znamená ochranu, která při krátkém spojení splňuje požadavky na stabilitu systému a bezpečnost zařízení a selektivně vyhodí spínače k odstranění poruch na chráněném zařízení a celé lince.
Záložní ochrana znamená ochranu, která odstraňuje poruchy, když primární ochrana nebo spínač nefunguje.

Jaká je funkce vynucené excitace generátoru?

Odpověď:

• Zlepšuje stabilitu elektrického systému.

• Umožňuje rychlé obnovení napětí po odstranění poruchy.

• Zlepšuje spolehlivost činnosti ochrany proti přetížení s časovou prodlevou.

• Zlepšuje podmínky pro samozapnutí motorů během poruch systému.