Q&R sur la protection par microordinateur et les dispositifs automatiques : Explication des fonctions centrales et des éléments essentiels d'application

Qu'est-ce qu'un dispositif de protection à microordinateur?

Réponse : Un dispositif de protection à microordinateur est un appareil automatique capable de détecter les défauts ou les conditions de fonctionnement anormales des équipements électriques dans un système de puissance, et d'agir pour déclencher des disjoncteurs ou émettre des signaux d'alarme.

Quelles sont les fonctions de base de la protection par microordinateur?

Réponse :

• Isoler automatiquement, rapidement et sélectivement l'équipement défectueux du système en déclenchant des disjoncteurs, assurant que l'équipement non défectueux reprend rapidement son fonctionnement normal et empêchant des dommages supplémentaires à l'équipement défectueux.

• Détecter les conditions de fonctionnement anormales des équipements électriques, et, selon les exigences de maintenance opérationnelle, déclencher des signaux d'alarme ou déconnecter l'équipement qui pourrait être endommagé ou se transformer en un défaut si maintenu en service. La protection relais répondant aux conditions anormales n'exige généralement pas une action immédiate et peut inclure un délai.

Quels sont les exigences fondamentales pour la protection par microordinateur?

Réponse : La protection par microordinateur joue un rôle crucial pour assurer le fonctionnement sûr, stable et fiable des systèmes de puissance et pour éliminer rapidement les défauts. Par conséquent, la protection relais doit satisfaire aux exigences suivantes :

• Sélectivité : Lorsqu'un défaut du système se produit, le dispositif de protection ne doit isoler que l'équipement défectueux, assurant que l'équipement non défectueux continue de fonctionner, minimisant ainsi la zone de coupure et réalisant une opération sélective.

• Rapidité : Après un défaut du système, si le défaut n'est pas rapidement éliminé, il peut s'aggraver. Par exemple, lors d'un court-circuit, la tension diminue considérablement, ralentissant ou arrêtant les moteurs près du point de défaut, perturbant ainsi la production normale. De plus, les générateurs ne peuvent pas fournir de puissance pendant un défaut, ce qui peut entraîner une instabilité du système. En outre, l'équipement défectueux subit des courants de défaut élevés, souffrant de dommages mécaniques et thermiques graves. Plus longtemps le courant de défaut persiste, plus les dommages sont importants. Par conséquent, après un défaut, le système de protection doit agir aussi rapidement que possible pour l'isoler.

• Sensibilité : Le dispositif de protection doit détecter de manière fiable les défauts et les conditions anormales dans sa zone protégée. Cela signifie qu'il doit fonctionner sensiblement non seulement lors de courts-circuits triphasés métalliques sous des conditions de fonctionnement maximales, mais aussi lors de courts-circuits biphasés avec une résistance de transition élevée sous des conditions de fonctionnement minimales, en maintenant une sensibilité suffisante et un fonctionnement fiable.

• Fiabilité : La fiabilité d'un système de protection est cruciale. Il ne doit pas manquer de fonctionner lorsque un défaut se produit dans sa zone de protection, ni fonctionner incorrectement lorsqu'aucun défaut n'existe. Un dispositif de protection non fiable, une fois en service, pourrait lui-même devenir une source d'accidents élargis ou même directs.

Décrivez brièvement les protections basées sur microordinateur utilisées pour les transformateurs et leurs fonctions respectives.

Réponse : Les transformateurs sont des équipements essentiels dans les systèmes de puissance. Leurs défauts ont un impact sévère sur la fiabilité de l'alimentation et le fonctionnement normal du système. Les transformateurs de grande capacité sont également extrêmement précieux, donc des dispositifs de protection à performance excellente et haute fiabilité doivent être installés en fonction de la capacité et de l'importance du transformateur.

Les défauts des transformateurs peuvent être classés en défauts internes et externes à la cuve.

• Les défauts internes à la cuve comprennent principalement : les courts-circuits interphase, les courts-circuits entre spires et les défauts de phase unique vers la terre. Les courants de court-circuit génèrent des arcs qui peuvent brûler les enroulements, l'isolation et le noyau, et peuvent provoquer une vaporisation intense de l'huile du transformateur, potentiellement conduisant à une explosion de la cuve.

• Les défauts externes à la cuve comprennent :les courts-circuits interphase et les défauts de phase unique vers la terre sur les embases et les sorties.

• Les conditions de fonctionnement anormales comprennent : le surcourant dû aux courts-circuits externes, le surcharge pour diverses raisons, et le niveau d'huile bas à l'intérieur de la cuve.

Sur la base de ces types de défauts et de conditions anormales, les dispositifs de protection suivants doivent être installés :

• La protection au gaz (Buchholz) pour les courts-circuits internes à la cuve et le niveau d'huile bas.

• La protection différentielle longitudinale ou la protection instantanée de surintensité pour les courts-circuits multiphasés dans les enroulements et les sorties, les défauts de phase unique vers la terre sur les enroulements et les sorties dans les systèmes de mise à la terre à haut courant, et les courts-circuits entre spires.

• La protection de surintensité (ou protection de surintensité avec démarrage de tension composée ou protection de courant négatif de séquence) pour les courts-circuits interphase externes, servant de protection de secours pour la protection au gaz et différentielle (ou instantanée).

• La protection de courant zéro-sequence pour les défauts de phase unique vers la terre dans les systèmes de mise à la terre à haut courant.

• La protection de surcharge pour les surcharges symétriques, etc.

Quelles protections sont installées pour un ensemble générateur-transformateur (générateur-transformateur) de 600 MW?

Réponse :

• Protection différentielle de l'ensemble générateur-transformateur

• Protection différentielle longitudinale du générateur

• Protection différentielle du transformateur principal

• Protection de perte d'excitation du générateur

• Protection de désynchronisation du générateur

• Protection de puissance inverse du générateur

• Protection de fréquence basse du générateur

• Protection de sur-excitation

• Protection de défaut de phase unique vers la terre du stator du générateur

• Protection de surintensité du générateur

• Protection de surintensité de séquence négative à temps inverse du générateur

• Protection de surcharge du stator du générateur

• Protection de perte d'eau du générateur

• Protection de courant zéro-séquence du point neutre du transformateur principal

• Protection au gaz (Buchholz) du transformateur principal

• Protection de soulagement de pression du transformateur principal

Quelles sont les différences entre la protection différentielle et la protection au gaz du transformateur principal? Les deux protections peuvent-elles détecter les défauts internes du transformateur?

Réponse : La protection différentielle est la protection primaire des transformateurs ; la protection au gaz est la protection principale pour les défauts internes du transformateur.
La plage de protection de la protection différentielle couvre les équipements électriques primaires entre les transformateurs de courant de tous les côtés du transformateur principal, y compris :

• Les courts-circuits multiphasés sur les sorties et les enroulements du transformateur

• Les courts-circuits sévères entre spires

• Les défauts de phase unique vers la terre sur les sorties d'enroulement dans les systèmes de mise à la terre à haut courant

• La plage de protection de la protection au gaz comprend :

• Les courts-circuits multiphasés internes au transformateur

• Les courts-circuits entre spires, et les courts-circuits entre les spires et le noyau ou la coque extérieure

• Les défauts du noyau (comme le surchauffage et les dommages)

• Le niveau d'huile bas ou la fuite d'huile

• Le mauvais contact dans les changeurs de rapport ou la soudure défectueuse des conducteurs

La protection différentielle peut être installée sur les transformateurs, les générateurs, les sections de barres et les lignes de transport, tandis que la protection au gaz est unique aux transformateurs.
Pour les défauts internes du transformateur (à l'exception des courts-circuits mineurs entre spires), la protection différentielle et la protection au gaz peuvent réagir. Parce que les défauts internes provoquent un mouvement de l'huile et une augmentation du courant primaire, les deux protections peuvent s'activer. Laquelle opère en premier dépend de la nature du défaut.

Quels types de défauts les protections de surintensité zéro-séquence du point neutre du transformateur principal, de surintensité de l'écart et de surtension zéro-séquence protègent-elles? Quels sont les principes de réglage?
Réponse : Les protections de surintensité zéro-séquence du point neutre du transformateur principal, de surintensité de l'écart et de surtension zéro-séquence sont conçues pour protéger contre les défauts de phase unique vers la terre sur les lignes sortantes propres à l'équipement. Elles servent généralement de protection de secours pour les défauts de mise à la terre dans le système 110–220 kV côté haute tension du transformateur. La protection de courant zéro-séquence est utilisée lorsque le point neutre du transformateur est mis à la terre ; la protection de tension zéro-séquence est utilisée lorsque le point neutre est non mis à la terre ; et la protection de surintensité de l'écart est utilisée lorsque le point neutre du transformateur est mis à la terre via un écart d'étincelle.

La protection de surintensité zéro-séquence a un petit courant de démarrage, généralement autour de 100 A, avec un temps de fonctionnement d'environ 0,2 seconde. La protection de surtension zéro-séquence est généralement réglée à deux fois la tension nominale de phase. Pour éviter les surtensions transitoires lors d'une mise à la terre monophasée, le délai est généralement réglé à 0,1–0,2 seconde. La longueur de l'écart d'étincelle au point neutre du côté 220 kV d'un transformateur est généralement de 325 mm, avec une tension de rupture RMS de 127,3 kV. Lorsque la tension neutre dépasse la tension de rupture, l'écart se rompt, permettant au courant zéro-séquence de circuler à travers le point neutre. Le temps de protection est réglé à 0,2 seconde.

Quelles sont la protection primaire et la protection de secours?

Réponse : La protection primaire fait référence à la protection qui, en cas de défaut de court-circuit, satisfait aux exigences de stabilité du système et de sécurité des équipements, et déclenche de manière sélective pour éliminer les défauts sur l'équipement protégé et toute la ligne.
La protection de secours fait référence à la protection qui élimine les défauts lorsque la protection primaire ou le disjoncteur ne fonctionne pas.

Quelle est la fonction de l'excitation forcée du générateur?

Réponse :

• Améliore la stabilité du système de puissance.

• Permet une récupération rapide de la tension après l'élimination du défaut.

• Améliore la fiabilité du fonctionnement de la protection de surintensité à temporisation.

• Améliore les conditions de redémarrage des moteurs pendant les défauts du système.