Domande e risposte sulla protezione a microcomputer e dispositivi automatici: Spiegazione delle funzioni principali ed essenziali per l'applicazione

Cos'è un dispositivo di protezione a microcomputer?

Risposta: Un dispositivo di protezione a microcomputer è un dispositivo automatico in grado di rilevare guasti o condizioni di funzionamento anomale nelle apparecchiature elettriche all'interno di un sistema di potenza, agendo per aprire interruttori o emettere segnali di allarme.

Quali sono le funzioni di base della protezione a microcomputer?

Risposta:

• Isolare automaticamente, rapidamente e selettivamente l'apparecchiatura difettosa dal sistema aprendo interruttori, garantendo che l'apparecchiatura non difettosa riprenda il funzionamento normale in modo rapido e prevenendo ulteriori danni all'apparecchiatura difettosa.

• Rilevare condizioni di funzionamento anomale delle apparecchiature elettriche e, in base ai requisiti di manutenzione operativa, attivare segnali di allarme o disconnettere apparecchiature che potrebbero essere danneggiate o sviluppare guasti se mantenute in servizio. La protezione di relè che risponde a condizioni anomale generalmente non richiede un'azione immediata e può includere un ritardo temporizzato.

Quali sono i requisiti fondamentali per la protezione a microcomputer?

Risposta: La protezione a microcomputer svolge un ruolo cruciale nell'assicurare il funzionamento sicuro, stabile e affidabile dei sistemi di potenza e nel eliminare prontamente i guasti. Pertanto, la protezione di relè deve soddisfare i seguenti requisiti:

• Selettività: Quando si verifica un guasto nel sistema, il dispositivo di protezione dovrebbe isolare solo l'apparecchiatura difettosa, assicurando che l'apparecchiatura non difettosa continui a funzionare, minimizzando così l'area di interruzione e ottenendo un'operazione selettiva.

• Velocità: Dopo un guasto nel sistema, se il guasto non viene rapidamente eliminato, potrebbe aggravarsi. Ad esempio, durante un cortocircuito, la tensione diminuisce significativamente, causando una rallentazione o un blocco dei motori vicini al punto del guasto, interrompendo la produzione normale. Inoltre, i generatori non possono fornire energia durante un guasto, potenzialmente portando a instabilità del sistema. Inoltre, l'apparecchiatura difettosa porta correnti di guasto elevate, subendo danni meccanici e termici gravi. Più a lungo persiste la corrente di guasto, più gravi sono i danni. Pertanto, dopo un guasto, il sistema di protezione dovrebbe agire il più velocemente possibile per isolarlo.

• Sensibilità: Il dispositivo di protezione deve rilevare in modo affidabile guasti e condizioni anomale nella sua zona protetta. Ciò significa che dovrebbe funzionare sensibilmente non solo durante i cortocircuiti metallici trifasi alle condizioni operative massime, ma anche durante i cortocircuiti bifasi con alta resistenza di transizione alle condizioni operative minime, mantenendo una sufficiente sensibilità e un funzionamento affidabile.

• Affidabilità: L'affidabilità di un sistema di protezione è cruciale. Non deve mancare di funzionare quando si verifica un guasto nella sua zona protetta, né dovrebbe funzionare in modo errato quando non esiste un guasto. Un dispositivo di protezione non affidabile, una volta in servizio, potrebbe diventare da solo una fonte di incidenti ampliati o addirittura diretti.

Descrivere brevemente le protezioni basate su microcomputer utilizzate per i trasformatori e le loro rispettive funzioni.

Risposta: I trasformatori sono apparecchiature vitali nei sistemi di potenza. I loro guasti influiscono gravemente sulla affidabilità dell'approvvigionamento elettrico e sul funzionamento normale del sistema. I trasformatori di grande capacità sono anche estremamente preziosi, quindi devono essere installati dispositivi di protezione con prestazioni eccellenti e alta affidabilità in base alla capacità e all'importanza del trasformatore.

I guasti dei trasformatori possono essere classificati in guasti interni e esterni all'interno del serbatoio.

• I guasti interni al serbatoio comprendono principalmente: cortocircuiti tra fasi, cortocircuiti tra spire e guasti a terra monofase. Le correnti di cortocircuito generano archi che possono bruciare le bobine, l'isolamento e il nucleo, e possono causare una vaporizzazione intensa dell'olio del trasformatore, potenzialmente portando a esplosioni del serbatoio.

• I guasti esterni al serbatoio includono:cortocircuiti tra fasi e guasti a terra monofase sui candelotti e sui cavi d'uscita.

• Le condizioni di funzionamento anomale includono: sovracorrente dovuta a cortocircuiti esterni, sovraccarico per vari motivi e livello basso di olio all'interno del serbatoio.

In base a questi tipi di guasti e condizioni anomale, dovrebbero essere installati i seguenti dispositivi di protezione:

• Protezione a gas (Buchholz) per i cortocircuiti interni al serbatoio e per il livello basso di olio.

• Protezione differenziale longitudinale o protezione contro sovracorrente istantanea per i cortocircuiti multifase nelle bobine e nei cavi, guasti a terra nelle bobine e nei cavi nei sistemi di terra ad alta corrente, e cortocircuiti tra spire.

• Protezione contro sovracorrente (o protezione contro sovracorrente con avviamento a tensione composta o protezione contro corrente negativa sequenziale) per i cortocircuiti esterni tra fasi, fungendo da protezione di backup per la protezione a gas e differenziale (o sovracorrente istantanea).

• Protezione contro corrente zero sequenza per i guasti a terra esterni nei sistemi di terra ad alta corrente.

• Protezione contro sovraccarico per sovraccarichi simmetrici, ecc.

Quali protezioni sono installate per un gruppo generatore-trasformatore (gen-trasformatore) da 600 MW?

Risposta:

• Protezione differenziale unitaria generatore-trasformatore

• Protezione differenziale longitudinale del generatore

• Protezione differenziale principale del trasformatore

• Protezione contro perdita di eccitazione del generatore

• Protezione contro fuori fase del generatore

• Protezione contro potenza inversa del generatore

• Protezione contro frequenza bassa del generatore

• Protezione contro sovraeccitazione

• Protezione contro guasti a terra dello stator del generatore

• Protezione contro sovracorrente del generatore

• Protezione contro sovracorrente sequenziale negativa a tempo inverso del generatore

• Protezione contro sovraccarico dello stator del generatore

• Protezione contro perdita d'acqua del generatore

• Protezione contro corrente zero sequenza al punto neutro del trasformatore principale

• Protezione a gas (Buchholz) del trasformatore principale

• Protezione contro rilascio di pressione del trasformatore principale

Quali sono le differenze tra la protezione differenziale principale e la protezione a gas? Entrambe le protezioni possono rilevare i guasti interni del trasformatore?

Risposta: La protezione differenziale è la protezione primaria per i trasformatori; la protezione a gas è la protezione principale per i guasti interni del trasformatore.
La gamma di protezione della protezione differenziale copre l'equipaggiamento elettrico primario tra i trasformatori di corrente su tutti i lati del trasformatore principale, inclusi:

• Cortocircuiti multifase sui cavi e sulle bobine del trasformatore

• Cortocircuiti tra spire gravi

• Guasti a terra sui cavi delle bobine nei sistemi di terra ad alta corrente

• La gamma di protezione della protezione a gas include:

• Cortocircuiti multifase interni al trasformatore

• Cortocircuiti tra spire, e cortocircuiti tra spire e nucleo o guscio esterno

• Guasti al nucleo (come surriscaldamento e danneggiamento)

• Livello basso di olio o perdita di olio

• Contatto povero nei cambi di rapporto o saldatura difettosa dei conduttori

La protezione differenziale può essere installata su trasformatori, generatori, sezioni di bus e linee di trasmissione, mentre la protezione a gas è unica per i trasformatori.
Per i guasti interni del trasformatore (esclusi i minori cortocircuiti tra spire), sia la protezione differenziale che quella a gas possono reagire. Poiché i guasti interni causano movimento dell'olio e aumento della corrente primaria, entrambe le protezioni possono attivarsi. Quale attiva per prima dipende dalla natura del guasto.

Quali tipi di guasti proteggono la protezione contro sovracorrente zero sequenza al punto neutro del trasformatore principale, la protezione contro sovracorrente nello spazio e la protezione contro sovratensione zero sequenza? Quali sono i principi di impostazione?
Risposta: La protezione contro sovracorrente zero sequenza al punto neutro del trasformatore principale, la protezione contro sovracorrente nello spazio e la protezione contro sovratensione zero sequenza sono progettate per proteggere contro i guasti a terra sulle proprie linee di uscita dell'equipaggiamento. Generalmente, fungono da protezione di backup per i guasti a terra nel sistema 110–220 kV sul lato ad alta tensione del trasformatore. La protezione contro corrente zero sequenza viene utilizzata quando il punto neutro del trasformatore è collegato a terra; la protezione contro sovratensione zero sequenza viene utilizzata quando il punto neutro non è collegato a terra; e la protezione contro sovracorrente nello spazio viene utilizzata quando il punto neutro del trasformatore è collegato a terra attraverso uno spazio di scintilla.

La protezione contro sovracorrente zero sequenza ha una piccola corrente di inizio, solitamente intorno a 100 A, con un tempo di azione di circa 0,2 secondi. La protezione contro sovratensione zero sequenza è solitamente impostata al doppio della tensione nominale di fase. Per evitare sovratensioni transitorie durante il collegamento a terra monofase, il ritardo temporale è solitamente impostato a 0,1–0,2 secondi. La lunghezza dello spazio di scintilla al punto neutro del lato 220 kV di un trasformatore è generalmente di 325 mm, con una tensione di rottura RMS di 127,3 kV. Quando la tensione neutrale supera la tensione di rottura, lo spazio si rompe, permettendo alla corrente zero sequenza di fluire attraverso il punto neutro. Il tempo di protezione è impostato a 0,2 secondi.

Quali sono la protezione primaria e la protezione di backup?

Risposta: La protezione primaria si riferisce alla protezione che, in caso di guasto a cortocircuito, soddisfa i requisiti di stabilità del sistema e di sicurezza dell'equipaggiamento, e seleziona e interrompe i guasti sull'equipaggiamento e sulla linea protetta.
La protezione di backup si riferisce alla protezione che elimina i guasti quando la protezione primaria o l'interruttore non funzionano.

Qual è la funzione dell'eccitazione forzata del generatore?

Risposta:

• Migliora la stabilità del sistema di potenza.

• Permette un recupero rapido della tensione dopo l'eliminazione del guasto.

• Migliora l'affidabilità dell'operazione della protezione contro sovracorrente a ritardo temporizzato.

• Migliora le condizioni di autoavvio dei motori durante i guasti del sistema.