Rơle bảo vệ đường dây như thế nào

Việc vận chuyển điện liên tục và đáng tin cậy đến người tiêu dùng là một trong những nhiệm vụ chính liên tục được giải quyết bởi các kỹ sư điện. Để cung cấp nó, các mạng điện bao gồm các trạm biến áp phân phối và các đường dây điện kết nối đã được tạo ra. Để di chuyển năng lượng trên một khoảng cách dài, các giá đỡ được sử dụng để treo các dây kết nối. Chúng được cách ly giữa chúng và mặt đất bằng một lớp không khí xung quanh. Những đường dây như vậy được gọi là đường dây trên không theo loại cách nhiệt.

Nếu khoảng cách của đường cao tốc giao thông ngắn hoặc vì lý do an toàn, cần phải giấu đường dây điện trong lòng đất, thì cáp được sử dụng.

Đường dây điện trên không và cáp liên tục ở dưới điện áp, giá trị của nó được xác định bởi cấu trúc của mạng điện.

Mục đích của rơle bảo vệ đường dây

Trong trường hợp hư hỏng cách điện tại bất kỳ vị trí nào trên cáp hoặc đường dây trên không kéo dài, điện áp đặt vào đường dây sẽ tạo ra dòng điện rò rỉ hoặc ngắn mạch qua phần bị hư hỏng.

Nguyên nhân phá vỡ lớp cách nhiệt có thể là các yếu tố khác nhau có thể loại bỏ hoặc tiếp tục tác động phá hủy của chúng. Ví dụ, một con cò bay giữa các sợi dây của đường dây điện trên không tạo ra mạch pha-pha với đôi cánh của nó và bị bỏng, rơi xuống gần đó.

Hay một cái cây mọc rất gần cột chống, trong cơn giông bão đã bị gió giật đổ vào dây điện gây chập điện.

Trong trường hợp đầu tiên, đoản mạch xảy ra trong một khoảng thời gian ngắn và biến mất, trong trường hợp thứ hai, sự vi phạm cách điện có tính chất lâu dài và cần được nhân viên bảo trì loại bỏ.

Thiệt hại như vậy có thể gây thiệt hại lớn cho các nhà máy điện. Dòng điện gây ra ngắn mạch có năng lượng nhiệt rất lớn, không chỉ có thể đốt cháy dây dẫn của đường dây điện mà còn phá hủy thiết bị điện của các trạm biến áp.

Vì những lý do này, bất kỳ hư hỏng nào xảy ra đối với đường dây điện phải được sửa chữa ngay lập tức. Điều này đạt được bằng cách loại bỏ điện áp khỏi đường dây bị lỗi ở phía nguồn cung cấp. Nếu một đường dây điện như vậy nhận điện từ cả hai bên, thì cả hai bên phải ngắt điện.

Các chức năng giám sát liên tục các thông số điện về trạng thái của tất cả các đường dây điện và loại bỏ điện áp khỏi chúng từ mọi phía trong trường hợp khẩn cấp được giao cho các hệ thống kỹ thuật phức tạp, theo truyền thống được gọi là bảo vệ rơle.

Tính từ "rơle" có nguồn gốc từ cơ sở cơ bản dựa trên rơle điện từ, các thiết kế phát sinh cùng với sự xuất hiện của các đường dây điện đầu tiên và đang được cải tiến cho đến ngày nay.

Các thiết bị bảo vệ mô-đun, được giới thiệu rộng rãi trong thực hành của các kỹ sư điện dựa trên công nghệ vi xử lý và công nghệ máy tính không loại trừ việc thay thế hoàn toàn các thiết bị rơle và theo truyền thống lâu đời, cũng được đưa vào các thiết bị bảo vệ rơle.

Nguyên tắc bảo vệ rơle

Cơ quan giám sát mạng

Để giám sát các thông số điện của đường dây điện, cần phải có các thiết bị đo lường có khả năng theo dõi liên tục mọi sai lệch so với chế độ bình thường trong mạng, đồng thời đáp ứng các điều kiện để vận hành an toàn.

Trong đường dây điện có mọi cấp điện áp, chức năng này được giao cho máy biến áp đo lường, chúng được phân thành các loại máy biến áp:

• hiện tại (TT);

• điện áp (VT).

Vì chất lượng của hoạt động bảo vệ có tầm quan trọng hàng đầu đối với độ tin cậy của toàn bộ hệ thống điện, nên các yêu cầu gia tăng về độ chính xác của hoạt động được đặt ra đối với các CT và VT đo, được xác định bởi các đặc tính đo lường của chúng.

Các cấp độ chính xác của máy biến áp đo lường để sử dụng trong các thiết bị bảo vệ rơle và tự động hóa (bảo vệ rơle và tự động hóa) được chuẩn hóa theo các giá trị «0,5», «0,2» và «P».

Dụng cụ biến điện áp

Một cái nhìn tổng thể về việc lắp đặt máy biến điện áp trên đường dây trên không 110 kV được thể hiện trong ảnh dưới đây.

Ở đây có thể thấy rằng VT không được lắp đặt ở bất kỳ đâu dọc theo đường dây kéo dài mà trên thiết bị đóng cắt của trạm biến áp điện. Mỗi máy biến áp được kết nối bằng các đầu cuối sơ cấp của nó với dây dẫn tương ứng của đường dây trên không và mạch đất.

Điện áp được chuyển đổi từ các cuộn thứ cấp được xuất ra thông qua các công tắc 1P và 2P thông qua các dây dẫn tương ứng của cáp nguồn. Để sử dụng trong các thiết bị bảo vệ và đo lường, các cuộn thứ cấp được kết nối theo sơ đồ "sao" và "tam giác", như trong ảnh cho VT-110 kV.

Làm giảm xuống mất điện áp và hoạt động chính xác của bảo vệ rơle, một cáp nguồn đặc biệt được sử dụng và các yêu cầu gia tăng được đặt ra đối với việc lắp đặt và vận hành nó.

Các VT đo được tạo cho từng loại điện áp đường dây và có thể được chuyển đổi theo các sơ đồ khác nhau để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể. Nhưng tất cả chúng đều hoạt động theo nguyên tắc chung là chuyển đổi giá trị tuyến tính của điện áp đường truyền thành giá trị thứ cấp 100 volt, sao chép chính xác và nhấn mạnh tất cả các đặc tính của sóng hài sơ cấp ở một tỷ lệ nhất định.

Tỉ số biến đổi của VT được xác định bằng tỉ số giữa điện áp dây của mạch sơ cấp và thứ cấp. Ví dụ, đối với đường dây trên không 110 kV đang xem xét, nó được viết như sau: 110000/100.

Dụng cụ biến dòng điện

Các thiết bị này cũng chuyển đổi tải dòng sơ cấp thành giá trị thứ cấp với sự lặp lại tối đa của bất kỳ thay đổi nào trong sóng hài của dòng sơ cấp.

Để vận hành và bảo trì thiết bị điện dễ dàng hơn, chúng cũng được lắp đặt trên các thiết bị phân phối của trạm biến áp.

Máy biến dòng Chúng được đưa vào mạch đường dây trên không theo một cách khác với VT: chúng với cuộn dây sơ cấp, thường chỉ được biểu thị bằng một vòng ở dạng dây dòng điện một chiều, được cắt đơn giản thành từng dây của pha đường dây.Điều này có thể được nhìn thấy rõ ràng trong bức ảnh trên.

Tỷ lệ biến đổi CT được xác định bởi tỷ lệ lựa chọn các giá trị danh nghĩa ở giai đoạn thiết kế đường dây điện. Ví dụ: nếu đường dây điện được thiết kế để mang 600 ampe và 5 A sẽ được loại bỏ khỏi thứ cấp CT, thì ký hiệu 600/5 sẽ được sử dụng.

Trong điện, hai tiêu chuẩn được chấp nhận cho các giá trị của dòng điện thứ cấp được sử dụng:

• 5 A cho tất cả các CT đến và bao gồm 110 kV;

• 1 A cho đường dây 330 kV trở lên.

Cuộn dây TT thứ cấp được kết nối để kết nối với các thiết bị bảo vệ theo các sơ đồ khác nhau:

• ngôi sao đầy đủ;

• ngôi sao không hoàn chỉnh;

• Tam giác.

Mỗi hợp chất có những đặc điểm riêng và được sử dụng cho một số loại bảo vệ theo những cách khác nhau. Một ví dụ về kết nối máy biến dòng và cuộn dây rơle dòng điện với mạch sao đầy đủ được hiển thị trong ảnh.

Đây là bộ lọc sóng hài đơn giản và phổ biến nhất được sử dụng trong nhiều mạch rơ le bảo vệ. Trong đó, dòng điện từ mỗi pha được điều khiển bởi một rơle riêng biệt cùng tên và tổng của tất cả các vectơ đi qua cuộn dây được bao gồm trong dây trung tính chung.

Phương pháp sử dụng máy biến áp đo dòng điện và điện áp cho phép chuyển các quá trình sơ cấp diễn ra trên thiết bị điện sang mạch thứ cấp trên thang đo chính xác để sử dụng chúng trong phần cứng bảo vệ rơle và tạo ra các thuật toán cho hoạt động của logic các thiết bị để loại bỏ các quy trình thiết bị khẩn cấp.

Cơ quan xử lý thông tin nhận được

Trong bảo vệ rơle, phần tử làm việc chính là rơle - một thiết bị điện thực hiện hai chức năng chính:

• giám sát chất lượng của tham số được quan sát, chẳng hạn như dòng điện và ở chế độ bình thường, nó duy trì ổn định và không thay đổi trạng thái của hệ thống tiếp điểm;

• khi đạt đến một giá trị tới hạn được gọi là điểm đặt hoặc ngưỡng phản hồi, nó sẽ ngay lập tức chuyển vị trí của các tiếp điểm của nó và duy trì ở trạng thái này cho đến khi giá trị quan sát được trở về phạm vi bình thường.

Các nguyên tắc hình thành các mạch để chuyển đổi rơle dòng điện và điện áp trong mạch thứ cấp giúp hiểu được sự biểu diễn của các sóng hài hình sin bằng các đại lượng vectơ với biểu diễn của chúng trong một mặt phẳng phức tạp.

Ở phần dưới của hình ảnh, một sơ đồ véc tơ được hiển thị cho một trường hợp điển hình của phân phối hình sin trong ba pha A, B, C trong chế độ vận hành của nguồn điện tiêu dùng.

Giám sát tình trạng của mạch điện áp và dòng điện

Một phần, nguyên tắc xử lý tín hiệu thứ cấp được thể hiện trong mạch để bật CT và cuộn dây rơle theo sơ đồ sao và VT đầy đủ của ORU-110. Phương pháp này cho phép bạn thêm các vectơ theo các cách sau.

Việc đưa cuộn dây rơle vào bất kỳ sóng hài nào của các pha này cho phép bạn kiểm soát hoàn toàn các quá trình diễn ra trong đó và tắt mạch khỏi hoạt động trong trường hợp xảy ra tai nạn. Để làm được điều này, chỉ cần sử dụng các thiết kế phù hợp của thiết bị rơle cho dòng điện hoặc điện áp.

Các sơ đồ trên là trường hợp đặc biệt của việc sử dụng linh hoạt các bộ lọc khác nhau.

Các phương pháp điều khiển công suất đi qua đường dây

Các thiết bị bảo vệ rơle kiểm soát giá trị công suất dựa trên số đọc của tất cả các máy biến dòng và điện áp giống nhau.Trong trường hợp này, các công thức và tỷ lệ tổng, công suất tác dụng và phản kháng nổi tiếng giữa chúng và các giá trị của chúng được biểu thị bằng các vectơ của dòng điện và điện áp được sử dụng.

Điều này được hiểu rằng vectơ hiện tại được hình thành bởi emf được áp dụng cho điện trở đường dây và vượt qua các phần hoạt động và phản ứng của nó như nhau. Nhưng đồng thời, trong các phần có thành phần Ua và Up, sự sụt giảm điện áp xảy ra theo quy luật được mô tả bởi tam giác điện áp.

Điện năng có thể được truyền từ đầu này sang đầu kia của đường dây và thậm chí đảo ngược khi vận chuyển điện năng.

Những thay đổi theo hướng của nó là kết quả của:

• chuyển tải bởi nhân viên vận hành;

• dao động điện trong hệ thống do ảnh hưởng của quá độ và các yếu tố khác;

• sự xuất hiện của các chế độ khẩn cấp.

Rơle công suất (PM) hoạt động như một phần của hệ thống tự động hóa và bảo vệ rơle có tính đến các dao động theo hướng của nó và được cấu hình để hoạt động khi đạt đến giá trị tới hạn.

Phương pháp kiểm soát điện trở đường dây

Thiết bị bảo vệ rơle tính toán khoảng cách đến vị trí ngắn mạch dựa trên các phép đo điện trở được gọi là bảo vệ khoảng cách hoặc viết tắt là bảo vệ DZ. Họ cũng sử dụng các mạch biến dòng điện và điện áp trong công việc của họ.

Để đo điện trở, sử dụng Biểu thức của định luật Ômmô tả cho đoạn mạch đang xét.

Khi một dòng điện hình sin đi qua điện trở hoạt động, điện dung và cảm ứng, vectơ giảm điện áp trên chúng lệch theo các hướng khác nhau. Điều này được tính đến bởi hành vi của rơle bảo vệ.

Theo nguyên lý này, nhiều loại rơle điện trở (RS) làm việc trong các thiết bị rơle bảo vệ và tự động hóa.

Phương pháp kiểm soát tần số dòng

Để duy trì sự ổn định của chu kỳ dao động hài của dòng điện truyền qua đường dây điện, người ta sử dụng rơle điều khiển tần số. Chúng hoạt động trên nguyên tắc so sánh sóng hình sin tham chiếu do máy phát tích hợp tạo ra với tần số thu được từ máy biến áp đo lường tuyến tính.

Sau khi xử lý hai tín hiệu này, rơle tần số xác định chất lượng của sóng hài quan sát được và khi đạt đến giá trị cài đặt, sẽ thay đổi vị trí của hệ thống tiếp điểm.

Các tính năng của điều khiển tham số dòng bằng bảo vệ kỹ thuật số

Sự phát triển của bộ vi xử lý thay thế các công nghệ rơle cũng không thể hoạt động nếu không có các giá trị dòng điện và điện áp thứ cấp, được loại bỏ khỏi các máy biến áp đo lường TT và VT.

Đối với hoạt động của các biện pháp bảo vệ kỹ thuật số, thông tin về sóng hình sin thứ cấp được xử lý bằng các phương pháp lấy mẫu, bao gồm việc đặt tần số cao lên tín hiệu tương tự và cố định biên độ của tham số được điều khiển tại giao điểm của các biểu đồ.

Do bước lấy mẫu nhỏ, phương pháp xử lý nhanh và sử dụng phương pháp xấp xỉ toán học, phép đo dòng điện và điện áp thứ cấp có độ chính xác cao.

Các giá trị số được tính toán theo cách này được sử dụng trong thuật toán cho hoạt động của các thiết bị vi xử lý.

Phần logic của rơle bảo vệ và tự động hóa

Sau khi các giá trị ban đầu của dòng điện và điện áp của dòng điện truyền dọc theo đường dây điện được mô hình hóa bằng cách đo các máy biến áp được chọn để xử lý bằng các bộ lọc và được các cơ quan nhạy cảm của thiết bị rơle nhận về dòng điện, điện áp, công suất, điện trở và tần số, đó là lần lượt của các mạch của rơle logic.

Thiết kế của chúng dựa trên các rơle hoạt động từ một nguồn bổ sung có điện áp không đổi, được chỉnh lưu hoặc xoay chiều, còn được gọi là hoạt động và các mạch được cung cấp bởi nó đang hoạt động. Thuật ngữ này có ý nghĩa kỹ thuật: rất nhanh chóng, không có sự chậm trễ không cần thiết, để thực hiện các chuyển đổi của họ.

Tốc độ hoạt động của mạch logic phần lớn quyết định tốc độ tắt khẩn cấp và do đó mức độ hậu quả phá hoại của nó.

Theo cách chúng thực hiện nhiệm vụ của mình, các rơle hoạt động trong các mạch vận hành được gọi là trung gian: chúng nhận tín hiệu từ thiết bị bảo vệ đo lường và truyền tín hiệu đó bằng cách chuyển các tiếp điểm của chúng sang các bộ phận điều hành: rơle đầu ra, nam châm điện, nam châm điện để ngắt hoặc đóng công tắc nguồn .

Rơle trung gian thường có một số cặp tiếp điểm hoạt động để tạo hoặc ngắt mạch. Chúng được sử dụng để sao chép đồng thời các lệnh giữa các thiết bị bảo vệ rơ le khác nhau.

Trong thuật toán thao tác của bảo vệ rơle thường đưa vào một khoảng trễ để đảm bảo nguyên tắc chọn lọc và hình thành trình tự của một thuật toán nhất định. Nó chặn hoạt động bảo vệ trong khi thiết lập.

Đầu vào độ trễ này được tạo bằng cách sử dụng các rơle thời gian (RV) đặc biệt có cơ chế đồng hồ ảnh hưởng đến tốc độ của các tiếp điểm của chúng.

Phần logic của bảo vệ rơle sử dụng một trong nhiều thuật toán được thiết kế cho các trường hợp khác nhau có thể xảy ra trên đường dây điện có cấu hình và điện áp nhất định.

Ví dụ, chúng ta chỉ có thể đưa ra một số tên hoạt động logic của hai bảo vệ rơle dựa trên sự điều khiển dòng điện của đường dây:

• ngắt dòng điện (chỉ báo tốc độ) không chậm trễ hoặc có chậm trễ (đảm bảo tính chọn lọc RF), có tính đến hướng nguồn (do rơle RM) hoặc không có nó;

• bảo vệ quá dòng có thể được cung cấp với các điều khiển tương tự như ngắt kết nối, hoàn thành có hoặc không có kiểm tra điện áp thấp đường dây.

Các yếu tố tự động hóa của các thiết bị khác nhau thường được đưa vào hoạt động của logic bảo vệ rơle, ví dụ:

• đóng cắt công tắc nguồn một pha hoặc ba pha;

• bật nguồn điện dự phòng;

• sự tăng tốc;

• dỡ tải tần số.

Phần logic của bảo vệ đường dây có thể được thực hiện trong ngăn rơle nhỏ ngay phía trên công tắc nguồn, điển hình cho thiết bị đóng cắt hoàn chỉnh bên ngoài (KRUN) có điện áp lên đến 10 kV hoặc chiếm một số bảng 2x0,8 m trong phòng rơle .

Ví dụ, logic bảo vệ cho đường dây 330 kV có thể được đặt trên các bảng bảo vệ riêng biệt:

• dự trữ;

• DZ — điều khiển từ xa;

• DFZ — pha vi sai;

• VCHB — chặn tần số cao;

• OAPV;

• sự tăng tốc.

mạch đầu ra

Các mạch đầu ra đóng vai trò là thành phần cuối cùng của bảo vệ rơle tuyến tính, logic của chúng cũng dựa trên việc sử dụng các rơle trung gian.

Các mạch đầu ra hình thành thứ tự hoạt động của các bộ ngắt dòng và xác định sự tương tác với các kết nối liền kề, các thiết bị (ví dụ: bảo vệ sự cố bộ ngắt - ngắt khẩn cấp bộ ngắt) và các yếu tố khác của bảo vệ rơle và tự động hóa.

Bảo vệ đường dây đơn giản có thể chỉ có một rơle đầu ra ngắt cầu dao. Trong các hệ thống phức tạp có bảo vệ phân nhánh, các mạch logic đặc biệt được tạo ra hoạt động theo một thuật toán nhất định.

Việc loại bỏ điện áp cuối cùng khỏi đường dây trong trường hợp khẩn cấp được thực hiện bằng công tắc nguồn, được kích hoạt bằng lực của nam châm điện tác động. Chuỗi năng lượng đặc biệt được cung cấp cho hoạt động của nó, có thể chịu được tải trọng mạnh.Ki.