Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Защитное реле

В коммунальных и промышленных системах передачи и распределения электроэнергии числовое реле представляет собой компьютерную систему с программными алгоритмами защиты для обнаружения электрических повреждений . [1] Такие реле также называют реле защиты микропроцессорного типа. Они являются функциональной заменой электромеханических реле защиты и могут включать в себя множество функций защиты в одном устройстве, а также обеспечивать функции измерения, связи и самотестирования.

Описание и определение [ править ]

Цифровое защитное реле - это защитное реле, которое использует микропроцессор для анализа напряжений, токов или других технологических величин энергосистемы с целью обнаружения неисправностей в энергосистеме или системе промышленных процессов. Цифровое защитное реле можно также назвать «цифровым защитным реле». Его еще называют цифровым реле.

Обработка ввода [ править ]

Низкое напряжение и низкий ток сигналов (то есть, на вторичной обмотке трансформаторов напряжения и трансформаторов тока ) приводят в фильтр нижних частот , который удаляет частоты содержание выше примерно 1/3 от частоты дискретизации (реле А / Ц преобразователь потребности в образце быстрее, чем дважды за цикл наивысшей частоты, которую он должен контролировать). Затем сигнал переменного тока дискретизируется аналого-цифровым преобразователем реле от 4 до 64 (в зависимости от реле) выборок за цикл энергосистемы. Как минимум, величина входящей величины, обычно использующая преобразование Фурьеконцепции ( среднеквадратичное значение и некоторая форма усреднения) будут использоваться в простой функции реле. Более продвинутый анализ может использоваться для определения фазовых углов , мощности , реактивной мощности , импеданса , искажения формы сигнала и других сложных величин.

Для большинства алгоритмов защиты требуется только фундаментальный компонент, если только не используется высокоскоростной алгоритм, использующий данные субцикла для отслеживания быстро меняющихся проблем. Затем дискретизированные данные проходят через фильтр нижних частот, который численно удаляет частотное содержимое, превышающее интересующую основную частоту (т. Е. Номинальную частоту системы), и использует алгоритмы преобразования Фурье для извлечения амплитуды и угла основной частоты.

Логическая обработка [ править ]

Реле анализирует результирующие выходы аналого-цифрового преобразователя, чтобы определить, требуется ли действие в соответствии с его алгоритмом (-ами) защиты. Алгоритмы защиты - это набор логических уравнений, частично разработанный инженером по защите, а частично разработанный производителем реле. Реле может применять расширенную логику. Он способен анализировать, должно ли реле отключаться или удерживаться от отключения, на основе параметров, установленных пользователем, по сравнению со многими функциями его аналоговых входов, входов релейных контактов, времени и порядка последовательностей событий.

При обнаружении неисправности выходные контакты срабатывают для отключения соответствующего автоматического выключателя (ей).

Настройка параметров [ править ]

Логика настраивается пользователем и может варьироваться от простой замены переключателей на передней панели или перемещения перемычек на печатной плате до доступа к веб-странице настройки внутренних параметров реле через канал связи на другом компьютере, находящемся за сотни километров.

Реле может иметь обширный набор настроек, помимо того, что можно ввести с помощью регуляторов и регуляторов на передней панели, и эти настройки передаются в реле через интерфейс с ПК ( персональным компьютером ), и тот же самый интерфейс ПК может использоваться для собирать отчеты о событиях с реле.

Запись события [ править ]

В некоторых реле для осциллографических записей сохраняется краткая история всех дискретизированных данных. Запись событий может включать в себя некоторые средства, позволяющие пользователю видеть синхронизацию ключевых логических решений, изменений релейного ввода / вывода (ввод / вывод) и видеть осциллографическим способом, по крайней мере, основной компонент входящих аналоговых параметров.

Отображение данных [ править ]

Цифровые / числовые реле обеспечивают отображение на передней панели или отображение на терминале через интерфейс связи. Он используется для отображения настроек реле и значений тока / напряжения в реальном времени и т. Д.

Более сложные цифровые реле будут иметь порты протоколов измерения и связи, что позволит реле стать элементом системы SCADA . Коммуникационные порты могут включать RS232 / RS485 или Ethernet (медный или оптоволоконный). Языки связи могут включать протоколы Modbus , DNP3 или IEC61850 .

Сравнение с другими типами [ править ]

Электромеханические реле защиты на гидроэлектростанции

Напротив, электромеханическое защитное реле преобразует напряжения и токи в магнитные и электрические силы и крутящие моменты, которые снижают натяжение пружин в реле. Натяжение пружины и удары электромагнитных катушек в реле - это основные процессы, с помощью которых пользователь устанавливает такое реле.

В твердотельном реле входящие формы сигналов напряжения и тока контролируются аналоговыми цепями, а не записываются или не оцифровываются. Аналоговые значения сравниваются с настройками, сделанными пользователем с помощью потенциометров в реле и, в некоторых случаях, отводов на трансформаторах.

В некоторых твердотельных реле простой микропроцессор выполняет часть релейной логики, но логика фиксирована и проста. Например, в некоторых твердотельных реле максимального тока поступающий переменный ток сначала преобразуется в значение переменного тока небольшого сигнала, затем переменный ток подается в выпрямитель и фильтр, который преобразует переменный ток в значение постоянного тока, пропорциональное форме волны переменного тока. ОУа компаратор используется для создания постоянного тока, который возрастает при достижении точки срабатывания. Затем относительно простой микропроцессор выполняет низкоскоростное аналого-цифровое преобразование сигнала постоянного тока, интегрирует результаты для создания отклика кривой максимальной токовой защиты от времени и отключается, когда интеграция превышает заданное значение. Хотя это реле имеет микропроцессор, ему не хватает атрибутов цифрового / числового реле, и, следовательно, термин «микропроцессорное реле» не является ясным.

История [ править ]

Цифровое / цифровое реле было изобретено Джорджем Рокфеллером. [2] Джордж задумал это в своей магистерской диссертации в 1967–68 в Ньюаркском инженерном колледже. [3] Он опубликовал свою основополагающую статью « Защита от сбоев с помощью цифрового компьютера» [4] в 1969 году. Westinghouse разработал первое цифровое реле с Prodar 70 [5] , разработанным между 1969 и 1971 годами. Оно было введено в эксплуатацию на линии электропередачи 230 кВ. на подстанции Tesla PG&E в феврале 1971 года и проработала шесть лет. [6] В 2017 году Джордж получил награду IEEE Halperin Electric Transmission and Distribution Award. [7]Награда была вручена за «новаторскую разработку и практическую демонстрацию релейной защиты электроэнергетических систем с использованием цифровых компьютерных технологий в реальном времени». Джордж был председателем комитета IEEE Power System Relaying and Control (PSRC) (1981-1982), а также членом «Подкомитета компьютерной Relaying Subcommittee», который был создан PSRC в 1971 году и распущен в 1978 году. Он написал предисловие для учебное пособие PSRC по компьютерной ретрансляции, выпущенное в 1979 году.

В 1971 г. М. Рамамурти первым описал [8] расчет импеданса для дистанционной защиты с использованием дискретного анализа Фурье .

Первое практическое коммерчески доступное цифровое / числовое реле на базе микропроцессора было создано Эдмундом О. Швейцером III в начале 1980-х годов. SEL , AREVA и ABB Groupбыли ранними предшественниками, сделавшими некоторые из первых достижений рынка на арене, но арена сегодня переполнена многими производителями. В защите линий электропередач и генераторов к середине 1990-х годов цифровое реле почти заменило твердотельное и электромеханическое реле в новой конструкции. В распределительных устройствах замена цифрового реле происходила немного медленнее. В то время как подавляющее большинство фидерных реле в новых приложениях сегодня являются цифровыми, твердотельные реле все еще находят применение там, где простота применения позволяет использовать более простые реле, что позволяет избежать сложности цифровых реле.

Типы защитных элементов [ править ]

Защитные элементы относятся к общей логике контролируемого электрического состояния. Например, дифференциальный элемент относится к логике, необходимой для контроля двух (или более) токов, определения их разности и отключения, если разница превышает определенные параметры. Термины "элемент" и "функция" во многих случаях взаимозаменяемы.

Для простоты на однолинейных схемах функция защиты обычно обозначается номером устройства ANSI . В эпоху электромеханических и твердотельных реле любое реле могло выполнять только одну или две защитные функции, поэтому полная система защиты может иметь много реле на своей панели. В цифровом / цифровом реле многие функции реализуются микропроцессорным программированием. Любое числовое реле может реализовывать одну или все эти функции.

Список номеров устройств можно найти в разделе Номера устройств ANSI . Краткое изложение некоторых общих номеров устройств, которые можно увидеть в цифровых реле:

  • 11 - Многофункциональное устройство
  • 21 - Расстояние
  • 24 - Вольт / Гц
  • 25 - Синхронизация
  • 27 - Пониженное напряжение
  • 32 - Направленный силовой элемент
  • 46 - Ток отрицательной последовательности
  • 40 - Потеря возбуждения
  • 47 - Напряжение отрицательной последовательности
  • 50 - Мгновенная перегрузка по току (N для нейтрали, G для тока заземления)
  • 51 - МТЗ с обратнозависимой выдержкой времени (N - нейтраль, G - ток земли)
  • 59 - Перенапряжение
  • 62 - Таймер
  • 64 - Замыкание на землю (64F = полевая земля, 64G = земля генератора)
  • 67 - Направленная перегрузка по току (обычно контролирует элемент 50/51)
  • 79 - Реле повторного включения
  • 81 - Пониженная / повышенная частота
  • 86 - Контроль реле блокировки / цепи отключения
  • 87 - Дифференциал тока (87L = дифференциал линии передачи; 87T = дифференциал трансформатора; 87G = дифференциал генератора)

См. Также [ править ]

  • Полифазная система
  • Воздушная линия электропередачи
  • Отключение электричества
  • Трехфазная электрическая мощность

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Программируемый контроллер автоматизации Schweitzer" . Schweitzer Engineering Laboratories. Архивировано из оригинала 9 сентября 2015 года . Проверено 21 ноября 2012 года .
  2. ^ "Джордж Дорварт Рокфеллер - Вики по истории инженерии и технологии" . ethw.org . Проверено 13 февраля 2019 .
  3. ^ Рокфеллер, Джордж Д. (1968-05-31). «Защита от неисправностей с помощью цифрового компьютера» . Тезисы . 88 (4): 438–464. Bibcode : 1969ITPAS..88..438R . DOI : 10.1109 / TPAS.1969.292466 .
  4. ^ Рокфеллер, GD (1969). «Защита от неисправностей с помощью цифрового компьютера». IEEE Transactions по силовым устройствам и системам . 88 (4): 438–464. Bibcode : 1969ITPAS..88..438R . DOI : 10.1109 / TPAS.1969.292466 .
  5. ^ Рокфеллер, GD; Удрен, Э.А.; Гилкрест, Великобритания (1972). «Высокоскоростная дистанционная ретрансляция с использованием цифрового компьютера I - Описание системы». IEEE Transactions по силовым устройствам и системам . 91 (3): 1235–1243. Bibcode : 1972ITPAS..91.1235G . DOI : 10.1109 / TPAS.1972.293482 .
  6. ^ Рокфеллер, GD; Удрен, EA (1972). «Высокоскоростная дистанционная ретрансляция с использованием цифрового компьютера. Результаты II-теста». IEEE Transactions по силовым устройствам и системам . 91 (3): 1244–1258. Bibcode : 1972ITPAS..91.1244R . DOI : 10.1109 / TPAS.1972.293483 .
  7. ^ "IEEE Herman Halperin Electric Transmission and Distribution Award" .
  8. ^ Ramamoorty, М. (1971). «Примечание об измерении импеданса с помощью цифровых компьютеров». IEE-IERE Proceedings - Индия . 9 (6): 243. DOI : 10,1049 / iipi.1971.0062 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Отчет рабочей группы «Понимание микропроцессорных технологий, применяемых в ретрансляции» , Комитет IEEE Power System Relaying Committee
  • Абдельмумен, Абделькадер; Бентарзи, Хамид (23 июня 2017 г.). «Обзор разработок и тенденций в области реле защиты». Журнал энергетики в Южной Африке . 25 (2): 91–95. DOI : 10,17159 / 2413-3051 / 2014 / v25i2a2674 .
  • Видео, объясняющее тестирование защиты от перегрузки по току: https://www.youtube.com/watch?v=bQ6fZrrP0H4