Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Защита системы питания является филиалом электрической энергетики , которая занимается защитой электроэнергетических систем от сбоев через разъединение частей от ошибочно работающих остальной части электрической сети . Целью схемы защиты является поддержание стабильности энергосистемы за счет изоляции только неисправных компонентов, при этом максимально возможная часть сети остается в работе. Таким образом, схемы защиты должны применять очень прагматичный и пессимистический подход к устранению сбоев системы. Устройства, которые используются для защиты энергосистем от неисправностей, называются защитными устройствами .

Компоненты [ править ]

Системы защиты обычно состоят из пяти компонентов:

  • Трансформаторы тока и напряжения для понижения высоких напряжений и токов в системе электроснабжения до уровней, удобных для реле.
  • Защитные реле для обнаружения неисправности и инициирования отключения или отключения
  • Автоматические выключатели для размыкания / замыкания системы на основе команд реле и автоматического повторного включения
  • Аккумуляторы для обеспечения питания в случае отключения питания в системе
  • Каналы связи, позволяющие анализировать ток и напряжение на удаленных клеммах линии и позволять дистанционное отключение оборудования.

Для частей распределительной системы предохранители способны как обнаруживать, так и отключать неисправности.

Отказы могут произойти в каждой части, например, нарушение изоляции, обрыв или обрыв линий передачи, неправильная работа автоматических выключателей, короткие замыкания и обрыв цепи. Устройства защиты устанавливаются с целью защиты активов и обеспечения бесперебойной подачи энергии.

Распределительное устройство представляет собой комбинацию электрических разъединителей, предохранителей или автоматических выключателей, используемых для управления, защиты и изоляции электрического оборудования. Переключатели можно безопасно размыкать при нормальном токе нагрузки (некоторые переключатели небезопасно работать при нормальных или ненормальных условиях), в то время как защитные устройства можно безопасно размыкать при токе повреждения. Очень важное оборудование может иметь полностью дублирующие и независимые системы защиты, а второстепенная распределительная линия может иметь очень простую и недорогую защиту.[1]

Цифровое (цифровое) многофункциональное реле защиты распределительных сетей. Одно такое устройство может заменить множество однофункциональных электромеханических реле и обеспечивает функции самотестирования и связи.

Типы защиты [ править ]

Сеть передачи высокого напряжения [ править ]

Защита системы передачи и распределения выполняет две функции: защиту растений и защиту населения (включая сотрудников). На базовом уровне защита отключает оборудование, которое испытывает перегрузку или короткое замыкание на землю. Некоторым элементам на подстанциях, например трансформаторам, может потребоваться дополнительная защита в зависимости от температуры или давления газа.

Генераторные установки [ править ]

На электростанции защитные реле предназначены для предотвращения повреждения генераторов или трансформаторов в случае ненормальных условий работы из-за внутренних отказов, а также отказов изоляции или сбоев регулирования. Такие отказы необычны, поэтому реле защиты должны срабатывать очень редко. Если защитное реле не обнаруживает неисправность, в результате повреждения генератора или трансформатора может потребоваться дорогостоящий ремонт или замена оборудования, а также потеря дохода из-за неспособности производить и продавать энергию.

Перегрузка и резерв на расстояние (перегрузка по току) [ править ]

Для защиты от перегрузки необходим трансформатор тока, который просто измеряет ток в цепи и сравнивает его с заданным значением. Существует два типа защиты от перегрузки: максимальная токовая защита с выдержкой времени (IOC) и максимальная токовая защита с выдержкой времени (TOC). Мгновенная перегрузка по току требует, чтобы ток превышал заданный уровень для срабатывания автоматического выключателя. Максимальная токовая защита с выдержкой времени работает на основе зависимости тока от времени. На основе этой кривой, если измеренный ток превышает заданный уровень в течение заданного времени, сработает автоматический выключатель или предохранитель. Функции обоих типов описаны в разделе «Ненаправленная максимальная токовая защита» на YouTube .

Замыкание на землю / замыкание на землю [ редактировать ]

Для защиты от замыкания на землю также требуются трансформаторы тока и она определяет дисбаланс в трехфазной цепи. Обычно трехфазные токи уравновешены, т.е. примерно равны по величине. Если одна или две фазы будут подключены к земле через путь с низким импедансом, их величины резко увеличатся, как и дисбаланс тока. Если этот дисбаланс превышает заданное значение, должен сработать автоматический выключатель. Ограниченная защита от замыканий на землю - это тип защиты от замыканий на землю, который ищет замыкание на землю между двумя наборами трансформаторов тока [2] (следовательно, ограничивается этой зоной).

Расстояние (реле импеданса) [ править ]

Дистанционная защита определяет как напряжение, так и ток. Неисправность в цепи обычно приводит к провалу уровня напряжения. Если отношение напряжения к току, измеренное на клеммах реле, которое равно импедансу, упадет до заданного уровня, сработает автоматический выключатель. Это полезно для достаточно длинных линий, длиннее 10 миль, потому что их рабочие характеристики основаны на характеристиках линии. Это означает, что при возникновении неисправности на линии, установка импеданса в реле сравнивается с кажущимся импедансом линии от клемм реле до места повреждения. Если установлено, что уставка реле ниже кажущегося импеданса, это означает, что неисправность находится в пределах зоны защиты. Когда длина линии передачи слишком мала, менее 10 миль,дистанционную защиту становится труднее координировать. В этих случаях лучшим выбором защиты является токовая дифференциальная защита.[ необходима цитата ]

Резервное копирование [ править ]

Цель защиты - удалить только пораженную часть растения и ничего больше. Автоматический выключатель или реле защиты могут не сработать. В важных системах отказ первичной защиты обычно приводит к срабатыванию резервной защиты. Удаленная резервная защита обычно удаляет как затронутые, так и незатронутые элементы установки, чтобы устранить неисправность. Местная резервная защита удалит затронутые элементы установки для устранения неисправности.

Низковольтные сети [ править ]

В низковольтной сети обычно используются предохранители или низковольтные автоматические выключатели для устранения как перегрузки, так и замыканий на землю.

Кибербезопасность [ править ]

Основная система, которая представляет собой большую взаимосвязанную электрическую систему, включая систему передачи и управления, каждый день сталкивается с новыми угрозами кибербезопасности. («Кибербезопасность электрических сетей», 2019 г.). Большинство этих атак нацелены на системы управления в сетях. Эти системы управления подключены к Интернету и позволяют хакерам атаковать их. Эти атаки могут привести к повреждению оборудования и ограничить возможности специалистов по управлению системой.

Координация [ править ]

Координация защитных устройств - это процесс определения «наилучшего» времени прерывания тока при возникновении ненормальных электрических условий. Цель состоит в том, чтобы минимизировать простои в максимально возможной степени. Исторически согласование защитных устройств производилось на полупрозрачной бревенчатой ​​бумаге. Современные методы обычно включают подробный компьютерный анализ и отчетность.

Координация защиты также осуществляется путем разделения энергосистемы на защитные зоны. Если в данной зоне произойдет сбой, будут выполнены необходимые действия, чтобы изолировать эту зону от всей системы. Определения зон включают генераторы , автобусы, трансформаторы , линии передачи и распределения , а также двигатели.. Кроме того, зоны обладают следующими характеристиками: зоны перекрытия, области перекрытия обозначают автоматические выключатели, и все автоматические выключатели в данной зоне с повреждением отключаются, чтобы изолировать повреждение. Перекрывающиеся области создаются двумя наборами измерительных трансформаторов и реле для каждого автоматического выключателя. Они предназначены для резервирования для устранения незащищенных участков; тем не менее, перекрывающиеся области должны оставаться как можно меньшими, чтобы, когда неисправность возникает в области перекрытия и две зоны, которые охватывают неисправность, изолированы, сектор энергосистемы, который теряется из-за отсутствия обслуживания, все еще невелик, несмотря на две зоны быть изолированным. [3]

Оборудование для наблюдения за нарушениями [ править ]

Оборудование для мониторинга нарушений в работе (DME) отслеживает и записывает системные данные, относящиеся к неисправности . DME выполняет три основные задачи:

  • проверка модели,
  • расследование нарушений и
  • оценка эффективности защиты системы. [4]

Устройства DME включают: [5]

  • Последовательность регистраторов событий, фиксирующих реакцию оборудования на событие
  • Регистраторы отказов, которые записывают фактические данные о форме сигналов первичных напряжений и токов системы.
  • Регистраторы динамических возмущений (DDR), которые регистрируют инциденты, которые отображают поведение энергосистемы во время динамических событий, таких как колебания низкой частоты (0,1 Гц - 3 Гц) и аномальные колебания частоты или напряжения.

Показатели эффективности [ править ]

Инженеры по защите определяют надежность как тенденцию системы защиты правильно работать при внутризонных неисправностях. Они определяют безопасность как тенденцию не срабатывать в случае неисправностей вне зоны. И надежность, и безопасность - это вопросы надежности. Анализ дерева отказов - это один из инструментов, с помощью которого инженер по защите может сравнить относительную надежность предложенных схем защиты. Количественная оценка надежности защиты важна для принятия оптимальных решений по улучшению системы защиты, управления надежностью по сравнению с компромиссом безопасности и получения наилучших результатов с наименьшими затратами. Количественное понимание важно в конкурентной отрасли коммунальных услуг. [6] [7]

Критерии производительности и проектирования устройств защиты системы включают надежность, избирательность, скорость, экономичность и простоту. [8]

  • Надежность: устройства должны работать стабильно при возникновении неисправностей, независимо от того, могут ли они простаивать в течение месяцев или лет. Без этой надежности системы могут вызвать дорогостоящие повреждения.
  • Селективность: устройства должны избегать неоправданных ложных срабатываний.
  • Скорость: устройства должны работать быстро, чтобы уменьшить повреждение оборудования и продолжительность отказов, только с очень точными преднамеренными задержками по времени.
  • Экономия: устройства должны обеспечивать максимальную защиту при минимальных затратах.
  • Простота: устройства должны минимизировать количество схем защиты и оборудования.


Надежность: надежность vs безопасность

Есть два аспекта надежной работы систем защиты: надежность и безопасность. [9] Надежность - это способность системы защиты срабатывать, когда требуется удалить неисправный элемент из энергосистемы. Безопасность - это способность системы защиты удерживать себя от работы во время внешней неисправности. Выбор подходящего баланса между безопасностью и надежностью при проектировании системы защиты требует инженерной оценки и варьируется в зависимости от конкретного случая.

См. Также [ править ]

  • Ограничитель тока повреждения
  • Сетевой анализатор (питание переменного тока)
  • Предполагаемый ток короткого замыкания
  • Номера устройств ANSI

Примечания [ править ]

  1. ^ Александра фон Майер (2013). Инженер-электрик 137А: Электроэнергетические системы. Лекция 14: Введение в системы защиты, слайд 3.
  2. ^ «Ограниченная защита от замыканий на землю» . myElectrical.com . Проверено 2 июля 2013 года .
  3. ^ Гловер Дж. Д., Сарма М. С., Овербай Т. Дж. (2010) Система питания и анализ, 5-е издание. Cengage Learning. Pg 548-549.
  4. ^ "Руководство по защите системы" (PDF) . Нью-Йоркский независимый системный оператор . Проверено 31 декабря 2011 .
  5. ^ «Глоссарий терминов, используемых в стандартах надежности» (PDF) . Североамериканская корпорация надежности электроснабжения . Проверено 31 декабря 2011 .
  6. ^ Э. О. Швейцер, Дж. Дж. Кумм, М. С. Вебер и Д. Хоу, «Философия тестирования реле защиты», 20-я ежегодная конференция по реле защиты в Европе, Спокан, Вашингтон. 19-21 октября 1993 г.
  7. ^ JJ Kumm. Э. О. Швейцер и Д. Хоу, «Оценка эффективности самопроверки и других средств мониторинга в реле защиты», 21-я ежегодная конференция по реле защиты в западных странах, Спокан, Вашингтон. 18-20 октября 1994 г.
  8. ^ Гловер Дж. Д., Сарма М. С., Овербай Т. Дж. (2010) Система питания и анализ, 5-е издание. Cengage Learning. Стр. 526.
  9. ^ Основы надежности защиты системы NERC, декабрь 2010 г., раздел 3 - 4.1.2.3, https://www.nerc.com/comm/PC/System%20Protection%20and%20Control%20Subcommittee%20SPCS%20DL/Protection%20System% 20Reliability% 20Fundamentals_Approved_20101208.pdf

Ссылки [ править ]

  • Мейсон, К. Рассел. "Искусство и наука релейной защиты" (PDF) . General Electric . Проверено 26 января 2009 .
  • «Скоординированная защита энергосистем» . Инженерный корпус армии. 1991-02-25. Архивировано из оригинала на 2008-01-13 . Проверено 26 января 2009 .
  • "Как работают реле защиты?" . Littelfuse . Архивировано из оригинала на 2013-01-28 . Проверено 31 декабря 2011 .
  • "Что такое SCADA?" . Rose India Technologies . Проверено 31 декабря 2011 .
  • «Введение в практическую защиту энергосистемы» (PDF) . Университет Айдахо . Архивировано из оригинального (PDF) 26 апреля 2012 года . Проверено 31 декабря 2011 .
  • «Кибербезопасность электрических сетей» (PDF) .
  • 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 .
  • http://perso.numericable.fr/michlami защита и мониторинг сети передачи электроэнергии