Войти
Защита энергосистемы является ветвью электротехники энергетики, которая занимается защитой электроэнергетических систем от неисправностей посредством отключения неисправных частей от остальной 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 устройствами защиты .
Обычно системы защиты состоит из пяти компонентов:
Для частей распределительной системы предохранители способны обнаруживать и отключать неисправности
Отказ может 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 - это комбинация 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 в нормальных или ненормальных условиях), в то время как защитные устройства можно безопасно размыкать при токе короткого замыкания. Очень важное оборудование может иметь полностью дублирующие и независимые системы защиты, а второстепенная распределительная линия может иметь очень простую и недорогую защиту.
Цифровое многофункциональное реле защиты распределительных сетей. Одно такое устройство может заменить множество однофункциональных электромеханических реле и обеспечивает функции самотестирования и связи. Защита передачи и Система 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.
На электростанции защитные реле предназначены для предотвращения повреждения генераторов или трансформаторов в случае ненормальных условий. эксплуатации, из-за внутренних отказов, а также отказов изоляции или нарушений 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 невозможности производить и продавать энергию.
Для защиты от перегрузки требуется трансформатор тока, который просто измеряет ток в цепи и сравнивает его с заданным значением. Существует два типа защиты от перегрузки: мгновенная максимальная токовая защита (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. Функция обоих типов объяснена в «Ненаправленная максимальная токовая защита» на YouTube.
Для защиты от замыканий на землю также требуются трансформаторы тока и разбалансировка в трехфазной цепи. Обычно три фазных тока уравновешены, то есть 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, которая ищет замыкание на землю между двумя наборами трансформаторов тока (следовательно, ограничивается этой зоной).
Дистанционная защита обнаруживает как напряжение, так и ток. Неисправность в цепи, как правило, приводит к падению уровня напряжения. Если отношение напряжения к току, измеренное на клеммах реле, которое соответствует импедансу, упадет до заданного уровня, сработает автоматический выключатель. Это полезно для достаточно длинных линий, линий длиной более 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 повреждение 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.
Цель защиты - удалить только поврежденную часть установки 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.
В низковольтных сетях обычно используются предохранители или низковольтные автоматические выключатели для устранения как перегрузки, так и замыканий на землю.
Основная система, которая представляет собой большую взаимосвязанную электрическую систему, включая систему передачи и управления, ежедневно 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 защитных устройств - это процесс определения «наилучшего» времени прерывания тока при возникновении аномальных 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, шины, трансформаторы, линии передачи и распределения и 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 при возникновении неисправности в области перекрытия и изоляции двух зон, охватывающих неисправность, сектор энергосистемы, который не обслуживается, по-прежнему невелик, несмотря на наличие двух зон.
Оборудование мониторинга аварийных режимов (DME) отслеживает и записывает системные данные, относящиеся к неисправности. DME выполняет три основные задачи:
Устройства DME включают:
Инженеры по защите определяют надежность как тенденцию системы защиты правильно работать при сбоях в зоне. 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 и компромиссами безопасности и получения наилучших результатов с наименьшими затратами. Количественное понимание важно в конкурентной отрасли коммунальных услуг.
Критерии производительности и проектирования устройств защиты системы включают надежность, селективность, скорость, экономичность и простоту.
. Надежность: надежность или безопасность
Есть два аспекта надежной работы систем защиты: надежность и безопасность. 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.
