Защита энергосистемы

Защита энергосистем — раздел электроэнергетики , занимающийся защитой электроэнергетических систем от неисправностей. ^{[ нужна ссылка ]} путем отключения неисправных частей от остальной электрической сети . Целью схемы защиты является поддержание стабильности энергосистемы путем изоляции только тех компонентов, которые вышли из строя, при этом оставляя в работе как можно большую часть сети. Устройства, которые используются для защиты энергосистем от неисправностей, называются устройствами защиты .

Компоненты

Системы защиты обычно состоят из пяти компонентов.

тока и Трансформаторы напряжения для понижения высоких напряжений и токов электроэнергетической системы до уровня, удобного для работы реле.
Защитные реле для обнаружения неисправности и подачи команды на отключение или отключение.
Автоматические выключатели или УЗО для открытия/закрытия системы по командам реле и АПВ.
Батареи для обеспечения питания в случае отключения электроэнергии в системе.
Каналы связи, позволяющие анализировать ток и напряжение на удаленных терминалах линии и обеспечивать возможность дистанционного отключения оборудования.

В частях распределительной системы предохранители способны как обнаруживать, так и отключать неисправности .

Неисправности могут возникнуть в каждой части, например, нарушение изоляции, обрыв или обрыв линий электропередачи, неправильная работа автоматических выключателей, короткие замыкания и обрывы цепей. Защитные устройства устанавливаются с целью защиты активов и обеспечения непрерывной подачи энергии.

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

Виды защиты

Высоковольтная сеть передачи

Защита системы передачи и распределения выполняет две функции: защиту станции и защиту населения (включая сотрудников). На базовом уровне защита отключает оборудование, которое испытывает перегрузку или короткое замыкание на землю. Некоторые элементы на подстанциях, такие как трансформаторы, могут потребовать дополнительной защиты, в частности, в зависимости от температуры или давления газа.

Генераторные установки

На электростанции защитные реле предназначены для предотвращения повреждения генераторов переменного тока или трансформаторов в случае ненормальных условий эксплуатации из-за внутренних неисправностей, а также повреждений изоляции или неисправностей регулирования. Подобные отказы необычны, поэтому реле защиты приходится срабатывать очень редко. Если защитное реле не может обнаружить неисправность, возникшее в результате повреждение генератора или трансформатора может потребовать дорогостоящего ремонта или замены оборудования, а также потери дохода из-за невозможности производить и продавать энергию.

Перегрузка и резервное копирование на расстоянии (сверхток)

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: сверхтоковая защита мгновенного действия (IOC) и сверхтоковая защита по времени (TOC). Мгновенная перегрузка по току требует, чтобы ток превысил заданный уровень для срабатывания автоматического выключателя. Защита от сверхтоков по времени работает на основе кривой зависимости тока от времени. Судя по этой кривой, если измеренный ток превышает заданный уровень в течение заданного периода времени, сработает автоматический выключатель или предохранитель. Функция обоих типов объяснена в разделе «Ненаправленная защита от перегрузки по току» на YouTube .

Замыкание на землю/замыкание на землю

Для защиты от замыканий на землю также требуются трансформаторы тока, и она определяет дисбаланс в трехфазной цепи. Обычно трехфазные токи сбалансированы, т.е. примерно равны по величине. Если одна или две фазы будут подключены к земле через цепь с низким импедансом, их величины резко возрастут, как и дисбаланс тока. Если этот дисбаланс превышает заранее определенное 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 комплектами трансформаторов тока. ^[2] (следовательно, ограничено этой зоной).

Расстояние (реле сопротивления)

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 соответствует импедансу, находится в пределах заранее определенного уровня, автоматический выключатель сработает. Это полезно для достаточно длинных линий (длиной более 10 миль), поскольку их рабочие характеристики основаны на характеристиках линии. Это означает, что при появлении неисправности в линии настройка импеданса реле сравнивается с кажущимся импедансом линии от клемм реле до места повреждения. Если установлено, что настройка реле ниже кажущегося импеданса, это означает, что неисправность находится в зоне защиты. Когда длина линии передачи слишком коротка, менее 10 миль, координировать дистанционную защиту становится сложнее. В таких случаях лучшим выбором защиты является дифференциальная защита по току. ^{[ нужна ссылка ]}

Резервное копирование

Целью защиты является удаление только пораженной части растения и ничего больше. Автоматический выключатель или защитное реле могут выйти из строя. В важных системах отказ основной защиты обычно приводит к срабатыванию резервной защиты. Удаленная резервная защита обычно удаляет как затронутые, так и незатронутые элементы установки для устранения неисправности. Локальная резервная защита удалит затронутые элементы установки, чтобы устранить неисправность.

Слаботочные сети

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

Кибербезопасность

Массовая система, представляющая собой большую взаимосвязанную электрическую систему, включающую систему передачи и управления, каждый день сталкивается с новыми угрозами кибербезопасности. («Кибербезопасность электросетей», 2019). Большинство этих атак нацелены на системы управления в сетях. Эти системы управления подключены к Интернету, что облегчает хакерам их атаку. Эти атаки могут привести к повреждению оборудования и ограничить возможности специалистов коммунальных служб по управлению системой.

Координация

Координация защитных устройств — это процесс определения «наилучшего» момента прерывания тока при возникновении аномальных электрических условий. Цель состоит в том, чтобы свести к минимуму простои в максимально возможной степени. Исторически согласование защитных устройств осуществлялось на полупрозрачной бумаге из бревна. Современные методы обычно включают подробный компьютерный анализ и отчетность.

Координация защиты также осуществляется путем разделения энергосистемы на защитные зоны. Если в определенной зоне возникнет неисправность, будут выполнены необходимые действия для изоляции этой зоны от всей системы. Определения зон учитывают генераторы , шины, трансформаторы , линии передачи и распределения , а также двигатели . Кроме того, зоны обладают следующими особенностями: зоны перекрываются, области перекрытия обозначают автоматические выключатели, и все автоматические выключатели в данной зоне с неисправностью размыкаются, чтобы изолировать неисправность. Области перекрытия создаются двумя комплектами измерительных трансформаторов и реле для каждого автоматического выключателя. Они предназначены для резервирования для устранения незащищенных участков; однако спроектировано так, чтобы перекрывающиеся области оставались как можно меньшими, так что когда неисправность возникает в области перекрытия и две зоны, охватывающие неисправность, изолированы, сектор энергосистемы, который выходит из строя, все еще мал, несмотря на наличие двух зон. находясь в изоляции. ^[3]

Оборудование для мониторинга аварийных ситуаций

Оборудование контроля неисправностей (DME) отслеживает и записывает системные данные, относящиеся к неисправности . DME выполняет три основные цели:

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

Устройства DME включают в себя: ^[5]

Последовательность регистраторов событий, которые записывают реакцию оборудования на событие.
Регистраторы неисправностей, которые записывают фактические данные формы сигналов первичных напряжений и токов системы.
Регистраторы динамических возмущений (DDR), которые записывают инциденты, отражающие поведение энергосистемы во время динамических событий, таких как низкочастотные (0,1–3 Гц) колебания и аномальные отклонения частоты или напряжения.

Показатели эффективности

Инженеры по защите определяют надежность как тенденцию системы защиты работать правильно при внутризонных сбоях. Они определяют безопасность как тенденцию не действовать в случае сбоев, выходящих за пределы зоны. И надежность, и безопасность являются вопросами надежности. Анализ дерева отказов — это один из инструментов, с помощью которого инженер по защите может сравнить относительную надежность предлагаемых схем защиты. Количественная оценка надежности защиты важна для принятия лучших решений по улучшению системы защиты, управлению надежностью и безопасностью, а также получению наилучших результатов за наименьшие деньги. Количественное понимание имеет важное значение в конкурентной отрасли коммунальных услуг. ^[6]^[7]

Надежность: устройства должны функционировать стабильно при возникновении сбоев, независимо от того, могут ли они простаивать в течение месяцев или лет. Без этой надежности системы могут привести к дорогостоящим повреждениям.
Селективность: устройства должны избегать необоснованных ложных срабатываний.
Скорость: устройства должны работать быстро, чтобы уменьшить повреждение оборудования и продолжительность сбоев, с очень точными преднамеренными задержками по времени.
Чувствительность: устройства должны обнаруживать даже малейшие неисправности и реагировать на них.
Экономия. Устройства должны обеспечивать максимальную защиту при минимальных затратах.
Простота: устройства должны минимизировать количество защитных схем и оборудования.

Надежность: надежность против безопасности

Существует два аспекта надежной работы систем защиты: надежность и безопасность. ^[8] Надежность – это способность системы защиты работать при необходимости удалить неисправный элемент из энергосистемы. Безопасность – это способность системы защиты удерживаться от срабатывания во время внешнего повреждения. Выбор подходящего баланса между безопасностью и надежностью при проектировании системы защиты требует инженерного решения и варьируется в каждом конкретном случае.

См. также

Примечания

^ Александра фон Мейер (2013). Инженер-электрик 137А: Электроэнергетические системы. Лекция 14: Введение в системы защиты, слайд 3.
^ «Ограниченная защита от замыканий на землю» . myElectrical.com . Проверено 2 июля 2013 г.
^ Гловер Дж. Д., Сарма М. С., Овербай Т. Дж. (2010) Энергетическая система и анализ, 5-е издание. Cengage Обучение. Стр. 548–549.
^ «Руководство по защите системы» (PDF) . Независимый системный оператор Нью-Йорка . Проверено 31 декабря 2011 г.
^ «Глоссарий терминов, используемых в стандартах надежности» (PDF) . Североамериканская корпорация по надежности электроснабжения . Проверено 31 декабря 2011 г.
^ Кумм, Джон Дж.; Вебер, Марк С.; Швейцер, Э.О.; Хоу, Дацин (март 1995 г.). Принципы тестирования реле защиты (PDF) . Техническая конференция Международной ассоциации электроиспытаний NETA.
^ Кумм, Джон Дж.; Швейцер, Эдмунд О.; Хоу, Дацин (май 1995 г.). Оценка эффективности самотестирования и других средств контроля в реле защиты (PDF) . 1995 г. Весеннее собрание комитета по релейной связи Пенсильванской электрической ассоциации.
^ Основы надежности системы защиты NERC, декабрь 2010 г., разделы 3–4.1.2.3, https://www.nerc.com/comm/PC/System%20Protection%20and%20Control%20Subcommittee%20SPCS%20DL/Protection%20System% 20Надежность%20Основы_Approved_20101208.pdf

Ссылки

Мейсон, К. Рассел. «Искусство и наука релейной защиты» (PDF) . Дженерал Электрик . Проверено 26 января 2009 г.
«Координированная защита энергосистем» . Инженерный корпус армии. 25 февраля 1991 г. Архивировано из оригинала 13 января 2008 г. Проверено 26 января 2009 г.
«Как работают реле защиты?» . Литтелфуз . Архивировано из оригинала 28 января 2013 г. Проверено 31 декабря 2011 г.
«Что такое СКАДА?» . Роуз Индия Технологии . Проверено 31 декабря 2011 г.
«Введение в практическую защиту энергосистемы» (PDF) . Университет Айдахо . Архивировано из оригинала (PDF) 26 апреля 2012 г. Проверено 31 декабря 2011 г.
«Кибербезопасность электросетей» (PDF) .
Абдельмумен, Абделькадер; Бентарзи, Хамид (23 июня 2017 г.). «Обзор разработок и тенденций в области реле защиты» . Журнал энергетики Южной Африки . 25 (2): 91–95. дои : 10.17159/2413-3051/2014/v25i2a2674 .

http://perso.numericable.fr/michlami защита и мониторинг сети передачи электроэнергии

[1] Александра фон Мейер (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 г.

[3] Гловер Дж. Д., Сарма М. С., Овербай Т. Дж. (2010) Энергетическая система и анализ, 5-е издание. Cengage Обучение. Стр. 548–549.

[4] «Руководство по защите системы» (PDF) . Независимый системный оператор Нью-Йорка . Проверено 31 декабря 2011 г.

[5] «Глоссарий терминов, используемых в стандартах надежности» (PDF) . Североамериканская корпорация по надежности электроснабжения . Проверено 31 декабря 2011 г.

[6] Кумм, Джон Дж.; Вебер, Марк С.; Швейцер, Э.О.; Хоу, Дацин (март 1995 г.). Принципы тестирования реле защиты (PDF) . Техническая конференция Международной ассоциации электроиспытаний NETA.

[7] Кумм, Джон Дж.; Швейцер, Эдмунд О.; Хоу, Дацин (май 1995 г.). Оценка эффективности самотестирования и других средств контроля в реле защиты (PDF) . 1995 г. Весеннее собрание комитета по релейной связи Пенсильванской электрической ассоциации.

[8] Основы надежности системы защиты NERC, декабрь 2010 г., разделы 3–4.1.2.3, https://www.nerc.com/comm/PC/System%20Protection%20and%20Control%20Subcommittee%20SPCS%20DL/Protection%20System% 20Надежность%20Основы_Approved_20101208.pdf

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]