كيف يتم حماية التتابع لخطوط الكهرباء

يعد النقل المستمر والموثوق للكهرباء للمستهلكين أحد المهام الرئيسية التي يتم حلها باستمرار من قبل مهندسي الطاقة. لتوفيرها ، تم إنشاء شبكات كهربائية تتكون من محطات توزيع فرعية وخطوط توصيل كهربائية. لنقل الطاقة لمسافات طويلة ، يتم استخدام الدعامات التي يتم تعليق الأسلاك المتصلة بها. وهي معزولة بينها وبين الأرض بطبقة من الهواء المحيط. تسمى هذه الخطوط بالخطوط العلوية حسب نوع العزل.

إذا كانت مسافة طريق النقل السريع قصيرة أو لأسباب تتعلق بالسلامة ، كان من الضروري إخفاء خط الكهرباء في الأرض ، ثم يتم استخدام الكابلات.

تخضع خطوط الطاقة العلوية والكابلات باستمرار للجهد ، ويتم تحديد قيمتها من خلال هيكل الشبكة الكهربائية.

الغرض من حماية التتابع لخطوط الكهرباء

في حالة فشل العزل في أي مكان على كابل أو خط علوي ممتد ، فإن الجهد المطبق على الخط يخلق تسربًا أو تيار دائرة قصر عبر القسم التالف.

يمكن أن تكون أسباب كسر العزل عوامل مختلفة قادرة على إزالة أو استمرار تأثيرها المدمر. على سبيل المثال ، اللقلق الذي يطير بين أسلاك خط طاقة علوي يخلق دائرة من الطور إلى الطور بأجنحتها وحروقها ، تسقط في مكان قريب.

أو أن شجرة تنمو بالقرب من الدعامة ، أثناء عاصفة ، سقطت على الأسلاك بفعل عاصفة من الرياح وتسببت في حدوث ماس كهربائي.

في الحالة الأولى ، حدثت ماس ​​كهربائى لفترة قصيرة واختفت ، وفي الحالة الثانية ، كان انتهاك العزل ذا طبيعة طويلة الأجل وتطلب إزالته من قبل أفراد الصيانة.

يمكن أن يتسبب هذا الضرر في أضرار جسيمة لمحطات الطاقة. تمتلك تيارات الدوائر القصيرة الناتجة طاقة حرارية هائلة ، والتي لا يمكنها حرق أسلاك خطوط الطاقة فحسب ، بل يمكنها أيضًا تدمير معدات الطاقة لمحطات الطاقة الفرعية.

لهذه الأسباب ، يجب إصلاح أي تلف يحدث في خطوط الكهرباء على الفور. يتم تحقيق ذلك عن طريق إزالة الجهد من الخط المعيب على جانب العرض. إذا كان خط الطاقة هذا يتلقى الطاقة من كلا الجانبين ، فيجب عندئذٍ فصل الطاقة عن كليهما.

يتم تعيين وظائف المراقبة المستمرة للمعلمات الكهربائية لحالة جميع خطوط الطاقة وإزالة الجهد منها من جميع الجوانب في حالة الطوارئ إلى أنظمة تقنية معقدة ، والتي تسمى تقليديًا حماية الترحيل.

صفة "التتابع" مشتق من القاعدة الأولية على أساس المرحلات الكهرومغناطيسية ، التي نشأت تصميماتها مع ظهور أول خطوط الطاقة ويتم تحسينها حتى يومنا هذا.

أجهزة الحماية المعيارية ، التي تم تقديمها على نطاق واسع في ممارسة مهندسي الطاقة على أساس تكنولوجيا المعالجات الدقيقة وتكنولوجيا الكمبيوتر لا تستبعد الاستبدال الكامل لأجهزة الترحيل ، ووفقًا للتقاليد المعمول بها ، يتم إدخالها أيضًا في أجهزة حماية الترحيل.

مبادئ حماية الترحيل

سلطات مراقبة الشبكة

من أجل مراقبة المعلمات الكهربائية لخطوط الطاقة ، من الضروري وجود أدوات لقياسها قادرة على مراقبة أي انحرافات عن الوضع العادي في الشبكة باستمرار وفي نفس الوقت تلبية شروط التشغيل الآمن.

في خطوط الطاقة بجميع الفولتية ، يتم تخصيص هذه الوظيفة لمحولات القياس ، وهي مصنفة إلى محولات:

• التيار (TT) ؛

• الجهد (VT).

نظرًا لأن جودة العملية الوقائية ذات أهمية أساسية لموثوقية النظام الكهربائي بأكمله ، يتم فرض متطلبات متزايدة لدقة التشغيل على أجهزة قياس CT و VTs ، والتي يتم تحديدها من خلال خصائصها المترولوجية.

يتم توحيد فئات الدقة لمحولات القياس المستخدمة في أجهزة حماية المرحلات والأتمتة (حماية الترحيل والأتمتة) بواسطة القيم «0.5» و «0.2» و «P».

محولات الجهد الصك

يتم عرض منظر عام لتركيب محولات الجهد على الخط العلوي 110 كيلو فولت في الصورة أدناه.

هنا يمكن ملاحظة أن VTs غير مثبتة في أي مكان على طول خط التمديد ، ولكن على لوحة المفاتيح لمحطة فرعية كهربائية. يتم توصيل كل محول من خلال أطرافه الأولية بالموصل المقابل للخط العلوي والدائرة الأرضية.

يتم إخراج الجهد المحول من اللفات الثانوية من خلال المفاتيح 1P و 2 P من خلال الموصلات المقابلة لكابل الطاقة. للاستخدام في أجهزة الحماية والقياس ، يتم توصيل اللفات الثانوية وفقًا لمخطط "star" و "delta" ، كما هو موضح في الصورة لـ VT-110 kV.

لتنقيص او لتقليل فقدان الجهد والتشغيل الدقيق لحماية الترحيل ، يتم استخدام كابل طاقة خاص ويتم فرض متطلبات متزايدة على تركيبه وتشغيله.

يتم إنشاء قياس VTs لكل نوع من أنواع جهد الخط ويمكن تبديلها وفقًا لمخططات مختلفة لأداء مهام محددة. لكنهم جميعًا يعملون على المبدأ العام لتحويل القيمة الخطية لجهد خط النقل إلى قيمة ثانوية تبلغ 100 فولت ، والنسخ بدقة والتأكيد على جميع خصائص التوافقيات الأولية على نطاق معين.

يتم تحديد نسبة تحويل VT من خلال نسبة الفولتية الخطية للدوائر الأولية والثانوية. على سبيل المثال ، بالنسبة للخط العلوي المقدر بجهد 110 كيلو فولت ، يتم كتابته على النحو التالي: 110000/100.

محولات التيار الصك

تقوم هذه الأجهزة أيضًا بتحويل حمل الخط الأساسي إلى قيم ثانوية بأقصى تكرار لأي تغييرات في توافقيات التيار الأساسي.

لتسهيل تشغيل وصيانة المعدات الكهربائية ، يتم تثبيتها أيضًا على أجهزة توزيع المحطات الفرعية.

المحولات الحالية يتم تضمينها في دائرة الخط العلوي بطريقة مختلفة عن VT: يتم قطعها ببساطة مع ملفها الأساسي ، والذي يتم تمثيله عادةً بدورة واحدة فقط في شكل سلك تيار مباشر ، في كل سلك من طور الخط.يمكن رؤية هذا بوضوح في الصورة أعلاه.

يتم تحديد نسبة التحويل المقطعي المحوسب من خلال نسبة اختيار القيم الاسمية في مرحلة تصميم خط الكهرباء. على سبيل المثال ، إذا كان خط الطاقة مصممًا لحمل 600 أمبير وسيتم إزالة 5 أمبير من CT الثانوي ، فسيتم استخدام التعيين 600/5.

في الكهرباء ، يتم قبول معيارين لقيم التيارات الثانوية المستخدمة:

• 5 أمبير لجميع CT حتى 110 كيلو فولت وتشمل ؛

• 1 أ للخطوط 330 ك.ف.

يتم توصيل ملفات TT الثانوية للتوصيل بأجهزة الحماية وفقًا لمخططات مختلفة:

• نجمة كاملة

• نجم غير مكتمل

• مثلث.

كل مركب له خصائصه الخاصة ويستخدم لأنواع معينة من الحماية بطرق مختلفة. يظهر مثال لتوصيل المحولات الحالية وملفات الترحيل الحالية بدائرة نجمة كاملة في الصورة.

هذا هو المرشح التوافقي الأبسط والأكثر شيوعًا المستخدم في العديد من دوائر الترحيل الوقائية. في ذلك ، يتم التحكم في التيارات من كل مرحلة بواسطة مرحل منفصل يحمل نفس الاسم ، ويمر مجموع جميع المتجهات عبر الملف المتضمن في السلك المحايد المشترك.

تتيح طريقة استخدام محولات قياس التيار والجهد نقل العمليات الأولية التي تحدث على معدات الطاقة إلى الدائرة الثانوية بمقياس دقيق لاستخدامها في أجهزة حماية الترحيل وإنشاء خوارزميات لتشغيل المنطق أجهزة للتخلص من عمليات معدات الطوارئ.

السلطات لمعالجة المعلومات الواردة

في حماية الترحيل ، يكون عنصر العمل الرئيسي هو المرحل - جهاز كهربائي يؤدي وظيفتين رئيسيتين:

• يراقب جودة المعلمة الملحوظة ، على سبيل المثال ، الحالية ، وفي الوضع العادي تحافظ بشكل ثابت ولا تغير حالة نظام الاتصال الخاص بها ؛

• عندما يتم الوصول إلى قيمة حرجة تسمى نقطة محددة أو عتبة الاستجابة ، فإنها تقوم على الفور بتبديل موضع جهات الاتصال الخاصة بها وتبقى في هذه الحالة حتى تعود القيمة المرصودة إلى النطاق الطبيعي.

تساعد مبادئ تشكيل الدوائر لتبديل مرحلات التيار والجهد في الدوائر الثانوية على فهم تمثيل التوافقيات الجيبية بكميات متجهة مع تمثيلها في مستوى معقد.

في الجزء السفلي من الصورة ، يظهر مخطط متجه لحالة نموذجية لتوزيع أشباه الجيوب في ثلاث مراحل أ ، ب ، ج في وضع تشغيل مصدر طاقة المستهلك.

مراقبة حالة دوائر التيار والجهد

جزئيًا ، يظهر مبدأ معالجة الإشارات الثانوية في الدائرة لتشغيل لفات التصوير المقطعي والترحيل وفقًا للنجمة الكاملة ونظام VT الخاص بـ ORU-110. تتيح لك هذه الطريقة إضافة متجهات بالطرق التالية.

يتيح لك تضمين ملف الترحيل في أي من التوافقيات لهذه المراحل التحكم الكامل في العمليات التي تجري فيه وإيقاف تشغيل الدائرة في حالة وقوع حوادث. للقيام بذلك ، يكفي استخدام تصميمات مناسبة لأجهزة الترحيل للتيار أو الجهد.

المخططات المذكورة أعلاه هي حالة خاصة للاستخدام المتنوع لمرشحات مختلفة.

طرق التحكم في الطاقة التي تمر عبر الخط

تتحكم أجهزة حماية الترحيل في قيمة الطاقة بناءً على قراءات جميع محولات التيار والجهد.في هذه الحالة ، يتم استخدام الصيغ والنسب المعروفة للقوة الكلية والنشطة والمتفاعلة بينها وبين قيمها التي تعبر عنها نواقل التيارات والفولتية.

من المفهوم أن المتجه الحالي يتشكل بواسطة emf المطبق على مقاومة الخط ويتغلب على أجزائه النشطة والمتفاعلة بالتساوي. ولكن في نفس الوقت ، في الأقسام ذات المكونات Ua و Up ، يحدث انخفاض في الجهد وفقًا للقوانين الموصوفة في مثلث الجهد.

يمكن نقل الطاقة من أحد طرفي الخط إلى الطرف الآخر وحتى عكسها عند نقل الكهرباء.

التغييرات في اتجاهها هي نتيجة:

• تبديل الأحمال بواسطة أفراد التشغيل ؛

• تقلبات الطاقة في النظام بسبب تأثيرات العابرين وعوامل أخرى ؛

• ظهور أوضاع الطوارئ.

مرحلات الطاقة (PMs) التي تعمل كجزء من نظام حماية وأتمتة الترحيل تأخذ في الاعتبار التقلبات في اتجاهاتها ويتم تكوينها للعمل عند الوصول إلى القيمة الحرجة.

طرق التحكم في مقاومة الخط

تسمى أجهزة حماية الترحيل التي تحسب المسافة إلى موقع الدائرة القصيرة بناءً على قياسات المقاومة الكهربائية حماية المسافة أو حماية DZ لفترة قصيرة. يستخدمون أيضًا دوائر محولات التيار والجهد في عملهم.

لقياس المقاومة ، استخدم تعبير عن قانون أومالموصوفة لقسم الدائرة قيد النظر.

عندما يمر تيار جيبي من خلال المقاومة النشطة والسعة والاستقرائية ، ينحرف متجه انخفاض الجهد عليها في اتجاهات مختلفة. يؤخذ هذا في الاعتبار من خلال سلوك مرحل الحماية.

وفقًا لهذا المبدأ ، تعمل أنواع كثيرة من مرحلات المقاوم (RS) في حماية المرحلات وأجهزة التشغيل الآلي.

طرق التحكم في تردد الخط

للحفاظ على استقرار فترة التذبذب لتوافقيات التيار المنقول عبر خط الطاقة ، يتم استخدام مرحلات التحكم في التردد. إنهم يعملون على مبدأ مقارنة الموجة الجيبية المرجعية التي ينتجها المولد المدمج مع التردد الذي تحصل عليه محولات القياس الخطي.

بعد معالجة هاتين الإشارتين ، يحدد مرحل التردد جودة التوافقية الملحوظة ، وعندما يتم الوصول إلى القيمة المحددة ، يغير موضع نظام الاتصال.

ميزات التحكم في معلمة الخط عن طريق الحماية الرقمية

لا يمكن أيضًا أن تعمل تطورات المعالجات الدقيقة التي تحل محل تقنيات الترحيل بدون القيم الثانوية للتيارات والجهد ، والتي تتم إزالتها من محولات القياس TT و VT.

لتشغيل الحماية الرقمية ، تتم معالجة المعلومات حول الموجة الجيبية الثانوية من خلال طرق أخذ العينات ، والتي تتكون من تركيب تردد عالٍ على إشارة تمثيلية وتحديد سعة المعلمة المتحكم فيها عند تقاطع الرسوم البيانية.

نظرًا لخطوة أخذ العينات الصغيرة وطرق المعالجة السريعة واستخدام طريقة التقريب الرياضي ، يتم الحصول على دقة عالية لقياس التيارات الثانوية والجهد.

يتم استخدام القيم العددية المحسوبة بهذه الطريقة في الخوارزمية لتشغيل أجهزة المعالجات الدقيقة.

الجزء المنطقي من حماية المرحل والأتمتة

بعد أن يتم نمذجة القيم الأولية للتيارات والجهود الكهربائية المنقولة على طول خط الطاقة عن طريق قياس المحولات المختارة للمعالجة بواسطة المرشحات والتي تستقبلها الأجهزة الحساسة لأجهزة الترحيل للتيار والجهد والطاقة والمقاومة والتردد ، إنه دور دارات مرحلات المنطق.

يعتمد تصميمها على مرحلات تعمل من مصدر إضافي للجهد الثابت أو المعدل أو المتناوب ، والذي يسمى أيضًا التشغيل ، والدوائر التي تغذيها تعمل. هذا المصطلح له معنى تقني: بسرعة كبيرة ، دون تأخير غير ضروري ، لأداء مفاتيحهم.

تحدد سرعة تشغيل الدائرة المنطقية إلى حد كبير سرعة الإغلاق الطارئ وبالتالي درجة عواقبه المدمرة.

في الطريقة التي يؤدون بها مهامهم ، تسمى المرحلات التي تعمل في دوائر التشغيل وسيطة: فهي تتلقى إشارة من جهاز الحماية للقياس وتنقلها عن طريق تحويل جهات الاتصال إلى الهيئات التنفيذية: مرحلات الإخراج ، والملفات اللولبية ، والمغناطيسات الكهربائية لفصل أو إغلاق مفاتيح الطاقة .

عادةً ما تحتوي المرحلات الوسيطة على عدة أزواج من جهات الاتصال التي تعمل على إنشاء دائرة أو كسرها. يتم استخدامها لإعادة إنتاج الأوامر في وقت واحد بين أجهزة حماية الترحيل المختلفة.

في خوارزمية تشغيل حماية الترحيل ، غالبًا ما يتم إدخال تأخير لضمان مبدأ الانتقائية وتشكيل تسلسل خوارزمية معينة. يمنع عملية الحماية أثناء الإعداد.

يتم إنشاء إدخال التأخير هذا باستخدام مرحلات زمنية خاصة (RVs) لها آلية على مدار الساعة تؤثر على سرعة جهات الاتصال الخاصة بهم.

يستخدم الجزء المنطقي من حماية الترحيل أحد الخوارزميات العديدة المصممة لحالات مختلفة يمكن أن تحدث على خط طاقة بتكوين وجهد معين.

على سبيل المثال ، يمكننا فقط إعطاء بعض أسماء تشغيل منطق حمايتين للترحيل بناءً على التحكم في تيار خط الطاقة:

• الانقطاع الحالي (إشارة السرعة) بدون تأخير أو تأخير (يضمن انتقائية التردد اللاسلكي) ، مع مراعاة اتجاه الطاقة (بسبب مرحل RM) أو بدونه ؛

• يمكن توفير حماية التيار الزائد بنفس أدوات التحكم مثل قطع الاتصال ، كاملة مع أو بدون فحوصات الجهد المنخفض للخط.

غالبًا ما يتم إدخال عناصر أتمتة الأجهزة المختلفة في تشغيل منطق حماية الترحيل ، على سبيل المثال:

• إعادة غلق مفتاح الطاقة أحادي الطور أو ثلاثي الطور ؛

• تشغيل مصدر الطاقة الاحتياطية ؛

• التسريع؛

• تفريغ التردد.

يمكن إجراء الجزء المنطقي من حماية الخط في حجرة مرحل صغيرة أعلى مفتاح الطاقة مباشرةً ، وهو أمر نموذجي للمفاتيح الخارجية الكاملة (KRUN) بجهد يصل إلى 10 كيلو فولت ، أو تشغل عدة لوحات بحجم 2 × 0.8 متر في غرفة الترحيل .

على سبيل المثال ، يمكن وضع منطق الحماية لخط 330 كيلو فولت على ألواح حماية منفصلة:

• احتياطي؛

• DZ - عن بعد ؛

• DFZ - المرحلة التفاضلية

• VCHB - حظر عالي التردد ؛

• OAPV.

• التسريع.

دارات الإخراج

تعمل دارات الخرج كعنصر أخير في حماية المرحل الخطي ، ويستند منطقها أيضًا إلى استخدام المرحلات الوسيطة.

تشكل دوائر الإخراج ترتيب تشغيل قواطع الخطوط وتحدد التفاعل مع الوصلات المجاورة والأجهزة (على سبيل المثال ، حماية فشل القاطع - التعثر الطارئ للقاطع) وعناصر أخرى من حماية الترحيل والأتمتة.

قد تحتوي حماية الخط البسيطة على مرحل إخراج واحد فقط يقوم برحلات القاطع. في الأنظمة المعقدة ذات الحماية المتفرعة ، يتم إنشاء دوائر منطقية خاصة تعمل وفقًا لخوارزمية معينة.

تتم الإزالة النهائية للجهد من الخط في حالة الطوارئ عن طريق مفتاح الطاقة ، والذي يتم تنشيطه بواسطة قوة المغنطيس الكهربائي. يتم توفير سلاسل الطاقة الخاصة لتشغيلها ، والتي يمكنها تحمل الأحمال القوية.