1

Terminale numerice de protecţie pentru liniile de înaltă tensiune

Stroică Tatiana

2

ARHITECTURA TERMINALELOR NUMERICEARHITECTURA TERMINALELOR NUMERICE

3

ELEMENTELE COMPONENTE ALE TERMINALULUI NUMERIC

BI – bloc de intrare curenţi, care are rolul de a prelua de la TC curenţii de linie şi de a-i transforma la valori compatibile cu circuitele electronice.

BU – bloc de intrare tensiuni, care adaptează tensiunea din secundarul TT la valori compatibile cu circuitele electronice.

MUX – multiplexor analogic, bloc de distribuire date. CAN – bloc de conversie analog-numerică, care

transformă datele analogice culese din proces în mărimi digitale.

IN – bloc de intrări numerice, care furnizează informaţii cu privire la poziţia întreruptorului, separatorului, etc., şi face separarea galvanică a echipamentelor de achiziţie a datelor din proces şi echipamentele de prelucrare a acestora.

UC – unitatea de calcul, care prelucrează datele din sistem şi comandă declanşarea în caz de defect a întreruptorului prin echipamentul de execuţie IE.

4

MĂRIMILE DE INTRARE ANALOGICE ADUSE LA TERMINALUL NUMERIC

CURENŢI TENSIUNI

5

FUNCŢIILE TERMINALULUI NUMERIC FUNCŢIILE TERMINALULUI NUMERIC PENTRU LINII ELECTRICEPENTRU LINII ELECTRICE

6

1. funcţia de protecţie de distanţă;2. funcţia de teleprotecţie;3. funcţia de supravegherea circuitelor de măsură de tensiune;4. funcţia de accelerarea protecţiei la conectarea pe defect (SOTF);5. funcţia de protecţie maximală de curent instantanee;6. funcţia de protecţie homopolară de curent direcţionată;7. funcţia de locator de defecte;8. funcţia de raportare evenimente;9. funcţia RAR cu CS şi Vo;10. funcţia de protecţie maximală/minimală de tensiune;11. funcţia de protecţie maximală/minimală de frecvenţă;12. funcţia de semnalizare suprasarcină de curent;13. funcţia de semnalizarea ruperii unui conductor;14. funcţia de semnalizare pierdere tensiune (Loss of Voltage);15. funcţia de protecţie de ciot;16. funcţia de configurarea intrărilor şi ieşirilor;17. funcţia de interfaţă operator;18. funcţia de măsură;19. funcţia de monitorizare a limitei valorilor;20. funcţia de autotestare şi autosupraveghere;21. funcţia de testare a declanşării întreruptorului (mentenanţă)

Funcţiile terminalelor de protecţie de linie

7

1. Funcţia de protecţie de distanţă

Z M 1

Z M 2

Z M 4

Z M 5

j X

R

Z M 3

L

1 5 0

2 5 0

L

Protecţia de distanţă oferă cinci zone (trepte) cu elemente de măsură individuale pentru toate tipurile de defect. Cele şase bucle de defect (R-N, S-N, T-N, R-S, S-T, T-R) se supraveghează în mod continuu. Funcţia este implementată în tehnologie numerică, ca toate funcţiile din cadrul terminalului. Cele cinci caracteristici de măsura ale impedanţei sunt de tip poligonal de forma prezentata.

Caracteristicile de măsură poligonale permit reglarea independenţei, pentru fiecare zonă, a reactanţei şi respectiv rezistenţei de acţionare. În plus, valoarea reglajului rezistenţei poate fi diferită pentru defecte monofazate faţă de cele polifazate.

8

1. Funcţia de protecţie de distanţăPrincipiul de detecţie al pendulaţiilor este bazat pe supravegherea vitezei de scădere a impedanţei şi se apreciază prin măsurarea intervalului de timp Δt dintre momentul pătrunderii impedanţei în poligonul de blocaj pendulaţii (Zp) şi momentul pătrunderii impedanţei într-un poligon paralel (Zp’), aflat la distanţa 0.8*Rp şi respectiv 0.8*Xp. Dacă Δt > tregl (pentru Δt de regula cuprins în intervalul 30 ... 50 ms)se declară pendulaţii si se blochează protecţia de distanţă. Dacă Δt <tregl rezultă existenţa unui defect, şi se permite acţionarea protecţiei de distanţă.

2. Funcţia de teleprotecţie/teledeclanşareA, B, C - staţiiLBC – linia protejatăRBC,RCB – Relee de protecţieBC1, CB1 - Zona 1 normală, 85% din lungimea linieiL – canal de comunicaţii (fo, curenţi purtători, microunde)BCi, CBi - Zona 1 prelungită, 130% din lungimea linieiBCe, CBe - defect văzut în spate

BLOCAJ POTT

PUTT

Pierdere SF6

Un defect pe linia protejată duce la declanşarea instantanee a întreruptorului B (zona 1) şi transmite semnal de autorizare către capătul C.Dacă protecţia RCB demarează, sezizâd defectul în zona 2 sau zona 1 prelungită, declanşează fără temporizare ca şi întreruptorul de la capătul opus.Dacă rezistenţa de defect depăşeşte pragul maxim reglat pentru rezistenţă, protecţia poate declanşa în treapta 2, chiar dacă defectul este în zona 1.

Un defect plasat între întreruptoarele B şi C, demarează zona 2 de la capătul B şi zona 1 şi 2 de la capătul C. Elementele de zonă 2 de la ambele capete ale liniei transmit semnal de autorizare către emiţător, astfel întreruptorul C declanşează instantaneu graţie elementului zonei 1, în timp ce întreruptorul B declanşează în timp pilot, când recepţionează semnalul de autorizare de la capătul C. lichidat de protecţia liniei vecine.

Un defect aflat la dreapta întrerupătorului C este un defect exterior zonei protejate; chiar dacă releul de la capătul B poate sesiza acest defect graţie elementelor zonei 2; el va aştepta un semnal de autorizare dinspre celălalt capăt. Cum în mod normal elementele de zona 2 ale releului de la capătul C nu vor demara pentru un astfel de defect, semnalul de autorizare aşteptat nu va veni şi defectul nu va fi lichidat în timp pilot, ci cu temporizarea zonei 2 şi dacă nu a fost lichidat de protecţia liniei vecine.

Echipamente de teleprotecţie scoase din funcţie sau defecte

In cazul în care ambele medii fizice sunt defecte sau se scot din funcţie ambele medii fizice prin trecerea ambelor comutatoare de regim pe poziţia OFF (scos din funcţie), atunci automat: se prelungeşte zona 1 la ambele protecţii de distanţă, numai la defecte monofazate şi numai înainte de RAR după RAR-M se revine la zona 1 normală în cazul defectelor polifazate protecţiile de distanţă funcţionează cu zona 1 normală

2. Funcţia de teleprotecţie/teledeclanşare

A B

Z1B

Z1C

Z2B

Z2C

Z1extB

Z1extC

C D

11

3. Funcţia de blocaj la dispariţia tensiunii alternativesau Funcţia de supraveghere a circuitelor de măsură de tensiune

Lipsa tensiunii alternative de măsură poate conduce la acţionarea incorectă a protecţiei de distanţă. Pentru prevenirea acţionării incorecte, terminalele numerice au inclusă o funcţie de supraveghere a acestor circuite, denumită şi funcţie de blocaj la dispariţia tensiunii alternative. Activarea acestei funcţii conduce la blocarea instantanee a protecţiilor care utilizează măsura tensiunii (distanţa, elemente direcţionale, etc,).

Funcţia acţionează în logică “SAU” în două situaţii:

- la declanşarea USOL de protecţie a circuitelor de tensiune alternativă;

- la sesizarea unei valori semnificative a tensiunii homopolare şi fără curent homopolar.

12

4. Funcţia de accelerarea protecţiei la conectarea pe defect (SOTF)

Funcţia de accelerarea protecţiei la conectarea pe defect (Switch-On To-Fault-Sotf) este destinată declanşării rapide a defectelor, de pe întreaga lungime a liniei, la punerea sub tensiune a liniei. Este o funcţie nedirecţionată, zona protecţiei de distanţă care produce declanşarea putând fi selectată.

Funcţia se activează fie extern prin efectuarea conectării, fie intern.

Funcţia de declanşare instantanee nedirecţionată este menţinută pentru un interval de timp de o secundă după conectarea întreruptorului.

Activarea internă a funcţiei se bazează pe controlul tensiunilor şi curenţilor de fază.

Condiţia de activare internă este realizată în logică “SI”, trebuind să fie îndeplinite într-un interval de timp mai mic de 200 ms:

- cel puţin o tensiune de fază este scăzută;

- curentul corespunzător de fază este sub pragul de 10% In (sub 0.1 A);

- zona selectată nu sesizează un defect.

13

5. Funcţia de protecţie maximală de curent instantanee

Funcţia de protecţie maximală de curent, nedirecţionată, instantanee asigură eliminarea rapidă (t15 ms) a scurtcircuitelor însoţite de valori mari

ale intensităţii curenţilor. Funcţia este realizată în logică “SAU”.Astfel, la depăşirea valorii reglate a curentului pe una sau mai multe

faze se comandă declanşarea imediată a întreruptorului

6. Funcţia de protecţie homopolară de curentProtecţia homopolară rapidă netemporizată – protejează linia la scurtcircuite monofazate,

ineficientă în cazul liniilor scurte, la care diferenţa între curentul de scurtcircuit la începutul şi sfârşitul liniei este neînsemnată!!!!!

Iacţ = Ksig x 3IhMAX = curentul de acţionare al protecţiei homopolare trebuie să fie dereglat de curentul maxim ce străbate linia la defect în capătul opus

Ksig = 1,4 – 1,5 IhMAX este calculat în regim maxim

Protecţia homopolară rapidă temporizată - rezultă ca necesitate a faptului că nu se poate deregla corespunzător de defectele din capătul opus fără a fi ineficientăTemporizarea: 0,5 sau 1 sec.Reglaj: prin dereglare fata de curentul de scurtcircuit care apare la defect la capătul liniei celei mai scurte racordate la staţia opusă se fac mai multe calcule, în regim maxim şi se alege valoarea care îndeplineşte aceste condiţii

Protecţia homopolară temporizată – acţionează la defectele pe linia pe care sunt montate, la care protecţia de distanţă sau protecţia homopolară treapta I-a din motive oarecare nu au funcţionat; în măsura posibilităţii constituie protecţie de rezervă pentru liniile racordate în staţia opusă.Temporizare: max 2,5 sau 3 sec, cu admiterea neselectivităţii pentru reţeaua buclată;Reglaj: se efectuează în regim minim, prin extindere la liniile racordate în staţia opusă cu coeficient de sensibilitate egal cu 2.

Regim maxim - Regimul în care reactanţa sistemului redusă la un nod este minimă (reactanţa directă şi homopolară); regimul cu toate sursele în funcţiune şi toate buclele, cuplele din zonă sunt conectate precum şi toate elementele legate la pământ conform studiului de tratare a neutrului.Regim minim - Indiferent de configuraţia reţelei de 110 kV, este regimul în care bara de 110 kV este alimentată dintr-o singură sursă slabă. (“ regimul minim posibil” de alimentare al staţiei se consideră când sunt mai mult de trei surse, în funcţie două şi acelea cele mai slabe).

15

7. Funcţia de locator de defecte

Funcţia de locator de defecte asigură măsurarea şi indicarea cu precizie ridicată, a distanţei până la locul de defect. Algoritmul utilizat elimină influenţa curentului de sarcină, a alimentării de la capătul opus şi micşorează influenţa rezistenţei de trecere la locul de defect.

Distanţa până la locul de defect poate fi indicată în procente din lungimea liniei sau în km.

Valoarea distanţei se prezintă pe afişajul cu cristale lichide al terminalului.

16

8. Funcţia de raportare evenimente 1. Informaţii generale1. Informaţii generale – meniul prezintă – meniul prezintă înregistrările memorate (data, ora, înregistrările memorate (data, ora, semnalele de declanşare, semnalele de semnalele de declanşare, semnalele de declanşare care au generat înregistrarea, declanşare care au generat înregistrarea, distanţa până la locul de defect şi bucla distanţa până la locul de defect şi bucla de defect sesizată de terminal. de defect sesizată de terminal.

2. Indicaţii2. Indicaţii – meniul prezintă lista semnalelor – meniul prezintă lista semnalelor care s-au activat pe durate defectului care s-au activat pe durate defectului (până la 48 semnale binare liber (până la 48 semnale binare liber programabile).programabile).

3. Locator defecte3. Locator defecte – oferă distanţa până la – oferă distanţa până la locul de defect. Se poate recalcula locul de defect. Se poate recalcula distanţa până la locul de defect în cazul în distanţa până la locul de defect în cazul în care parametrii diferă de parametrii care parametrii diferă de parametrii reglaţi.reglaţi.

4. Valori înainte şi pe durata defectului4. Valori înainte şi pe durata defectului – – meniul oferă valorile fazoriale (modul, meniul oferă valorile fazoriale (modul, fază) ale tensiunilor şi curenţilor înainte fază) ale tensiunilor şi curenţilor înainte de defect şi pe durata defectului.de defect şi pe durata defectului.

5. Înregistrator secvenţial de evenimente5. Înregistrator secvenţial de evenimente – – conţine lista de evenimente însoţite de conţine lista de evenimente însoţite de timpul corespunzător apariţiei.timpul corespunzător apariţiei.

6. Oscilo local6. Oscilo local – conţine înregistrarea valorilor – conţine înregistrarea valorilor analogice şi numerice înainte de defect, analogice şi numerice înainte de defect, pe durata defectului şi pe durata post-pe durata defectului şi pe durata post-defect.defect.

17

9. Funcţia RAR

Funcţia RAR este inclusă terminalului şi poate asigura regimurile: Funcţia RAR este inclusă terminalului şi poate asigura regimurile: - RAR-M; RAR-M; - RAR-M+T;RAR-M+T;- RAR-T cu până la patru cicluri. RAR-T cu până la patru cicluri. Pentru LEA 400 kV se utilizează numai regimul RAR-M, un singur Pentru LEA 400 kV se utilizează numai regimul RAR-M, un singur ciclu. ciclu.

18

9. Funcţia RAR

19

Exemplu de RAR-M la un defect permanent.Exemplu de RAR-M la un defect permanent.

În cazul unui defect monofazat persistent, după momentul to al apariţiei defectului, protecţia comandă declanşarea la momentul t1. Acest moment marchează şi începerea pauzei de RAR monofazat. Intervalul t1-t2 reprezintă timpul de deconectare al întreruptorului, iar momentul t3 marchează stingerea arcului în camera de rupere a întreruptorului şi deschiderea contactelor. Din acest moment începe pauza de RAR necesară deionizării mediului la locul de defect. Protecţia revine la timpul t4. La expirarea pauzei de RAR-M reglate în momentul t5, funcţia RAR emite impuls de reanclanşare, care este executat de întreruptor la momentul t6. Din momentul t5 începe pauza de blocaj RAR care încheie ciclul RAR. Reanclanşarea se produce pe defectul persistent astfel încât la t7, protecţia emite un nou impuls de declanşare care este executat de întreruptor la momentul t8, protecţia revenind la momentul t9. Prin t10 s-a marcat momentul revenirii din pauza de blocaj (10 s) a funcţiei RAR, fiind gata pentru o nouă funcţionare.

10. Funcţia de protecţie minimă/maximă tensiune

Funcţia supraveghează tensiunile de fază şi dacă cel puţin una dintre acestea este mai mare sau mai mică decât pragul reglat, cu o temporizare reglată, se emite impuls de declanşare.

21

11. Funcţia de protecţie minimă/maximă frecvenţă

Funcţia supraveghează frecvenţa sistemului, iar în funcţie de pragul reglat, comandă declanşarea.

22

12. Funcţia de semnalizare suprasarcină de curentFuncţia de semnalizare suprasarcină este o funcţie de supraveghere sistem, şi este destinată pentru semnalizarea depăşirii valorii normalea circulaţiei de curent. Principial este o funcţie de protecţie maximalăde curent temporizată. Dacă curentul pe cel puţin o fază depăşeşte

pragul reglat (In) cu o anumită temporizare se emite semnal de alarmă.

13. Funcţia de semnalizarea ruperii unui conductor

Face parte din categoria funcţiilor de supraveghere sistem. Principial este o protecţie maximală de curent de secvenţă inversă. Astfel se semnalizează orice asimetrie a curenţilor.

14. Funcţia de semnalizare pierdere tensiune (Loss of Voltaje)

Face parte din categoria funcţiilor de supraveghere sistem. Cele trei tensiuni de fază sunt supravegheate permanent şi în cazul lipsei tuturor tensiunilor pentru un interval de timp mai mare de 7 s (temporizare fixă, nereglabilă) se emite un semnal de alarmă.

23

15. Funcţia de protecţie de ciot

Protecţiedistanţă

TC

TT

24

16. Funcţia de configurare a intrărilor şi ieşirilor

Fără configurarea funcţiilor de intrare, respectiv configurarea releelor de ieşire, terminalul de protecţie nu funcţionează. Fiecare funcţie de intrare din cadrul terminalului şi oricare din releele de ieşire sunt liber configurabile la funcţiile de ieşire oferite de terminal.

25

17. Funcţia de interfaţă operator – HMM Interfaţa operator este alcătuită din:

- LED-uri de stare (funcţionare sau defect) şi LED-uri liber configurabile;

- afişaj cu cristale lichide LCD şi tastatura care permite navigarea în meniurile terminalului;

- porturi seriale de comunicaţie pentru conectarea la laptop.

C

E

R e a d y S t a r t T r i pR E L 5 2 1 V e r 1 . 2C = C l e a r L E D sE = E n t e r m e n u

r o s ug a l b e nv e r d eL E D - u r i

a f i s a j c r i s t a l el i c h i d e ( L C D )

c o n e c t o rP C t a s t a t u r a

e l a s t i c a

26

18. Funcţia de măsură

Se măsoară: Curenţii pe fiecare dintre faze, de secvenţă inversă, directă şi homopolară;

Tensiunile fază-pământ, fază-fază, de secvenţă inversă, directă şi homopolară;

Puterea activă, reactivă, aparentă;

Frecvenţa;

Factorul de putere;

Energia – primită şi transmisă;

Tensiuni, frecvenţe şi unghi pentru sincronizare.

27

19. Funcţia de monitorizare a limitei valorilor

Se pot monitoriza valori de curenţi şi tensiuni precum şi încadrarea acestora în anumite limite. În cazul în care nu se încadrează în limitele reglate, apare o semnalizare pe terminal (LED sau display)

28

20. Funcţia de autotestare şi autosupraveghere

Terminalul supraveghează şi îşi testează permanent atât partea de hardware cât şi cea de software, iar în cazul în care găseşte un defect intern, se blochează, aprinzându-se un LED (ERROR).

Dacă defectul este software, terminalul încearcă de 3 ori să se reseteze. Dacă resetarea este reuşită (defectul soft este eliminat), terminalul este în funcţie şi semnalizările dispar. Dacă resetarea nu este reuşită, şeful de tură încearcă să reseteze terminalul. Dacă nici după această operaţie terminalul nu revine în starea de funcţionare, atunci se ştie că acesta este defect.

Dacă defectul este hardware, terminalul nu permite să se execute nici o operaţie de la butoanele de pe panoul frontal.