Ochrany v PRE Radek Hanuš Pražská energetika, a.s.
Ochrany elektroenergetických zařízení ¾ Monitorují provozní stav chráněného zařízení. ¾ Provádí zásah, pokud chráněný objekt přejde z normálního stavu do stavu poruchového.
Poruchové stavy v rozvodu ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾
Zkraty Přetížení Přepětí Podpětí Pokles kmitočtu Zvýšení kmitočtu Zemní spojení
Druhy a charakteristiky ochran Elektrické - sledují tyto veličiny: Proud, napětí, fázi, frekvenci, … Ochrany nadproudové, nad / podpěťové, impedanční - distanční, frekvenční, rozdílové, srovnávací Neelektrické - sledují např. tlak plynu, intenzitu světla, … Buchholzovo relé, záblesková ochrana
Rozdělení ochran dle funkčního principu Ochrana
Sledovaná veličina
nadproudová
proud
napěťová
napětí
distanční
impedance
rozdílová
rozdíl proudů
srovnávací
rozdíl fáze proudů
wattová
činný výkon
jalová
jalový výkon
frekvenční
kmitočet
při nesymetrii
zpětný proud nebo napětí
Rozdělení ochran dle doby působení ¾ ¾ ¾
Mžiková Časově nezávislá Časově závislá
Rozdělení ochran dle konstrukce ¾ ¾ ¾
Elektromechanická Tranzistorová (polovodičová) Digitální
Rozdělení chráněného zařízení - obecně ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾
Generátory Motory Transformátory Přípojnice Vedení Kabely Troleje Vypínače
Rozdělení chráněného zařízení v PRE ¾ ¾ ¾ ¾ ¾
Vedení 110 kV Rozvodny 110 kV Transformace 110/22 kV Rozvodny 22 kV Vedení 22 kV
Chránění vedení 110 kV
Chránění vedení 110 kV Kabelové vedení - Povinně - srovnávací a distanční ochrana
Venkovní vedení - Povinně - distanční ochrana - Doplňkově - srovnávací nebo - další distanční ochrana
Chránění vedení 110 kV Prostředky ke zvýšení spolehlivosti
Hlavní a záložní cívky vypínače Automatika selhání vypínače - zpravidla integrována do distančních ochran
Automatika opětného zapnutí - součástí distančních i srovnávacích ochran
Ochrany vedení 110 kV
Ochrany v PRE
Princip distanční ochrany Distanční chránění je využíváno zejména pro chránění vedení zvn a vvn, výjimečně vn. Výhody:
• selektivní nastavení • vzdálené zálohování • měření z jednoho místa
Ochrany v PRE
ˆ a ˆI určují Veličiny U k k impedanci zkratové smyčky a tím i vzdálenost zkratu od ochrany.
Ochrany v PRE
Připojení distanční ochrany k sekundárním obvodům přístrojových transformátorů
Ochrany v PRE
α
ϕ
ϕ
Charakteristika digitální distanční ochrany
Ochrany v PRE
Selektivita v síti chráněné nadproudovými ochranami
výhoda distančních ochran - chránění v základním čase
Ochrany v PRE
Blokové schéma digitální distanční ochrany
Ochrany v PRE
x = tg ϕk = konst. r
ϕ
Vysunutá kruhová charakteristika „offset-mho“
Charakteristika digitální distanční ochrany ABB REL 511
Ochrany v PRE
Impedance viděná distanční ochranou při zemní poruše Nutná kompenzace zemní cesty při jednofázových poruchách
Ochrany v PRE Provozní impedance - zátěž
α
ϕ
ϕ
R prov =
U min 3 . I max
ϕ prov = arccos = arcsin
P = S
Q Q = arctan S P
Impedanční charakteristika distanční ochrany Siemens 7SA6
Ochrany v PRE Nastavování distančních ochran
Impedančně časové charakteristiky distančních ochran Zˆ1 A = 0,85 . Zˆ A
( 0,85 . ( Zˆ
Zˆ 2 A = 0,85 . Zˆ A + Zˆ1B Zˆ3 A =
A
+ Zˆ 2 B
) = 0,85 . ( Zˆ ) = 0,85 . ( Zˆ
)
A
+ 0,85 . Zˆ B
A
+ 0,85 . Zˆ B + 0,85 . ZˆC
(
))
Ochrany v PRE
Impedančně časové charakteristiky distančních ochran – oboustranně napájená síť
Ochrany v PRE
ϕ
Ochrany v PRE
Základní pravidla pro nastavování distančních ochran
Ochrany v PRE
Základní pravidla pro nastavování distančních ochran
Ochrany v PRE
Strhávání charakteristik distančních ochran
Ochrany v PRE
Správné měření, určení druhu a vzdálenosti poruchy distanční ochranou či lokátorem poruch je do určité míry ovlivněno následujícími negativními specifickými vlivy: ¾ Boční napájení ¾ Impedanční nesymetrie přenosových a distribučních sítí
- neprovádění transpozic vodičů - instalace vodivějších zemnících lan ¾ Paralelní vlivy ¾ Vliv odporu poruchy ¾ Kývání elektráren ¾ Chránění T odboček
Ochrany v PRE Boční napájení
Zkrat na vedení s bočním napájením
Ochrany v PRE Uˆ A ˆ ZD = Iˆv
Iˆb ˆ ˆ ˆ . Z BP = Z AB + Z BP + ˆI v
Průběh měřené impedance ochranou při posuvném zkratu
Ochrany v PRE
Podélné parametry vedení: • vlastní
• složkové Pro nastavení ochran a lokátorů: Složkové parametry
• Neprovádění transpozic vodičů • Instalace vodivějších zemnících lan
Ochrany v PRE
Vedení složené z rozdílných úseků
Hˆ 1
Hˆ 2
Hˆ 3
↓
Hˆ 4
Hˆ 5
Jiný typ: Fázového vodiče, stožáru, zemnícího lana, rezistivity země.
Ochrany v PRE Typy stožárů vedení vvn a zvn:
Ochrany v PRE
Závislost proudu tekoucího zemnícím lanem na typu zemnícího lana pro stožár „Soudek“ a „Donau“
SOUDEK
40 35 30 25 20 15
I1Z 3I0Z
DONAU
AlFe680
40 35 30 25 20 15
I1Z
10
3I0Z
zemnící lano
A lFe680
A lFe450
A lFe240
A lFe185
A lFe110
A lFe70
0
A lFe25
5 Fe70
Velikost proudu tekoucího fázovým vodičem je 100%. Proud I1Z je proud v zemnícím lanu, který je indukován od sousledné složky proudu protékající fázovými vodiči. Proud 3I0Z představuje proud tekoucího zemnícím lanem při jednofázové zemní poruše.
proud v z.l. (% )
zemnící lano
Fe50
AlFe450
AlFe240
AlFe185
AlFe110
AlFe70
AlFe25
0
Fe70
10 5 Fe50
proud v z.l. (%)
45
Ochrany v PRE Paralelní vlivy
vzájemná impedance mezi potahy a, c
Ochrany v PRE Velikost vzájemné nulové reaktance pro paralelní vedení typu „Soudek“ a různá zemnící lana SOUDEK 1,00 0,90
X0M (ohm/km)
0,80 0,70
bez z.l.
0,60
z.l. Fe70 z.l. AlFe25
0,50
z.l. AlFe185
0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 0
100
200
300 d (m)
400
500
Ochrany v PRE
Paralelní vedení napájené z obou stran s posuvným zkratem
Ochrany v PRE Chyba vyměření posuvného zkratu distanční ochrany D1 v případě napájení zkratu z obou stran SOUDEK bez z.l. 50 40 chyba měření (%)
30 20
Ib/Ia=0
10
Ib/Ia=1
0
Ib/Ia=4
-10 -20 -30 -40 0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
x/l
Chyba vyměření posuvného zkratu dosahuje kladných i záporných hodnot a je značně závislá na velikosti poměru zkratových příspěvků z obou stran.
Ochrany v PRE Vliv odporu poruchy
Schéma ES s poruchovým odporem napájeným ze dvou stran
Impedance viděná distanční ochranou pro oboustranné napájení odporu poruchy bez úhlové diference mezi proudy
Iˆa
a
Iˆb
Ochrany v PRE
Impedance viděná distanční ochranou pro oboustranné napájení odporu poruchy při úhlové diferenci mezi proudy Iˆ a Iˆ a
ϑ
b
ϕ
ϕ
Δ Δ
ϕ
ϕ
Ochrany v PRE
1,4 1,2
X p (ohm )
1,0
z.l. Fe50
0,8
z.l. AlFe25
0,6
z.l. AlFe70 z.l. AlFe450
0,4 0,2 0,0 0
20
40
60
Rz (ohm)
80
100
Viděná „doplňková reaktance poruchy“ v závislosti na velikosti zemnícího odporu stožáru a na typu zemnícího lana
Ochrany v PRE „Kývání elektráren“
Ochrany v PRE Chránění T-odboček
Ochrany v PRE
Princip srovnávací ochrany
arg ( i a ) - arg( i b ) < α
arg ( i a ) - arg( i b ) > α
Ochrany v PRE
Oblast působení srovnávací ochrany
Průchozí zkraty Provozní stav
Provozní stav
Oblast působení srovnávací ochrany
Průchozí zkraty
Charakteristika srovnávací ochrany
Chránění transformátorů 110/22 kV
Chránění transformátorů 110/22 kV Tr. 63 MVA Tr. 40 MVA Tr. 25 MVA
Ochrany transformátorů 110/22 kV 1.
Nadproudová (I>, I>>) a kostrová ochrana transformátoru (IN>).
2.
Rozdílová ochrana vč. záložní nadproudové ochrany. Zahrnuje i tepelný model transformátoru.
3.
Nadproudová a kostrová ochrana odporníku, vč. tepelného modelu odporníku.
4.
Buchholzovo plynové relé.
Pozn.: Tepelný model transformátoru a odporníku nevypínají – jsou pouze na signál.
POLE AEA 20
W12 W22 W32 Q3
Q2
Q1
QE3 QM TA1 200/1/1/1/1 A 15/30/30/30 VA 0,2; 5P 20 n <10
QE6 Q6 QE5 TA6
Q5
200/1/1 A 15/30 VA 5P10
W52
T101
110/22 kV 40 MVA
TL1
TA3
TL2
Q1
200/5 A 25 VA n=5
Q1
Q1
TA1
1250/5/5 A 30/66 VA 0,5/1; n<5>10
R1
TA2
1250/5 A 30 VA 5, n = 15
QM1
TA4
200/5 A 30 VA 1, n = 5
TA5
200/5 A 30 VA 1, n = 5
Q1 W12 W22
Q2
POLE AJA 49
Ochrany Tr. 110/22 kV
Ochrany Tr. 110/22 kV
Ochrany v PRE
Princip rozdílové ochrany i
i1 i2 i3
in Δi
Σ i k= 0
Ochrany v PRE
d
Oblast působení rozdílové ochrany
is er t ak r a ch
a
b
a tik
hy c ru o p
c
Iˆdiff = Iˆprim. + Iˆsek . Iˆstab = Iˆprim. + Iˆsek .
Charakteristika rozdílové ochrany
Ochrany v PRE Zapínací ráz transformátoru Current Wind.1 iL1 w1/A 200 100 0 -100
-0,1
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0 ,8
0,9
1 ,0
-0,1
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0 ,8
0,9
1 ,0
-0,1
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0 ,8
0,9
1 ,0
t/s
-200 -300
Current Wind.1 iL2 w1/A 200 100 0 -100
t/s
-200 -300
Current Wind.1 iL3 w1/A 200 100 0 -100 -200 -300
- blokování rozdílové ochrany od 2. a 5. harmonické proudu
t/s
Výhody digitálních ochran ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾
Přesnost, citlivost Spolehlivost - samokontrola Variabilita charakteristik Více sad nastavení Logické vazby Kompaktní provedení Malá spotřeba v proudových a napěťových obvodech
Výhody digitálních ochran
¾ Rychlost působení ¾ Široká škála příslušenství - poruchový zapisovač, deník událostí, harmonická analýza, atd.
poruchový zapisovač ochrany
Current Wind.1 iL1 w1/A 120
77,5 % 113,60
100,0% 146,63 32,9 % 48,2 8
80 40
16,3% 23,96
3,5% 5,12
3 ,5% 5 ,13
0 ,2% 0 ,23
200
2 50
3 00
5,9% 10,01
2,6% 4,44
2 ,7% 4 ,62
0 ,6% 1 ,06
150
200
2 50
3 00
4,7% 3,42
1 ,1% 0 ,78
1 ,8% 1 ,29
200
2 50
3 00
0 DC
50
100
150
Harmonics/Hz Current Wind.1 iL2 w1/A 150
86,7 % 146,34
31,1 % 52,4 9
100 50 0 DC
harmonická analýza
100,0% 168,81
50
100
Harmonics/Hz Current Wind.1 iL3 w1/A
100,0% 73,2 2
91,0 % 66,6 5
60 30,2% 22,08
40 20
6,5% 4,78
0 DC
50
100
150
Harmonics/Hz
+90°
+90° IL1 I5
fázorový diagram
±180° IL3
I5 IN
0° ±180°
IL3 IN IL2
IL2 100,0 A
0°
-90°
3,0 A
IL1
IL2
IN
I5
-90° IL3
IL1
Ochrany v PRE
Chránění vedení 22 kV Kabelové vedení Venkovní vedení - Nadproudové chránění v soustavě, kde je uzel soustavy přizemněn přes odporník. - Tam kde je uzel soustavy přizemněn přes tlumivku, jsou použity zemní relé GSC.
Ochrany v PRE
Trafo 110/22 kV
I > 2000 A t > 2,0 s I > 1500 A t > 1,6 s
Rozpínací stanice 22 kV
Rozpínací stanice 22 kV
Rozpínací stanice 22 kV Distribuce
I > 360 A I N > 240 A t > 1,3 s
I >> 900 A t >> = t > - 0,2 s
I > 360 A I N > 240 A t > 1,3 s
I >> 900 A t >> = t > - 0,2 s
I > 360 A I N > 120 A t > 1,0 s
I >> 900 A t >> = t > - 0,2 s
I > 360 A I N > 120 A t > 1,0 s
I >> 900 A t >> = t > - 0,2 s
I > 360 A I N > 120 A t > 0,7 s
I >> 900 A t >> = t > - 0,2 s
I > 360 A I N > 120 A t > 0,7 s
I >> 900 A t >> = t > - 0,2 s
I > 240 A I N > 120 A t > 0,4 s
Nastavení nadproud. ochran v síti 22 kV PRE.
Ochrany v PRE
Problematika kapac. proudů Trafo 110/22 kV IC
IR
IC
IC
IR
IC
IC IC
IR
IR
Ochrany v PRE
Charakteristika nadproudové ochrany P Oblast působení nadproudové ochrany
Ochrany v PRE
Vylepšení pomocí podpěťového blokování nadproudových ochran
UA >
ZA . US ZS + Z A
UB >
ZB . US ZS + Z A + ZB
UC >
ZC . U S Z S + Z A + Z B + ZC
Ochrany v PRE
Použití směrových ochran
směrové ochrany ve zkruhované síti
Ochrany v PRE
Ochrany v PRE
Ochrany v PRE
