Comment est la protection par relais des lignes électriques

Le transport continu et fiable de l'électricité vers les consommateurs est l'une des principales tâches constamment résolues par les ingénieurs électriciens. Pour le fournir, des réseaux électriques constitués de sous-stations de distribution et de lignes électriques de raccordement ont été créés. Pour déplacer l'énergie sur de longues distances, on utilise des supports auxquels sont suspendus des fils de connexion. Ils sont isolés entre eux et le sol par une lame d'air ambiant. Ces lignes sont appelées lignes aériennes par le type d'isolation.

Si la distance de l'autoroute de transport est courte ou pour des raisons de sécurité, il est nécessaire de cacher la ligne électrique dans le sol, des câbles sont utilisés.

Les lignes électriques aériennes et câblées sont constamment sous tension, dont la valeur est déterminée par la structure du réseau électrique.

But du relais de protection des lignes électriques

En cas de défaut d'isolation à n'importe quel endroit d'un câble ou d'une ligne aérienne prolongée, la tension appliquée à la ligne crée un courant de fuite ou de court-circuit à travers la section endommagée.

Les raisons de la rupture de l'isolation peuvent être diverses facteurs capables d'éliminer ou de poursuivre leur effet destructeur. Par exemple, une cigogne volant entre les fils d'une ligne électrique aérienne crée un circuit phase à phase avec ses ailes et ses brûlures, tombant à proximité.

Soit un arbre poussant très près du support, lors d'un orage, a été renversé sur les fils par un coup de vent et les a mis en court-circuit.

Dans le premier cas, le court-circuit s'est produit pendant une courte période de temps et a disparu, et dans le second, la violation d'isolation était de nature à long terme et a nécessité l'élimination par le personnel de maintenance.

De tels dommages peuvent causer de grands dommages aux centrales électriques. Les courants des courts-circuits résultants ont une énorme énergie thermique, qui peut non seulement brûler les fils des lignes électriques, mais également détruire les équipements électriques des sous-stations électriques.

Pour ces raisons, tout dommage aux lignes électriques qui se produit doit être réparé immédiatement. Ceci est réalisé en supprimant la tension de la ligne défectueuse du côté de l'alimentation. Si une telle ligne électrique reçoit de l'énergie des deux côtés, les deux doivent être mis hors tension.

Les fonctions de surveillance constante des paramètres électriques de l'état de toutes les lignes électriques et de leur suppression de la tension de tous les côtés en cas de situation d'urgence sont attribuées à des systèmes techniques complexes, traditionnellement appelés relais de protection.

L'adjectif "relais" est dérivé de la base élémentaire basée sur les relais électromagnétiques, dont les conceptions sont apparues avec l'apparition des premières lignes électriques et sont en cours d'amélioration à ce jour.

Dispositifs de protection modulaires, largement introduits dans la pratique des ingénieurs électriciens basé sur la technologie des microprocesseurs et la technologie informatique n'excluent pas un remplacement complet des dispositifs de relais et, selon la tradition établie, sont également introduits dans les dispositifs de protection de relais.

Principes de protection des relais

Autorités de surveillance du réseau

Afin de surveiller les paramètres électriques des lignes électriques, il est nécessaire de disposer d'instruments pour leur mesure, capables de surveiller en permanence tout écart par rapport au mode normal du réseau et en même temps de remplir les conditions d'un fonctionnement sûr.

Dans les lignes électriques toutes tensions, cette fonction est attribuée aux transformateurs de mesure qui sont classés en transformateurs :

• courant (TT);

• tension (VT).

Étant donné que la qualité du fonctionnement de la protection est d'une importance primordiale pour la fiabilité de l'ensemble du système électrique, des exigences accrues en matière de précision de fonctionnement sont imposées aux TC et TT de mesure, qui sont déterminés par leurs caractéristiques métrologiques.

Les classes de précision des transformateurs de mesure destinés à être utilisés dans les dispositifs de protection et d'automatisation des relais (protection des relais et automatisation) sont normalisées par les valeurs « 0,5 », « 0,2 » et « P ».

Transformateurs de tension instrument

Une vue générale de l'installation des transformateurs de tension sur la ligne aérienne 110 kV est présentée sur la photo ci-dessous.

Ici, on peut voir que les TT ne sont pas installés n'importe où le long d'une ligne d'extension, mais sur l'appareillage d'une sous-station électrique. Chaque transformateur est relié par ses bornes primaires au conducteur correspondant de la ligne aérienne et du circuit de masse.

La tension convertie à partir des enroulements secondaires est émise via les commutateurs 1P et 2P via les conducteurs correspondants du câble d'alimentation. Pour une utilisation dans des dispositifs de protection et de mesure, les enroulements secondaires sont connectés selon le schéma "étoile" et "triangle", comme indiqué sur la photo pour VT-110 kV.

Diminuer perte de tension et un fonctionnement précis de la protection du relais, un câble d'alimentation spécial est utilisé et des exigences accrues sont imposées à son installation et à son fonctionnement.

Les TT de mesure sont créés pour chaque type de tension de ligne et peuvent être commutés selon différents schémas pour effectuer des tâches spécifiques. Mais ils fonctionnent tous sur le principe général de conversion de la valeur linéaire de la tension de la ligne de transmission en une valeur secondaire de 100 volts, copiant et accentuant avec précision toutes les caractéristiques des harmoniques primaires à une certaine échelle.

Le rapport de transformation de VT est déterminé par le rapport des tensions de ligne des circuits primaire et secondaire. Par exemple, pour la ligne aérienne 110 kV considérée, il s'écrit : 110000/100.

Transformateurs de courant instrument

Ces appareils convertissent également la charge de la ligne primaire en valeurs secondaires avec une répétition maximale de toute modification des harmoniques du courant primaire.

Pour faciliter l'exploitation et la maintenance des équipements électriques, ils sont également installés sur les appareils de distribution des sous-stations.

Transformateurs de courant Ils sont inclus dans le circuit de ligne aérienne d'une manière différente de VT: ils avec leur enroulement primaire, qui est généralement représenté par un seul tour sous la forme d'un fil de courant continu, sont simplement coupés dans chaque fil de la phase de ligne.Cela se voit clairement sur la photo ci-dessus.

Le rapport de transformation CT est déterminé par le rapport de la sélection des valeurs nominales au stade de la conception de la ligne électrique. Par exemple, si la ligne électrique est conçue pour transporter 600 ampères et que 5 A seront retirés du secondaire du TC, la désignation 600/5 est utilisée.

En électricité, deux normes sont acceptées pour les valeurs des courants secondaires qui sont utilisés :

• 5 A pour tous les TC jusqu'à 110 kV inclus ;

• 1 A pour les lignes 330 kV et plus.

Les enroulements secondaires TT sont connectés pour la connexion aux dispositifs de protection selon différents schémas :

• étoile pleine ;

• étoile incomplète;

• Triangle.

Chaque composé a ses propres caractéristiques spécifiques et est utilisé pour certains types de protection de différentes manières. Un exemple de connexion de transformateurs de courant et de bobines de relais de courant à un circuit en étoile complet est illustré sur la photo.

Il s'agit du filtre harmonique le plus simple et le plus couramment utilisé dans de nombreux circuits de relais de protection. Dans celui-ci, les courants de chaque phase sont contrôlés par un relais séparé du même nom, et la somme de tous les vecteurs passe à travers la bobine incluse dans le fil neutre commun.

La méthode d'utilisation des transformateurs de mesure de courant et de tension permet de transférer les processus primaires se déroulant sur l'équipement de puissance vers le circuit secondaire à une échelle précise pour leur utilisation dans le matériel de protection de relais et la création d'algorithmes pour le fonctionnement de la logique dispositifs pour éliminer les processus d'équipement d'urgence.

Autorités de traitement des informations reçues

Dans la protection par relais, l'élément de travail principal est un relais - un appareil électrique qui remplit deux fonctions principales :

• surveille la qualité du paramètre observé, par exemple le courant, et en mode normal, il maintient de manière stable et ne change pas l'état de son système de contact;

• lorsqu'une valeur critique appelée consigne ou seuil de réponse est atteinte, il commute immédiatement la position de ses contacts et reste dans cet état jusqu'à ce que la valeur observée revienne dans la plage normale.

Les principes de formation des circuits de commutation des relais de courant et de tension dans les circuits secondaires permettent de comprendre la représentation des harmoniques sinusoïdales par des grandeurs vectorielles avec leur représentation dans un plan complexe.

Dans la partie inférieure de l'image, un diagramme vectoriel est représenté pour un cas typique de distribution de sinusoïdes en trois phases A, B, C dans le mode de fonctionnement de l'alimentation grand public.

Surveillance de l'état des circuits de courant et de tension

En partie, le principe de traitement des signaux secondaires est illustré dans le circuit d'activation des enroulements CT et relais selon le schéma en étoile complète et VT de l'ORU-110. Cette méthode vous permet d'ajouter des vecteurs des manières suivantes.

L'inclusion de la bobine de relais dans l'une des harmoniques de ces phases vous permet de contrôler entièrement les processus qui s'y déroulent et de désactiver le circuit en cas d'accident. Pour ce faire, il suffit d'utiliser des conceptions appropriées de dispositifs de relais pour le courant ou la tension.

Les schémas ci-dessus sont un cas particulier de l'utilisation polyvalente de différents filtres.

Méthodes de contrôle de la puissance passant par la ligne

Les dispositifs de protection de relais contrôlent la valeur de puissance en fonction des lectures de tous les mêmes transformateurs de courant et de tension.Dans ce cas, des formules et des rapports bien connus de puissance totale, active et réactive entre eux et leurs valeurs exprimées par les vecteurs de courants et de tensions sont utilisés.

Il est entendu que le vecteur de courant est formé par la force électromotrice appliquée à la résistance de ligne et surmonte également ses parties active et réactive. Mais en même temps, dans les sections à composantes Ua et Up, une chute de tension se produit selon les lois décrites par le triangle de tension.

La puissance peut être transférée d'un bout à l'autre de la ligne et même inversée lors du transport de l'électricité.

Les changements dans sa direction sont le résultat de:

• commutation de charges par le personnel d'exploitation ;

• les fluctuations de puissance dans le système dues aux effets des transitoires et d'autres facteurs ;

• l'émergence des modes d'urgence.

Les relais de puissance (PM) fonctionnant dans le cadre du système de protection et d'automatisation du relais prennent en compte les fluctuations de ses directions et sont configurés pour fonctionner lorsque la valeur critique est atteinte.

Méthodes de contrôle de la résistance de ligne

Les dispositifs de protection de relais qui calculent la distance jusqu'à l'emplacement du court-circuit en fonction des mesures de résistance électrique sont appelés protection de distance ou DZ en abrégé. Ils utilisent également des circuits de transformateur de courant et de tension dans leur travail.

Pour mesurer la résistance, utilisez Une expression de la loi d'Ohmdécrites pour la section de circuit considérée.

Lorsqu'un courant sinusoïdal traverse une résistance active, capacitive et inductive, le vecteur de chute de tension sur celles-ci dévie dans différentes directions. Ceci est pris en compte par le comportement du relais de protection.

Selon ce principe, de nombreux types de relais à résistance (RS) fonctionnent dans les dispositifs de protection et d'automatisation des relais.

Méthodes de contrôle de fréquence de ligne

Pour maintenir la stabilité de la période d'oscillation des harmoniques du courant transmis par la ligne électrique, des relais de contrôle de fréquence sont utilisés. Ils fonctionnent sur le principe de la comparaison de l'onde sinusoïdale de référence produite par le générateur intégré avec la fréquence obtenue par les transformateurs linéaires de mesure.

Après traitement de ces deux signaux, le relais de fréquence détermine la qualité de l'harmonique observée et, lorsque la valeur de consigne est atteinte, modifie la position du système de contact.

Caractéristiques du contrôle des paramètres de ligne par protections numériques

Les développements de microprocesseurs qui remplacent les technologies de relais ne peuvent pas non plus fonctionner sans valeurs secondaires de courants et de tensions, qui sont retirées des transformateurs de mesure TT et VT.

Pour le fonctionnement des protections numériques, les informations sur la sinusoïde secondaire sont traitées par des méthodes d'échantillonnage qui consistent à superposer une haute fréquence à un signal analogique et à fixer l'amplitude du paramètre contrôlé à l'intersection des graphes.

En raison de la petite étape d'échantillonnage, des méthodes de traitement rapides et de l'utilisation de la méthode d'approximation mathématique, une grande précision de mesure des courants et tensions secondaires est obtenue.

Les valeurs numériques ainsi calculées sont utilisées dans l'algorithme de fonctionnement des dispositifs à microprocesseur.

La partie logique de la protection et de l'automatisation des relais

Après que les valeurs initiales des courants et des tensions de l'électricité transmise le long de la ligne électrique sont modélisées par des transformateurs de mesure sélectionnés pour être traités par des filtres et reçus par les organes sensibles des dispositifs de relais pour le courant, la tension, la puissance, la résistance et la fréquence, c'est le tour des circuits des relais logiques.

Leur conception est basée sur des relais fonctionnant à partir d'une source supplémentaire de tension constante, redressée ou alternative, également appelée opérationnelle, et les circuits alimentés par celle-ci sont opérationnels. Ce terme a un sens technique : très rapidement, sans délais inutiles, pour effectuer leurs basculements.

La rapidité de fonctionnement du circuit logique détermine en grande partie la rapidité de l'arrêt d'urgence et donc l'ampleur de ses conséquences destructrices.

Dans la manière dont ils exécutent leurs tâches, les relais travaillant dans les circuits de fonctionnement sont appelés intermédiaires : ils reçoivent un signal du dispositif de protection de mesure et le transmettent en commutant leurs contacts aux organes exécutifs : relais de sortie, solénoïdes, électroaimants pour la déconnexion ou la fermeture des interrupteurs de puissance. .

Les relais intermédiaires ont généralement plusieurs paires de contacts qui fonctionnent pour établir ou interrompre un circuit. Ils sont utilisés pour reproduire simultanément des commandes entre différents dispositifs de protection à relais.

Dans l'algorithme de fonctionnement de la protection de relais, un retard est souvent introduit pour assurer le principe de sélectivité et pour former la séquence d'un certain algorithme. Il bloque l'opération de protection pendant l'installation.

Cette entrée de retard est créée à l'aide de relais temporisés spéciaux (RV) dotés d'un mécanisme d'horloge qui affecte la vitesse de leurs contacts.

La partie logique de la protection de relais utilise l'un des nombreux algorithmes conçus pour différents cas pouvant se produire sur une ligne électrique d'une certaine configuration et tension.

A titre d'exemple, nous ne pouvons donner que quelques noms du fonctionnement de la logique de deux protections relais basées sur le contrôle du courant de la ligne électrique :

• coupure de courant (indication de vitesse) sans temporisation ou avec temporisation (garantit la sélectivité RF), en tenant compte du sens de la puissance (dû au relais RM) ou sans celui-ci ;

• la protection contre les surintensités peut être fournie avec les mêmes commandes que le sectionneur, avec ou sans contrôles de basse tension de ligne.

Des éléments d'automatisation de divers dispositifs sont souvent introduits dans le fonctionnement de la logique de protection du relais, par exemple :

• réenclenchement de l'interrupteur de puissance monophasé ou triphasé ;

• activer l'alimentation de secours ;

• accélération;

• décharge de fréquence.

La partie logique de la protection de ligne peut être effectuée dans un petit compartiment de relais directement au-dessus de l'interrupteur d'alimentation, ce qui est typique pour un appareillage externe complet (KRUN) avec une tension jusqu'à 10 kV, ou occuper plusieurs panneaux de 2x0,8 m dans la salle de relais .

Par exemple, la logique de protection d'une ligne 330 kV peut être placée sur des panneaux de protection séparés :

• réserve;

• DZ — à distance ;

• DFZ — phase différentielle ;

• VCHB — blocage haute fréquence ;

• OAPV ;

• accélération.

Circuits de sortie

Les circuits de sortie constituent l'élément final de la protection à relais linéaire, leur logique est également basée sur l'utilisation de relais intermédiaires.

Les circuits de sortie forment l'ordre de fonctionnement des disjoncteurs de ligne et déterminent l'interaction avec les connexions adjacentes, les dispositifs (par exemple, la protection contre les défaillances du disjoncteur - déclenchement d'urgence du disjoncteur) et d'autres éléments de protection et d'automatisation des relais.

Les protections de ligne simples peuvent n'avoir qu'un seul relais de sortie qui déclenche le disjoncteur. Dans les systèmes complexes avec protection ramifiée, des circuits logiques spéciaux sont créés qui fonctionnent selon un certain algorithme.

La mise hors tension définitive de la ligne en cas d'urgence est effectuée au moyen d'un interrupteur de puissance, qui est activé par la force de l'électroaimant de déclenchement. Des chaînes porte-câbles spéciales sont fournies pour son fonctionnement, qui peut supporter des charges puissantes.Ki.