Protectii numerice a retelelor electrice

PROTECTII NUMERICE A RETELELOR ELECTRICE

Notiunea de protectie numerica (digitala) se aplica acelor protectii la care prelucrarea informatiei analogice se face numeric. Principial, un lant tipic de pre­lucrare numerica este prezentat in figura 5.31. si se compune din: filtrul analogic trece jos (FTJ), circuitele de esantionare si memorare (S&H), convertorul analog-numeric (CAN) si procesorul de date numerice (DSP).

Figura 5.31. Schema bloc a unui sistem digital de procesare

a semnalului.

FTJ-filtrul analogic trece jos, S&H-circuite de esantionare si memorare,

CAN-convertor analog-numeric, DSP-procesorul numeric de date.

Tensiunile si curentii din secundarele transformatoarelor TT si TC sunt adaptate prin interme­diul unor circuite analogice de intrare la valorile acceptate de circuitele electronice si se aplica filtrului analogic FTJ, cu rol de filtru antialiasing. Marimea filtrata se aplica CAN prin intermediul circuitelor de esantionare si memorare.

Convertorul realizeaza conversia semnalului analogic intr-un cod numeric. Din acest moment prelucrarea datelor, in conformitate cu algoritmii de protectie si automatizare specifici, se executa asupra unor semnale numerice (coduri numerice) similar operatiilor din calculatoarele electronice.

1. Functiile protectiilor numerice a retelor

Realizarea echipamentelor de protectie in tehnologie digitala permite inte­grarea in cadrul unui echipament a mai multor functii de protectie, automatizare si masura. In acest fel "releul de protectie" devine, in fapt, un "terminal de protectie". Un astfel de terminal de protectie include functii multiple de protectie, automa­ti­za­re, masura si de comunicatie in cadrul unui sistem integrat de supraveghere-control al statiei de transformare. Producatorii echipamentelor de protectie pentru linii elec­trice, includ diverse functii in cadrul terminalului, pe langa functia de baza de protectie de distanta. In continuare se vor prezenta cateva exemple de functii im­plementate in cadrul unui terminal numeric de protectie.

Practic, aceste functii se regasesc la toate terminalele de protectie de linie pro­duse si de alti fabricanti de echipamente numerice de protectie.

1.1. Functia "protectie de distanta"

In mod normal treapta 1 a protectiei de distanta este reglata la cca. 85% din impedanta liniei si, ca urmare, defecte apropiate de capatul opus locului de montaj al protectiei de distanta vor fi incadrate in treapta a doua si, deci, eliminate tem­po­rizat (de regula 0,4 - 0,5 s). Pentru a elimina rapid defectele pe intreaga lungime a liniei se utilizeaza functia de teleprotectie. Terminalul permite alegerea mai multor scheme tip de teleprotectie, intre care si asa numita schema permisiva de telepro­tec­tie. Functia de teleprotectie este corelata cu functionarea echipamentului de inalta frecventa (I.F.).

Echipamentul de I.F. asigura transmiterea unui impuls (materializat prin in­chi­derea unui contact de releu) de la si spre capatul opus al liniei. Acest impuls se utilizeaza in schema permisiva de teleprotectie.

Figura 5.32. Principiul schemei permisive de teleprotectie

Figura 5.32. Principiul schemei permisive de teleprotectie

Functionarea schemei se poate urmari in figura 5.32., unde se exemplifica prin LEA 400 kV Sibiu - Mintia. Fie un defect situat in apropierea statiei Mintia. Protectia de distanta din Mintia va incadra defectul in treapta 1 (zona ZM1-reglaj Z1') si va emite un impuls prin intermediul instalatiei de I.F. (IMP-ZM1). Protectia de distanta din statia Sibiu Sud va incadra defectul in treapta 2 (zona ZM2-reglaj Z2) si, ca urmare, tinde sa declanseze temporizat in treapta a doua. Dar, la receptia semnalului din Mintia (care se aplica intrarii logice IMP-CR) si cu verificarea incadrarii in zona ZM2, va comanda declansarea rapida a intreruptorului. Astfel, defectul este eliminat rapid, indiferent unde este situat pe linie.

1.2. Functia de supraveghere a circuitelor de masura de tensiune

Lipsa tensiunii alternative de masura poate conduce la actionarea incorecta a protectiei de distanta. Pentru prevenirea actionarii, terminalul de protectie

REL-521 are inclusa aceasta functie, adesea denumita si functie de blocaj la disparitia tensiunii alternative.Activarea functiei conduce la blocarea functiilor de protectie care utilizeaza tensiuni alternative si anume: functia de protectie de distanta, functia de protectie maximala de tensiune si functia de semnalizare pierdere tensiune. Functia actio­nea­za in logica 'SAU' in doua situatii:

-declansarea USOL de protectie a circuitelor de masura tensiune alternativa;

-la sesizarea unei valori semnificative a tensiunii homopolare si fara curent homopolar;

Activarea functiei conduce la blocarea instantanee a protectiilor care utili­zea­za masura tensiunii.

1.3. Functia de accelerare a protectiei la conectarea pe defect

Functia de accelerare a protectiei la conectarea pe defect (in engleza, Switch-OnTo-Fault - SOTF) este destinata declansarii rapide a defectelor, de pe intreaga lungime a liniei, la punerea sub tensiune a liniei. Este o functie de pro­tec­tie nedirectionata, zona protectiei de distanta care produce declansarea putand fi selectata.

Functia se activeaza fie extern prin intermediul unui contact al releului de copiere a comenzii manuale de conectarea intreruptorului, fie intern. Dupa activa­re, zona aleasa (de exemplu, zona 4 - ZM4) poate emite instantaneu impuls de declansare. Functia de accelerare este mentinuta pentru un interval de timp t=1s dupa indeplinirea conditiei de activare.

Activarea interna a functiei se bazeaza pe controlul tensiunilor si curentilor de faza. Conditia de activare interna este obtinuta intr-o schema logica 'SI' din urmatoarele conditii:

· cel putin o tensiune de faza este scazuta;

· curentul corespunzator de faza este sub pragul de 10%;

· zona selectata (de exemplu ZM4) NU sesizeaza un defect;

Daca toate conditiile de mai sus sunt indeplinite un interval de timp de cel putin 200ms, atunci se activeaza conditia interna.

1.4. Functia de protectie maximala de curent instantanee

Functia de protectie maximala de curent, nedirectionata, instantanee asigura eliminarea rapida (t < 15 ms) a scurtcircuitelor insotite de valori mari ale inten­si­ta­tii curentilor.

Functia este realizata in logica 'SAU' pentru fiecare curent de faza. Astfel, la depasirea valorii reglate a curentului pe una sau mai multe faze se comanda de­clan­sarea instantanee a intreruptorului. Functia poate fi utilizata in acele cazuri in care se poate stabili un reglaj corespunzator, astfel incat actionarea sa se produca numai la defect in zona protejata, avand in vedere ca protectia maximala este nedi­rectionata si netemporizata

1.5. Functia de protectie homopolara de curent directionata

In cazul defectelor monofazate valoarea rezistentei de defect variaza in limi­te largi in functie de conditiile din retea, de distanta pana la locul de defect si de valoarea rezistentei de trecere la locul de defect. Pot exista cazuri in care valoarea rezistentei de defect masurata de protectia de distanta este mai mare decat rezistenta care poate fi acoperita de caracteristica de actionare a protectiei de distanta. Pentru eliminarea unor astfel de defecte cu rezistenta mare de defect se utilizeaza protectia maximala de curent homopolar directionata.

Defectele cu pamantul pot fi sesizate prin masurarea curentului homopolar. Directionarea protectiei se obtine prin utilizarea tensiunii homopolare aplicate re­leului de la filtrul exterior de tensiune homopolara. Defectul este considerat in fata, daca este indeplinita conditia:

(5.2.)

unde:

3I₀ = curentul de nul (I0 este curentul homopolar);

j = unghiul de defazaj intre 3I0 si -3U0 (U0 este tensiunea homopolara);

3I₀D = valoarea de actionare reglata.

Actionarea la declansare a protectiei homopolare directionate este, de regula, temporizata, avand in vedere reglajul redus al curentului de actionare (valori tipice de 0,1 - 0,3I_n).

1.6. Functia de locator de defecte

Functia de locator de defecte inclusa terminalului de protectie de linie REL-521 asigura masurarea si indicarea cu precizie ridicata e < ±3%) a distantei pana la locul de defect.

Algoritmul utilizat elimina influenta curentului de sarcina, a supraalimentarii de la capatul opus si micsoreaza influenta rezistentei de trecere la locul de defect. Distanta pana la locul de defect poate fi indicata in procente din lungimea liniei sau in km.

Principial, algoritmul locatorului de defecte se bazeaza pe valorile tensiu­ni­lor si intensitatii curentilor masurate la locul de montaj al terminalului. Pornind de la schema de principiu a unei linii electrice cu surse la ambele capete, prezentata in figura 5.33, se pot deduce urmatoarele ecuatii, in baza schemei electrice echivalente din figura 5.34.:

Figura 5.34. Schema electrica echivalenta a liniei electrice cu dubla alimentare

(5.3.)

unde: (5.4.)

este impedanta masurata.

Distributia curentilor pe cele doua ramuri (spre sursa J, respectiv sursa K) se deduce utilizand ecuatiile:

(5.5.)

Iar raportul I_K/I_J devine:

()

Introducand rezultatul din relatia 5.5. in relatia 5.3. se obtine:

(5.7.)

Ecuatia 5.7. este, de fapt, o ecuatie de gradul doi in m, care se poate rescrie in modul urmator:

(5.8.)

Examinand relatiile de mai sus, se pot desprinde cateva observatii:

a) in relatia (5.7.) factorul de multiplicare al rezistentei Rf este un numar complex si, ca urmare, rezistenta "vazuta"de releu este, de fapt, o impedanta, chiar daca rezistenta la locul de defect este pur ohmica;

b) aceasta impedanta aparenta masurata de releu reprezinta principalul factor de eroare in estimarea distantei pana la locul de defect, in special pentru algoritmii care se bazeaza pe estimarea reactantei sau impedantei de defect;

c) ecuatia (3.5) se poate descompune in doua componente, cea continand termeni reali si cea continand termenii imaginari.

Separand ecuatia (3.6) in cele doua componente se obtine succesiv:

(5.9.)

Unde:

(5.10)

(5.11.)

Eliminand acum R_f din sistemul de ecuatii (5.9.), se obtine:

(5.12.)

cu doua solutii din care numai una corecta:

(5.13.)

unde s-au notat:

(5.14.)

In acest fel se poate determina distanta pana la locul de defect cu o precizie globala de 3 %.

1.7. Functia de inregistrator secvential de evenimente

Functia este utilizata pentru o analiza obiectiva a evenimentelor. In cadrul functiei de raportare evenimente sunt cuprinse:

- functia de informare generala asupra evenimentelor;

- indicatiile oferite de afisajul local;

-inregistratorul de evenimente;

- indicatia locatorului de defecte;

- valorile masurate ale tensiunilor si curentilor inainte de defect si pe durata defectului;

- functia osciloperturbograf local.

Raportul de evenimente permite memorarea a pana la 10 evenimente in me­morii nevolatile. In acest fel, informatia memorata nu se pierde chiar la dispa­ritia tensiunii continue de alimentare. Raportul de evenimente are alocata o zona de me­morie limitata la maxim 10s de inregistrare pentru 10 marimi analogice si 48 sem­nale binare (de tip contact)

1.8. Functia RAR

Functia RAR este inclusa terminalului si poate asigura regimurile: RAR-M, RAR-M+T sau RAR-T cu pana la patru cicluri. Pentru liniile de inalta tensiune se utilizeaza RAR cu un singur ciclu si, de regula, numai regimul RAR-M. Modul in care terminalul de protectie REL-521 rezolva logica RAR se poate urmari in figura 5.35.

Astfel, in cazul unui defect monofazat persistent,dupa momentul t₀ al apa­ritiei defectului, protectia comanda declansarea la momentul t₁. Acest moment marcheaza si inceperea pauzei de RAR monofazat reglate. Intervalul t₁-t₂ repre­zin­ta timpul de deschidere al intreruptorului I, iar momentul t₃ marcheaza stingerea arcului in camera de stingere a intreruptorului si deschiderea contactelor. Din acest moment incepe pauza de RAR necesara deionizarii mediului la locul de defect.

Figura 5.35. Schema logica pentru functia de R.A.R.

Protectia revine la momentul t₄. La expirarea pauzei RAR-M reglate, in mo­mentul t₅ functia RAR emite impuls de reanclansare care este executat de intreru­pator la momentul t₆. Din momentul t₅ incepe pauza de blocaj RAR (de regula 10s) care incheie ciclul de RAR

Reanclansarea se produce pe defectul persistent, astfel incat la t₇ protectia emite un nou impuls de declansare care este executat de intreruptor la momentul t₈, protectia revenind la t₉. Prin t_10­ s-a marcat momentul revenirii din pauza de blocaj a functiei RAR. Dupa expirarea pauzei de blocaj, functia RAR este gata pentru un nou defect. Durata pauzei de RAR, durata impulsului de reanclansare si durata pau­zei de blocaj RAR se pot regla independent si intr-o gama larga de valori.

1.9. Functia de protectie maximala de tensiune

Protectia maximala de tensiune asigura declansarea intreruptorului in cazul functionarii sistemului energetic cu nivele ridicate de tensiune. Functia supra­ve­ghea­za toate tensiunile de faza si, daca cel putin una dintre acestea este mai mare decat pragul reglat, cu o temporizare reglata, se emite impuls de declansare.

1.10. Functii de supraveghere sistem

Terminalul de protectie REL-521 are incluse si functii de supraveghere sis­tem. Din aceasta categorie fac parte urmatoarele functii:

- supraveghere suprasarcina de curent;

- conductor rupt;

- monitorizare tensiuni.

Functia de supraveghere a suprasarcinii de curent

Functia de supraveghere a suprasarcinii de curent este destinata pentru a sem­­naliza depasirea valorii normale a circulatiei de curent. Principial, este o functie de protectie maximala de curent temporizata. Daca curentul de pe cel putin o faza depaseste pragul reglat (de regula, pragul reglat coincide cu curentul nomi­nal primar al transformatoarelor de curent), cu o temporizare reglabila, se emite un semnal de alarma.

Functia de semnalizare a ruperii unui conductor

Principial, aceasta functie de protectie este o protectie maximala de curent de secventa inversa, temporizata. In acest fel, se semnalizeaza practic orice asime­trie a curentilor din cele trei faze.

Functia de monitorizare a tensiunilor

Cele trei tensiuni de faza sunt supravegheate permanent, iar in cazul lipsei tuturor tensiunilor pentru un interval de timp mai mare de 7s (temporizare fixa, ne­reglabila) se emite un semnal de alarma.

1.11. Functia de interfatare cu operatorul

Interfata operator este alcatuita din:

-LED-uri (verde, galben si rosu);

-afisaj cu cristale lichide si tastatura

-porturi seriale de comunicatie pentru conectarea la calculator.

Ecranul cu cristale lichide (LCD) ofera toate informatiile despre terminalul de protectie de linie si permite, cu ajutorul tastaturii, introducerea reglajelor ca si executarea tuturor operatiilor de configurare. In cazul unui eveniment, ecranul se va ilumina si se vor prezenta prin defilare automata datele ultimelor doua eveni­mente. Toate datele oferite sunt organizate in arbore de meniuri, in asa numitele ferestre de afisare, permitand o navigare prietenoasa si eficienta.