Otte vigtigste fjernrelæets egenskaber (baseret på impedans sammenligning)
Afstandsrelæimpedans
Nogle numeriske relæer måler den absolutte fejlimpedans og derefter bestemme om drift er påkrævet ifølge impedans grænser defineret på R / X diagrammet. Traditionelle distansrelæer og numeriske relæer, der efterligner impedanselementerne i traditionelle relæer, måler ikke absolut impedans.
Otte vigtigste fjernrelæets egenskaber (baseret på impedans sammenligning)
De sammenligner den målte fejlspænding med areplikspænding afledt af fejlstrømmen og zoneimpedansindstillingen for at bestemme om fejlen er inden for zone eller uden for zone. Afstandsrelæ impedans komparatorer eller algoritmer, der efterligner traditionelle komparatorer klassificeres i overensstemmelse med deres polære egenskaber, antallet af signalindgange, de har, og metoden, hvormed signal sammenlignes.
De fælles typer sammenligner enten den relative amplitude eller fasen af to inputmængder for at opnå driftsegenskaber, der er enten lige linjer eller cirkler, når de er tegnet på et R / X diagram.
Vær opmærksom på, at denne tekniske artikel ikke handler om det grundlæggende ved fjernbeskyttelse. Men bare i tilfælde af, lad os sige et par introduktionsord:
Grundprincippet om fjernbeskyttelseinvolverer spændingens deling på relæpunktet med den målte strøm. Den tilsyneladende impedans, der så beregnes, sammenlignes med impedansens rækkevidde. Hvis den målte impedans er mindre end impedansens rækkevidde, antages det, at der er en fejl på linjen mellem relæet og rækkevidden.
På hvert trin i distributionsrelæudviklingsudviklingen er udviklingen af impedansoperative karakteristiske former og sofistikation styret af den tilgængelige teknologi og den acceptable pris.
Da mange traditionelle relæer stadig er i brug, og da nogle numeriske relæer efterligner teknikkerne i de traditionelle relæer, en kort gennemgang af impedans komparatorer er berettiget.
- Amplitude og fase sammenligning
- Almindelig impedans karakteristisk
- Selvpolariseret Mho-relæ
- Offset Mho / Lenticular egenskaber
- Fuldt krydspolariseret Mho karakteristisk
- Delvist krydspolariseret Mho karakteristisk
- Quadrilaterale karakteristika
- Beskyttelse mod kraftgynger
1. Amplitude og Phase Comparison
Relæmåleelementer, hvis funktionalitet erbaseret på sammenligningen af to uafhængige mængder er i det væsentlige enten amplitude eller fase komparatorer. For impedanselementerne i et fjernrelæ er de mængder, der sammenlignes, den spænding og strøm, der måles af relæet.
En hvilken som helst type impedanskarakteristisk opnåeligmed en komparator er også opnåelig med den anden. Tilsætningen og subtraktionen af signalerne for en type komparator frembringer de krævede signaler for at opnå en lignende karakteristik ved anvendelse af den anden type.
For eksempel resulterer sammenligning af V og I i en amplitudekomparator i en cirkulær impedanskarakteristik centreret ved oprindelsen af R / X-diagrammet. Hvis summen og forskellen mellem V og I påføres fasekomparatoren, er resultatet en lignende karakteristik.
2. Almindelig Impedans Karakteristik
Denne egenskab tager ikke højde for fasenvinkel mellem strøm og spænding påført den. Af denne grund er dens impedans karakteristiske, når den er tegnet på et R / X diagram, en cirkel med dens centrum ved koordinaternes og radiusens oprindelse, som er lig med dens indstilling i ohm.
Drift sker for alle impedansværdier mindre end indstillingen, dvs. for alle punkter i cirklen.
Relækarakteristikken, der er vist i figur 1, er derfor ikke-retningsbestemt, og i denne form ville operere for alle fejl langs vektor AL og også for alle fejl bag busbars op til en impedans AM. EN er relaying point og RAB er den vinkel, hvormed fejlstrømmen lagrer relæets spænding for en fejl på linjen AB og RAC er den tilsvarende ledende vinkel for en fejl på linjen AC.
Vector AB repræsenterer impedansen foran relæet mellem relæpunktet EN og slutningen af linjen AB. Vector AC repræsenterer linjens impedans AC bag relaying punktet.
AL repræsenterer rækkevidden af øjeblikkelig zone 1 beskyttelse, der er bestemt til at dække 80% til 85% af den beskyttede linje.
Figur 1 - Almindelig impedansrelæ karakteristisk
Et relæ, der bruger denne karakteristik, har tre vigtige ulemper:
- Det er ikke-retningsbestemt. Det vil se fejl både foran og bag relaying punktet, og derfor kræver et retningsbestemt element for at give det korrekt diskrimination.
- Den har en ensartet fejlmodstandsdækning
- Det er modtageligt for strømskift og tung belastning af en lang linje på grund af det store område dækket af impedanscirklen.
Impedansegenskaberne for et retningsbestemt styreelement er en lige linje på R / X diagrammet, så kombineret karakteristik af retnings- og impedansrelæerne er semi-cirkel APLQ vist i figur 2.
Figur 2 - Kombinerede retnings- og impedansrelæer
Hvis der opstår en fejl ved F tæt på C på parallelllinjen CD, det retningsenhed RD på EN vil tilbageholde på grund af nuværende jegF1. På samme tid forhindres impedansenheden fra at fungere ved hjælp af enhedens inhiberende udgang RD. Hvis denne kontrol ikke er tilvejebragt, kunne underimpedanselementet fungere før afbryder C åbning.
Tilbageførsel af strøm gennem relæet fra jegF1 til jegF2 hvornår C åbner kunne så resultere i forkert udløsning af den sunde linje, hvis retningsenheden RD opererer inden impedansenheden nulstilles.
I ældre relædesign blev den type problem, der skal behandles, almindeligvis omtalt som en af 'kontakt race'.
3. Selvpolariseret Mho-relæ
Mho impedanselementet er generelt kendt som sådan, fordi dets karakteristik er en lige linje på et adgangsdiagram.
Det kombinerer klogt de diskriminerende kvaliteter af både rækkevidde og retningskontrol, hvorved man eliminerer 'Kontakt race' problemer der kan opstå med separate rækkevidde og retningsstyringselementer.
Dette opnås ved tilsætning af et polariserende signal.
Karakteristisk for et mho impedans element, når plottet på en R / X diagram, er en cirkel, hvis omkreds passerer gennem oprindelsen, som illustreret i figur 3 nedenfor.
Figur 3 - Mho relæ karakteristisk
Dette demonstrerer, at impedanselementet er iboende retningsbestemt og således at det kun vil fungere for fejl i fremadgående retning langs linjen AB.
Den selvpolariserede mho karakteristik kan opnås ved anvendelse af et fase komparator kredsløb, som sammenligner indgangssignaler S2 og S1 og fungerer når S2 lags S1 ved mellem 90 ° og 270 ° som vist i spændingsdiagrammet i figur 3 (a).
De to indgangssignaler er:
S2 = V-IZn
S1 = V
hvor:
- V = Fejlspænding fra VT sekundær
- jeg = Fejlstrøm fra CT sekundær
- Zn = impedansindstilling af zonen
Karakteristikken i figur 3 (a) kan omdannes til impedansplanet i figur 3 (b) ved at dividere hver spænding med I.
Impedans rækkevidde varierer med fejlvinkel. Da den linje, der skal beskyttes består af modstand og induktans, vil dens fejlvinkel være afhængig af de relative værdier af R og X ved systemets driftsfrekvens.
Nogle brugere indstiller RCA mindre end linjevinklen, så det er muligt at acceptere en lille smule fejlmodstand uden at forårsage rækkevidde.
Ved indstilling af relæet skal forskellen mellem linjevinklen θ og relæets karakteristiske vinkel Ø imidlertid være kendt. Den resulterende karakteristik er vist i figur 3 hvor GL svarer til længden af den linje, der skal beskyttes.
Med Ø indstillet mindre end θ, vil den faktiske mængde af liniebeskyttet, AB, være lig med relæindstillingsværdien AQ multipliceret med cosinus (θ-Ø).
Derfor er det krævede relæindstilling AQ givet ved:
AQ = AB / cos (θ-Ø)
På grund af en bues fysiske karakter er der enikke-lineært forhold mellem bue spænding og bue strøm, hvilket resulterer i en ikke-lineær modstand. Ved anvendelse af den empiriske formel afledt af A.R. van C. Warrington, den omtrentlige værdi af bue modstand kan vurderes som:
R-en = L × 28.710 / I1.4
hvor:
- R-en = bue modstand (ohm)
- L = lysbue (meter)
- jeg = bue strøm (A)
På lange overheadledninger båret på ståltårnemed overliggende jordledninger kan effekten af bue-modstand sædvanligvis overses. Effekten er mest signifikant på korte overledninger og med fejlstrømme under 2000A (dvs. minimum plantetilstand), eller hvis den beskyttede linje er af træpolet konstruktion uden jordledninger.
I sidstnævnte tilfælde reducerer jordfejlmodstanden den effektive jordfeilvidde for et 'mho'-zone 1-element i en sådan grad, at størstedelen af fejl registreres i zone 2-tid.
Dette problem kan normalt overvinde ved at anvende et relæ med en krydspolariseret mho eller en polygonal karakteristik.
Det vil derfor kun blive taget i betragtning ved vurderingen af relæets ydeevne i form af systemimpedansforhold.
4. Offset Mho / Lenticular Egenskaber
Under tætte fejlforhold, når relæetspændingen falder til nul eller nær-nul, kan et relæ, der bruger en selvpolariseret mho-karakteristik eller enhver anden form for selvpolariseret retningsimpedansegenskab, ikke fungere, når det er nødvendigt at gøre det.
Hvis der anvendes nuværende bias, skiftes Mho-karakteristikken til at omfavne oprindelsen, således at måleelementet kan fungere for nærbilleder i både fremadrettede og omvendte retninger.
Offset mho relæ har to hovedapplikationer:
4.1 Tredje zone og Busbar Back-Up Zone
I denne ansøgning anvendes den i forbindelse med mho måleenheder som fejldetektor og / eller zone 3 måleenhed. Så med den omvendte rækkevidde indrettet til at strække sig ind i samlestangszonen, som vist i figur 4, vil den tilvejebringe sikkerhedskopiering af skinnefelter.
Figur 4 - Typiske applikationer til offset mho relæet
Denne facilitet kan også leveres med firkantede egenskaber. En yderligere fordel ved Zone 3 ansøgningen er for SOTF-beskyttelse (Switch-on-to-Fault), hvor Zone 3-tidsforsinkelsen ville blive omgået i en kort periode umiddelbart efter linjens aktivering for at muliggøre hurtig frigivelse af en fejl overalt på den beskyttede linje.
4.2 Bærer Startenhed i Afstandsordninger Med Bærerblokering
Hvis offset mho-enheden bruges til startbærersignalering, er den arrangeret som vist i figur 4 ovenfor. Bæreren overføres, hvis fejlen er eksternt til den beskyttede linje, men inden for rækkevidden af offset-mho-relæet for at forhindre accelereret udløsning af det andet eller tredje zonerelæ på fjernstationen.
Transmission er forhindret for interne fejl ved brug af de lokale mho måleenheder, hvilket giver mulighed for højhastighedstogfejl ved de lokale og eksterne endeafbrydere.
4.3 Anvendelse af lentikulær karakteristik
Der er fare for, at offset mho relæet visesi figur 4 kan operere under maksimale belastningsoverførselsforhold, hvis relæets 3 zone har en stor rækkevidde. En stor zone 3-rækkevidde kan være nødvendig for at give ekstern sikkerhedskopiering af fejl på den tilstødende arkføder.
For at undgå dette kan en formet type karakteristik anvendes, hvor den resistive dækning er begrænset.
Figur 5 viser, hvordan den lentikulære karakteristik kan tolerere meget højere grader af linjelastning end forskudt mho- og renimpedansegenskaber.
Reduktion af belastning impedans fra ZD3 til ZD1 vil svare til en tilsvarende stigning i belastningsstrømmen.
Figur 5 - Minimumlastimpedans tilladt med lentikulære, offset mho og impedansrelæer
Det kan i fig. 5 ses, hvordan belastningsområdet er defineret i henhold til en mindste impedansbue, begrænset af lige linjer, der stammer fra oprindelsen, 0.
Moderne numeriske relæer bruger typisk ikke lentikulær karakteristisk formgivning, men bruger i stedet belastningsindgreb (load blinder) detektion. Dette gør det muligt at anvende en fuld mho karakteristik, men med tripping forhindret i området af impedansplanet, der vides at blive frekventeret ved belastning (ZEN-ZB-ZC-ZD).
5. Fuldt krydspolariseret Mho karakteristisk
Det foregående afsnit viste, hvordannon-directional offset mho karakteristik er iboende i stand til at fungere for nærliggende nul spændingsfejl, hvor der ikke ville være nogen polariserende spænding for at tillade drift af et almindeligt mho retningselement.
En måde at sikre korrekt Mho-element respons på nulspændingsfejl er at tilføje en procentdel af spænding fra den sunde fase (r) til den primære polariserende spænding som en erstatningsfase reference. Denne teknik kaldes krydspolariserende, og den har den fordel at bevare og faktisk forbedre retningsegenskaberne af mho karakteristikken.
Ved anvendelse af et fasespændingshukommelsessystem, der tilvejebringer flere cykler af forfejlspændingsreferencen under en fejl, krydspolarisationsteknikken er også effektiv til nærliggende trefasede fejl. For denne type fejl er der ikke nogen sund fasespændingsreference tilgængelig.
Moderne digitale eller numeriske systemer kan tilbyde en synkron fase reference for variationer i strømsystem frekvens før eller endda under en fejl.
Mængden af resistiv dækning tilbydes afMho-cirklen er direkte relateret til indstillingen for fremadgående rækkevidde. Derfor kan den resulterende resistive dækning være for lille i forhold til de forventede værdier af fejlmodstand.
En yderligere fordel ved at anvende krydspolarisering til et mho impedanselement er at dens resistive dækning vil blive forbedret.
Denne effekt er illustreret i Figur 6, fortilfælde hvor et mho-element har 100% krydspolarisering. Ved krydspolarisering fra den sunde fase (er) eller fra et hukommelsessystem vil den resistive udvidelse forekomme under en afbalanceret trefasefejl samt for ubalancerede fejl.
Udvidelsen vil ikke forekomme under belastningsforhold, når der ikke er faseforskydning mellem den målte spænding og polarisationsspændingen. Graden af resistiv rækkevidde afhænger af forholdet mellem kildeimpedans og relæ rækkevidde (impedans) indstilling som det kan udledes med henvisning til figur 6.
Figur 6 - Fuldt krydspolariseret mho relæ karakteristisk med variationer af ZS/ ZL forhold
Det skal understreges, at den tilsyneladende udvidelseaf en fuldstændig krydspolariseret impedanskarakteristik i de negative reaktans kvadranter i figur 7 betyder ikke, at der ville være drift for omvendte fejl.
Med krydspolarisering udvides relæets karakteristik til at omfatte impedansdiagrammets oprindelse kun for fremadgående fejl.
For omvendte fejl er effekten at udelukke impedansdiagrammets oprindelse, og derved sikres korrekte retningsbestemte reaktioner for nær- eller omvendt fejl.
Figur 7 - Illustration af forbedring i relæ resistiv dækning for fuldt kryds polariseret karakteristik
Fuldt krydspolariserede egenskaber er nu i stor udstrækning blevet erstattet på grund af tendensen af komparatorer forbundet med sunde faser til at operere under tunge fejlforhold i en anden fase.
Dette har ingen konsekvens i et koblet distansrelæ, hvor en enkelt komparator er forbundet til den korrekte fejlsløjfeimpedans ved at starte enheder, før måling begynder.
Moderne relæer tilbyder dog selvstændig impedansmåling for hver af de tre jordfeil og tre fasefejlløkker. For disse typer af relæer er maloperation af sunde faser uønsket, især når enkeltpolet tripping er nødvendig for enkeltfasede fejl.
6. Delvist tværpolariseret Mho karakteristisk
Hvor en pålidelig, uafhængig metode til fejlagtig faseudvælgelse ikke er tilvejebragt, kan et moderne ikke-afkoblet afstandsrelæ kun anvende en relativt lille procentdel af krydspolarisering.
Figur 8 viser en typisk karakteristik, der kan opnås ved anvendelse af denne teknik (referencen Micromho, Quadramho og Optimho familien).
Figur 8 - Delvist krydspolariseret karakteristik med 'skjold' form
7. Quadrilateral karakteristik
Denne form for polygonal impedansegenskab er vist i figur 9. Karakteristikken er forsynet med fremadgående rækkevidde og resistive rækkeviddeindstillinger der er uafhængige justerbare. Det giver derfor bedre resistiv dækning end nogen mho-type karakteristik for korte linjer.
Dette gælder især for jordfejlimpedansmåling, hvor bue-modstanden og fejlmodstanden til jorden bidrager til de højeste værdier af fejlmodstand.
For at undgå overdreven fejl i områdets nøjagtighed, Det er almindeligt at indføre en maksimal resistiv rækkevidde med hensyn til zoneimpedans rækkevidde. Anbefalinger i denne henseende kan sædvanligvis findes i de relevante relæhåndbøger.
Figur 9 - Firkantet karakteristisk
Quadrilaterale elementer med ren reaktans rækkeviddelinjer kan introducere rækkefølgeproblemer for resistive jordfejl, hvor vinklen af total fejlstrøm adskiller sig fra vinklen af strømmen målt ved relæet. Dette vil være tilfældet, hvor de lokale og eksterne kilde-spændingsvektorer faseskiftes i forhold til hinanden på grund af forfejlstrømmen.
Dette kan overvindes ved at vælge et alternativ til anvendelse af en fase strøm til polarisering af reaktans rækkevidde.
En yderligere faktor er, at de ekstraomkostningsimplikationer ved at implementere denne egenskab ved anvendelse af diskret komponentelektromekanisk eller tidlig statisk relæteknologi ikke opstår.
8. Beskyttelse mod Power Swings - Anvendelse af Ohm Karakteristik
Under svage strøm swing betingelser, hvorfra et system er usandsynligt at komme sig, stabilitet kan kun genvinde, hvis de svingende kilder er adskilt.
Hvor sådanne scenarier er identificeret, magt swing,eller out-of-step, tripping beskyttelse kan implementeres til strategisk at dele et elsystem på et foretrukket sted. Ideelt set skal opdelingen foretages således, at anlæggets kapacitet og tilsluttede belastninger på hver side af splittet matches.
Denne forstyrrelse kan normalt ikke identificeres korrekt ved en almindelig fjernbeskyttelse.
Ohm impedans egenskaber anvendes sammenR / X-diagrammets fremadgående og bageste modstandsakser og deres driftsgrænser er sat til at være parallelle med den beskyttede linieimpedansvektor, som vist i figur 10.
Figur 10 - Anvendelse af out-of-step tripping relæ karakteristik
Ohm impedanselementerne opdeler R / Ximpedansdiagrammet i tre zoner, A, B og C. Når impedansen ændres under en svingkraft, bevæger punktet, der repræsenterer impedansen, langs svinglokalet, indtræder de tre zoner igen og får ohm-enhederne til at fungere i rækkefølge.
Kun en ustabil power swing-tilstand kan få impedansvektoren til at bevæge sig successivt gennem de tre zoner.
Derfor er andre typer af systemforstyrrelser, som f.eks. strømsystemfejlforhold, vil ikke resultere i relæelementoperation.
Distance Module tutorial - OMICRON (VIDEO)
Kilde // Network Protection & Automation Guide af GE (Alstom Grid)