Wie schützen Signalübertragungsrelais Hochspannungsleitungen?

Das moderne Stromnetz ist ein Meisterwerk der Ingenieurskunst, ein riesiges und miteinander verbundenes Netzwerk, das darauf ausgelegt ist, mit bemerkenswerter Zuverlässigkeit Strom von den Erzeugungsquellen bis zum Endverbraucher zu liefern. Das Herzstück dieses Systems sind die Hochspannungsleitungen, die Muskelarterien, die immense Energiemengen über weite Entfernungen transportieren. Die Sicherheit und Stabilität dieser kritischen Pfade sind von größter Bedeutung und ihr Schutz ist eine anspruchsvolle Disziplin. Zu den wichtigsten Komponenten dieses Schutzsystems gehört ein spezielles Gerät, das als Fernschutzrelais bekannt ist.

Die Verwundbarkeit des Netzes und das Bedürfnis nach Geschwindigkeit verstehen

Hochspannungsleitungen sind einer Vielzahl potenzieller Störungen ausgesetzt, wie z. B. Blitzeinschlägen, Geräteausfällen oder Kontakt mit Fremdkörpern. Wenn ein Fehler auftritt, kann dies einen massiven Stromstoß verursachen, teure Geräte wie Transformatoren und Leistungsschalter beschädigen und zu weit verbreiteten Stromausfällen führen. Das Hauptziel jedes Schutzsystems besteht darin, einen Fehler so schnell wie möglich zu erkennen und zu isolieren, um Schäden zu minimieren und die Gesamtsystemstabilität aufrechtzuerhalten.

An jedem Ende einer Übertragungsleitung sind lokale Schutzrelais stationiert, um diese Anomalien zu erkennen. Sie sind äußerst effektiv bei der Beseitigung von Fehlern, die direkt in der ihnen zugewiesenen Zone auftreten. Bei Störungen, die auf langen Übertragungsleitungen auftreten, entsteht jedoch eine erhebliche Herausforderung. Aus der Sicht eines einzelnen Relais an einem Ende der Leitung kann es schwierig sein, einen Fehler am anderen Ende von einem normalen Hochlastzustand oder einem Fehler in einem benachbarten Abschnitt zu unterscheiden. Diese Unsicherheit kann zu einer verzögerten Auslösung führen, was für die Systemstabilität nicht akzeptabel ist.

Hier liegt das Konzept von Fernschutz wird kritisch. Der Begriff selbst ist ein Kunstwort aus „Telekommunikation“ und „Schutz“ und beschreibt genau seine Funktion. A Fernschutz relay ist kein eigenständiges Gerät, sondern ein System, das ein Schutzrelais mit einem Kommunikationskanal integriert und es den Relais an beiden Enden einer Übertragungsleitung ermöglicht, kritische Status- und Fehlerinformationen in Echtzeit auszutauschen. Das zentrale Wertversprechen dieser Systeme ist Geschwindigkeit und Selektivität . Durch die Kommunikation der Relais können sie fundiertere und koordiniertere Entscheidungen treffen, um Fehler innerhalb von Millisekunden zu isolieren, viel schneller, als es jedes lokalisierte Schutzsystem allein erreichen könnte.

Das Kernprinzip: Kommunikationsbeschleunigte Fehlerbeseitigung

Die grundlegende Funktionsweise von a Fernschutz system kann durch die Untersuchung einer einfachen Übertragungsleitung mit zwei Anschlüssen verstanden werden. An jedem Terminal – Unterstation A und Unterstation B – gibt es einen Leistungsschalter, der von einem lokalen Schutzrelais gesteuert wird. Jedes dieser Relais ist mit einem verbunden Fernschutz relay .

Die primäre Rolle des Fernschutz relay besteht darin, Auslösesignale oder Sperrsignale zum und vom entfernten Ende zu senden und zu empfangen. Wenn ein Relais einen Fehler erkennt, löst es seinen lokalen Leistungsschalter nicht sofort aus, allein aufgrund seiner eigenen Messungen. Stattdessen nutzt es den Kommunikationskanal, um seine Perspektive mit dem Relais am anderen Ende zu teilen.

Stellen Sie sich beispielsweise einen internen Fehler vor – einen, der direkt auf der Übertragungsleitung zwischen Unterstation A und Unterstation B auftritt. Das Relais in Unterstation A erkennt den Fehler und sendet sofort ein Auslösesignal über Fernschutz relay an Unterstation B. Gleichzeitig erkennt das Relais an Unterstation B auch den Fehler und sendet ein Auslösesignal an Unterstation A. Bei Empfang des Signals wird jedes Terminal aktiviert Fernschutz relay befiehlt dem lokalen Leistungsschalter, sich zu öffnen, wodurch die fehlerhafte Leitung fast gleichzeitig von beiden Enden isoliert wird. Durch diese koordinierte Aktion wird sichergestellt, dass der Fehler vollständig und schnellstmöglich abgeschaltet wird.

Dieser Vorgang ist bei einem externen Fehler, z. B. einem Fehler in einer anderen mit Unterstation B verbundenen Leitung, völlig anders. In diesem Szenario erkennt das Relais an Unterstation A möglicherweise die Störung, aber das Relais an Unterstation B erkennt sie als externes Ereignis und sendet ein Blockierungssignal an Unterstation A. Bei Empfang dieser Blockierung wird die Störung angezeigt Fernschutz relay in Umspannwerk A verhindert, dass der lokale Leistungsschalter auslöst, und vermeidet so einen unnötigen Ausfall einer fehlerfreien Leitung. Diese Selektivität ist ein wesentlicher Vorteil und erhöht die Gesamtzuverlässigkeit des Netzwerks.

Die Anatomie eines Teleprotection-Systems: Schlüsselkomponenten

Eine komplette Fernschutz scheme besteht aus mehreren integrierten Komponenten, die harmonisch zusammenarbeiten. Das Verständnis dieser Anatomie ist entscheidend für die Beurteilung der Zuverlässigkeit des Systems.

Das Schutzrelais: Dabei handelt es sich um das intelligente Gerät, das kontinuierlich elektrische Parameter wie Strom, Spannung und Frequenz überwacht. Anhand dieser Daten wird ermittelt, ob ein Fehlerzustand vorliegt. Moderne numerische Relais verfügen über eine ausgefeilte Logik zur Fehlererkennung und Richtungsabhängigkeit.

Das Teleprotection-Terminal (oder Relais): Dies ist die spezialisierte Kommunikationsschnittstelle. Es nimmt den Befehl vom Schutzrelais (z. B. „Auslösen“ oder „Blockieren“) entgegen und wandelt ihn in ein sicheres Nachrichtenformat für die Übertragung über den Kommunikationskanal um. Auf der Empfangsseite dekodiert es die eingehende Nachricht und übermittelt einen validierten Befehl an das lokale Schutzrelais. Diese Terminals sind für extreme Geschwindigkeit und hohe Störfestigkeit ausgelegt.

Der Kommunikationskanal: Dies ist das physische oder logische Medium, das das Signal zwischen den beiden Enden überträgt. Die Wahl des Kanals hat einen erheblichen Einfluss auf die Leistung, Kosten und Zuverlässigkeit des Fernschutz system .

Tabelle: Gängige Kommunikationskanäle für Signalübertragungssysteme

Die Schnittstellenausstattung: Dazu gehören Modems, Multiplexer und andere Geräte, die das Signal für die Übertragung über den spezifischen Kanal aufbereiten, beispielsweise elektrische Signale in Lichtimpulse umwandeln Glasfaserkommunikation .

Primäre Fernschutzsysteme: Direktübertragungsauslösung und permissive Überreichweite

Die Logik, die bestimmt, wie die Fernschutz relays interagieren definiert das Schema. Die beiden gebräuchlichsten Schemata sind die Direkttransferfahrt und die Permissive Overreaching Transferfahrt.

Direkttransferfahrt (DTT) ist für bestimmte Anwendungen das einfachste und sicherste Schema. Wenn in einem DTT-System ein Relais an einem Ende beschließt, seinen lokalen Leistungsschalter wegen eines Fehlers auszulösen, den es definitiv identifiziert hat – etwa einen Sammelschienenfehler in seinem eigenen Umspannwerk –, sendet es gleichzeitig einen direkten, bedingungslosen Auslösebefehl an das entfernte Ende. Dadurch wird sichergestellt, dass auch der Fernschalter öffnet und verhindert, dass der Fehler von der anderen Seite eingespeist wird. DTT wird oft als Backup oder für bestimmte Szenarien verwendet, in denen die lokale Auslöselogik als absolut zuverlässig für die Einleitung einer Fernauslösung gilt. Die Sicherheit wird durch gewährleistet Signalsicherheitsmaßnahmen um Fehlauslösungen durch Störsignale zu verhindern.

Permissive Overreaching Transfer Trip (POTT) ist eines der am weitesten verbreiteten Fernschutz schemes zum Leitungsschutz. Es bietet ein hervorragendes Gleichgewicht zwischen Geschwindigkeit und Sicherheit. Bei diesem Schema ist jedes Relais mit einer Überreichweitezone ausgestattet – einer Einstellung, die über das entfernte Ende der Leitung hinausgeht. Wenn ein Relais einen Fehler in seiner Überreichweitenzone erkennt, sendet es ein „Zulassungs“-Signal an das entfernte Ende. Es löst seinen eigenen lokalen Leistungsschalter nur dann aus, wenn zwei Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind: 1) es erkennt den Fehler in seiner Überreichweitezone und 2) es empfängt ein Freigabesignal vom entfernten Ende. Diese „Zwei-aus-zwei“-Logik bietet eine hohe Sicherheit gegen Fehlauslösungen. Der Empfang des Freigabesignals bestätigt, dass das Fernrelais den Fehler ebenfalls erkennt und bestätigt, dass er sich innerhalb des geschützten Leitungsabschnitts befindet.

Kritische Leistungsmerkmale von Telekommunikationsschutzrelais

Bei der Bewertung Schutzrelais für die Telekommunikation Dabei sind mehrere Leistungsparameter von größter Bedeutung. Diese Spezifikationen wirken sich direkt auf die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Schutzsystems aus.

Betriebszeit: Dies ist die Gesamtzeit von dem Moment, in dem das Schutzrelais einen Befehl ausgibt, bis zu dem Moment, in dem die Fernbedienung auslöst Fernschutz relay präsentiert eine Ausgabe. Diese Zeit muss konstant ultraschnell sein, typischerweise im Bereich von 8 bis 15 Millisekunden für moderne digitale Geräte. Die Eigenbetriebszeit des Leistungsschalters ist hierin nicht enthalten.

Sicherheit: In der Schutzterminologie bezieht sich Sicherheit auf die Fähigkeit des Systems, fehlerhaften Betrieb unter fehlerfreien Bedingungen zu vermeiden. Ein äußerst sicheres Fernschutz relay ist mit robusten Funktionen ausgestattet, um falsche Befehle zu unterdrücken, die durch Rauschen, Interferenzen oder Spannungsspitzen im Stromversorgungssystem verursacht werden könnten. Sicherheit steht an erster Stelle denn eine Fehlauslösung kann das Netz genauso destabilisieren wie eine Nichtauslösung.

Zuverlässigkeit: Dies ist die Fähigkeit des Systems, ordnungsgemäß zu funktionieren, wenn ein echter Fehlerzustand vorliegt. Ein zuverlässiges System stellt sicher, dass ein echter Auslösebefehl auch unter widrigen Kanalbedingungen erfolgreich gesendet und empfangen wird. Designer implementieren oft redundante Kommunikationskanäle um die Zuverlässigkeit zu erhöhen.

Verfügbarkeit: Dies ist das Gesamtmaß für die Bereitschaft des Systems, seine Funktion zu erfüllen. Dies ist sowohl eine Funktion der Sicherheit als auch der Zuverlässigkeit und wird durch hochzuverlässige Komponenten, redundante Stromversorgungen und ein robustes Kommunikationspfadmanagement erhöht.

Kanalüberwachung und Diagnose: Modern Fernschutz relays sind mit erweiterten Selbstdiagnose- und Kanalüberwachungsfunktionen ausgestattet. Sie können den Zustand und die Integrität der Kommunikationsverbindung kontinuierlich bewerten und Alarme bei Verschlechterung oder Ausfall ausgeben. Dies ermöglicht eine proaktive Wartung und verhindert, dass das Schutzsystem in einem beeinträchtigten Zustand arbeitet.