Stacje elektroenergetyczne wysokich napięć są tą częścią systemu elektroenergetycznego, która umożliwia przekazywanie energii elektrycznej w różnych kierunkach. Wykorzystywane są do sprzężenia systemu elektroenergetycznego z wytwórcą energii i pośredniczą w jej przesyle i dystrybucji. Zapewnienie poprawnej pracy systemu wymaga od systemów stacji izolowania uszkodzonych, przeciążonych linii przesyłowych oraz uszkodzonego sprzętu wysokonapięciowego, kontroli poziomu napięcia w systemie i przepływu energii, kompensacji mocy biernej w systemie, tłumienia przepięć. Stosowane w nich systemy sterowania i nadzoru umożliwiają m.in. bezbłędne wykrywanie awarii i zwarć, stale monitorują system, rejestrują zdarzenia w systemie, mierzą zużycie energii elektrycznej.
Obecny rozwój gospodarki charakteryzuje coraz większe uzależnienie od pewnego i niezawodnego zasilania w energię elektryczną. Stacje elektroenergetyczne wysokiego napięcia w dużej mierze determinują prawidłowe funkcjonowanie całego systemu elektroenergetycznego. Awarie urządzeń w nich zainstalowanych mają duży oddźwięk społeczny. Powodują również znaczne straty finansowe zarówno dla zakładów energetycznych, jak i odbiorców energii. Katastrofalne w skutkach dla gospodarki każdego kraju może stać się uszkodzenie Głównych Punktów Zasilania (tzw. GPZ-ów), co w ekstremalnym przypadku może doprowadzić do rozpadnięcia się części systemu elektroenergetycznego.
Twarde prawa ekonomii wymuszają modernizację stacji elektroenergetycznych ukierunkowaną na minimalizację kosztów obsługi i utrzymania ruchu. Przyjęcie takiej strategii działania zmusza zakłady energetyczne do stosowania nowoczesnych urządzeń i systemów teleinformatycznych do nadzoru i sterowania.
układy EAZ
Nadrzędną kontrolę nad stanem pracy stacji zapewniają układy elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej (EAZ). Ich głównym zadaniem jest zabezpieczenie urządzeń energetycznych w przypadku wystąpienia awarii poprzez ich odłączenie z systemu. Realizując tę funkcję jednocześnie zapewniają ochronę ludzi i innych urządzeń znajdujących się w sąsiedztwie podczas stanów awaryjnych. W czasie normalnej niezakłóconej pracy urządzenia te cały czas kontrolują stan systemu elektroenergetycznego i podejmują kluczowe decyzje w ułamkach sekund, w przypadku pojawiającej się anomalii. Szybkość, czułość, selektywność i niezawodność to najważniejsze cechy, które muszą być spełnione przez systemy kontroli i nadzoru stacji. Zewzględu na katastrofalne skutki niezadziałania EAZ stosuje się rezerwę lokalną, zdalną i obszarową.
W porównaniu z powszechnie stosowanymi w latach ubiegłych analogowymi układami telemechaniki współczesne urządzenia elektroniczne, a szczególnie te sterowane cyfrowo, są znacznie bardziej podatne na bezpośrednie oddziaływanie impulsowego pola elektromagnetycznego i udarów napięciowych lub prądowych dochodzących do tych urządzeń z sieci zasilającej oraz z linii transmisji sygnałów. W wielu wypadkach ochronę przed tego rodzaju zagrożeniami zapewniają łącza światłowodowe wykorzystywane do transmisji danych. Jednak należy zauważyć, że technologia światłowodowa nie zawsze jest możliwa do zastosowania, a dodatkowo pojawiają się problemy między innymi z przepięciami w układach zasilania urządzeń peryferyjnych z nimi współpracujących. Bardzo przydatny w takich przypadkach może się okazać pakiet EMTP, który umożliwi zamodelowanie i analizę skomplikowanych systemów sterowania i nadzoru. W czternastej części kursu zostaną zaprezentowane podstawowe układy zabezpieczeń wraz z praktycznymi przykładami.
zabezpieczenia nadprądowe
Zgodnie z wymaganiami, które są postawione układom EAZ, wyłączanie zwarć wielkoprądowych powinno następować w bardzo krótkim czasie. Najprostszym sposobem na spełnienie tego wymagania jest zastosowanie zabezpieczenia nadprądowego bezzwłocznego. Główną wadą tego rozwiązania jest bardzo mała selektywność. W praktyce ograniczone jest zastosowanie tego typu zabezpieczenia do silników indukcyjnych wysokiego napięcia. Nie znajduje ono zastosowania w przypadku linii przesyłowych, transformatorów i generatorów [1]. Na rysunku 1. przedstawiono schemat układu z zastosowanym zabezpieczeniem nadprądowym bezzwłocznym. Wracając do części 10. kursu użytkownik może samodzielnie stworzyć i przeprowadzić obliczenia z jego wykorzystaniem.
Wprowadzenie opóźnienia w zadziałaniu zabezpieczenia nadprądowego umożliwia spełnienie wymagań dużej selektywności stawianych układom EAZ. Na rysunku 2. przedstawiono schemat struktury wewnętrznej zabezpieczenia nadprądowego o zadanej charakterystyce czasowo-prądowej. Szczegółowo układ został opisany w 10. części kursu. Odpowiednie zmodyfikowanie charakterystyki czasowo-prądowej układu pozwoli na uzyskanie selektywnego działania układu dla różnych stref działania. Wykorzystanie układu zamieszczonego na rysunku 2., z odpowiednio ukształtowaną charakterystyką, umożliwi zamodelowanie również dwustopniowego zabezpieczenia nadprądowego zarówno bezzwłocznego, jak i zwłocznego. Stosowanie tego układu pozwala również wykrywać przeciążenia cieplne w maszynach elektrycznych, transformatorach i liniach elektroenergetycznych – nie jest to rozwiązanie idealne, gdyż nie uwzględnia ono rzeczywistego stanu cieplnego zabezpieczanego obiektu [1].
zabezpieczenia nadnapięciowe
Do wykrywania nadmiernego wzrostu napięcia stosuje się zabezpieczenia nadnapięciowe o czasie zadziałania rzędu 1 - 2 sekund [1]. Modyfikując układy zamieszczone na rysunku 1. i rysunku 2. (zmiana parametru Type z 90 na 91 w elementach Coupling to Circuit) można uzyskać układy pracujące jako zabezpieczenia nadnapięciowe lub podnapięciowe zarówno zwłoczne, jak i bezzwłoczne. Zastosowanie zabezpieczeń podnapięciowych może być pomocne w odróżnieniu zwarć wielkoprądowych od przeciążeń prądowych, jak również może posłużyć do wykrywania spadków i zaników napięcia. Stosując w EMTP proste układy sprzężonych między sobą transformatorów 1-fazowych oraz korzystając z prezentowanych wcześniej układów można zamodelować zabezpieczenia zerowonapięciowe.
