一、何謂保護電驛?
保護電驛(Relay)又稱為繼電器,在電力系統中是事故發生後的其中一種保護裝置,可以檢測出電力系統中的異常狀況並隔離故障範圍。並在隔離故障設備後,使系統上其餘正常設備可持續運作並維持高度的供電連續性,同時保障人身安全及防止其他電力設備過度損壞的一種安全裝置。
保護電驛的發展,最原始的設計型為電磁感應型電驛,是利用電壓電流產生電磁力做為保護功能動作,基本上僅能單相保護、負責單一保護功能。後續又研發出了電子式電驛,該設備是利用RLC電路產生的放電充電作用及電晶體開關作為保護功能動作,比起電磁感應型電驛,範圍擴充到三相保護。
而目前市面上主流之保護電驛是利用微處理器為基礎的數位式保護電驛。以往傳統式電驛僅能提供單一功能的保護,要保護一組電力設備可能需要數個傳統電驛才能完整保護,但現在使用一組數位型保護電驛便可提供完善保護,整體成本較傳統電驛經濟許多,也能有效節省盤面空間,更能進行遠端數據監控無須親自到現場確認數值。
二、保護電驛系統的組成及常用功能代號介紹
1、保護電驛系統
基本由保護電驛、比流器(CT)、比壓器(PT)、斷路器(CB)組成,由於電驛不能直接於高電壓大電流的電力設備上,因此須利用比流器與比壓器作為電驛與保護系統的連接介面;而在電驛檢出故障輸入跳脫指令時,需利用斷路器的跳脫才能啟斷故障電流。
而保護電驛系統是為了偵測電力系統的異常狀態,即電壓異常與電流異常,當偵測到上述狀況時便會啟動動作元件,跳脫有關的斷路器開關設備隔離故障區域,電驛並會發出動作訊號及斷路器跳脫警訊。
2、保護電驛常用代號
1、50/50N & 51/51N:過電流保護(Over Current Protection)就是當電流超過設定最大值時,使保護裝置動作的一種保護方式。又分為瞬時保護與延時保護二種,顧名思義瞬時保護為偵測過電流瞬間並發出跳脫信號,延時保護則是有設定延遲時間,如前端在延時時間內未啟斷跳脫時才會發出跳脫信號,以免災情持續擴大。
2、27/59:電壓保護即是指電壓異常升高或降低時,設備會發出信號讓斷路器跳脫以達到設備保護作用。27為低電壓保護(UnderVoltage),59為過電壓保護(OverVoltage)。
3、59V0:過電壓接地保護電力系統中是利用GPT(接地比壓器)在高電壓採用Δ接線的『非接地系統』做『接地保護』使用。正常情況下GPT不會有電壓通過,但當三相電壓不平衡或接地故障發生時,電壓流經GPT時便會觸動保護電驛發出跳脫信號,以保護設備安全。
4、87:差動保護(Differential Protective)是根據“電路中流入節點電流的總和等於零”原理製成的;將被保護的電氣設備看成是一個節點,正常時一次側電流和二次側電流應當相等,差動電流等於零。當設備出現故障時,一次側電流和二次側的電流不相等而大於零的時候,當其數值大於裝置的設定值時,電驛系統將會發出通知,將被保護設備的各側斷路器跳開,使故障設備斷開電源以達到保護功用。87L為線路差動保護、87B為匯流排差動保護、87T為變壓器差動保護、87GT為接地變壓器差動保護。
三、保護電驛系統規劃
1、保護電驛設計準則
(1)信賴性:可靠度:故障發生在電驛的保護範圍以內,電驛準確動作的能力;安全度:故障發生在電驛的保護範圍以外,電驛絕對不動作的能力。『可靠度』與『安全度』是互相矛盾,應盡可能兼顧。
(2)選擇性:指同一事故位置有多套保護電驛偵測到故障時,不會立即動作,而是距故障點最近電驛發出信號隔離故障區塊,由標置協調得到動作時間順序,獲得良好的選擇性。
(3)速動性:故障發生時,盡量快速將故障隔離,以減輕電力設備損害的程度及維持電力系統的穩定度。
(4)簡練性:原則上設計以簡單為要件,複雜的保護系統投資費用高,隱藏缺陷的機會也較多,所以維護技術也複雜。
(5)經濟性:以最少的投資達到最高程度的保護原則。
2、保護電驛規劃方式:保護電驛設備可分為主保護及後衛保護,電力設備至少要有一組保護系統。依需求、重要性得設多套保護系統,以提升供電穩定度。
(1)主保護電驛(Main protection relay)是最接近故障點之電驛為主保護,事故發生時,該電驛應最先且迅速的動作,如圖示之Ry1。
(2)後衛保護電驛(Back-up protection relay)當主保護不動作(如電驛故障)或慢動作時,達到某一設定時間(協調時間),由後衛電驛來動作來阻斷損害擴大,如圖示之Ry2。
3、協調時間(CTI):所謂的CTI係指保護電驛間隔動作安全時間,包含了比流器誤差時間、斷路器啟斷時間、電盤轉盤慣性及安全餘度,一般來說ANSI(IEC)建議CTI為0.2~0.5秒,一般均採0.3秒。
四、保護電驛定期維護校驗
為確保保護電驛能發揮正常保護功能並強化供電系統運轉安全,建議客戶應對保護電驛做定期維護試驗,確保正常使用狀態沒有故障。
1、維護週期
(1)數位電驛:一級維護、345kV-2 年,161kV以下-3 年;二級維護、不分電壓等級-6 年。
(2)傳統電驛:345kV-3年;161kV-4年;69kV-6年。
(3)新加入電驛:隔年一級維護。
2、一級維護項目:使用狀態檢驗、錶計功能檢驗、通訊功能檢驗。
3、二級維護項目:警報及指示燈檢視、接線圖核對、系統跳脫試驗、電驛單體特性試驗、電驛取載及標置設定下載確認。