РЗА-2010

Подождите немного. Документ загружается.

Релейная защита и автоматика энергосистем

200

1.3. Универсальные микропроцессорные устройства РЗА

для сетей 6-35 кВ серии РЗЛ-01, РЗЛ-02, РЗЛ-04

Эксплуатационные возможности:

• выполнение функций защит, автоматики и управления, определен-

ных ПУЭ и ПТЭ;

• задание внутренней конфигурации (ввод/вывод защит и автоматики);

• ввод, просмотр и хранение 2 групп уставок защит и автоматики;

• свободное назначение светодиодных индикаторов для отображения

состояния дискретных входов, пусков/работы МТЗ/ЗНЗ, успешного/

неуспешного АПВ, ускорения МТЗ, а также других защитных и сервисных

функций;

• свободное ранжирование состояний логических функций и дискрет-

ных входов/выходов на 16 каналов осциллографа;

• получение дискретных сигналов управления и блокировок в т. ч.

квитирование аварий, запуск осциллографа по ДВ;

• телеуправление, телеизмерение, передача параметров аварии, ввод

и изменение уставок по линии связи;

• непрерывный оперативный контроль работоспособности (самодиагностика) в течении всего

времени работы;

• блокировка всех выходов при выявлении контролирующей системы неисправности устройства

для исключения ложных срабатываний;

• гальваническая развязка всех входов и выходов, включая питание, для обеспечения высокой

помехозащищенности.

Функции защиты:

• трехступенчатая максимальная токовая защита от междуфазных повреждений с контролем двух/

трех фазных токов;

• возможность работы МТЗ в режиме ускоряющей отсечки с возможностью выбора активных

ступеней для ускорения;

• одноступенчатая ненаправленная защита от однофазных замыканий на землю;

• направленная двухступенчатая защита от однофазных коротких замыканий на землю (только

РЗЛ-04);

• функция логической защиты шин (ЛЗШ);

• возможность подключения внешних защит;

• направленная максимальная токовая защита (только РЗЛ-02);

• АЧР – автоматическая частотная разгрузка (только РЗЛ-02, РЗЛ-04);

• ЧАПВ – частотное автоматическое повторное включение (только РЗЛ-02, РЗЛ-04);

• ЗМН – защита минимального напряжения (только РЗЛ-02);

• ЗПН – защита от повышения напряжения (только РЗЛ-02).

Функции автоматики и дополнительные сервисные функции:

• операции отключения и включения выключателя по внешним командам;

• функция однократного/двукратного АПВ после работы МТЗ или ДВ, работа АПВ по назначен-

ным ступеням МТЗ;

• функция УРОВ по назначенным ступеням МТЗ;

• фиксация токов в момент срабатывания защиты;

• встроенные часы-календарь;

• измерение текущих фазных токов и их отображение в первичных/вторичных значениях на

ЖКИ;

Москва, 1–4 июня 2010 г.

201

• цифровой осциллограф (энергонезависимый);

• журнал событий (энергонезависимый);

• журнал статистики (энергонезависимый);

• возможность выбора языка интерфейса для ЖКИ: русский, украинский, английский.

Номенклатура устройств релейной защиты и автоматики микропроцессорное для распределительных

сетей 6/35 кВ завода «РЕЛСиС»:

РЗЛ-01.01 – МПУ токовой защиты и автоматики присоединений с расширенными функциональ-

ными возможностями

РЗЛ-01.02 – МПУ токовой защиты и автоматики присоединений с расширенными функциональ-

ными возможностями с возможностью питания от токов короткого замыкания

РЗЛ-01.03 – МПУ токовой защиты и автоматики присоединений с расширенными функцио-

нальными возможностями с возможностью питания от токов короткого замыкания и функцией

дешунтирования

РЗЛ-02-Л – Защита воздушной и кабельной линии 6-35 кВ по току и напряжению (направленная)

РЗЛ-02-ВВ – Защита ввода 6-35 кВ по току и напряжению

РЗЛ-02-СВ – Защита секционного выключателя 6-35 кВ по току и напряжению

РЗЛ-02-АР – Защита секционного выключателя 6-35 кВ по току и напряжению

РЗЛ-04 – Устройство релейной защиты для кабельных и карьерных линий.

1.4. Многофункциональные устройства серии СЕЗАМ

Предназначены для выполнения функций релей ной защи-

ты, автоматики и управления различными при соединениями на

электрических подстанциях и на про мышленных предприятиях

напряжением 6-110 кВ.

В устройствах серии СЕЗАМ заложены самые со временные

принципы. Логика функционирования стро ится на базе библио-

теки стандартных функций ANSI с использованием современных

открытых языков высо кого уровня. Модульный принцип построе-

ния конструкции позволяет оптимизировать ее в соответствии с

решаемой задачей, что позволяет достичь наилучших показателей «цена/функциональность».

Серия СЕЗАМ обладает всеми стандартными функциями микропроцессорных защит – функ циями

защиты, измерения, автоматики, диагностики сети и коммутационного аппарата, само диагностики,

цифрового осциллографирования и связи по открытому протоколу MODBUS. При этом необходимо

подчеркнуть, что устройство, соответствуя всем необходимым требо ваниям к перспективному раз-

витию системы, не перегружено избыточными функциями, что позволяет обеспечить оптимальное

соотношение цены и качества.

Устройство СЕЗАМ состоит из двух блоков: базовый модуль, который устанавлива ется непосред-

ственно в шкафах, релейных отсеках КРУ, и выносной пульт управления, кото рый соединяется с

основным блоком с помощью интерфейсного кабеля.

Базовый модуль хранит и выполняет программу логики работы.

Пульт управления хранит меню пользователя, выполняет функции отображения текущих па-

раметров и редактирования уставок.

Набор унифицированных аппаратных решений и большая библиотека стандартных функций

защиты и автоматики устройств серии СЕЗАМ позволяют быстро создать устрой ство под ваши по-

требности.

Если Вам необходимо устройство с уникальными логическими функциями, мы готовы реализовать

любое ваше желание без увеличения срока поставки.

Релейная защита и автоматика энергосистем

202

ЛИТЕРАТУРА

[1] Сушко В.А. Релейная защита присоединений 6-35 кВ. Есть ли выход из тупика? // Журнал «Но-

вости Электротехники». № 4 (40). 2006.

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ

Колесник С.П. — главный конструктор, ПАО «Электротехнический завод» РЕЛСИС, г. Киев.

Москва, 1–4 июня 2010 г.

203

РАЗВИТИЕ МИКРОПРОЦЕССОНЫХ УСТРОЙСТВ

РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ, АВТОМАТИКИ

И УПРАВЛЕНИЯ (МП РЗАУ) ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ

ГАРКЕ В.Г., ЖЕГАЛОВ А.А., ИВАНОВ И.Ю., ИСАКОВ Р.Г., КОНОВА Е.А.,

КУРАКИН С.В., ПЕТРУХИН С.Б., ХАЗБУЛАТОВ З.З.

Развития МП РЗАУ в настоящее время происходит в следующих направлениях:

– более полное освоение созданной техники МП РЗАУ;

– создания новых алгоритмов функционирования МП РЗАУ;

– расширение области применения МП РЗАУ.

1. РАСЧЕТЫ УСТАВОК МП РЕЗЕРВНЫХ ЗАЩИТ ЛИНИЙ

ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ НАПРЯЖЕНИЕМ 110-220 КВ

В релейной защите в последнее десятилетие произошли качественные изменения, вызванные

широким использованием цифровой (микропроцессорной) техники [1].

Линии электропередачи напряжением 110-220 кВ стали одним из первых объектов энергосистемы,

где началось внедрение МП РЗАУ.

В настоящее время расчеты выполняются по нормативным документам (Руководящие указания по

РЗА), составленным для электромеханических и полупроводниковых защит, что не позволяет учесть

всю специфику интеллектуальных терминалов. Рекомендации фирм-производителей не дают исчер-

пывающего ответа и, как правило, носят обобщенный характер [2].

Так характеристика срабатывания дистанционных защит, выполненных на электромеханической

элементной базе, представляет собой окружность либо эллипс, а расчет сводится к определению со-

противления срабатывания реле Z

ср

и угла максимальной чувствительности φ

м.ч

, рис. 1.

..max

..

.%.

Рис. 1. Виды характеристик срабатывания ИО сопротивления электромеханических защит

Этого недостаточно, если в МП защите реализована какая-либо другая характеристика, например

пятиугольная, требующая задания ряда дополнительных параметров: X

, R

, φ

1(N)

, φ

2(N)

, φ

3(N)

, φ

4(N)

, где

N – номер ступени защиты (рис. 2).

Кроме того, традиционная методика охватывает лишь дистанционные защиты от междуфазных

коротких замыканий (КЗ) и не рассматривает особенности расчета и выбора параметров срабатывания

ступеней от КЗ на землю, реализуемых в микропроцессорных устройствах.

На сегодняшний день микропроцессорные терминалы предоставляют широкие возможности. При

правильном задании параметров срабатывания и положения накладок можно получить практически

Релейная защита и автоматика энергосистем

204

любую требуемую характеристику срабатывания измерительных органов. Необходимо только гра-

мотно подойти к этому вопросу.

Следует отметить и то обстоятельство, что специалисты существенно расходятся во мнениях отно-

сительно таких основополагающих для расчета величин, как коэффициент отстройки, коэффициент

согласования и т. д. Данное обстоятельство не позволяет проектантам правильно выбирать виды за-

щиты, рассчитывать уставки и проверять чувствительность соответствующих устройств.

Кроме того, резервные защиты линий электропередачи 110-220 кВ на микропроцессорной основе,

имеющие большее число ступеней, позволяют осуществить полноценное дальнее резервирование.

Целесообразнее всего использовать дистанционные защиты при условии, что имеется возможность

смещения характеристики в первый квадрант комплексной плоскости сопротивления.

Так, при КЗ на линии Л2 и отказе защиты со стороны подстанции n, повреждение должно быть

ликвидировано действием дистанционной защиты линии Л1 со стороны подстанции m (рис. 3).

То есть необходимо, чтобы характеристика этой защиты в комплексной плоскости сопротивления

охватывала вектор, замеряемый защитой. Однако наличие вектора нагрузки Z

требует выполнять

характеристику проходящей через начало координат так, чтобы охватить результирующий вектор Z

рез

Это не позволяет охватить характеристикой области объектов, отходящих от подстанции p [3].

Смещение характеристики в первый квадрант комплексной плоскости приводит к охвату меньшей

площади и, как следствие, сохранению полной селективности. Необходимо лишь правильно опреде-

лить параметры такой характеристики.

Таким образом, использование традиционной методики расчета уставок, без учета особенностей

реализации микропроцессорных защит, приводит как к недоиспользованию их возможностей, так и

в отдельных случаях к неселективной работе. Назрела острая необходимость в изменении подхода к

выбору уставок, анализу характеристик срабатывания и проверки чувствительности ступеней микро-

процессорных резервных защит линий электропередачи напряжением 110-220 кВ.

2. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СТУПЕНЧАТЫХ МП ЗАЩИТ

К ступенчатым относятся следующие защиты: все виды токовых защит, включая токовые защиты

нулевой последовательности, и дистанционные защиты [4-6].

+jX

1 (II)

III



III

1 (III)

!

!

!

1 (I)

4 (I)

V(")



#

$%

#

$%

1 (IV)

Рис. 2. Характеристика срабатывания ИО сопротивления ступеней

дистанционной защиты (шкаф ШЭ2607 021021, ООО НПП «ЭКРА»)

Москва, 1–4 июня 2010 г.

205

Токовыми называются защиты, реагирующие на ток, проходящий по защищаемому элементу.

Защита срабатывает при превышении тока в месте ее включения заранее установленного значения

(уставки по току I

С.З

). В общем случае, она выполняется со ступенчатыми, плавными (зависимыми)

или комбинированными характеристиками выдержками времени t = f(l), где l – расстояние от точки

включения защиты до точки возникновения КЗ.

Выдержка времени МТЗ вводится для замедления действия с целью обеспечения селективности

защиты объекта по отношению к защитам предыдущих объектов. Для этого выдержка времени (или

время срабатывания) защищаемого объекта выбирается большей, чем время срабатывания защиты

предыдущих объектов:

с.з

= t

с.з.пред

+ Δt. (1)

Поэтому максимальная токовая защита имеет существенный недостаток – «накопление» выдержек

времени, особенно существенное для головных элементов в многоступенчатых сетях.

Полноценную токовую защиту объекта можно выполнить, используя совместно ТО и МТЗ.

На объектах устанавливают трехступенчатую (четырехступенчатую) токовую защиту:

– I ступень – ТО со временем действия, равным нулю;

– II ступень – ТО с выдержкой времени, равной Δt;

– III ступень – МТЗ с выдержкой времени, превышающей выдержки времени всех предыдущих

защит.

Результирующая времятоковая характеристика трехступенчатой токовой защиты линий электро-

передачи будет иметь ступенчатую форму, рис. 4. Если защиты со ступенчатой характеристикой вы-

держки времени устанавливаются на смежных участках, то согласование их выполняется по току и

времени.

Но вторые и третьи ступени защиты накапливают значительные выдержки времени, что суще-

ственно ограничивает области применения ступенчатых защит.

Аналогичная ситуация получается и в многоступенчатой дистанционной защите.

Данный недостаток можно решить, установив двухступенчатую максимальную токовую защиту,

состоящую из: первой ступени токовой отсечки и второй ступени зависимой токовой защиты (вре-

мятоковая характеристика имеет вид наклонной прямой линии), (рис. 5). Аналогичное решение

возможно и для дистанционной защиты.

Линейно-зависимая характеристика срабатывания получается следующим образом.

Рис. 3. Выполнение ступени дистанционной защиты с характеристикой,

смещенной в первый квадрант комплексной плоскости

для резервирования отказа защит смежной линии

Релейная защита и автоматика энергосистем

206

Изменение времени срабатывание защиты при изменении места КЗ показано на примере рас-

пределительной сети, рис. 6. Время срабатывания второй ступени защиты, установленной на линии

1 зависит от места КЗ Z

при Z

= Z

с.з.

= 0,

при Z

= Z

+ Z

Л1,

с.з.

= Δt, (2)

при Z

= Z

+ Z

Л1

+ Z

Л2,

с.з.

= 2Δt.

Характеристика состоит из двух частей:

1. Первая часть характеристики от начала до конца первой линии:

сз1

Δt

– Z

)

Л1

(3)

2. Вторая часть характеристики от начала второй линии до конца зоны действия второй ступени

защиты:

сз2

Δt

– Z

–

Л1

) + Δt

ЛZ

(4)

Рис. 4. Трехступенчатая токовая защита (ТО

, ТО

, МТЗ)

Рис. 5. Двухступенчатая токовая (ТО, МТЗ) или дистанционная (ДЗ) защита

Москва, 1–4 июня 2010 г.

207

Выражения (3) и (4) могут быть использованы, если на входе защиты есть напряжения и токи фаз

(для определения сопротивлений Z

). Если же на входе есть только токи (чисто токовые защиты), то

выражения (3) и (4) преобразуются к виду:

сз1

Δt

(E / I

– Z

)

Л1

(5)

сз2

Δt

(E / I

– Z

Л1

) + Δt

ЛZ

(6)

где t

сз1

и t

сз2

— время срабатывания защиты на первом и втором участке; Δt – ступень селективности;

Е – ЭДС электрической системы; I

– ток КЗ, который зависит от точки КЗ.

Применение такого способа защиты дает несколько преимуществ:

1. Последовательно установленные комплекты согласуются с меньшим накоплением выдержек

времени.

2. Максимальное время срабатывания защиты равно 2Δt, но только в том случае, если последующие

защиты имеют такой, же принцип.

3. Данная защита, с помощью двух ступеней, обеспечивает как ближнее резервирование (первая

часть характеристики), так и дальнее резервирование (вторая часть характеристики).

3. АВТОМАТИКА УПРАВЛЕНИЯ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕМ

Высоковольтный выключатель – коммутационный аппарат, предназначенный для оперативных

включений и отключений отдельных цепей или электрооборудования в энергосистеме, в нормальных

или аварийных режимах, при ручном или автоматическом управлении.

В зависимости от среды, в которой производят гашение дуги, различают воздушные выключатели

(дуга гасится сжатым воздухом), масляные выключатели (контакты помещаются в емкость с маслом,

а дуга гасится парами масла), элегазовые выключатели (в которых используется электропрочный газ

SF6-элегаз) и вакуумные выключатели (дугогашение происходит в вакууме). Защитная среда одно-

временно с дугогашением обеспечивает и диэлектрическую прочность промежутка между контактами

в отключенном положении, от чего зависит и величина хода контактов.

Бурная интеграция микропроцессорной техники в электроэнергетику открывает новые возмож-

ности для модернизации применяемых принципов контроля, управления, защиты. В том числе ста-

новится возможной реализация разработанных ранее алгоритмов. Микропроцессорные устройства

позволяет одновременно контролировать множество параметров и производить несоизмеримо больше

операций, чем электронные и тем более электромеханические устройства.

Наиболее важной характеристикой выключателя является время отключения и собственное время

отключения. Время отключения – промежуток времени от момента подачи команды на отключение

до момента погасания дуги во всех полюсах. Собственное время отключения – промежуток времени

от момента подачи команды на отключение до момента начала расхождения дугогасительных кон-

тактов.

Отключение (включение) выключателя в самый оптимальный момент времени позволит умень-

шить влияние электрической дуги и управлять характером переходного процесса.

ǵȈȋ ȘțȏȒȈ

Рис. 6. Пример распределительной сети

Релейная защита и автоматика энергосистем

208

В общем виде структурная схема АУВ с контролем момента отключения и включения приведена

на рис. 7 (для простоты взят выключатель с одинаковым временем включения и отключения и с об-

щим соленоидом).

Элемент схемы под номером 1 – блок, определяющий интервал времени отключения в зависимо-

сти от синусоиды тока, 2 – блок, определяющий наличие тока в цепи выключателя, 3 – блок опреде-

ляющий интервал времени отключения в зависимости от синусоиды напряжения, 4 – блок выходных

сигналов «включения/отключения» от цепей управления, защиты и автоматики, 5 – логический эле-

мент «И» с одним инверсным входом, 6 – логический элемент «ИЛИ», 7 – элемент задержки (задается

уставкой и зависит от собственного времени отключения/включения выключателя), 8 – логический

элемент «И», 9 – выключатель.

Рис. 7. Структурная схема АУВ с контролем момента включения и отключения

Цепь отключения состоит из элементов 1, 6, 7. Данная цепь находится постоянно в готовности,

если выключатель включен и линия нагружена.

Цепь включения и отключения ненагруженной линии состоит из элементов 2, 3, 5, 6, 7. Данная

цепь находится постоянно в готовности, если выключатель отключен или линия ненагружена.

Таким образом, блок логики определения момента включения/отключения находится в постоян-

ной готовности. При появлении сигнала включения/отключения задержка составит менее одного

полупериода промышленной частоты.

4. МОНИТОРИНГ И ДИАГНОСТИКА ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ

В настоящее время потребность в обеспечении эксплуатационной надежности электрооборудо-

вания становится все более острой.

Задачами технического диагностирования являются [7]:

1. Определение технического состояния электрооборудования в условиях изменяющихся эксплуа-

тационных воздействий.

2. Выявление вида и степени опасности дефекта.

3. Прогнозирование остаточного ресурса или срока службы.

Чаще всего ресурсные показатели высоковольтных выключателей определяются количество ком-

мутаций и током при коммутации [8].

На данный момент в электроэнергетике используются различные системы, осуществляющие функ-

ции мониторинга и диагностики высоковольтных выключателей. Одной из них является экспертная

система диагностики технического состояния и оценки остаточного коммутационного ресурса вы-

соковольтных выключателей «Никта», разработанная ПВФ «ВИБРО-ЦЕНТР» (г. Пермь) [9].

Москва, 1–4 июня 2010 г.

209

Технические средства системы «Никта» позволяют в процессе опытного включения–отключения

выключателя регистрировать и определять динамические и статические параметры состояния вы-

ключателя.

Следует отметить, что данная экспертная система производит оценку коммутационного ресурса

выключателя в режиме опытного включения–отключения. При этом в расчетной модели не учиты-

ваются величины отключенных токов, а также общее количество коммутаций. Оценка производится

на выведенном из работы оборудовании в режиме испытаний. Уникальная особенность системы

«Никта» – ее способность проводить диагностику состояния и определять остаточный ресурс вы-

ключателей различных марок.

Программный комплекс «Ресурс» [10] производит автоматическую оценку сработанного в резуль-

тате коммутации ресурса, а также остаточного ресурса выключателя. При этом оценка сработанного

ресурса производится по имеющимся зависимостям количества и тока отключения.

В отличие от экспертной системы «Никта», программный комплекс «Ресурс» не требует вывода

из работы контролируемого выключателя. В то же время не производится оценка общего состояния

выключателя.

Терминалы МП РЗАУ позволяют осуществлять мониторинг, а архив входных величин (токов,

напряжений и времени) фактов отключения и включения выключателя, и диагностику состояния

высоковольтного выключателя.

Кроме того, новые алгоритмы, учитывающие не только количество и значения токов отключения

(включения) выключателя, но и энергию, которая гасится в выключатели при коммутации, а также

характер переходного процесса при коммутации, позволяют более точно определить состояние вы-

ключателя.

ЛИТЕРАТУРА

[1] Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита. – М.: Энергоатомиздат, 2007. 549 с.: ил.

[2] Подшивалин А.Н., Климатова И.С. Применение многомерной защиты: методики расчета уста-

вок и проведения испытаний // Современные направления развития систем релейной защиты и

автоматики энергосистем. Москва, 7-10 сентября 2009 г.

[3] Зильберман В.А. К вопросу о выполнении дальнего резервирования в релейной защите // Релей-

щик. 2009. № 1. с. 24-28.

[4] Федосеев А.М., Федосеев М.А. Релейная защита электроэнергетических систем: Учеб. для ву-

зов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 528 с.

[5] ПУЭ. Все действующие разделы шестого и седьмого изданий с имениями и дополнениями по

состоянию на 1 февраля 2008 г. – М.: КНОРУС, 2008. – 488с.

[6] Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем: Учеб. пособие для

техникумов. – М.: Энергоатомиздат, 2007. – 800 с.

[7] Вдовико В.П. «Методология системы диагностики электрооборудования высокого напряжения».

ООО «ЭМА», Новосибирск.

[8] Назарычев А.Н., Андреев Д.А., Таджибаев А.И. Справочник инженера по наладке, совершен-

ствованию технологии и эксплуатации электрических станций и сетей. М.: Инфра-Инженерия,

2006. – 928 с.

[9] «НИКТА». Назначение и использование системы, ПВФ «ВИБРО-ЦЕНТР», г. Пермь.

[10] Программное обеспечение «Ресурс» (версия 2.0). Руководство пользователя.

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ

Гарке В.Г. — доктор технических наук, РТУ, профессор КЭИПК и КГТУ (КАИ).

Жегалов А.А., Иванов И.Ю., Исаков Р.Г., Конова Е.А., Куракин С.В., Петрухин С.Б., Хазбулатов З.З. —

аспиранты КГТУ (КАИ).