 |
Отечественная
микропроцессорная
релейная защита
оборудования 110–220 кВ
Николай Дони, к.т.н.,
заведующий отделом перспективных разработок,
Владимир Фурашов, к.т.н.,
заведующий отделом подстанционного оборудования,
Алексей Шурупов, к.т.н.,
заведующий сектором
НПП «ЭКРА»
Еще в конце 90-х годов в качестве магистрального направления в техническом перевооружении устройств релейной защиты и автоматики (РЗА) объектов электроэнергетики России рассматривалось применение микропроцессорных (МП) устройств РЗА. Масштабное их внедрение увязывалось с разработкой и освоением массового производства отечественных специализированных терминалов РЗА. Это решение было обусловлено первыми успешными результатами ввода в работу на российских объектах МП устройств РЗА иностранного производства и опытом разработки и внедрения цифровых регистраторов аварийных процессов, накопленным отечественными фирмами.
База для создания защит – терминалы серии БЭ2704
Технические возможности отечественного МП терминала релейной защиты типа БЭ2704, разработанного научно-производственным предприятием «ЭКРА», позволили специалистам предприятия реализовать на его базе защиты всех подстанционных объектов класса напряжения 110–220 кВ. Каждый терминал позволяет связываться с высшим уровнем АСУТП подстанции, являясь при этом ее нижним уровнем. В отличие от обычных оконечных устройств АСУТП, где допускается относительно большое время реакции на ситуацию (химическая промышленность, тепловая часть электростанций и т. д.), эти терминалы обладают высокой вычислительной производительностью и собственным «интеллектом», т.е. автономно выполняют функции РЗА энергетического оборудования с непосредственным воздействием на элементы коммутации.
Терминалы БЭ2704 в составе АСУТП могут использоваться для сбора текущей информации об электрических параметрах защищаемого оборудования (токи, напряжения, мощность, частота) и состоянии коммутационной аппаратуры (включенное и отключенное положение выключателей и т. д.). Кроме того, во внутренней базе данных терминалов сохраняется информация о любых изменениях входных и внутренних логических сигналов. Дополнительно, во время повреждений в энергосистеме, производится цифровая запись аварийных осциллограмм аналоговых и дискретных сигналов в неразрушаемую память, то есть образуется база данных осциллограмм аварийных процессов. Эта база данных используется для анализа и разбора аварий, в том числе для определения места повреждения (ОМП) на линии с помощью как встроенной в терминал функции ОМП, так и внешними программами на ПЭВМ. Указанные базы данных доступны по локальной сети не только верхнему уровню АСУТП, но и релейному и оперативному персоналу с использованием специального программного обеспечения. Возможности доступа к информации и изменению параметров терминалов регламентируются администрированием прав каждого зарегистрированного пользователя.
Надежность работы терминала обеспечивается непрерывным функциональным контролем и самодиагностикой аппаратной и программной частей устройства, начиная с преобразования аналоговых сигналов в цифровую форму и кончая обмотками выходных электромеханических реле. В устройстве использованы малогабаритные закрытые неразборные выходные электромеханические реле с гарантированными механическими и электрическими параметрами, не требующие периодической регулировки и чистки контактов. Это в значительной мере уменьшает объем работ по периодическому контролю и профилактическому восстановлению МП шкафов РЗА. Существенно снижено потребление мощности по цепям переменного тока и напряжения, что позволяет использовать для наладки и проверок шкафов РЗА современные малогабаритные программно управляемые источники тока и напряжения.
Микропроцессорные шкафы
с российскими принципами
Сохранение традиционных российских принципов построения релейной защиты при создании МП шкафов РЗА на базе терминала БЭ2704 позволило сократить сроки разработки за счет использования известных и апробированных технических решений, упростить замену устаревших защит на новые с аналогичными функциями, а в процессе внедрения – ускорить адаптацию персонала, имеющего опыт работы с соответствующими электромеханическими и микроэлектронными защитами. Для удобства выполнения проектных привязок, монтажа и текущей эксплуатации, защиты конструктивно скомпонованы в шкафах серии ШЭ2607 (см. таблицу), содержащих один или два терминала БЭ2704, ряды клеммных зажимов для подключения внешних цепей, все необходимые переключатели и элементы сигнализации.
Впервые в шкафах серии ШЭ2607 предложена интеграция функций автоматики управления выключателем (АУВ) и резервных защит в одном терминале, что позволило при замене выключателя решить проблему модернизации наиболее сложной аппаратуры вторичных цепей: управления выключателем и защит. Реализованный в терминалах АУВ принцип управления обеспечивает отключение выключателя любого типа даже при неисправном терминале.
Возможности МП терминала позволили реализовать функцию устройства резервирования при отказе выключателя (УРОВ) полноценно в каждом исполнении защиты. Поэтому при установке на объекте в качестве защит шкафов серии ШЭ2607 используется индивидуальный принцип выполнения УРОВ.
Все шкафы серии ШЭ2607 приняты межведомственной комиссией и рекомендованы к применению в энергосистемах страны. Более четырехсот шкафов различных исполнений введены в эксплуатацию.
| Тип | Назначение |
ШЭ2607 011021
(012021,011,012,013,014, 015, 016, 021, 022, 013022, 014022) | Резервная защита линии и АУВ |
| ШЭ2607 031 | Направленная высокочастотная защита линии |
| ШЭ2607 081 | Дифференциально-фазная защита линии |
| ШЭ2607 041(042, 042043) | Защита трансформатора (автотрансформатора) |
| ШЭ2607 071(072) | Резервная защита автотрансформатора и АУВ |
| ШЭ2607 051 | Защита ошиновки |
| ШЭ2607 061 | Защита сборных шин |
ШЭ2607 011021
Шкафы резервной защиты линий 110–220 кВ и автоматики управления выключателем типа ШЭ2607 011021 содержат два независимых комплекта: первый – на базе терминала АУВ, интегрированного с резервными защитами, и второй – на базе терминала резервных защит с возможностями телеотключения и телеускорения. Это исполнение шкафа решает задачу ближнего резервирования путем включения цепей переменного тока обоих комплектов на разные вторичные обмотки трансформаторов тока и раздельного оперативного питания терминалов защит и цепей управления выключателем, а также дублирования защит ответственных линий установкой двух комплектов одинаковых защит, действующих через разные выходные реле. По составу защит шкафы ШЭ2607 011021 являются аналогами панели ЭПЗ-1636 или шкафа ШДЭ2802. Имеются другие исполнения шкафа, содержащие один из указанных комплектов, а также с возможностью задания до восьми групп уставок.
ШЭ2607 031 и ШЭ2607 081
В качестве основных защит линий выпускаются шкафы ШЭ2607 031 – направленная высокочастотная (ВЧ) защита (аналог ПДЭ 2802) и ШЭ2607 081 – дифференциально-фазная защита (аналог ДФЗ-201). При реализации шкафа ШЭ2607 081 использован хорошо исследованный во ВНИИЭ и проверенный многолетней практикой принцип сравнения фаз токов по концам защищаемой линии с помощью одного высокочастотного канала связи. Обе защиты могут использоваться в сетях с тяговой нагрузкой и на линиях с ответвлениями. С целью унификации аппаратная часть обоих шкафов выполнена одинаково и защиты отличаются только программным обеспечением терминалов. В шкафу предусмотрено место для установки любого типа приемопередатчика, применяемого в энергосистемах России.
ШЭ2607 041
Для защиты трансформаторов предназначен шкаф ШЭ2607 041, который реализует функции основных и резервных защит. Обеспечивается также прием сигналов от газовой защиты,
датчиков повышения температуры и уровня масла, неисправности системы охлаждения.
ШЭ2607 042043 (042)
и ШЭ2607 071 (072)
Защита автотрансформаторов (АТ) с высшим напряжением 110–220 кВ выполняется на базе шкафов ШЭ2607 042043 (042) и ШЭ2607 071 (072). Основная защита ШЭ2607 042043 состоит из трех комплектов, первый из которых реализует функции основных и резервных защит АТ и обеспечивает прием сигналов от газовых защит, датчиков температуры и уровня масла, второй содержит основные и резервные защиты линейного регулировочного трансформатора и стороны низшего напряжения, а третий – газовые защиты. В состав исполнения ШЭ2607 042 входят только первый и третий комплекты. В шкаф ШЭ2607 071 резервных защит АТ интегрирована функция автоматики управления вы-ключателем присоединения. В состав резервных защит входят ступенчатые дистанционная и токовые защиты, причем часть ступеней направлена в сторону АТ, а часть – в шины. В исполнении шкафа ШЭ2607 072 отсутствует функция АУВ.
ШЭ2607 051
Шкаф ШЭ2607 051 предназначен для защиты ошиновки и содержит реле, выполненные на дифференциальном принципе с логикой «очувствления» и опробования.
ШЭ2607 061
Дифференциальная защита сборных шин (ДЗШ) с числом защищаемых присоединений не более восемнадцати обеспечивается шкафом ШЭ2607 061. Шкаф содержит реле ДЗШ, состоящее из пускового органа и избирательных органов первой и второй систем шин, чувствительный токовый орган и реле минимального напряжения, реагирующие на междуфазные напряжения первой и второй систем шин, реле максимального напряжения обратной последовательности первой и второй систем шин, реле контроля исправности токовых цепей, логику «очувствления» ДЗШ, логику опробования и запрета АПВ.
* Подробнее об опыте внедрения защит на объектах АО «Татэнерго» читайте в статье «Отечественная микропроцессорная релейная защита присоединений 110-220 кВ» сотрудников ЦС РЗА «Татэнерго» В.М.Меера, В.М.Лопухова и В.В.Кандалинцева (Новости Электротехники № 5(17), 2002, С. 32-33 или на сайте www.news.elteh.ru).
Практика внедрения защит:
технические задачи и организационные проблемы
Разработка и освоение серийного выпуска терминалов и шкафов защит были бы невозможны без применения современной испытательной аппаратуры.
В частности, в процессе приемо-сдаточных испытаний автоматизированы все операции, не требующие механических переключений и визуального контроля, включая считывание уставок из терминала, формирование и подачу на защиту испытательных воздействий, проверку действия до выходных зажимов шкафа и распечатку протокола.
Немаловажным условием, способствующим успешному внедрению новых защит в разных регионах страны, явилось наличие «испытательного полигона» – Татарской энергосистемы. Давние производственные связи, новаторский подход руководства, территориальная близость, высококвалифицированный персонал центральной и местной службы релейной защиты подстанции «Киндери-500» позволили на самой начальной стадии работ накопить практический опыт внедрения как в техническом, так и в организационном плане*.
Последующее массовое внедрение защит потребовало постоянной работы с проектными организациями по привязке шкафов к конкретным условиям, с расчетными службами энергосистем по особенностям выбора уставок, обучения эксплуатационного и наладочного персонала, участия в пуско-наладочных работах и разборе конкретных аварийных ситуаций. Разработка форм бланков задания уставок, протоколов ввода при первом включении, симуляторов логики работы защит, программ отображения характеристик по заданным параметрам и процесса проверки защит под нагрузкой содействовала сокращению сроков включения шкафов в работу.
При выполнении проектных работ с применением шкафов серии ШЭ2607 необходимо принимать во внимание, что каждый шкаф представляет собой законченное серийное изделие, установка в котором дополнительных элементов (реле, автоматических выключателей, накладок, дополнительных зажимов и др.) недопустима не только по требованиям обеспечения электромагнитной совместимости, но и просто из-за недостатка свободного места.
Для резервирования отказа выключателя возможно использование функций УРОВ, расположенных в нескольких терминалах защит, действующих на отключение через этот выключатель. Однако при этом необходим монтаж большого количества цепей взаимного действия каждой из защит на пуски УРОВ других терминалов и отключения от УРОВ на смежные выключатели. Поэтому, учитывая имеющийся опыт надежной работы, рекомендуется для каждого выключателя использовать функцию УРОВ только одного из терминалов защиты.
Национальные особенности релейной защиты
Важной особенностью отечественных МП терминалов защит является то, что фирмы-разработчики постоянно работают в России и имеют возможность оперативно реагировать на требования заказчика, не учтенные в типовых версиях защит. Зарубежные производители предлагают для этих целей возможности свободно конфигурируемой логики, но при этом зачастую неясно, кто отвечает за достаточность и правильность конфигурации, полноту ее проверки и конечный результат. Методика, избранная для терминалов серии БЭ2704, предполагает формирование требований заказчиком, а реализацию разработчиком. Тем самым обеспечивается дополнительная техническая экспертиза вносимых изменений, квалифицированная проверка и ответственность за результат. Причем допускается корректировка требований не только на стадии проектирования, но и в процессе эксплуатации.
Другим неоспоримым преимуществом российской разработки МП шкафов РЗА является традиционно принятая в России реализация основной и резервной защит линий на разных принципах. Исключаются также все проблемы, связанные с обязательным этапом так называемой «русификации» терминалов инофирм.
Начальный период массового внедрения МП шкафов РЗА на базе отечественных терминалов поставил ряд общих вопросов, решение которых возможно только при совместном участии всех организаций и предприятий, работающих в этой области. Это скорейшее внедрение в учебный процесс вузов преподавания отечественной МП техники РЗА, разработка типовых проектных решений с применением новой техники, новых методик расчета уставок, доработка правил технического обслуживания устройств РЗА. Назрела необходимость в разработке новых руководящих указаний по релейной защите. Возможности новой техники поднимают также на новый уровень проблему усовершенствования алгоритмов работы защит.
| 
|
