"Новости Электротехники N3(27)"Релейная защита оборудования 330–750 кВ с использованием микропроцессорных устройств

	< Предыдущая ] [ Следующая >	Журнал №4(28) 2004


	Релейная защита оборудования 330–750 кВ с использованием микропроцессорных устройств Основные принципы построения В энергосистемах России активное внедрение микропроцессорных (МП) устройств релейной защиты и автоматики (РЗА) началось в 90-х годах ХХ века: сначала для оборудования напряжением 6–35 кВ, затем – 110–220 кВ. Сейчас эта техника всё настойчивее осваивает высший класс напряжения – 330–750 кВ. Одна из стратегических задач энергетики – комплексное техническое перевооружение и реконструкция систем РЗА с ориентацией на максимальную автоматизацию операций диспетчерского управления. Решение этой задачи невозможно без использования микропроцессорных устройств. Сохранение российской идеологии построения защит В соответствии с ПУЭ и «Положением о релейной защите и АПВ межгосударственных линий электропередачи» (утверждено пятым заседанием комитета оперативно-технической координации при энергетическом совете стран СНГ 17–18 апреля 1997 г.), на воздушных линиях электропередачи (ВЛ) 330–750 кВ должны быть установлены две быстродействующие (основные) защиты на разных принципах действия и предусмотрена возможность использования однофазного (ОАПВ) или трехфазного (ТАПВ) автоматического повторного включения. Для защиты систем шин и автотрансформаторов (АТ) смежных с ВЛ также должны устанавливаться по два комплекта дифференциальных защит, а на каждой из сторон высшего (ВН) и среднего напряжения (СН) АТ еще и резервные (ступенчатые) защиты, обеспечивающие полноценное дальнее резервирование защит смежных ВЛ. В настоящее время на объектах 330–750 кВ эксплуатируются в основном электромеханические панели защит, а также выпускаемый с 1983 г. модернизированный комплекс устройств РЗА на интегральных микросхемах серии ПДЭ 2000. Микропроцессорные защиты, введенные в эксплуатацию на ряде российских подстанций 500 кВ, выполнены на терминалах ведущих зарубежных фирм, и идеология их построения в определенной степени отличается от отечественной. На этапе проектирования и русификации импортных терминалов пришлось искать способы привязки их к действующему оборудованию. Поэтому, приступая к разработке микропроцессорных защит оборудования высокого напряжения, специалисты российского НПП “ЭКРА” приняли за основу и развили проверенные многолетним опытом эксплуатации отечественные принципы РЗА. Уменьшение количества обслуживаемых шкафов На базе современной микропроцессорной техники в первую очередь возможно уменьшить количество отдельного оборудования (шкафов) в полном комплексе защит, что позволяет сократить площади под их установку, количество монтажных связей и объем работ по обслуживанию. Так, дистанционная защита и токовая направленная защита нулевой последовательности, размещаемые традиционно в двух отдельных панелях (ПДЭ 2001, ПДЭ 2002), могут быть реализованы в едином микропроцессорном терминале защиты, скомпонованном в одном шкафу. Функции автоматики управления выключателем (АУВ), устройства резервирования отказа выключателя (УРОВ), ТАПВ и защиты от неполнофазных режимов (ЗНР) также могут быть объединены в одном терминале (шкафу), а устройство ОАПВ можно реализовать в одном терминале с защитами. В результате совместной работы со специалистами ведущих проектных и научно-исследовательских энергетических институтов, ЦДУ, ОДУ, МЭС, эксплуатационных и наладочных организаций, научно-производственное предприятие «ЭКРА» разработало шкафы серии ШЭ2710 на базе микропроцессорных терминалов типа БЭ2704 для защиты всех элементов оборудования класса напряжения 330–750 кВ. Все шкафы защит приняты межведомственной комиссией: комплекс защит АТ – в декабре 2003 г., а комплекс защит ВЛ – в апреле 2004 г. В комплекс защит включены следующие исполнения шкафов: ШЭ2710 511 – АУВ, УРОВ, ТАПВ, ЗНР; ШЭ2710 521 – ступенчатые дистанционная и токовая направленная нулевой последовательности защиты линии, ОАПВ; ШЭ2710 541 – защиты шунтирующего реактора; ШЭ2710 542 – основная защита АТ без ошиновки на стороне низшего напряжения (НН); ШЭ2710 542543 – основная защита АТ с линейным регулировочным трансформатором либо с разветвленной ошиновкой на стороне НН; ШЭ2710 544 – основная защита АТ (применяется в комплексе со шкафами ШЭ2710 542 и ШЭ2710 542543); ШЭ2710 561 (562) – дифференциальная защита сборных шин; ШЭ2710 572 – резервная защита стороны ВН АТ; ШЭ2710 582 – дифференциально-фазная защита линии, ОАПВ. Пример размещения МП защит на подстанции На рисунке 1 показан пример размещения шкафов ШЭ2710 на подстанции 500 кВ со схемой «четырехугольник». На каждой ВЛ предлагается устанавливать по два шкафа основных защит. В качестве первой основной защиты используется шкаф высокочастотной дифференциально-фазной защиты (ШЭ2710 582). На концах ВЛ устанавливаются два полукомплекта (шкафа) защиты, обменивающиеся между собой информацией путем передачи высокочастотных (ВЧ) сигналов по проводам защищаемой линии с использованием приемопередатчиков ПВЗУ-Е, ПВЗ-90М и др. Возможен вариант обмена сигналами между полукомплектами с использованием оптоволоконных каналов связи. Вторая основная защита ВЛ выполняется на базе традиционных ступенчатых дистанционной и токовой направленной нулевой последовательности защит (ШЭ2710 521) с возможностью их ускорения разрешающими сигналами по ВЧ каналам с использованием аппаратуры АНКА (АКПА, «Кедр» или др.). В составе шкафов защиты ВЛ ШЭ2710 582 и ШЭ2710 521 реализованы функции ОАПВ, которые при выявлении однофазных повреждений действуют через автоматику управления выключателем на отключение и последующее включение поврежденной фазы. Представляется целесообразным, чтобы на время вывода одной из основных защит (техобслуживание, неисправность и т.д.) ликвидация повреждения на ВЛ обеспечивалась не менее чем двумя устройствами, удовлетворяющими требованиям ближнего резервирования. Поэтому в качестве резервной защиты желательно использовать шкаф ШЭ2710 521 без применения цепей телеускорения. В качестве автоматики управления линейными и реакторными выключателями устанавливаются шкафы ШЭ2710 511, которые обеспечивают выполнение ТАПВ при трехфазном отключении ВЛ, а также УРОВ, защиты от неполнофазного режима (ЗНФР) и непереключения фаз (ЗНФ). Функция ЗНРФ в шкафу выполнена с контролем положения фаз второго выключателя ВЛ. Объединение функций автоматики управления выключателем, устройства ТАПВ, УРОВ и защиты от непереключения фаз в одном шкафу существенно повышает надежность комплекса защит вследствие сокращения количества цепей между шкафами. Этим же шкафом формируются сигналы ввода ускорения ступенчатых защит при включении выключателя в режиме опробования ВЛ напряжением. Основная защита АТ обеспечивается установкой шкафов ШЭ2710 542543, ШЭ2710 544, а резервная – шкафов ШЭ2710 572 (на стороне ВН) и ШЭ2607 071 или ШЭ2607 072 (на стороне СН). Для защиты шин 500 кВ должны быть установлены два шкафа ШЭ2710 561, а шунтирующего реактора – ШЭ2710 541. Следует отметить, что ожидаемое уменьшение количества микропроцессорных шкафов защит в комплексе и занимаемых ими площадей на практике оказалось не столь значительным. Одной из причин этого является требование эксплуатационных организаций к компоновке МП терминалов, которое формулируется как «каждому терминалу по шкафу» и обеспечивает удобство и безопасность обслуживания. Вторая причина – конструкция шкафов с двусторонним обслуживанием и необходимостью обеспечения существующих норм между рядами шкафов. Поэтому перспективными остаются направления разработки конструкции шкафов и их компоновок, которые дадут экономию щитовых площадей. Реализация основной защиты ВЛ на базе ДФЗ Традиционным российским вариантом выполнения основной быстродействующей защиты ВЛ является дифференциально-фазная защита (ДФЗ-503, ДФЗ-504). В комплексе серии ПДЭ 2000 для этой цели предлагалась высокочастотная направленная и дифференциально-фазная защита (ПДЭ 2003). Отсутствие у ряда инофирм (ABB, Siemens) аналогичных защит возродило идею использования в качестве основной защиты телеускорения ступенчатых защит (дистанционной и токовой) с помощью блокирующих сигналов. Альтернативным вариантом оставалось использование совместно с микропроцессорными резервными защитами ВЛ электромеханической панели ДФЗ. Разработчики НПП «ЭКРА» кардинально решили эту проблему, предложив микропроцессорный вариант дифференциально-фазной высокочастотной защиты ВЛ в виде шкафа ШЭ2710 582. В настоящее время вариант с дифференциально-фазной высокочастотной защитой ВЛ с токовыми пусковыми органами считается предпочтительным, так как в подавляющем большинстве случаев она может не выводиться из работы при нарушении цепей напряжения, а в цикле ОАПВ является единственной защитой с абсолютной селективностью. Дублирование функции ОАПВ Практикуемый в настоящее время в эксплуатации подход к действию основных и резервных защит на отключение имеет существенный недостаток: сигналы срабатывания всех защит выдаются в одно устройство ОАПВ, которое на основании информации о срабатывании избирателей поврежденной фазы принимает решение о необходимости отключения одной или трех фаз. Таким образом, ОАПВ остается «узким местом» прохождения информации от измерительных органов защит до выключателей. Дублирование устройства ОАПВ на электромеханической или микроэлектронной элементной базе влечет за собой увеличение количества шкафов в комплексе защит и соответственно монтажных цепей и объема работ по их обслуживанию. Вычислительный потенциал современных сигнальных процессоров позволил при разработке МП комплекса защит ВЛ 330–750 кВ совместить функции устройства ОАПВ в одном терминале с защитами, а ТАПВ – с автоматикой управления выключателем. В комплексе защит серии ШЭ2710 имеется возможность использовать функции ОАПВ как в шкафу дифференциально-фазной защиты типа ШЭ2710 582, так и в шкафу ступенчатых защит ШЭ2710 521. Оба устройства ОАПВ являются независимыми, с отдельными избирателями поврежденной фазы и всеми необходимыми измерительными органами для выполнения ОАПВ с адаптивной паузой по факту погасания дуги после отключения поврежденной фазы, а также с проверкой успешности включения отключенной фазы другого конца ВЛ. В шкафах защит ВЛ предусмотрены варианты как независимой, так и параллельной работы двух устройств ОАПВ. В первом случае каждая из защит действует на отключение только через свою функцию ОАПВ с контролем состояния соответствующих выключателей, поэтому приоритет в действии на отключение будет у того терминала защиты, который быстрее обнаружит повреждение и запустит свой ОАПВ. После отключения выключателя оба ОАПВ приводятся в соответствие сигналами, принимаемыми от реле положения «Отключено» (КQT) соответствующих фаз выключателей. Во втором случае пуски каждого из ОАПВ выполняются обеими основными защитами ВЛ. При независимой работе устройств ОАПВ в случае нарушения цепей напряжения шкаф ШЭ2710 582 с токовыми пусковыми органами остается в работе с действием на отключение трех фаз. Способность дублирования и параллельной работы ОАПВ существенно повышает надежность этой функции в комплексе защит ВЛ высокого напряжения. Особенности реализации резервных защит Учитывая возможности реализации достаточного количества измерительных органов на базе микропроцессорного терминала, логикой работы резервных защит сторон ВН и СН АТ с использованием шкафов ШЭ2710 572 и ШЭ2607 071 (072) предусмотрено использование не только традиционных ступеней дистанционной и токовой защит для дальнего резервирования защит линий, направленных от АТ к шинам, но и ступеней, направленных в АТ. При этом ступени защит смежных сторон, направленные в АТ, могут взаимодействовать друг с другом с помощью разрешающих сигналов и при внутренних повреждениях действовать на отключение АТ со всех сторон с минимальной выдержкой времени, обеспечивая тем самым полноценное резервирование основных защит. В ряде случаев указанные резервные защиты могут рассматриваться в качестве второй основной защиты АТ. Практика показывает, что в связи с недостаточными данными о показателях надежности работы МП защит на начальном этапе реконструкции РЗА ВЛ 500 кВ в ряде случаев по требованию эксплуатации предусматривается сохранение в работе части электромеханических резервных защит. В этом случае шкаф ШЭ2710 521 без использования цепей телеускорения может не устанавливаться. Также необходима упрощенная и недорогая электромеханическая резервная защита ВЛ на случай чрезвычайных ситуаций. Использование для защиты ВЛ 500 кВ трех шкафов (ШЭ2710 582 и два шкафа ШЭ2710 521) усиливает функции ближнего резервирования, что позволяет пересмотреть требования к дальнему резервированию. Окончательные выводы могут быть сделаны только после наработки достаточного опыта эксплуатации МП защит. Совместная работа с аппаратурой и системами мониторинга других фирм Одним из неоспоримых преимуществ применения МП устройств релейной защиты и противоаварийной автоматики на таких крупных энергообъектах, какими являются подстанции 330–750 кВ, является возможность организации автоматизированной системы наблюдения и управления (мониторинга), большую часть функций нижнего уровня которой могут выполнять терминалы защиты. В настоящее время известные мировые производители релейной аппаратуры (АBB, Siemens) комплексно поставляют оборудование и соответствующие SCADA-системы для него. Однако уже упомянутое отсутствие у этих фирм основной защиты ВЛ 330–750 кВ на дифференциально-фазном принципе, а также возможность использования на одном энергообъекте (по требованию заказчика) терминалов защит различных фирм ставит вопрос о привязке оборудования различных фирм-поставщиков к единой SCADA-системе, а также о совместной работе таких защит на одном присоединении. В устройствах НПП «ЭКРА» интегрировано несколько протоколов обмена информацией с высшим уровнем, в том числе и IEC 60870-5-103. Ведется работа по использованию единого стандартного протокола для автоматизации подстанций в энергетике IEC 61850. Совершенствование микропроцессорных терминалов и шкафов защит Актуальной остается перспектива широкой интеграции различных функций МП устройств РЗА, что способствует снижению общих затрат на комплексы защит. В докладе одного из авторов данной статьи «Проблемы технического перевооружения средств РЗА сети 110–500 кВ в современных условиях» (материал размещен на сайте ЦДУ ЕЭС России в 2000 г.) предлагалось размещать в МП терминалах защиты и автоматики выключателей функцию АУВ, а в терминалах резервных защит – функции линейной противоаварийной автоматики (автоматики ограничения повышения напряжения, автоматики ликвидации асинхронного хода, устройства фиксации отключения линии). Прошедшие четыре года подтвердили намеченную тенденцию к интеграции функций РЗА, что отражено, в частности, в номенклатуре МП терминалов и защит, выпускаемых НПП «ЭКРА», и в планах ближайших разработок компании. Последние требуют дальнейшего совершенствования выпускаемых программно-аппаратных платформ. В частности, необходимо повышение их вычислительной мощности и оптимизация входных и выходных модулей терминалов, а также алгоритмов новых функций, что позволит сохранить инновационную привлекательность отечественных МП терминалов РЗА.

Релейная защита оборудования 330–750 кВ с использованием микропроцессорных устройствОсновные принципы построения

Релейная защита оборудования 330–750 кВ с использованием микропроцессорных устройств

Основные принципы построения