ПРИМЕНЕНИЕ ЦИФРОВЫХ ЗАЩИТ В СХЕМАХ ВТОРИЧНОЙ КОММУТАЦИИ КРУ

Алевтина Федоровская, технический директор ЗАО «Группа компаний «Электрощит»-ТМ Самара», филиал «Энергосетьпроект-НН-СЭЩ»

Практика использования отечественных и зарубежных микропроцессорных устройств, осуществляющих защиту, автоматику и управление элементами 6(10) кВ подстанций и промпредприятий, показывает необходимость адаптации цифровых защит для конкретных задач.
Алевтина Ивановна Федоровская обобщает опыт адаптации цифровых терминалов, накопленный в нижегородском проектном институте за последние несколько лет.

Процесс адаптации логики микропроцессорного устройства к задачам вторичной коммутации ячеек требует комплексного подхода, обеспечивающего единство разработки, проектирования, наладки и последующего безаварийного функционирования оборудования. Эта непростая задача должна решаться совместными усилиями не только разработчиков микропроцессорных устройств и проектировщиков, но и наладчиков оборудования.

РОССИЙСКИЙ РЫНОК

В России микропроцессорные устройства для потребителей 6(10) кВ (отходящие линии, вводы, секционные выключатели и т.д.) начали использоваться на энергетических объектах в середине девяностых годов. В те годы поставщиками терминалов были фирмы АББ Реле-Чебоксары (устройства серии SPAC-800) и НТЦ «Механотроника», г. Санкт-Петербург (устройства БМРЗ), чуть позже появились цифровые устройства «Сириус-2» разработки НПФ «Радиус», г. Зеленоград. В самом конце прошлого века на российский рынок вышла компания Schneider Electric с устройствами Sepam-2000, а затем – Sepam-1000+ серии 20. Активный прорыв в середине 90-х годов на российский рынок цифровых устройств защиты, автоматики и управления связан с рядом их неоспоримых преимуществ перед аналоговыми устройствами. Использование современной микропроцессорной элементной базы ведет к значительному снижению массогабаритных показателей, обеспечивает высокую точность измерений, постоянство характеристик, что позволяет повысить чувствительность, быстродействие и селективность защит. Основные характеристики цифровых устройств лучше по сравнению с электромеханическими реле:

• более высокий коэффициент возврата, близкий к 0,98;
• малое потребление мощности от трансформаторов тока и напряжения (на уровне 0,1…0,5 ВА);
• практически независимо от количества функций небольшое потребление от сети оперативного тока – порядка 10–20 Вт.

• «Сириус-2», «Сириус-21» – ЗАО «Радиус Автоматика», г. Зеленоград;
• SPAC-800, SPAC-810 – «АББ-Автоматизация», г. Чебоксары;
• «БМРЗ» – НТЦ «Механотроника», г. Санкт-Петербург;
• «ТЭМП-2501-1Х» – ОАО «ВНИИР», г. Чебоксары;
• «БЭМП-1» – ОАО «ЧЭАЗ», г. Чебоксары;
• «БЭ2502А» – ООО НПТ «ЭКРА», г. Чебоксары;
• «ТОР 200» – OOO «ИЦ «БРЕСЛЕР», г. Чебоксары.

• SEPAM 1000+ серии S40, S80 – Schneider Electric;
• SIPROTEC 7SJ642 и 7SJ631 – Siemens;
• MICOM P143, 123, 125, 127 – AREVA.

ИЗ ОПЫТА ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Наш многолетний опыт типового проектирования вторичных цепей КРУ 6(10) кВ с электромеханическими реле был положен в основу разработки принципиальных электрических схем ячеек КРУ с микропроцессорными устройствами. На сегодняшний день институтом разработаны схемы с вышеперечисленными микропроцессорными устройствами, за исключением устройств, выпускаемых фирмами НТЦ «Механотроника», Siemens и AREVA.
Несмотря на большое разнообразие микропроцессорной техники на российском рынке, основные принципы работы микропроцессорных устройств защиты, автоматики и управления аналогичны. Отличие устройств состоит в том, что они подразделяются на свободно программируемые терминалы и терминалы с «жесткой» логикой. Особенностью первых является возможность оперативного перепрограммирования логики, вторых – наличие заранее «зашитой» логики, которую, однако, можно скорректировать под конкретные задачи в процессе согласования с производителем терминала.
Опыт использования отечественных устройств БМРЗ, SPAC и «Сириус» показал, что они более подготовлены к применению в ячейках КРУ 6(10) кВ, поскольку не только имеют достаточное количество входов и выходов, но и позволяют их унифицировать, что является важным фактором в построении схем вторичной коммутации для вторичных цепей КРУ 6(10) кВ.
В случае со свободно программируемыми устройствами, как правило, у проектных организаций появляется множество схемных решений, которые существенно осложняют работу проектировщиков, вносят путаницу в базовые (типовые) решения схем вторичной коммутации при производстве самих ячеек КРУ и в конечном счете могут повлечь непредсказуемые последствия в ходе наладки и эксплуатации оборудования.
Таким образом, если рассматривать применение двух групп микропроцессорных устройств, то проектным организациям проще построить принципиальную электрическую схему для любого элемента КРУ, используя терминалы с «жесткой» логикой. Этот вариант схем является более приемлемым и для КРУ-строительных заводов, так как разработчиком уже заложена нужная логическая программа в цифровое устройство. Заводское конструкторское бюро, разработав базовую (типовую) схему электрических соединений КРУ 6(10) кВ, может смело использовать ее при повторных заказах.
Становится очевидным, что такие терминалы, с унифицированными входами и выходами, легче вписываются в схемные решения вторичной коммутации ячеек КРУ. Мы считаем, что КРУ-строительные заводы должны иметь заранее разработанные принципиальные и монтажно-коммутационные схемы для каждого типа КРУ 6(10) кВ. Любые отклонения от схемных решений, касающиеся логики микропроцессорных устройств, должны быть обоснованы проектной организацией и заказчиком. Для микропроцессорных устройств с «жесткой» логикой это возможно и должно войти в норму.
Такой подход во многом облегчит работу и проектных организаций, поскольку во многих из них в настоящее время имеется дефицит специалистов, способных решать вопросы, связанные с функциональными возможностями микропроцессорных устройств. Следует помнить, что эффективность работы микропроцессорных устройств во многом зависит от качества выполнения схем вторичных соединений ячеек КРУ и недобросовестное выполнение этих схем может приводить к отказу срабатывания устройств автоматики, защиты или сигнализации. Подобный случай отказа цифровой защиты REF-542 имел место на одном из объектов Нижегородской области.
Выбор микропроцессорного устройства по количеству функций, а также входов и выходов осуществляется в зависимости от вида присоединения КРУ 6(10) кВ (отходящая линия, линия к ТСН, ввод СВ и т.д.). КРУ-строительный завод должен иметь базовые (типовые) электрические принципиальные схемы для каждого типа ячейки КРУ 6–10 кВ с определенным типом привода выключателя и микропроцессора и логику работы терминала, которая должна быть согласована с фирмой-разработчиком.

ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

Отдельно отметим особенности использования цифровых защит при проектировании вторичных цепей ячеек КРУ 6(10) кВ. Для оптимального построения схемы отходящих линий 6(10) кВ с АПВ, АЧР, ЗДЗ, как правило, требуется задействовать 12 входов и не менее 12 выходов.
Для схем вводных ячеек и СВ 6(10) кВ, в которых необходимо выполнять цепи автоматики АПВ, АВР, ВНР, предпочтительно выбирать устройства с количествами дискретных входов и выходов не менее 18 и 12 соответственно.
Устройства с недостаточным количеством входов и выходов, такие как SEPAM 1000+ серии 20, наделенные, кроме того, «жесткой» логикой, могут быть использованы для отходящих линий 6(10) кВ, вводов и СВ 6(10) кВ, но для организации многих функций автоматики (АВР, АПВ, ВНР) требуется установка дополнительных реле, что значительно усложняет схемные решения и снижает надежность работы защиты.
Входные дискретные входы должны иметь порог срабатывания не ниже 70% от номинального напряжения оперативного тока 220 В, чтобы избежать ложного срабатывания при замыканиях на землю в сети постоянного тока.
Для оптимального построения вторичных цепей, как правило, блок входов должен иметь 5 и более изолированных групп «+» и «–». Это позволяет подключать устройство к пяти разным цепям оперативного питания, что требуется при построении схем управления и автоматики.
Еще одна особенность цифровых защит состоит в том, что их выходные цепи, как правило, выполнены с использованием маломощных реле, коммутационная отключающая способность которых не превышает 0,15 А в цепях постоянного тока напряжением 220 В. В некоторых терминалах специально для привода выключателя 6(10) кВ встроены выходные реле, способные отключать ток порядка 1 А при напряжении 220 В. Схема управления приводом должна предусматривать прерывание тока в цепи электромагнитов блок-контактами выключателя. Но в случае несрабатывания блок-контакта разрыв цепи электромагнитов привода осуществляется выходными контактами микропроцессорного устройства, что недопустимо. Для этой цели необходимо использовать промежуточные релеповторители выходов «включить»–«отключить», способные коммутировать большие токи. В качестве таких реле могут быть применены реле RG-25 фирмы RELPOL, коммутационная способность которых составляет 5 А при напряжении 220 В, время срабатывания – 20 мс.
Микропроцессорные устройства, имеющие входные цепи тока и напряжения, могут производить измерения тока, напряжения, мощности и электроэнергии. Но, как правило, терминал защиты подключается к трансформаторам тока 5Р или 10Р, что не обеспечивает требуемой точности измерения указанных параметров согласно ПУЭ и Госстандарта. В связи с этим для выполнения измерений тока, напряжения и мощности необходимо дополнительно устанавливать другие устройства, а для учета электроэнергии потребителей 6(10) кВ – счетчики технического или коммерческого учета.

ВЫВОДЫ

1. Следует помнить, что эффективность работы микропроцессорных устройств во многом зависит от качества выполнения схем вторичных соединений ячеек КРУ и недобросовестное выполнение схем вторичных соединений может приводить к отказу срабатывания устройств автоматики, защиты или сигнализации.
2. Считаем, что КРУ-строительные заводы должны иметь заранее разработанные принципиальные и монтажнокоммутационные схемы для каждого типа КРУ 6(10) кВ с конкретным цифровым устройством и принимать заказы, как правило, только под них.
3. В случае нетипового решения вторичной коммутации КРУ 6(10) кВ заказчик должен представить КРУ-строительному заводу логические схемы терминала и разработанные под них принципиальные электрические схемы.
4. Адаптацией терминалов со свободно программируемой логикой к требованиям заказчика должны заниматься опытные проектные организации или специальные технические центры.
5. При использовании терминалов с «жесткой» логикой проектные организации должны проверять их на соответствие всех функций (защит, АЧР, АВР, АПВ и т.д.) требованиям заказчика.