ООО НПП «ЭКРА»: КОМПЛЕКС РЗА ДЛЯ СТАТИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Источниками активной мощности для потребителей электроэнергии являются генераторы электрических станций. Источниками реактивной мощности могут быть устройства, располагаемые как на подстанциях, так и непосредственно у потребителя. Второй вариант предпочтительнее, так как передача реактивной мощности вызывает затраты активной энергии и дополнительно загружает элементы электрической сети, снижая их общую пропускную способность и понижая напряжение. Особенно это заметно на воздушных линиях электропередачи.

Андрей Фурашов, Андрей Петров, Андрей Иванов,
ООО «НПП «ЭКРА», г. Чебоксары,
Павел Веселов,
ОАО «Рязаньэнерго», г. Рязань,
Павел Булыкин,
ООО «НПЦ «Энерком-cервис», г. Москва

В качестве источников реактивной мощности в отечественных энергосистемах традиционно используются синхронные компенсаторы и двигатели, статические тиристорные компенсаторы, батареи статических конденсаторов (БСК). Наиболее экономичный способ компенсации реактивной мощности – применение БСК. Это связано в первую очередь с тем, что конденсаторные батареи относительно дешевы, не содержат вращающихся частей, конструктивно просты и характеризуются малыми потерями активной мощности. Существенное преимущество БСК – масштабируемость, то есть возможность размещать крупные батареи на подстанциях, а небольшие подключать непосредственно на шинах потребителя.
В последнем случае (рис. 1а) при напряжении на этих шинах U_H и величине реактивного сопротивления статических конденсаторов Х_БСК реактивная мощность БСК [1]: Q_БСК = U_H² / Х_БСК.
Векторная диаграмма (рис. 1б) показывает, что при установке БСК ток в линии I_л уменьшается при неизменном токе в нагрузке I_н (I_БСК – емкостный ток через БСК).
Экономический эффект от применения устройств компенсации реактивной мощности очевиден. Вследствие уменьшения тока, протекающего по сети, растет её пропускная способность, снижаются потери активной мощности и увеличивается напряжение на шинах потребителей [2]. Однако величина выдаваемой реактивной мощности БСК существенно зависит от напряжения на шинах – снижение U_H приводит к уменьшению Q_БСК.
Мощность батареи изменяется включением или отключением части конденсаторов, входящих в состав БСК. Применение схемы параллельного включения БСК и управляемого шунтирующего реактора (УШР) (рис. 1в) позволяет плавно управлять реактивной мощностью в широких пределах, причем возможна как выдача, так и потребление реактивной мощности. В последнем случае БСК отключается от сети.
Установка БСК и УШР непосредственно у потребителей находит в последнее время все более широкое применение [3,4].

КОМПЛЕКС РЗА ДЛЯ БСК

Традиционно в качестве защиты и автоматики конденсаторных батарей использовались нетиповые электромеханические панели [5]. Учитывая современные тенденции, НПП «ЭКРА» по требованиям, согласованным с НПЦ «Энерком-cервис», одним из ведущих производителей БСК в России, разработало комплекс микропроцессорных защит и автоматики управления выключателем конденсаторной батареи, дополненный специализированной панелью управления.

• от токов короткого замыкания (КЗ);
• от повышения напряжения выше максимально допустимого;
• от перегрузки токами высших гармоник (при действующем значении тока для единичных конденсаторов, превышающем 130% номинального);
• от небаланса при нарушении равенства токов ветвей для батареи, имеющей две или более параллельные ветви.

Токовая защита выполняется с действием на отключение выключателя БСК без выдержки времени, а остальные защиты – с регулируемой выдержкой времени.

• МТЗ служит для защиты от замыкания на выводах конденсаторной батареи. Защита выполнена в трехфазном исполнении и содержит две ступени. Предусмотрена возможность постоянной работы первой ступени МТЗ или только при включении выключателя. Вторая ступень МТЗ с выдержкой времени обеспечивает защиту от КЗ во всех режимах.
• ТЗНП предназначена для защиты от замыканий на землю на выводах батареи конденсаторов. Защита реагирует на ток нулевой последовательности, содержит три ступени.
• ЗПН содержит две ступени: первая действует с регулируемой выдержкой времени на сигнализацию, а вторая – на отключение БСК с возможностью последующего включения. Повторный ввод БСК в работу после отключения батареи от ЗПН возможен только после восстановления нормального напряжения на шинах. Контроль напряжения осуществляется при помощи реле минимального и реле максимального напряжения шин. АПВ разрешается при условии несрабатывания обоих реле. Выдержка времени АПВ регулируется.
• ЗМН действует на отключение батареи при снижении напряжения на шинах ниже заданного, т.к. если БСК при исчезновении напряжения на шинах не была отключена, то при восстановлении напряжения к ней может быть приложено удвоенное напряжение, что недопустимо. В некоторых случаях, в т.ч. по условиям эксплуатации защит, ЗМН не требуется, поэтому предусмотрена возможность её вывода.
• Защита от перегрузки БСК токами высших гармоник реагирует на действующее значение токов в каждой из фаз и срабатывает при превышении заданной уставки.
• Небалансная защита – основная защита от внутренних повреждений батареи конденсаторов. Её токовые входы подключены ко вторичным обмоткам трансформаторов тока, установленным в средних точках обоих плеч фазы батареи. Защита выполнена для каждой фазы в отдельности и имеет две ступени: первая ступень действует на сигнализацию, вторая – на отключение.
• АУВ конденсаторной батареи и УРОВ выполнены в традиционной для шкафов серии ШЭ2607 идеологии. АУВ содержит устройство АПВ, защиту от непереключения фаз (ЗНФ) и неполнофазного режима работы (ЗНФР), узлы включения, отключения и фиксации положения выключателя, защиту электромагнитов управления от длительного протекания тока и узел контроля исправности цепей этих электромагнитов. Функция УРОВ реализует принцип индивидуального устройства.

Питание оперативным постоянным током в каждом комплекте шкафа ШЭ2607 017217 осуществляется от отдельных автоматических выключателей. В первом комплекте питание терминала, цепей электромагнитов включения и первой группы электромагнитов отключения выключателя, а также питание цепей второй группы электромагнитов отключения выполнены раздельно, благодаря чему отключение выключателя возможно даже при неисправном терминале.

Блокировка включения выключателя предусмотрена в первом комплекте шкафа для предотвращения ошибочного подключения не разряженной батареи к шинам. При отключении выключателя с панели управления или от защит (в том числе и внешних) повторное включение возможно не ранее, чем истечет заданная выдержка времени блокировки. Блокировка не действует в случае включения батареи от АПВ.

• цифровые измерительные приборы,
• ключи управления разъединителями и выключателем,
• лампы сигнализации положения выключателя,
• световые табло сигнализации о срабатывании защит и переводе режима управления выключателем в положение «Местное».

Первое включение шкафов ШЭ2607 017217 состоялось в январе 2008 года в ОАО «Рязаньэнерго» на подстанциях 110 кВ «Дягилево» и «Лихачево», где НПЦ «Энеркомсервис» установил конденсаторные батареи мощностью 25 МВАр.

КОМПЛЕКС РЗА ДЛЯ УШР

Для реализации релейной защиты (РЗ) УШР, использующегося совместно с батареей статических конденсаторов или без нее, могут быть применены нормы проектирования, требования ПУЭ и ПТЭ в части РЗ, защиты от перенапряжений и т.д., действующие для типового серийного маслонаполненного трансформаторного оборудования.
В соответствии с техническими требованиями к устройствам релейной защиты УШР, которые были разработаны институтами «Энергосетьпроект» (Москва), «Томскэлектросетьпроект» (Томск) и «Востсибэнергосетьпроект» (Иркутск) в рамках выполнения проектов для подстанций «Таврическая», «Барабинская» и др., НПП «ЭКРА» создан шкаф защит ШЭ2607 049249 состоящий из двух комплектов (табл. 2).
Если УШР имеет собственный выключатель, то в качестве резервной защиты и автоматики управления выключателем СО реактора предлагается использовать шкаф ШЭ2607 015, содержащий двухступенчатую максимальную токовую защиту и автоматику управления выключателем (рис. 3).

ЛИТЕРАТУРА:

1. Электрические системы. Т. 2. Электрические сети / Под ред. В.А. Веникова. – М.: Высшая школа, 1971. – 440 с.
2. Баркан Я.Д. Автоматическое управление режимом батарей конденсаторов. – М.: Энергия, 1978.
3. Паули В.К., Воротников Р.А. Компенсация реактивной мощности как средство рационального использования электроэнергии //Энергоэксперт. – №2. – 2007. – С. 16–22.
4. Решение задач по нормализации потоков реактивной мощности в распределительных электрических сетях // Энергоэксперт. – №2. – 2007. – С. 23–25.
5. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. – М.: Высшая школа, 1991.
6. Правила устройств электроустановок. – 2003.
7. Терминалы серии БЭ2704 ЭКРА.656132.091 РЭ Руководство по эксплуатации.
8. Терминалы серии БЭ2502 ЭКРА.656122.001 РЭ Руководство по эксплуатации.

ООО Научно-производственное предприятие «ЭКРА»
428003, Чебоксары, пр. И. Яковлева, 3.
Тел./факс: (8352) 61-00-76, 22-01-10, 22-01-30, 61-00-35.
E-mail: ekra@ekra.ru www.ekra.ru