Марка • Оборудование

НТЦ «МЕХАНОТРОНИКА»:
Комплексная релейная защита БСК 110–220 кВ

Открыть в формате PDF

Снижение потерь при передаче электроэнергии на большие расстояния, наряду с энергосбережением, входит в число наиболее актуальных проблем современной энергетики. В связи с этим в 2010 г. была разработана Государственная программа РФ «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 г.».
В распределительных электрических сетях одним из методов снижения затрат на передачу является компенсация реактивной мощности, а одним из видов устройств компенсации – батареи статических конденсаторов (БСК).

Михаил Пирогов, начальник отдела системотехники
Валерий Чепелев, ведущий инженер-системотехник
ООО «НТЦ «Механотроника», г. Санкт-Петербург

В настоящее время, согласно данным ФСК и МРСК, растет объем применения БСК не только в сетях низкого напряжения (что является классическим решением), но и в сетях 110 кВ. Такое решение позволяет эффективно снизить полную величину реактивной составляющей электроэнергии, которая должна передаваться через систему, в результате существенно сокращаются расходы. При коррекции коэффициента мощности система распределения способна передавать больше активной электроэнергии, что позволяет увеличить нагрузки.
Как и все остальные элементы энергосистемы, БСК должны быть надежно защищены от всех возможных видов повреждений.

ПРОБЛЕМА ЗАЩИТЫ БСК

В текущем году ОАО «Холдинг МРСК» разместило заявку на выполнение НИОКР по созданию устройства защиты батареи статических конденсаторов (БСК) класса напряжения 110 кВ. За выполнение НИОКР взялись специалисты ООО «НТЦ «Механотроника», входящего в группу компаний «Электрощит» – ТМ Самара».

В ходе выполнения работы выяснилось, что вопрос построения защит БСК в настоящее время не систематизирован. ГОСТ и ПУЭ предъявляют лишь общие требования без детальной конкретизации по проверке чувствительности и защите конденсаторных установок от некоторых видов коротких замыканий (КЗ), повреждений и режимов. Защиты БСК от КЗ и от повреждения конденсаторов не упоминаются в наиболее известных трудах по релейной защите и в руководящих указаниях. В специальной литературе рассмотрены частные вопросы защиты БСК, например от перенапряжений, от перегрузки.

Существующие на рынке устройства защиты БСК, как правило, реализуют классические токовые защиты от КЗ в комбинации с защитами по напряжению и небалансными защитами, однако методические разработки по защите БСК и по выбору уставок защит БСК отсутствуют, как отсутствует и анализ чувствительности применяемых защит к различным видам повреждений БСК.

Специалисты НТЦ «Механотроника» выполнили аналитическую проработку и имитационное моделирование переходных процессов в БСК при различных видах воздействия. Сравнение результатов моделирования и опыта включения БСК под напряжение показало высокую точность аналитического подхода и имитационного моделирования (рис. 1). В результате исследований определены зависимости и граничные условия величин токов и напряжений в БСК при различных видах воздействия: при включении под напряжение, при включении на параллельную работу с другой БСК, при внутренних и внешних КЗ, при полных и частичных повреждениях емкостных элементов БСК.

Рис. 1. Сравнение результатов моделирования с опытом включения

Результаты исследований, проведенных НТЦ «Механотроника», показали:

• применяемые токовые защиты, работающие на основе анализа токов ввода в БСК, обеспечивают защиту от КЗ на ошиновке ввода и лишь частичную защиту от КЗ в БСК;
• широко применяемая балансная защита обладает необходимой чувствительностью при всех видах КЗ в БСК и частично – при замыканиях внутри конденсаторов, однако возможен отказ небалансной защиты в случае накопления симметричных повреждений конденсаторных элементов или при повреждении трансформаторов тока, установленных в перемычке БСК;
• ни одна защита не обладает достаточной чувствительностью к повреждениям (коротким замыканиям) в зоне токоограничивающих реакторов, в том числе на нейтральных выводах фаз БСК;
• отсутствует резервирование защиты от внутренних повреждений в БСК, что нарушает пп. 3.2.14, 3.2.15 ПУЭ.

КОМПЛЕКСНОЕ РЕШЕНИЕ

Для решения выявленных проблем в НТЦ «Механотроника» были разработаны дополнительные функции защиты, проведено их программное макетирование и имитационное моделирование их работы.

Кроме того, были предложены способы значительного повышения чувствительности токовых защит благодаря учету особенностей переходных процессов в БСК при цифровой обработке сигналов в устройстве релейной защиты. Необходимо особо отметить, что решения, разработанные НТЦ «Механотроника», не потребовали изменения первичного оборудования существующих БСК и установки дополнительных измерительных трансформаторов и датчиков.

Для выполнения диагностики и контроля состояния батареи разработан уникальный алгоритм, осуществляющий накопление информации о частичных пробоях и отключениях отдельных секций конденсаторных элементов. Принцип относительных измерений и длительный мониторинг данных позволяют достичь высокой чувствительности. Данный алгоритм обеспечивает возможность раннего предупреждения о необходимости технического обслуживания БСК.

Защита токоограничивающих реакторов и их ошиновки от однофазных коротких замыканий на землю требует особого подхода и возможна только при условии установки дополнительного трансформатора тока нулевой последовательности в месте заземления БСК (рис. 2). В НТЦ «Механотроника» разработан и реализован высокочувствительный алгоритм продольной дифференциальной защиты нулевой последовательности с торможением (ДЗТ), который обеспечивает защиту всей БСК, в том числе и токоограничивающих реакторов, от коротких замыканий на землю – наиболее вероятного вида повреждений.

Рис. 2. Пример первичной схемы БСК с дополнительным ТТНП

Производителям БСК и проектным организациям следует учитывать данную особенность и рассмотреть для ответственных объектов возможность установки дополнительного трансформатора тока нулевой последовательности в месте заземления БСК.

В результате выполнения НИОКР в НТЦ «Механотроника» создано БМРЗ-БСК – новое устройство комплексной релейной защиты БСК 110–220 кВ, разработаны подробные методические указания по расчету уставок защиты БСК и по оценке ее чувствительности, предложены типовые решения шкафов защиты ШЗБК-МТ с использованием данного блока.

В ближайшее время одна из подстанций МРСК будет оснащена шкафами защиты батарей статических конденсаторов ШЗБК-МТ для опытной эксплуатации.

Проведенные в ходе работы патентные исследования показали, что прямых аналогов и прототипов устройства комплексной защиты БСК не существует. В настоящее время НТЦ «Механотроника» оформляет патентную документацию на БМРЗ-БСК.

www.mtrele.ru, www.механотроника.рф