Релейная защита

Задачу реального повышения функциональной надежности основной электрической сети 110–220 кВ можно решать различными средствами, в том числе за счет применения автоматического ввода резервного питания (АВР).
В своем материале Виктор Дмитриевич Ластовкин и Руслан Геннадьевич Куров приводят краткое описание принципов и особенностей построения функционально-логических схем линейной автоматики с целью сравнения способов решения задачи различными техническими средствами. Также они рассматривают конкретные примеры применения АВР питания в сети 110–220 кВ магаданской энергосистемы с целью повышения надежности электроснабжения потребителей.

Виктор Ластовкин, начальник СРЗАиМ	Руслан Куров, зам. начальника СРЗАиМ
ОАО «Магаданэнерго», г. Магадан

АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВВОД РЕЗЕРВА
Опыт применения в сетях 110–220 кВ

Устройства АВР в основной сети 110–220 кВ энергосистемы применяются в основном:

• для повышения надежности электроснабжения потребителей в сложившихся схемно-режимных условиях функционирования основной сети;
• для упрощения релейной защиты и топологии сети 110–220 кВ путем создания оперативных радиально-секционированных схем питания взамен кольцевых [1] и т.п. Например, они используются в схемах питания энергообъектов по двум коротким параллельным линиям, в том числе с распределительным устройством подстанции, выполненным по упрощенной схеме мостика без секционного выключателя в рабочей перемычке, при подключении подстанции к ответвлениям (отпайкам) от магистральных ВЛ и т.п.

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНО-ЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ АВР

В практике «Магаданэнерго» реализованы два подхода к построению схемотехники АВР 110–220 кВ: типовые и нетиповые решения АВР питания.

В основном применяется АВР с типовыми схемами цепей пуска или цепей формирования команды на отключение выключателя рабочего источника питания и цепей формирования команды на включение выключателя резервного источника питания [2, 3]. Однократность действия АВР обеспечивается за счет использования замыкающего контакта реле положения «Включено» РПВ (КQC) с задержкой на размыкание.

В отдельных случаях реализованы нетиповые решения АВР на основе применения типовой схемы АПВ с пуском при несоответствии между ранее поданной оперативной командой и отключенным положением выключателя [1]. Формирование сигнала несоответствия (пуска АВР) осуществляется так называемой схемой несоответствия – последовательной цепочкой из замыкающих контактов реле фиксации команды включения РФ (КQQ) выключателя и реле положения «Отключено» РПО (КQТ) автоматики управления выключателя (АУВ) ввода рабочего питания. В таком случае автоматика повторного включения (АПВ) линии (ввода) рабочего питания блокируется (не срабатывает) по режиму или выводится из работы, в том числе с питающей стороны, а сигналом несоответствия АУВ осуществляется пуск АПВ (в функции АВР) линии (ввода) резервного питания, исправность которой изначально контролируется рабочим напряжением. Сигнал пуска АВР снимается при квитировании ключа управления выключателя путем его перевода в положение «Отключить».

При использовании устройств и схем АПВ для реализации функции АВР питания в сети 110–220 кВ сохраняются все принципы функционирования классической схемы АВР:

• обеспечивается однократность действия при включении на КЗ за счет принципа действия АПВ;
• обеспечивается запрет АВР при работе, например, ДЗШ за счет логики АПВ.

Более того, АВР приобретает свойства, присущие лишь схемам АПВ:

• пуск АВР выполняется только при аварийном отключении линии (ввода) рабочего питания и не выполняется при ее отключении ключом;
• включение выключателя линии (ввода) резервного питания осуществляется с использованием всех видов контроля напряжений, предусмотренных схемой АПВ, в том числе с улавливанием синхронизма;
• при использовании контроля режимных параметров и их комбинации в отдельных случаях можно блокировать работу АВР.

АВР НА ПС 110 кВ «ЮГО-ВОСТОЧНАЯ»

Распредустройство 110 кВ ПС «Юго-Восточная» выполнено по схеме мостика с выключателями на линиях и разъединителем в перемычке. Питание ПС «Юго-Восточная» осуществляется по двум взаимно резервируемым ВЛ 110 кВ «Центральная – Юго-Восточная 1, 2» (рис. 1, рис. 2).

Рис. 1. Функциональная схема АВР-110 ПС 110/35/10 кВ «Юго-Восточная» для летнего режима

Рис. 2. Функциональная схема АВР-35 и АВР-10 ПС 110/35/10 кВ «Юго-Восточная» для зимнего режима

На радиальных ВЛ с питающей стороны установлены ступенчатые защиты типа ШДЭ 2801 (основная защита) и ЭПЗ-1644 (резервная защита). Со стороны ПС «Юго-Восточная» на линиях защиты не предусмотрены.

С таким набором защит можно осуществить питание ПС «Юго-Восточная» только по схеме блока «линия–трансформатор» без параллельной работы по стороне 35 и 10 кВ с устройствами АВР, установленными на секционных выключателях (неявное резервирование), либо по одной из радиальных ВЛ с АВР питания по второй линии (явное резервирование).

Для обеспечения возможности параллельной работы на стороне 35 и 10 кВ в схеме блока «линия–трансформатор» необходимо устанавливать защиты на линиях 110 кВ со стороны ПС «Юго-Восточная» и заземлять нейтрали трансформаторов Т1 и Т2 по условию работы изоляции линии и оборудования распредустройства 110 кВ (требование ПТЭ), а также защиты от замыкания на землю. Такая схема значительно усложнила бы подходы к реализации релейной защиты. В другом случае питание подстанции по одной ВЛ и использование АВР питания по второй упрощает релейную защиту линий.

С учетом возможности оптимизации режимов, схемы и исходя из опыта эксплуатации ПС «Юго-Восточная» (без постоянного дежурного персонала), приняты две схемы питания и соответственно АВР подстанции. В летнем режиме работы питание ПС «Юго-Восточная» осуществляется по схеме «две линии – один трансформатор» с устройством АВР, установленным на выключателе с приемной стороны одной из ВЛ 110 кВ (рис. 1). В зимнем режиме работы питание ПС «Юго-Восточная» осуществляется по схеме блока «линия–трансформатор» с устройствами АВР-10, 35, установленными на секционных выключателях (СВ) стороны 10 и 35 кВ трансформаторов (рис. 2).

Для летнего режима был выбран вариант питания ПС «Юго-Восточная» по ВЛ «Центральная – Юго-Восточная 2» (линия рабочего питания). При этом ВЛ «Центральная – Юго-Восточная 1» (линия резервного питания) находится под напряжением со стороны «Центральной». Со стороны ПС «Юго-Восточная» на этой ВЛ выключатель отключен и установлено устройство АВР-110 со следующим алгоритмом функционирования: при аварийном отключении с питающей стороны линии рабочего питания АВР запускается пусковым органом напряжения (ПОН) и с выдержкой времени, отстроенной от цикла успешного АПВ, действует на отключение выключателя с приемной стороны. По факту отключения выключателя 110 кВ (Q1) линии рабочего питания без дополнительной выдержки времени включается выключатель 110 кВ (Q2) линии резервного питания (рис. 1).

Таким образом, при аварийном отключении рабочей ВЛ «Центральная – Юго-Восточная 2» и неуспешном АПВ электроснабжение ПС 110 кВ «Юго-Восточная» восстанавливается путем присоединения резервной ВЛ «Центральная – Юго-Восточная 1» действием АВР. Включение резервной ВЛ «Центральная – Юго-Восточная 1» под напряжение в нормальной схеме позволяет постоянно контролировать ее исправность.

Устройство АВР-110 выполнено по типовой схеме и предусматривает одностороннее действие. При срабатывании защиты от внутренних повреждений, дуговой защиты в шкафу КРУ 10 кВ ввода Т1 (Т2), резервных защит трансформаторов, действующих на отключение выключателя 110 кВ при работе по схеме «две линии – один трансформатор», действие АВР блокируется. АВР-10, 35, установленные на СВ-10, 35, также выполнены по типовой схеме АВР секционного выключателя.

АВР НА СВЯЗЯХ МАГАДАНСКОЙ ТЭЦ С ЭНЕРГОСИСТЕМОЙ

Электрическая связь Магаданской ТЭЦ с энергосистемой в нормальном режиме осуществляется по ВЛ 110 кВ «МТЭЦ – Центральная», присоединенной ко второй секции шин станции. В качестве резервной связи используется ВЛ 110 кВ «МТЭЦ-МЦ (резервная ДЭС) – Центральная», присоединенная к первой секции шин станции. На отключенном в нормальном режиме (в нормальной оперативной схеме) выключателе ВЛ 110 кВ «МТЭЦ-МЦ» со стороны станции установлено модернизированное электромеханическое устройство АПВ с улавливанием синхронизма (АПВУС). Обе короткие связи (основная и резервная) по ряду причин (исторического, схемно-режимного и технического характера) не оснащены защитами абсолютной селективности, поэтому не допускают параллельной работы.

Схемотехника АВР на Магаданской ТЭЦ реализована на принципах АПВ. Пуск устройства АПВУС, установленного на выключателе линии резервной связи, выполняется по схеме несоответствия при аварийном отключении выключателя линии основной связи (рис. 3). Так как резервная линия постоянно контролируется рабочим напряжением, АПВ на основной линии со стороны ПС «Центральная» выведено при работе генерирующего оборудования станции для обеспечения приоритета АВР. Данная мера позволяет исключить цикл неуспешного АПВ основной линии при наличии заведомо исправной резервной линии.

Рис. 3. Структурная схема АВР Магаданской ТЭЦ

АВР НА ПС 110 кВ «Таскан»

Распредустройство 110 кВ ПС «Таскан» насчитывает три ВЛ 110 кВ.

Одна из них – ВЛ «Таскан – Сеймчан» – работает в радиальном режиме. Две другие линии – ВЛ «Таскан – Ягодное» и ВЛ «Таскан – Спорное» – имеют возможность двухстороннего питания и через шины ПС «Таскан» можно организовать транзит мощности (кольцевой режим).

Но с учетом исторически сложившейся топологии и режимов сети (через ПС «Таскан» осуществляется в основном электроснабжение ПС «Сеймчан», где сосредоточена основная электрическая нагрузка района, не считая сезонной нагрузки горнорудных предприятий, которые снабжаются электроэнергией от других подстанций 110 кВ этого района сети), был выбран вариант нормальной оперативной схемы данного участка сети с нормально разомкнутым выключателем ВЛ «Таскан – Спорное» на ПС «Таскан». На этом выключателе установлено АВР-110 питания ПС «Таскан» с отходящей ВЛ «Таскан – Сеймчан» (рис.4). На выключателе Q1 ВЛ «Таскан – Ягодное» защита нормально выведена из работы.

Рис. 4. Функциональная схема АВР-110 ПС «Таскан»

Устройство АВР на ПС «Таскан» было установлено в 90-е годы прошлого столетия, а в 2000-е годы подверглось коренной реконструкции.

В свое время ПС «Таскан» (в прошлом распредустройство 110 кВ Тасканской электростанции) была оборудована аккумуляторной батареей и выключателями МКП на присоединениях 110 кВ. Для организации АВР питания на ПС в тот период были использованы технологии АПВ, т.е. пуск АПВ, установленного на линии резервного питания (ВЛ «Таскан – Спорное»), сигналом несоответствия схемы автоматики выключателя Q1 линии рабочего питания (ВЛ «Таскан – Ягодное») при ее аварийном отключении с питающей стороны и погашении подстанции «Таскан».

Сигнал несоответствия формировался путем отключения выключателя 110 кВ на линии «Таскан – Ягодное» (на приемной стороне) пусковым органом напряжения (ПОН) в цикле неуспешного АПВ ВЛ «Ягодное – Таскан» (с питающей стороны).

В дальнейшем аккумуляторная батарея была выведена из эксплуатации и демонтирована, выключатели МКП заменены на ВМТ, в качестве источников оперативного питания защиты и автоматики стали использоваться предварительно заряженные блоки конденсаторов. Цепи АВР также были реконструированы сетевым предприятием с применением типовой схемотехники, которая, в частности, предусматривает использование в качестве минимальных элементов напряжения пускового органа АВР двух реле времени переменного напряжения, подключенных для надежности (исключения ложной работы ПОН) к разным трансформаторам напряжения: ТН-110 и ТСН (последний на рис. 4 не показан).

Опыт эксплуатации показал высокую эффективность применения АВР в данном узле сети взамен кольцевания, учитывая ряд обстоятельств, одним из которых является то, что ПС «Таскан» эксплуатируется без постоянного дежурного персонала и находится вдали от населенных пунктов (около 100 км по всем направлениям).

АВР НА ПС 220 кВ «БЕРЕЛЁХ»

Функциональная схема АВР-110 ПС 220 кВ «Берелёх» приведена на рис. 5. Главное назначение АВР-110, установленного на ПС «Берелёх», – обеспечить быстрейшее восстановление электроснабжения энергоустановок коммунально-бытового сектора г. Сусуман при аварийном отключении одной из транзитных ВЛ 220 кВ или находящегося в работе автотрансформатора АТ1 (АТ2) (аварийное отключение ВЛ 220 кВ «АрГРЭС – Берелёх» или автотрансформатора АТ1 в данном случае).

Рис. 5. Функциональная схема АВР-110 ПС 220 кВ «Берелёх»

АВР-110 установлено на СВ 110 кВ (Q3) ввода резервного питания от транзитных ВЛ 110 кВ и действует на его включение без дополнительной выдержки времени при аварийном отключении выключателя ввода 110 (Q1) АТ1 (рис. 5). Схемотехника и настройки АВР-110 являются типовыми с учетом выбора выдержки времени ПОН по условию отстройки от цикла успешного АПВ одной из ВЛ 220 кВ.

Особенностью алгоритма работы АВР в данном случае является действие АВР на отключение части неответственной нагрузки шин 6, 35 кВ Т1(Т2) по условию обеспечения термической устойчивости ВЛ транзитной связи 110 кВ, устойчивости узлов нагрузки по напряжению и др.

АВР НА ПС 220 кВ «СИНЕГОРЬЕ»

Схема ПС 220 кВ «Синегорье» предусматривает присоединение 1 и 2 секций шин 220 кВ к сети энергосистемы при помощи ответвлений от магистральных ВЛ 220 кВ «КГЭС – Ягодное 1» (ВЛ 220 кВ «Отпайка Синегорье 1») и ВЛ 220 кВ «КГЭС – Оротукан» (ВЛ 220 кВ «Отпайка Синегорье 2»).

В нормальной оперативной схеме подстанции выключатель Q1 ВЛ «Отпайка Синегорье 1» отключен (ввод резервного питания). Вводом рабочего питания при этом является выключатель Q2 ВЛ «Отпайка Синегорье 2». Кроме того, в нормальной оперативной схеме один из АТ, как правило, отключен. От шин 110 кВ ПС «Синегорье» питаются радиальные ВЛ 110 кВ. Схемотехника АВР типовая (рис. 6) двухстороннего действия, т.е. с оперативным выбором ввода рабочего питания ключом управления.

Рис. 6. Функциональная схема АВР-220 ПС 220 кВ «Синегорье»

ВЫВОДЫ

1. За счет применения АВР во многих случаях можно повысить надежность действующих оперативных схем основной сети энергосистемы.
2. Путем применения АВР в основной сети 110–220 кВ в некоторых случаях возможно упрощение релейной защиты элементов сети за счет замены кольцевых сетей радиально-секционированными.
3. В отдельных случаях для присоединения резервного источника питания (резервных связей) возможно применение устройств АПВ в функции АВР.

ЛИТЕРАТУРА

1. Правила устройства электроустановок, 7-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1999.
2. Беркович М.А., Комаров А.Н., Семенов В.А. Основы автоматики энергосистем. М.: Энергоиздат, 1981.
3. Барзам А.Б. Системная автоматика. М.: Энергоатомиздат, 1989.