Электроснабжение района нефтедобычи

Серия защит MiCOM является продолжением положительного опыта создания серий защит MIDOS, K, MODN путем дополнения их новинками в цифровой технике. Устройства серии MiCOM серии Р 123 полностью совместимы и используют тот же модульный принцип. Каждое реле имеет целый ряд функций управления и сбора данных. Это может создать часть полностью объединенной системы защиты, управления, средств измерений, сбора данных и регистрации аварий, событий и повреждений. Передняя панель защит снабжена дисплеем на жидких кристаллах с двумя строчками по 16 буквенно-цифровых символа в каждой, с задней подсветкой, клавиатурой, состоящую из 7 клавиш и 8 светодиодами, отражающими состояние защит.

Использование порта связи RS485 дает возможность считывать, устанавливать в исходное положение и изменять уставки реле при необходимости от местного или удаленного компьютера. Реле осуществляют полную защиту от междуфазных коротких замыканий и замыканий на землю. Защита от замыканий на землю обладает повышенной чувствительностью в сетях с малыми токами замыкания на землю.

Достоинства и недостатки микропроцессорных реле

Преимущества:

1. Быстродействие.

2. Селективность.

3. Запись и воспроизведение аварийной ситуации.

4. Изменение уставки срабатывания и переход на другую характеристику программными средствами.

5. Изменение конфигурации релейной защиты: включение/отключение отдельных функций.

6. Замена целой группы обычных электромеханических реле.

7. Более высокую чувствительность к аварийным режимам, чем электромеханические реле.

8. Более высокая надежность статических микропроцессорных реле по сравнению с электромагнитными реле, содержащими механически перемещающиеся элементы.

Недостатки:

1. Нет защиты от системной ошибки.

2. Требуют обновления программного обеспечения.

3. Необходим квалифицированный обслуживающий персонал.

4. Очень высокая чувствительность, приводит к ложным срабатываниям.

5. Высокая стоимость.

6. Неремонтнопригодность реле в полевых условиях.

Терминал максимальной токовой защиты типа MiCOM P123

Для рассчитываемых подстанций применяем микропроцессорные реле серии MiCOM компании AREVA T&D (Франция).

В конструкции данной серии использованы последние разработки в области цифровых технологий для релейной защиты. Серия реле MiCOM объединяет широкий диапазон устройств предназначенных для использования в качестве устройств релейной защиты автоматики и управления разнообразного оборудования энергосистем.

Каждое из реле серии разработано с использованием общей аппаратной платформы и программного обеспечения, для обеспечения высокой степени совместимости между отдельными реле серии.

Реле разработано с целю обеспечения большей функциональности в отношении релейной защиты, измерений электрических параметров, а также автоматики и управления в сети среднего напряжения. Эти реле могут быть использованы не только в электроустановках потребителей и распределительной сети среднего напряжения, но также и в сети высокого и сверхвысокого напряжения.

Реле может быть использовано в сетях с импедансным заземлением нейтрали, в системах с резонансной настройкой, например катушка Петерсена, а также в системах с изолированной нейтралью и системах с глухозаземленной нейтралью.

Защиты от однофазных и междуфазных замыканий имеют как мгновенные ступени так и ступени с выдержками времени. Первые и вторые ступени защит от однофазных и междуфазных замыканий могут использовать независимые или обратнозависимые характеристики срабатывания.

Функции поддерживаемые реле MiCOM P123

1). Трехфазная МТЗ

2). Токовая защита от замыканий на землю, с торможением и без торможения

3). Тепловая защита (по эффективному значению тока)

4). Защита от минимального тока

5). Обратная токовая защита

6). Защита от обрыва проводника

7). Отстройка от броска тока при включении (функция пуск-наброс)

8). Вывод на выходные реле сигналов пуска ступеней

9). «Самоподхват» (фиксация срабатывания) выходных реле

10). Количество групп уставок - 2

11). Контроль цепи отключения

12). УРОВ (Устройство резервирования отказа выключателя)

13). Ускорение при включении на КЗ

14). Местное/дистанционное управление выключателем

15). Контроль технического состояния выключателя

16). Логика блокирования

17). Логика селективности схемы

18). Многократное АПВ

19). Программный выбор прямого или обратного чередования фаз

20). Измерение эффективных значений тока

21). Измерение максимальных значений тока и среднего тока за заданный период

22). Регистратор событий

23). Запись мгновенных значений

24). Регистратор аварий

25). Осциллограф

26). Интерфейс RS 232 (на переднейпанели) для связи с реле по месту установки с помощью ПО MiCOM S1

27). Интерфейс RS 485 (с обратной стороны) для удаленной связи (Modbus RTU, IEC 60870-5-103, Courier, DNP3.0)

Функции МТЗ и ЗНЗ

Терминал MiCOM P123 обеспечивает максимальную токовую защиту с независимыми или обратнозависимыми характеристиками срабатывания.

Каждый из токовых входов защиты от замыкания на землю или от междуфазных замыканий имеет три независимые ступени с выдержками времени срабатывания. Первая и вторая ступени защиты могут работать с независимыми или зависимыми от тока характеристиками срабатывания по кривым IEC (МЭК), IEEE/ANSI, CO, RI и RECT. Третья ступень защиты может работать только с независимой характеристикой и с возможностью выбора режима работы по мгновенным (пиковым) значениям тока. Ступени токовой защиты от замыканий на землю имеют аналогичные ступени задания уставки независимые от уставок МТЗ.

Отключение от защиты происходит в случае если:

* Фазный ток превысил заданную уставку

* Истекла выдержка времени

* Отсутствует сигнал блокирования данной ступени от функции логического блокирования.

Рисунок 11 - Функциональная схема срабатывания ступеней защиты.



МТЗ без выдержки времени

Для обеспечения быстрого отключения при большом насыщении трансформаторов тока, решено, что самые грубые ступени защиты третьи ступени должны работать по методу быстрого преобразования Фурье дополненного выборками тока. Оба алгоритма могут работать в режимах сильного насыщения трансформаторов тока. Однако, при больших начениях отношения X/R, рекомендуется использовать метод основанный на выборках сигнала.

Пусковой (мгновенный) орган срабатывает, как только ток превышает значение уставки ступени МТЗ (ЗНЗ). Этот сигнал означает, что МТЗ (ЗНЗ) определила наличие повреждения и начался отсчет выдержки времени связанной с данной уставкой. Эта выдержка времени может быть блокирована подачей на дискретный вход реле сигнала связанного с данной ступенью. Работа ступени на отключение будет блокирована, при условии, что этот вход, назначенный на блокирование, активирован контактами выходного реле присоединения на котором произошло повреждение, которое и должно его локализовать. Этот принцип согласования защит известный как «Логика блокирования» или просто «Блокирование.

Взаимная блокировка ступеней

Данная функциональная возможность становится доступной только при использовании инверсной характеристики для первой ступени защиты от замыканий на землю. Для обеспечения селективности, срабатывание (превышение уставки) 2-й или 3-й ступени блокирует выходной сигнал отключения от первой ступени.



Ступени с независимой выдержкой времени срабатывания

Три ступени МТЗ (ЗНЗ) могут работать с фиксированной выдержкой времени. Полное время срабатывания состоит из времени, заданного в качестве уставки плюс время срабатывания выходного реле (обычно порядка 20 - 30мс; 20мс в случае двукратного тока по отношению к уставке) и время, необходимое для установления факта превышения уставки по току (максимум 20мс при частоте 50Гц).

Уставка “Сброс времени” задает время, через которое сбрасывается таймеры отсчета выдержки времени первой и второй ступеней (МТЗ и ЗНЗ).

Ступени с зависимыми выдержками времени срабатывания

Первая и вторая ступени МТЗ (ЗНЗ) могут быть установлены на работу с зависимыми характеристиками времени. Выдержка времени рассчитывается по специальной формуле.

Всего доступно для выбора одиннадцать инверсных характеристик.

Таймер сброса

Первые ступени МТЗ, ЗНЗ ) оснащены таймером возврата. Фиксированный интервал времени устанавливает минимальное время в течении, которого ток может быть менее 95% от уставки прежде чем таймер ступени связанный с этой уставкой МТЗ (ЗНЗ) будет сброшен.

Согласование защит по времени срабатывания

Выбор параметров характеристики при использовании зависимых характеристик срабатывания выполняется таким образом, чтобы реле, расположенное ближе к меступовреждения, срабатывало быстрее реле, расположенных ближе к источнику питания.

Если согласование защит выполнено правильно, то при отказе реле, расположенного ближе к месту повреждения, должно сработать более удаленное от реле. Ступень селективности по времени обычно составляет 400мс. При таком принципе согласования защит, времена срабатывания увеличиваются по мере приближения защиты к источнику питания

Бросок тока намагничивания трансформатора

Органы ступеней могут использованы в качестве защит без выдержки времени т.е. мгновенных ступеней. Конструкция реле такова, что данные измерительные органы не реагируют на апериодическую составляющую тока переходного процесса. Принцип работы, использованный в реле позволяет задавать уставку на 35% ниже расчетного пикового значения тока возникающего при постановке трансформатора под напряжение. В первом приближении, пиковое значение тока составляет обратную величину от последовательного реактанса трансформатора выраженного в относительных единицах.

Блокировка броска тока намагничивания трансформатора

В тех случаях применения, когда чувствительность защит максимального тока должна быть установлена ниже ожидаемого броска тока намагничивания, может быть

использована функция блокировки позволяющая предотвратить излишнее срабатывание ступеней МТЗ, ЗНЗ и/или ТЗОП от броска тока намагничивания. В условиях броска тока намагничивания трансформатора вторая гармоника может составлять до 70% от тока протекающего при постановке трансформатора под напряжение.

В общем случае, уставка содержания второй гармоники в токе порядка 15% - 20% может считаться типовой, т.е. пригодной для большинства случаев применения. При установке больших значений уставки блокировка от броска тока намагничивания может не сработать при низких уровнях тока второй гармоники, что в свою очередь может привести к нежелательному срабатыванию максимальной токовой защиты при включении трансформатора под напряжение. Аналогичным образом, слишком низкое значение уставки может привести к тому что блокировка от броска тока намагничивания может заблокировать работу защиты при некоторых видах внутренних повреждений трансформатора со значительной величиной тока второй гармоники.

Блокируемая максимальная токовая защита

Этот тип защиты может применяться для радиальной сети при отсутствии или незначительной подпитке КЗ с противоположного конца линии. В случае параллельных линий, кольцевой сети и при значительной подпитке от генераторов, необходимо применять направленные защиты.

В таком случае как вышестоящее, так и нижестоящее реле могут иметь одинаковые уставки по току и времени, поскольку при использовании функции блокирования, автоматически обеспечивается согласование защит. В случае если нижестоящее реле обнаруживает отказ своего выключателя, то оно снимает сигнал блокировки с вышестоящего реле, т.е. вышестоящее реле деблокируется при работе УРОВ нижестоящего реле.

Таким образом при КЗ за реле С, его пусковой орган блокирует работу реле В, а его пусковой орган блокирует работу реле А. Следовательно, все три реле могут иметь одинаковые уставки по току и времени срабатывания, т.к. согласование обеспечивается блокирующим сигналом от реле расположенного ближе к месту КЗ.

Данное построение защиты обеспечивает правильное согласование защит с минимальным временем локализации повреждения, но при этом отсутствует резервирование защит при замыкании проводов связи между реле.



Рисунок 12 - Логика блокирования блокируемой МТЗ.

Дифференциальная защита от замыканий на землю

Данная функция защиты от замыканий на землю выполнена по высокоимпедансной дифференциальной схеме, принцип действия которой основан на сравнении тока нулевой последовательности, протекающего по нейтрали трансформатора с током нулевой последовательности, протекающим в фазных обмотках трансформатора. Всякое повреждение в защищаемой зоне приведет к увеличению напряжений на вторичных обмотка ТТ, и следовательно, к срабатыванию реле защиты.

Поскольку данная схема защиты очень чувствительна, она может быть использована в тех случаях, когда ток замыкания на землю ограничен сопротивлением заземления нейтрали и когда напряжение в месте замыкания зависит от места КЗ.

Данная защита также может быть использована в сети с глухозаземленной нейтралью защиту от замыкания в любой точке обмоток трансформатора. При выполнении высокоимпеданской дифференциальной защиты по данному принципу необходимо учитывать, что сопротивление реле должно быть достаточно большим, для того чтобы дифференциальное напряжение, возникающее при внешнем замыкании было меньше напряжения достаточного для протекания в реле тока, превышающего заданную уставку.

Это позволяет обеспечить несрабатывание реле при внешних замыканиях и срабатывание при замыканиях в защищаемой зоне.

Принцип работы высокоимпедансной дифференциальной защиты

Наиболее неблагоприятным случаем, при котором защита должна оставаться стабильной является случай замыкания вне защищаемой зоны, при котором один из трансформаторов тока насыщен, а второй не насыщен.

Рисунок 13 - Принцип действия высокоимпедансной защиты.

Рекомендации по выбору уставок

Стабильность схемы при внешних замыканиях зависит от заданных характеристик реле и значения коэффициента К, в приведенном выше выражении.

Обычно принимают значение уставки при которой реле срабатывает при токе не более 30% от минимального первичного тока замыкания в сети с резистивным заземлением нейтрали. В сети с глухозаземленной нейтралью, ток уставки обычно принимается в пределах от 10 до 60% от номинального тока.

Рисунок 14 - Схема подключения высокоимпедансной защиты.

Первичный ток защиты выраженный во вторичных значениях является функцией от:

Коэффициента трансформации ТТ

Тока срабатывания реле

Количества ТТ подключенных к реле параллельно

Тока намагничивания каждого из ТТ при напряжении обеспечивающем стабильность защиты

Высокоимпедансная защита от замыканий на землю должна обеспечить стабильность при замыканиях вне защищаемой зоны и в то же время срабатывать не более чем через 40мс при замыканиях в зоне защиты при условии выполнения условий выбора трансформаторов тока и величины стабилизирующего резистора.

Схема резервирования с передачей сигнала селективного отключения

В данной схеме реле защиты ввода может отключить повреждение на фидере при отказе реле на фидере (контроль исправности реле фидера по положению сторожевого реле.



Рисунок 15 - Организация резервирования неисправности реле фидера.

При такой организации схемы резервирования, обеспечивается отключение повреждения на фидере при отказе его защиты. Если подобное резервирование не выполняется, то при отказе защиты фидера повреждение будет отключено выключателем на вводе, при этом будет погашена вся секция шин.

Реле защиты установленное на вводе помимо прочего имеет два выхода ступеней токовой защиты с выдержкой времени:

* 3-я ступень: с выдержкой 60мс (рассчитана на работу при междуфазных замыкания с большими токами повреждения)

* 2-я ступень: отстроенная от третьей ступени на ступень селективности т.е. с выдержкой времени 360мс.

Контакт выходного реле второй ступени защиты ввода включается последовательно с контактами сторожевого реле защиты фидера с действием на отключение выключателя фидера. Кроме этого, контакт выходного реле защиты ввода, срабатывающего при работе второй или третьей ступени подключен в цепь отключения выключателя ввода.

Тепловая защита от перегруза

Тепловая защита от перегруза служит для защиты электрооборудования от работы при температурах (активных частей) превышающих предельно допустимые значения.

Продолжительна работа в режиме перегруза приводит к дополнительному нагреву активных частей оборудования что в свою очередь вызывает преждевременное старение изоляции и как крайний случай ее пробой. Реле оснащены функцией моделирования теплового состояния защищаемого объекта, используя для этого измерение тока нагрузки присоединения.

Выход функции имеет две ступени, одна может задаваться с действием на сигнал, а вторая на отключение. Тепло, выделяющееся в активных частях оборудования, такого как силовой кабель или трансформатор, представляет собой активные потери. Следовательно, нагрев пропорционален квадрату тока нагрузки. Тепловая модель объекта формируемая в реле базируется на квадрате тока интегрированного по времени.

В терминалах MiCOM при моделировании теплового состояния объекта автоматически используется наибольший из фазных токов. Оборудование рассчитано на длительную работу при температуре соответствующей номинальной нагрузке, при этом выделяемое тепло уравновешивается теплом рассеиваемым в окружающую среду и т.п. Перегрев наступает когда оборудование работает в течении определенного времени с токами превышающими номинальный ток. Может быть показано, что рост температуры происходит по экспоненциальному закону с постоянной времени нагрева. Снижение температуры при охлаждении происходит аналогично по экспоненциальному закону.

Для того чтобы использовать данную защиту, необходимо знать постоянную времени нагрева/остывания защищаемого объекта.

Пуск-Наброс

Функция Пуск-наброс, предоставляет возможность на заданное время изменить выбранные пользователем уставки ступеней максимальной токовой защиты таким образом, чтобы исключить пуск/срабатывание реле вследствие увеличения тока нагрузки, которое может произойти при включении, например, значительной отопительной нагрузки после длительного отключения энергоснабжения или при включении двигательной нагрузки с большими кратностями пускового тока.

При включении фидера, в течении некоторого времени ток может значительно превышать ток нормального нагрузочного режима. Вследствие этого, максимальные токовые защиты, рассчитанные для защиты от коротких замыканий, могут неправильно срабатывать.

Функция Пуск-Наброс служит для повышения выбранных пользователем уставок ступеней на заданное время. Это позволяет приблизить уставки защит к токам нагрузки путем автоматического повышения порога срабатывания в момент включения фидера. Данная функция обеспечивает стабильность защиты (отсутствие пусков и срабатываний) без поиска компромиссных уставок (загрубление, отстройка по времени и т.п.).

Отопительная/охладительная нагрузка

Если фидер питает отопительную или охладительную нагрузку, то могут возникнуть трудности с выбором уставок максимальных токовых защит одинаково приемлемых для нормального и пускового режимов. Проблема заключается в непродолжительном увеличении тока (по отношению к току нормального режима) вслед за включением фидера под нагрузку. Функция Пуск-Наброс, в данном случае, используется для временного повышения выбранных уставок на это время.

При введенной в работу функции Пуск-Наброс, выбираются только те ступени, которые могут неправильно работать в пусковой период. Степень изменения уставки (повышение/понижение) задается в процентах от нормального значения уставки.

По истечении этого времени уставки возвращаются к исходным значениям.

При кратковременных перерывах питания нагрузки чаще всего нет необходимости в изменении уставок. В этих случаях функция Пуск-Наброс не активизируется.

Двигательная нагрузка

В общем случае, на фидерах питающих двигательную нагрузку, используются специализированные защиты двигателей, такие как MiCOM P220, P225 или Р241.

Однако, если по каким-то причинам (возможно по экономическим), такие реле не используются, то в таком случае, функция ПускНаброс, интегрированная в MiCOM P123, может быть использована для изменения уставок токовых защит на время пуска двигателей.

В зависимости от кратности и длительности пускового тока, возможно достаточно лишь блокировать работу мгновенных ступеней (работающих без выдержки времени). Но если время пуска сопоставимо с выдержками времени замедленных ступеней защиты, необходимо повышать уставку таких ступеней на время пуска. Таким образом для адаптации токовых защит к пусковым режимам могут быть использованы возможности как блокирования так и временного изменения уставки ступеней. Выбор уставок функции Пуск-наброс необходимо выполнять в соответствии с пусковыми характеристиками электродвигателей.

Как было сказано ранее, функция Пуск-Наброс включает возможность повышения уставки первой ступени защиты от замыканий на землю. Это может оказаться полезным в случае если мгновенная ступень защиты от замыканий на землю должна быть включена в состав защит электродвигателя. При пуске двигателя, данная защита может работать некорректно в связи с различным насыщением ТТ по фазам.

Насыщение одного или нескольких ТТ пусковым током ведет к небалансу вторичных токов ТТ, который обнаруживается токовым органом ЗНЗ. В таком случае либо вводится замедление на срабатывание защиты либо используется последовательно включенный резистор стабилизации.

Функция Пуск-Наброс предоставляет возможность выбора меньших выдержек времени и уставок по току срабатывания защиты от замыканий на землю по условиям работы в нормальном режиме. Эти уставки могут быть автоматически изменены непосредственно перед пуском электродвигателя.

Защита от замыкания на землю для трансформатора

При подключении реле защиты от замыканий на землю к ТТ собранным по схеме фильтра 3Io для защиты силового трансформатора со схемой соединения обмоток треугольник-звезда, согласование с другими защитами не требуется т.к. имеется обмотка соединенная в треугольник. Однако для обеспечения стабильности реле в переходных режимах при постановке трансформатора под напряжение, устанавливается замедление на срабатывание ЗНЗ или используется резистор стабилизации.

Функция Пуск-Наброс может быть использована по аналогии с описанном выше применением для электродвигателя. Следует отметить, что этот метод не обеспечивает стабильность ЗНЗ при асимметричном насыщении трансформаторов тока вызванном несимметричным КЗ. Если возникает такая проблема, то лучшим решением будет использование резистора стабилизации.

Защита при включении на повреждение

В некоторых случаях требуется ускорение отключения при включение выключателя на короткое замыкание. Такие ситуации могут возникнуть при включении на неустранившееся повреждение или на оперативное заземление не снятое после выполнения ремонтных работ. В обоих случаях ускоренное отключение повреждения является более предпочтительным, чем ожидание отключения с выдержкой времени определяемой независимой или обратнозависимой характеристикой срабатывания ступени.

Рисунок 16 - Логическая схема функции защиты при включении на повреждение.

Активирование функции возможно по одному из следующих сигналов:

* Команда «Оперативное включение» генерируемая при активировании логического входа назначенного как «Ручное включение».

* Команда «Оперативное включение» посланная дистанционно (по сети)

* Логический сигнал включения выключателя от внутренней функции АПВ.

При появлении хотя бы одного из трех данных сигналов, запускается таймер функции с фиксированной выдержкой времени на возврат 500 мс.

Если в течении времени работы данного таймера произойдет превышение уставки одной из связанных с функцией ступеней защит (I>> или I>>>), запускается таймер задержки на срабатывание. Регулируемая задержка срабатывания может быть востребована в отдельных случаях, например, если требуется выполнить согласование по времени со второй или третьей ступенью.

Задержка действия на отключение от данной функции может быть также необходима в случаях значительных переходных процессов, например, при неодновременном включении всех полюсов выключателя, а также в случаях не включается мгновенно.

Таймер можно также рассматривать как таймер ввода ускорения ступеней МТЗ связанных с функцией включения. Если отключение от включения происходит в период работы таймера готовности АПВ, то данное отключение классифицируется как завершающее отключение от АПВ и, следовательно, дальнейшие попытки включения от АПВ блокируются. Если до истечения выдержки времени таймера ток снижается ниже уставки ступени (I>> или I>>>) пустившей включение, то таймер.

Режим местное/дистанционное включение

Основной целью выбора режима/места управления является обеспечение блокировки команд посланных дистанционно. Это необходимо для обеспечения безопасности выполнения работ на оборудовании.

Для этого используется логический вход реле назначенный как режим «местный». При активировании дискретного входа назначенного для выбора режима управления, все записывающие команды передаваемые по каналам связи (запись новых уставок, команды управления выключателем и т.д.) игнорируются реле во избежание нежелательного вмешательства извне в режиме местного управления.

Сигналы синхронизации времени продолжают поступать в реле, поскольку они не оказывают действия ни на выходные реле ни на работу выключателя. Если данный дискретный вход не активен, все записывающие команды передаваемые дистанционно воспринимаются реле.



Выбор рабочей группы уставок

В реле имеется две группы уставок относящихся к функциям защиты, именуемые УСТАВКИ 1 и УСТАВКИ 2. В реле может быть активна лишь одна из групп. Во избежание излишней работы реле на отключение и пр., переход на другую группу уставок выполняется только, если ни одна из функций защит или автоматики в данное время не запущена (за исключением функции тепловой защиты от перегруза).

Если же сигнал на переключение групп уставок поступил в тот момент когда какая либо из функций отрабатывает свою задачу, поступившая команда запоминается и переключение групп уставок будет выполнено пока не истечет время всех запущенных таймеров, т.е. не останется запущенных функций защиты или автоматики.

Схема логической селективности

При использовании схемы логической селективности, пусковые органы нижестоящего реле используются для увеличения выдержки времени вышестоящего реле вместо его блокирования. Такое решение является альтернативой последовательному согласованию максимальных токовых защит. Этот принцип обеспечения селективности представляется более знакомым в ряде энергосистем, нежели принцип логического блокирования МТЗ изложенный ранее см. рис. 12.

Функция Логической селективности увеличивает на заданную величину выдержку времени второй и третьей ступеней МТЗ, защиты от замыканий на землю (по вычисленным или измеренным значениям тока нулевой последовательности) и чувствительной ЗНЗ.

Для того, чтобы контакты пусковых органов (нижестоящих реле) успели инициировать изменение уставки выдержки времени (вышестоящего реле), вторая и третья ступени должны иметь номинальные (расчетные) выдержки времени срабатывания.

Рекомендации по выбору минимальной выдержки времени идентичны тем, что приведены для схем с логическим блокированием максимальных токовых защит.

Таймеры имеют независимые уставки регулируемые в диапазоне от 0 до 150с.

МТЗ обратной последовательности

При использовании традиционных защит максимального тока, уставка по току должна быть всегда выше максимального тока нагрузки, тем самым ограничивая чувствительность таких защит. Во многих системах защиты используются также защиты от замыканий на землю реагирующие на ток нулевой последовательности, что улучшает чувствительность системы защиты к однофазным замыканиям. Однако могут возникнуть повреждения, которые данными схемами не определяются.

Всякое несимметричное замыкание сопровождается наличием тока обратной последовательности различной величины. Следовательно, защита реагирующая на ток обратной последовательности может быть использована как для защиты от междуфазных так однофазных замыканий.

Здесь рассматривается вопрос применения максимальной токовой защиты обратной последовательности в дополнение к стандартной МТЗ и ЗНЗ с целью преодоления сложностей возникающих при выполнении системы защиты.

1). МТЗ обратной последовательности обладает более высокой чувствительностью к междуфазным замыканиям через активное сопротивление, которые могут не чувствовать традиционная МТЗ

2). В некоторых случаях, ток нулевой последовательности может быть недостаточен для работы традиционной защиты от замыканий на землю из-за конфигурации сети. Например, традиционное реле защиты от замыканий на землю, подключенное со стороны треугольника трансформатора со схемой соединения обмоток звезда-треугольник, не чувствует однофазные замыкания со стороны звезды трансформатора. Однако, ток обратной последовательности присутствует с обоих сторон трансформатора независимо от схемы соединения его обмоток. Следовательно, максимальная токовая защита обратной последовательности с выдержкой времени, может быть использована в качестве резервной защиты от всех несимметричных замыканий не определенных другими защитами.

3). В тех случаях, когда вращающиеся электрические машины защищаются предохранителями, сгоревший предохранитель приводит к появлению значительного тока обратной последовательности. МТЗ обратной последовательности может быть использована в качестве эффективной защиты для резервирования специализированных защит электрических двигателей.

4). В некоторых случаях требуется лишь сигнализировать о появлении в системе составляющих тока обратной последовательности. Оперативный персонал, получивший сигнал, выясняет причину несимметрии.Функция МТЗ обратной последовательности предусматривает задание уставки по току срабатывания и времени замедления.

Определение обрыва провода

Большинство повреждений случающихся в системе это замыкание одной фазы на землю или между двумя фазами и землей. Такой вид повреждений известен как шунтовые замыкания, которые могут возникнуть в результате разряда молнии или других перенапряжений вызывающих перекрытие или пробой изоляции. С другой стороны, причиной таких замыканий могут быть птицы на линиях электропередачи или механические повреждения кабелей и т.п. Такие виды повреждений сопровождаются значительным увеличением тока и в большинстве случаев легко определяются защитами.

Другим типом несимметричных повреждений являются последовательные повреждения или обрыв цепи. Подобные повреждения могут быть результатом обрыва провода, неправильной работой одного из полюсов выключателя или срабатыванием предохранителей. Последовательные повреждения не сопровождаются увеличением тока и следовательно не определяются стандартными максимальными токовыми защитами. Тем не менее, такие повреждения являются причиной появления несимметрии и следовательно вызывают протекание тока обратной последовательности, который может быть использован для определения повреждения.

Токовая защита обратной последовательности может быть использована для определения подобных повреждений. Однако, на слабо нагруженной линии, ток обратной последовательности, появляющийся в результате последовательных (сериесных) повреждений, может быть близок или даже меньше чем ток обратной последовательности нагруженной линии, вызванных погрешностями трансформаторов тока, несимметрией нагрузки и т.п. Следовательно, пусковой орган токовой защиты обратной последовательности не будет работать в режиме незагруженной линии.

В терминалах интегрирован измерительных орган, реагирующий на отношение токов обратной и прямой последовательности. Такое измерение в меньшей степени, чем просто измерение тока обратной последовательности, зависит от режима работы линии, поскольку отношение токов примерно постоянная величина при различных нагрузках. Следовательно, обеспечивается большая чувствительность защиты.

Работа функции определения обрыва провода запрещается, если в каждой из фаз протекает ток менее 10% номинального тока (реле)



Описание АПВ и рекондации по выбору уставок

Анализ повреждений возникающих на линиях электропередач показывает, что 80-90% из них носят неустойчивый характер.

Неустойчивые повреждения, например, перекрытие изоляции, являются самоустраняющимися повреждениями, не наносящими ущерба оборудованию.

Повреждения такого типа могут быть устранены путем отключения одного или нескольких выключателей и после восстановления напряжения повреждение отсутствует. Наиболее частой причиной подобных повреждений являются удары молнии. Другими причинами замыканий могут быть схлестывание проводов или мусор, заброшенный на провода ветром. Остальные 10-20% повреждений составляют непостоянные (дуговые) или постоянные.

Непостоянные повреждения могут быть вызваны небольшой веткой дерева упавшей на линию. В таком случае причина вызвавшее замыкание не может быть устранена путем немедленного отключения КЗ, но может быть исчезнуть (сгореть) при локализации повреждения защитами с выдержкой времени.

К постоянным повреждениям можно отнести такие повреждения как обрыв провода, замыкание в трансформаторе, замыкания в кабеле и электрическом двигателе. Такие повреждения должны быть локализованы, а повторная подача напряжения возможна лишь после устранения повреждения.

В большинстве случаев возникновения КЗ, линия вновь ставится под напряжение, если повреждение отключено без замедления и обеспечена достаточная бестоковая пауза необходимая для деионизации изоляционного промежутка. Автоматика повторного включения служит для автоматического повторного включения коммутационного аппарата по истечении заданного времени, истекшего с момента отключения от устройств релейной защиты и применяется в тех случаях, когда преобладают неустойчивые, непостоянные замыкания.

АПВ в распределительной сети высокого и среднего напряжения применяется в основном в сети с радиальной конфигурацией, т.е. там, где не возникает проблема нарушения устойчивости в системе. Основные преимущества в использовании АПВ сводятся к следующему:

* Сокращение времени перерывов в энергоснабжении

* Сокращение эксплуатационных расходов - меньше человеко-часов на ремонт повредившегося оборудования, и возможность эксплуатации подстанций без дежурного персонала. При использовании АПВ, шире используются защиты, работающие без выдержки времени, что сокращает время протекания тока КЗ и, соответственно, уменьшает объем повреждений и снижает количество развития неустойчивых замыканий в устойчивые.

Поскольку 80% замыканий на воздушных линиях электропередачи носят неустойчивый характер, исключение перерывов в энергоснабжении в результате таких повреждений является несомненным преимуществом применения АПВ. Кроме этого, использование АПВ позволяет эксплуатировать часть подстанций без дежурного персонала. При этом сокращается количество посещений необслуживаемых подстанций для ручного включения выключателей после отключения повреждений, что особенно актуально для удаленных объектов.

Важным преимуществом использования АПВ на линиях с защитами согласованными по времени действия состоит в возможности использования ступеней без выдержки времени для первого отключения. При быстром отключении, длительность горения дуги возникшей в результате замыкания, сокращается до минимума, уменьшая тем самым повреждения оборудования или вероятность перехода неустойчивого повреждения в устойчивое.

Использование защит с малыми выдержками времени, кроме того, предотвращает перегорание предохранителей и сокращает объем технического обслуживания коммутационных аппаратов из-за меньшего их нагрева токами КЗ.

При рассмотрении вопроса применения АПВ на комбинированных фидерах состоящихиз кабельной и воздушных линий, необходимо принимать решение основываясь навероятности неустойчивых повреждений. Если большая часть повреждений носит устойчивый характер, то применение АПВ не принесет большой выгода потому, что повторное включение поврежденного кабеля приведет к еще большему повреждению.

Количество попыток АПВ

В каждом конкретном случае вопрос о кратности АПВ рассматривается индивидуально, поскольку не существует универсального решения. Обычно в сетях среднего напряжения используют только двукратное или трехкратное АПВ. Однако, внекоторых странах, можно встретить и четырехкратное АПВ. При выполнении четырехкратного АПВ последняя бестоковая пауза задается достаточно продолжительной для того чтобы гроза успела пройти до последней попытки восстановления энергоснабжения. Такая организация АПВ позволяет избежать ненужной блокировки при нескольких последовательных неустойчивых повреждениях.

Обычно первое и иногда второе отключение выполняется от неселективных защит без выдержки времени, поскольку 80% всех замыканий носит неустойчивый характер.

Последующие отключения выполняются от селективных защит согласованных по времени с увеличением времени бестоковой паузы в каждом последующем цикле имея целью устранить причину замыкания, если это непостоянное замыкание.

Для определения необходимого количества циклов АПВ необходимо принять во внимание следующие факторы: Возможность выключателя выполнять последовательно несколько операций включения-отключения и эффект от такой работы на периодичность обслуживания.

Продолжительность бестоковой паузы определяю следующие факторы:

1. Нагрузка

2. Выключатель

Время готовности АПВ

К факторам, определяющим выбор уставки таймера готовности АПВ относятся:

* Перерывы энергоснабжения - большое время готовности АПВ может привести нежелательному обесточиванию потребителей при неустойчивых КЗ

* Вероятность КЗ/Накопленный опыт - в тех случаях, когда высока вероятность замыканий в результате ударов молнии, требуется небольшое время готовности АПВ, во избежание ненужной блокировки при неустойчивых КЗ

* Время завода пружин - в случая использования быстрого АПВ, время готовности должно быть достаточным для запаса необходимого количества энергии в приводе выключателя для выполнения операций.

* Техническое обслуживание - излишняя работа коммутационных аппаратов, вызванная малым временем готовности АПВ ведет к сокращению межремонтных сроков. Минимальное время готовности АПВ не менее 5с может потребоваться выключателю, выполнившему операции отключение - включение для повторной готовности к выполнению цикла отключение - включение - отключение. Это время зависит от технических характеристик выключателя.

Чувствительная защита от замыканий на землю используется для определения замыканий с большое активное сопротивлением и обычно имеет большую выдержку времени, порядка 10-15с. Возможно необходимо принять во внимание время работы этой защиты, если разрешено АПВ после ее срабатывания в течении работы таймера времени готовности АПВ и при этом таймер готовности не блокируется сигналом пуска этой защиты. Чувствительная защита предназначена работать в таких случаях как, например, замыкание оборванного провода на сухой грунт или деревянный забор.

Такие замыкания не являются неустойчивыми и могут представлять опасность для населения. Обычной практикой является блокирование АПВ при работе чувствительной защиты от замыканий на землю и блокирование включения выключателя.

Контроль технического состояния выключателя

При проведении очередного технического обслуживания выключателей необходимо убедиться в исправности цепи отключения и работоспособности привода выключателя, а также в том, что отключающая способность выключателя не снизилась до недопустимого уровня из-за ранее выполненных отключений токов короткого замыкания. Чаще всего техническое обслуживание выполняется в соответствии с заданной периодичностью или по факту выполнения определенного количества отключений токов короткого замыкания. Такой метод обслуживания ведет к сокращению межремонтных сроков для поддержание выключателя в технически исправном состоянии в течении всего межремонтного периода и следовательно к увеличению затрат на техническое обслуживание.

В реле регистрируется статистическая информация по выключателю, связанная с каждым отключением короткого замыкания, что позволяет более корректно контролировать техническое состояние выключателя. При каждом отключении выключателем тока короткого замыкания, реле записывает статистическую информацию приведенную в таблице в соответствии с меню контроля состояния выключателя.

Показания счетчиков контроля технического состояния выключателя обновляются всякий раз при формировании команды отключения.

Уставка по сумме отключенных токов У In

В тех случаях, если линии электропередачи, оснащенные масляными выключателями, подвержены частым коротким замыканиям, замена масла в коммутационных аппаратах в значительной степени определяет стоимость обслуживания распределительного устройства. В общем случае, замена масла производится после выполнения выключателем определенного количества операций по отключению токов короткого замыкания. Однако это может привести к неоправданно частой замене масла, если отключались токи меньшие чем расчетные и следовательно ресурс масла не исчерпан полностью.

Сумматор токов отключаемых каждым из полюсов выключателя У In служит для более точной оценки состояния дугогасящих камер выключателя.

Уставка по предельному количеству выполненных операций отключения

Каждая операция (включение/отключение) ведет к некоторому износу его механизмов. Следовательно, текущее обслуживание выключателя, например, смазка механизмов, может базироваться на подсчете количества выполненных операций. Следовательно, задание соответствующей уставки с действием на сигнал позволяет информировать эксплуатационный персонал о необходимости выполнения превентивного обслуживания данного выключателя. Вторая ступень функции подсчета количества операций может быть задана на блокирование команды включения выключателя в случае не выполнения необходимого технического обслуживания. В этом случае наступает блокирование команд на включение выключателя, если не выполнено техническое обслуживание выключателя в соответствии с инструкциями завода-изготовителя.

Уставка по времени выполнения операции

Замедление во времени выполнения операции может служить признаком необходимости ревизии привода выключателя. Реле обеспечивает сигнализацию в том случае если выключатель выполняет операции в временем превышающим заданное значение уставки регулируемое в диапазоне от 100 мс до 5с. Значение задаваемой уставки определяется техническими характеристиками выключателя.

Защита от минимального тока

В реле предусмотрены два измерительных органа минимального тока. Один из них предназначен для определения отказа выключателя. Второй орган может быть использован для выполнения защиты минимального тока используемой для

предотвращения повреждения или прекращения дальнейшего повреждения оборудования электроустановки. Типовое использование функции контроля минимального тока это контроль потери нагрузки. Функция защиты минимального тока доступна только в случае если к реле подключен блок-контакт выключателя контролирующий положение выключателя.



Рисунок 17 - Схема защиты от минимального тока.

Контроль цепи отключения

Цепь отключения расположена в основном вне корпуса реле и проходит через ряд устройств как, например, предохранители, накладки, контакты реле и т.п.

Принимая во внимание важность данной цепи, необходимо выполнять постоянный контроль ее целостности. Простейшим решением данной задачи является лампа с последовательно включенным резистором включенная параллельно контактам выходного реле отключения.

Рисунок 18 - Контроль цепи отключения и блок-контактов выключателя.

Ввод в работу функции контроля цепи отключения выполняется в меню реле. Затем один из свободных логических (опто) входов терминала конфигурируется на прием необходимой информации. Затем данный логический вход физически подключается к контролируемой цепи согласно одной из приведенных ниже схем.

Если функция контроля цепи отключения введена, терминал выполняет постоянный контроль целостности цепи отключения выключателя вне зависимости от положения выключателя (включен или отключен). Функция контроля введена (активна) в том случае, когда выходное реле отключения (RL1) находится в несработанном положении и автоматически выводится (не активна), если срабатывает выходное реле отключения (RL1). Сигнализация о нарушении целостности цепи отключения появляется, если на логическом (опто) входе терминала, назначенном для контроля цепи отключения, напряжение исчезает на время большее чем задано уставкой таймера данной функции в меню реле. Поскольку данная функция автоматически выводится при срабатывании выходного реле отключения (RL1), она также применима, если в терминале используется функция фиксации срабатывания («самоподхват») выходных реле.

Регистратор событий

Терминал выполняет запись с привязкой по времени до 250 событий, записи которых хранятся в энергонезависимой памяти (флэш-память). Это предоставляет дополнительную возможность восстановления последовательности событий произошедших с участием данного терминала при изменениях режимов работы системы, выполнении операций по переключениям, изменению уставок и т.п. При исчерпании доступного объема памяти, последние события замещают самые старые события. Часы реального времени, встроенные в терминал, используются в том числе и для привязки по времени всех событий с разрешением в 1мс.



Регистратор аварий

Запись регистратора аварий формируется и сохраняется в памяти при каждом превышении какой либо из заданных уставок. Регистратор аварий фиксирует и сохраняет в энергонезависимой памяти (флэш-память) до двадцати пяти записей аварий. Это позволяет оператору лучше понять и проанализировать аварии в энергосистеме. При исчерпании доступного объема памяти, последняя запись замещает самую старую.

Регистратор мгновенных значений

При каждом превышении значения одной из заданных уставок выполняется запись мгновенных значений сигналов. Записи мгновенных значений выводятся на дисплей в меню. При этом доступны последние пять пусков защит с указанием причины пуска (вида и ступени защиты) и длительности режима.

Запись переходных режимов

Встроенный осциллограф имеет выделенную область памяти для выполнения записей переходных режимов. Выделенный объем памяти позволяет записать до пяти осциллограмм длительностью по три секунды. Записи выполняются до исчерпания свободной памяти; при последующих пусках осциллографа, последняя запись вытесняет самую старую. Осциллограф записывает данные измерения мгновенных значений сигналов с частотой 32 выборки за секунду. Каждая запись осциллографа состоит из записей аналоговых дискретных сигналов. Полное время записи (3,0 сек) состоит из времени доаварийной записи и записи после пуска осциллографа. Например, уставки по умолчанию задают время доаварийной записи равным 100мс, а время послеаварийной записи равно 2,5с. Следовательно, общая продолжительность осциллограммы составит 2,6с.

Измерение максимального и среднего потребления

1). Среднее потребление.

Принцип расчета среднего потребления по токам IA, IB и IC :

? Расчет среднего среднеквадратичного значения за интервал времени, определяемый уставкой.

2). Максимальное потребление.

Принцип расчета максимальных значений токов IA, IB, и IC заключается в следующем:

Каждое новое среднее значение тока рассчитанное в подпериоде сравнивается со средним значением рассчитанным в предыдущем подпериоде. Если новое значение больше чем ранее сохраненное значение, то вместо прежнего значения сохраняется новое. И наоборот, если новое значение меньше чем ранее сохраненное значение, то сохраняется ранее сохраненное значение. Таким образом максимальное из средних значений тока обновляется в каждом подпериоде.

Требования к трансформаторам тока

Требования к трансформаторам тока основаны на предположении, что максимальный ток замыкания в 50 раз больше номинального тока реле (In) при том, что уставка ступени без выдержки времени равна 25In. Трансформатор тока должен обеспечивать работу всех органов устройства защиты.



Таблица 61 - Требования к трансформаторам тока.

Номинальный ток ТТ	Номинальная нагрузка ТТ	Класс точности	Коэффициент максимальной погрешности	Максимальное сопротивление проводов, Ом
1 А	2,5 ВА	10Р	20	1,3
5 А	7,5 ВА	10 Р	20	0,11

В случае если условия применения реле более тяжелые чем сказано выше или фактическое сопротивление соединительных проводников выше чем указано в таблице, то требования к трансформаторам тока должны быть повышены в соответствии с приведенными ниже формулами.