Микропроцессорные защиты элементов подстанции

7.2 Требования

Для защиты шин чрезвычайно важно обеспечить надежность несрабатывания, поскольку излишнее срабатывание может привести к серьезным последствиям. Излишнее срабатывание реле дифференциальной защиты шин приведет к отключению всех элементов энергосистемы, подключенных к шине. С другой стороны, реле также должно быть надежным. Отказ от срабатывания или медленное действие дифференциального реле в случае реального внутреннего повреждения может иметь неотвратимые последствия. Вот неполный перечень таких последствий: травматизм, полное отключение энергосистемы, нарушение устойчивости или значительное повреждение соседнего с подстанцией оборудования, а также соседних генераторов.

Поэтому защиты шин должна удовлетворять следующим требованиям:

1) Защита должна быть абсолютно устойчивой во время внешних повреждений. Внешние повреждения встречаются гораздо чаще внутренних повреждений. Величина токов внешних повреждений может быть определена максимальной мощностью КЗ. Сильное насыщение ТТ вследствие высоких постоянных времени в составляющих тока и/или остаточной намагниченности при внешних повреждениях не должны привести к неправильному действию дифференциальной защиты шин.

Надежность несрабатывания при внешних повреждениях должна быть чрезвычайно устойчивой вследствие сильного влияния на всю работу сети.

2) Защита должна иметь как можно меньшее время срабатывания для минимизации повреждения, минимизации опасности и вероятного травматизма людей, работающих на подстанции в момент внутреннего повреждения, а также для обеспечения устойчивости системы.

3) Защита должна обнаруживать внутренние повреждения и надежно срабатывать при внутренних повреждениях даже при сильном насыщении ТТ. Кроме того, защита должна быть достаточно чувствительной для работы даже при минимальных токах повреждения, которые иногда могут быть ниже максимальных токов нагрузки.

4) Защита должна быть селективной, т.е. в состоянии обнаруживать повреждения и отключать только поврежденную часть системы шин.

5) Защита не должна ложно срабатывать из-за неисправности блок-контактов, вероятных ошибок персонала, повреждений во вторичных цепях и т.д.

7.3 Дифференциальная защита шин

Базовой концепцией для любого дифференциального реле является сумма всех токов, которые притекают в зону защиты и вытекают из нее, и которая должна быть равна нулю. Если это условие не выполняется, то это соответствует внутреннему повреждению. Это практически прямое использование хорошо известного «первого закона Кирхгофа». Однако дифференциальные реле защиты шин измеряют не первичные токи в высоковольтных проводниках, а вторичные токи трансформаторов тока с магнитным сердечником, которые установлены во всех высоковольтных ячейках, подключенных к шинам. Поэтому дифференциальное реле защиты шин является уникальным с той точки зрения, что в одной и той же зоне дифференциальной защиты используются ТТ зачастую с очень разными коэффициентами трансформации и классами точности. Поскольку трансформаторы тока с магнитным сердечником являются нелинейными измерительными преобразователями, то при больших токах в первичных цепях ТТ отдельные вторичные токи ТТ могут значительно отличаться от исходных первичных токов. Это происходит по причине насыщения ТТ, явления, хорошо известного инженерам-релейщикам. Во время насыщения любого из подключенных к дифференциальному реле трансформаторов тока сумма всех вторичных токов ТТ не будет равна нулю, и реле будет измерять ложный дифференциальный ток (небаланс). Это явление является преобладающим для выполнения дифференциальной защиты шин, поскольку оно может привести к ложному срабатыванию дифференциального реле.

Важным фактором для цифрового дифференциального реле является время, которое имеется в распоряжении реле для выполнение измерений перед насыщением ТТ, что позволит реле ввести необходимые поправки. Практически это означает, что реле должно выполнить измерение и принять решение в течение короткого периода времени, в течение каждого цикла энергосистемы, когда ТТ не насыщаются. Из практического опыта, полученного в ходе проверки сильного тока, это время, даже при чрезвычайно большом насыщении ТТ, для применяемых ТТ составляет около 2 миллисекунд. Исходя из этого было решено принять это время в качестве расчетного критерия в терминале RED 521, для минимального допустимого времени перед насыщением магнитного сердечника ТТ. Таким образом, требования к ТТ для RED 521 сохраняются минимальными.

Однако, если необходимые приведенные требования применять для каждого отдельного входа ТТ, подключенного к дифференциальному реле, алгоритм реле будет довольно сложным. Поэтому было решено применить опыт АББ и использовать только следующие три величины:

1. входной ток (т.е. сумма всех токов, входящих в зону защиты);

2. отходящий ток (т.е. сумма всех токов, выходящих из зоны защиты);

3. дифференциальный ток (т.е. сумма всех токов, подаваемых в зону.

защиты) как входы, используемые в дифференциальном алгоритме цифрового реле.

Три перечисленные выше величины могут быть вычислены цифровым способом из необработанных выборочных значений (т.е. 20 раз в каждом цикле энергосистемы в RED 521) от всех аналоговых входов ТТ, подключенных в дифференциальную зону. При этом эти значения имеют очень большой физический смысл, который четко описывает состояние зоны защиты во время всех режимов работы.

7.4 Дифференциальная функция защиты

Дифференциальная функция защиты в терминале RED 521 предназначена для селективной, надежной и быстрой защиты шин, генераторов, автотрансформаторов и т.д. Функция применяется для защиты установок среднего напряжения (СН), высокого напряжения (ВН) и сверхвысокого напряжения (СВН) при частоте энергосистемы 50 и 60 Гц. Данная функция может обнаруживать все типы внутренних междуфазных повреждений и повреждений фаза-земля в эффективно заземленных сетях или сетях с нейтралью, заземленной через низкое полное сопротивление, а также все внутренние междуфазные повреждения в изолированных или заземленных через высокое полное сопротивление сетях.

Входные величины

Шесть входных величин, входящих в общую дифференциальную функцию, это:

* id -мгновенный дифференциальный ток;

* iin - мгновенный ток, поступающий в зону защиты;

* iout -мгновенный ток, выходящий из зоны защиты;

* Id - среднеквадратическое значение дифференциального тока;

* Iin - среднеквадратическое значение входящего тока;

* Iout - среднеквадратическое значение исходящего тока.

Необходимо отметить, что дифференциальной функции не известно число подключенных входов ТТ в терминале RED 521.

Насыщение ТТ

Дифференциальные реле не измеряют непосредственно первичные токи, а измеряют вторичные токи в трансформаторах тока с магнитным сердечником, которые установлены в высоковольтных ячейках. Поскольку трансформатор тока является нелинейным измерительным устройством в условиях больших токов к.з. в первичной энергетической сети ТТ, вторичный ток ТТ может сильно отличаться от исходного первичного тока. Причиной этому является насыщение ТТ, явление, хорошо известное инженерам-релейщикам. Данное явление особенно важно учитывать при применении дифференциальной защиты шин, поскольку имеется вероятность ложного срабатывания реле.

Имеется еще одна сложность, связанная с большим количеством высоковольтных ТТ , которые могут соединяться с дифференциальным реле. Если необходимо проверить насыщение ТТ и предпринять необходимые меры в отношении каждого высоковольтного ТТ, включенному в зону защиты по принципу «один за другим», алгоритм дифференциальное реле будет медленным и довольно сложным. Поэтому в конструкции RED 521 используются только свойства входящего, исходящего и дифференциального токов для того, чтобы справиться с насыщением ТТ любого высоковольтного ТТ, подключенного к терминалу RED 521, как на рисунке 7.

Рисунок 7 - Логика компенсации насыщения трансформатора тока внутри терминала RED 521

Логика компенсации насыщения ТТ эффективно подавляет ложный дифференциальный ток путем анализа шести входных величин. Выход логики представляет собой измененное среднеквадратическое значение дифференциального тока Id_mod, которое имеет малое значение во время внешних повреждений, сопровождаемых насыщением ТТ или полное значение Id в случае внутреннего повреждения.

Кроме того, логика включает функцию памяти для того, чтобы справиться с полной остаточной намагниченностью ТТ в поврежденной секции воздушной линии в случае выполнения быстродействующего АПВ на устойчивое повреждение.

Критерии срабатывания

Для обеспечения надежной, но быстродействующей дифференциальной защиты в данной функции реализованы критерии многоканального отключения.

Критерии многоканального отключения следующие:

* Уровень минимального дифференциального тока (Id>Diff Oper Level);

* Критерий отключения среднеквадратического значения (Id_mod>0.53*Iin);

* Критерий мгновенного отключения на основе исключительно свойств iin, iout и id;

* Отсутствие срабатывания дискретного входа “Block”;

* Отсутствие срабатывания алгоритма анализа размыкания цепей ТТ.

Эти условия срабатывания реализуются через логический элемент И для подачи конечного сигнала отключения на контакты дискретных выходов терминала.

В целях проверки общие критерии отключения дифференциальной функции в терминале RED 521 могут быть представлены характеристикой срабатывания, как показано на рисунке 7.1.

Рисунок 7.1 - Общая характеристика срабатывания для дифференциальной функции в RED 521

Необходимо отметить следующее:

* На рисунке 7.1 Iin отображено среднеквадратичное значение входного тока, поступающего в зону дифференциальной защиты;

* На рисунке 7.1 Id представлено среднеквадратичное значение;

дифференциального тока зоны дифференциальной защиты;

* Кривая срабатывания дифференциальной функции зафиксирована в 0.53 в алгоритме и не может меняться.

8 ШКАФЫ ЗАЩИТ ТРЕХОБМОТОЧНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ С ВЫСШИМ НАПРЯЖЕНИЕМ 110(220) кВ ТИПА ШЭЗТ 2221

8.1 Назначение

Шкафы типа ШЭЗТ 2221 (далее шкафы) предназначены для защит трехобмоточных трансформаторов или трансформаторов с расщепленной обмоткой с высшим напряжением 110 (220) кВ, управления выключателем со стороны высшего напряжения (ВН) и регулирования напряжения под нагрузкой (РПН).

Шкафы могут быть применены для защит понижающих двухобмоточных трансформаторов, установленных на ответственных объектах.

Шкафы могут состоять из следующих комплектов:

- Комплект основных защит трансформатора;

- Комплект резервных защит трансформатора и управления выключателем;

- Комплект РПН.

8.1.3 Шкафы могут быть использованы в качестве устройств нижнего уровня АСУ ТП электростанции или подстанции.

8.2 Основные технические характеристики

Основные технические характеристики шкафов приведены в таблице 8.2.1.

Таблица 8.2.1 - Технические характеристики шкафов

Параметр	Нормируемое значение
Номинальное напряжение переменного тока, UN	100 В
Номинальная частота переменного тока, fN	50 Гц
Исполнение по номинальному току, IN	1 или 5 А (определяется заказной спецификацией)
Напряжение оперативного постоянного тока РПН, Uпит	110 или 220 В (определяется заказной спецификацией)
Климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150	УХЛ4

Характеристики электрической изоляции шкафов.

Показатели прочности и сопротивления изоляции в соответствии с ГОСТ Р 50514-93 (МЭК 60255-5) приведены в таблице 8.2.2.

Таблица 8.2.2 - Показатели прочности и сопротивления изоляции

Параметр	Нормируемое значение
Диэлектрическая прочность	2,0 кВ переменного тока, 1 мин
Сопротивление изоляции	Не менее 10 МОм при 500 В постоянного тока
Ток утечки в холодном состоянии	Не более 10 мА
Импульсная прочность изоляции	5 кВ; 1,2/50 мкс; 0,5 Дж

Устройства шкафов не должны ложно срабатывать при снятии и подаче постоянного оперативного тока, а также при однократных перерывах питания с последующим его восстановлением.

Время готовности терминалов после подачи напряжения оперативного питания не превышает 100 с.

Устройства шкафов сохраняют работоспособность при перерывах питания оперативным постоянным током на время до 0,4 с.

8.3 Конструкция и принцип действия

Шкафы представляют собой металлоконструкцию с размещенными на ней элементами схемы. Шкафы предназначены для двухстороннего обслуживания. На передней двери шкафов расположены аппараты оперативного управления и сигнальные элементы. Терминалы расположены на плите за передней дверью. Для контроля состояния сигнальных элементов терминалов на передней двери шкафов предусмотрено окно. С задней стороны шкафов расположены ряды зажимов, доступ к которым возможен при открытой задней двери.

Металлоконструкция шкафов должна быть надежно заземлена. Внутри шкафов предусмотрена заземляющая пластина, к которой крепится шлейф заземления длиной 250 -300 мм.

Свободный конец шлейфа должен быть присоединен к контуру заземления объекта с помощью винта.

Комплект основных защит трансформатора изготавливается с использованием микропроцессорного устройства защиты и управления (терминала) типа RET 521-RU1. Комплект выполняет следующие функции:

-Дифференциальная защита трансформатора (ДЗТ) с торможением. Торможение осуществляется от трех групп трансформаторов тока. Предусмотрены выравнивание векторных групп трансформаторов тока, отстройка от броска тока намагничивания по величине тока второй гармоники и время-импульсному принципу, а также компенсация тока нулевой последовательности;

-Прием сигналов газовой защиты трансформатора, газовой защиты отсека РПН;

-Максимальные токовые защиты (МТЗ) стороны ВН и на ответвлениях к секциям сторон среднего и низшего напряжений с пуском по напряжению;

-Токовая защита нулевой последовательности (ТЗНП). Ток 3I0 получается расчетным путем. Защита действует с первой выдержкой времени на отключение смежного трансформатора (трансформаторов) с разземлённой нейтралью, со второй выдержкой времени - на отключение секционного или шиносоединительного выключателя, с третьей выдержкой времени - на отключение трансформатора;

-МТЗ от перегрузки со стороны ВН на ответвлениях к секциям сторон среднего и/или низшего напряжений;

-МТЗ для пуска охлаждения на ответвлениях и секциях сторон среднего и низшего напряжений;

-Контроль тока стороны ВН для защиты от дуговых замыканий (ЗДЗ);

-Прием технологических сигналов трансформатора (сигналы от датчиков температуры, уровня масла трансформатора и др.);

Комплект резервных защит трансформатора и управления выключателем изготавливается с использованием терминала типа SPAC 810-Л.

Комплект выполняет следующие функции:

-МТЗ стороны ВН с пуском по напряжению;

-ТЗНП. Цепи переменного тока подключаются к ТТ в нейтрали трансформатора. Защита действует с первой выдержкой времени на отключение смежного трансформатора (трансформаторов) с разземлённой нейтралью, со второй выдержкой времени - на отключение секционного или шиносоединительного выключателя, с третьей выдержкой времени - на отключение трансформатора;

-Прием сигналов газовой защиты трансформатора, газовой защиты отсека РПН;

-Автоматика и управление выключателем со стороны ВН;

-Регистрация анормальных режимов;

-Регистрация событий.

9 ТЕРМИНАЛ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРА RET 521

9.1 Общие положения

Терминал RET 521 является терминалом нового поколения. Он включает функциональные блоки дифференциальной защиты (DIFP), максимальной токовой защиты и ряд других. Терминал RET 521 может применяться для защиты двухобмоточных и трехобмоточных трансформаторов и шунтирующих реакторов. Нижняя граница номинальной мощности защищаемого трансформатора ориентировочно может быть установлена равной 25 МВА. Допускается применение терминала RET 521 для выполнения дифференциальной защиты ошиновки автотрансформаторов.

9.2 Дифференциальная защита (DIFP)

Применение

Силовой трансформатор - одно из основных звеньев энергосистемы, благодаря относительно простой конструкции это чрезвычайно надежный механизм. Однако надежность зависит от соответствующей конструкции, соблюдения правил установки, надлежащего обслуживания и защитных устройств. Соответствующая конструкция включает собственную изоляцию обмоток, пластин сердечника, элементов конструкции и т.д. Соблюдение правил установки включает предотвращение физического повреждения, а также попадания инородных предметов (например, инструментов) внутрь корпуса трансформатора. Обслуживание включает проверку температуры масла и обмоток, влажности и сопротивления изоляции масла, а также анализ химического состава газов, которые могут накапливаться над маслом.

Силовой трансформатор имеет широкий диапазон характеристик и некоторые специальные свойства, которые усложняют его защиту. Эти свойства должны быть проанализированы, перед тем как рассматривать подробно применение защиты. Выбор соответствующей защиты также обуславливается экономическими соображениями. Несмотря на то, что этот фактор не является единственным для силовых трансформаторов, его значимость определяется широким диапазоном номинальных данных силовых трансформаторов, используемых в системах передачи и распределения, который может варьироваться от нескольких кВА до нескольких сотен МВА. Трансформаторы с большими номинальными данными должны обеспечиваться наилучшей защитой, какой только возможно.

Аппаратура защиты включает ограничители перенапряжения, газовые реле и электрические реле. Газовое реле особенно важно, поскольку производит заранее обнаружение медленно развивающего повреждения, позволяя тем самым отключить и восстановить систему прежде, чем произойдет серьезное повреждение. Полная дифференциальная защита является самой главной для электрических реле. Для данной защиты нужны только токи со сторон силового трансформатора. Базовая концепция дифференциальной защиты применительно к трансформаторам заключается в том, что газовые реле будут обнаруживать все повреждения, происходящие под маслом, но возможно, что повреждение произойдет вне корпуса, например, параллельно трансформаторным вводам, и несмотря на то, что практически все подобные повреждения включают «землю», обычно большие трансформаторы обеспечивают быстродействующую дифференциальную защиту с торможением дополнительно к реле защиты от замыканий на землю. Дифференциальная защита обнаруживает короткие замыкание вне и внутри корпуса и, кроме того, ликвидирует другие тяжелые повреждения внутри корпуса быстрее, чем это делает газовое реле (обычно 25 мс по сравнению с 100 мс). С другой стороны, для небольших межвитковых повреждений, не слишком быстро развивающихся в замыкании на землю, газовое реле может являться единственной эффективной защитой.

Дифференциальная защита является главной защитой трансформаторов от повреждений в обмотках, на выводах трансформатора, а также на ошиновках. Участок цепи между измерительными трансформаторами тока на обеих (или трех) сторонах силового трансформатора является зоной защиты. Все объекты внутри зоны защиты в принципе охватываются дифференциальной защитой. Поскольку дифференциальная защита имеет строго ограниченную область действия (защита элемента сети), ее можно использовать для быстрого отключения, обеспечивая тем самым селективное отключение только неисправного трансформатора или, более точно, всех объектов, включенных в область защиты. Дифференциальная защита никогда не должна реагировать на повреждения за пределами зоны.

Краткое описание

* Быстрая и селективная защита силовых трансформаторов;

* Защита 2-обмоточных и 3-обмоточных силовых трансформаторов;

* Наличие схем с несколькими выключателями;

* 24 группы соединений для 2-обмоточных силовых трансформаторов;

* 288 групп соединений для 3-обмоточных силовых трансформаторов;

*Дифференциальная защита с торможением с хорошей чувствительностью и селективностью;

* Дифференциальная отсечка для защиты от тяжелых внутренних повреждений;

* Критерий блокировки по форме сигнала для обнаружения броска тока намагничивания;

*Критерий блокировки по второй гармонике для обнаружения броска тока намагничивания;

*Критерий по второй гармонике может работать постоянно или автоматически блокироваться после включения силовых трансформаторов и повторно запускаться, только если обнаруживается внешнее повреждение (возможность регулирования);

* Критерий по пятой гармонике, используемый непрерывно для обнаружения состояния перевозбуждения;

* Расчет дифференциального тока из токов только основной частоты;

*Мгновенный дифференциальный ток анализируется критериями по форме сигнала и гармоникам;

* Автоматическое устранение токов нулевой последовательности из дифференциальных токов (настраивается);

* Набор из 5 характеристик срабатывания с торможением;

* Каждая из 5 характеристик может смещаться по вертикали для изменения тока срабатывания;

* Относительно самый максимальный входной ток терминала является током торможения

*Возможность отслеживания положения РПН и, соответственно, учет изменения коэффициента трансформации;

* Ошибки чтения положений РПН приводят к временному снижению чувствительности дифференциальной защиты;

* Временное снижение чувствительности дифференциальной защиты при обнаружении внешнего повреждения;

* Так называемая логика с перекрестной блокировкой, используемая для разрешения на отключение фазы, а также для соответствующих сигналов блокировки отключения, может быть выведена из использования (настраивается).

Тормозные характеристики дифференциальной защиты DIFP

Тормозные характеристики дифференциальной защиты DIFP в общем виде состоят из трех участков:

· горизонтального - до тормозного тока равного 1,25 Iном;

· первого наклонного - до значения дифференциального тока 1,0 Iном;

· второго наклонного - до максимально возможного значения тормозного тока.

Рисунок 9 - Тормозные характеристики дифференциальной защиты DIFP

На наклонных участках тормозных характеристик коэффициент торможения (наклона) можно вычислять по выражению

, (1)

защита подстанция микропроцессорный напряжение

где и - приращения соответственно дифференциального и тормозного токов на границе срабатывания.

Поскольку используется торможение током какой-либо одной стороны силового трансформатора, то коэффициент торможения не должен превышать 0,5 на любом участке тормозной характеристики. Как видно на рисунке 9, имеется 5 тормозных характеристик. Параметры тормозных характеристик приведены в таблице 9.1.

Таблица 9.1 - Тормозные характеристики

Номер характеристики	Минимальный ток Id min, %	Минимальный ток по умолчанию Id min, %	,%	,%
1	10-50	10	15	50
2	10-50	20	20	50
3	10-50	30	30	50
4	10-50	40	40	50
5	10-50	50	49	50

На основе данных таблице 9.1, а также рисунке 9, следует, что при выполнении условия можно приближенно полагать: коэффициент торможения равен .

9.3 Трехфазная максимальная токовая защита с выдержкой времени (TOC)

Применение

Повреждение, являющееся внешним по отношению к трансформатору, приводит к перегрузке, которая может вызвать повреждение трансформатора, если повреждение в сети не устранено своевременно. Трансформатор можно изолировать от повреждения, прежде чем оно не привело к поломке, с помощью реле МТЗ. В небольших трансформаторах реле МТЗ могут также использоваться для защиты от внутренних повреждений. В более мощных трансформаторах такие реле обеспечивают резервирование дифференциальной защиты.

Функция максимальной токовой защиты довольно проста, но ее применение ограничивается нечувствительной уставкой и срабатыванием с большой выдержкой времени, в том случае, если требуется согласование с другими МТЗ. Функцию МТЗ не следует путать с защитой от перегрузки, которая является основной защитой силового трансформатора и обычно использует реле с обратнозависимой характеристикой выдержки времени, определяемой тепловым состоянием элементов трансформатора. МТЗ - это селективная защита от системных повреждений, выполняющая функции дальнего резервирования, несмотря на то, что ее уставки могут не отличаться от уставок защиты от перегрузки. Функция не снабжена памятью (теплового состояния) и всегда начинает набор выдержки времени с нуля.

Краткое описание

Максимальная токовая защита (TOC):

*базируется на основной гармонике токов, текущих в защищаемый силовой трансформатор, из него или токов линий, отходящих от трансформатора;

* коэффициент возврата >96 %;

* имеет ступень с низкой уставкой и ступень с высокой уставкой;

* ступень с низкой уставкой может иметь либо независимую выдержку времени, либо обратнозависимую выдержку времени;

* независимая выдержка времени может использоваться совместно с обратнозависимой выдержкой времени, как минимальное время срабатывания;

* для вычисления обратнозависимой выдержки времени используется максимальный из трех фазных токов;

* ступень с высокой уставкой всегда имеет независимую выдержку времени;

* обе ступени могут быть направленными и ненаправленными, независимо друг от друга;

* если обе ступени направленные, они могут иметь разные направления;

* если напряжение, используемое для определения направления (опорное), становится слишком низким, направленная ступень может действовать, как ненаправленная или блокироваться.

9.4 Функция защиты широкого назначения (GF)

Пробой изоляции между фазными проводами или фазным проводом и землей и приводит к междуфазному короткому замыканию (КЗ) или замыканию на землю. В результате возникают большие токи КЗ, которые могут серьезно повредить первичное оборудование энергосистемы. Для устранения КЗ, в зависимости от величины тока КЗ и типа повреждения, применяют различные виды максимальной токовой защиты (МТЗ), основанные на измерении фазных величин тока или величин трехфазного тока различных последовательностей (прямой, обратной или нулевой). В некоторых случаях используется направленное действие МТЗ, в том числе и/или с контролем напряжения или с торможением. Защита от повышения/понижения напряжения используется для таких элементов энергосистемы как генераторы, трансформаторы, двигатели и линии электропередачи с целью выявления анормальных режимов работы. В зависимости от характера изменения напряжения и типа анормального режима используется защита от повышения/понижения напряжения, основанная на измерении фазного или линейного напряжений или различных последовательностей трехфазного напряжения.

Терминал RET 521 может включать до 12 функций защиты широкого назначения. Все они реализованы в самом быстром внутреннем цикле исполнения (то есть 5 раз за период основной частоты энергосистемы). В инструменте конфигурирования терминала (CAP531) функция всегда должна подключаться к входам трехфазного тока и трехфазного напряжения. При этом она всегда реагирует только на один ток и одно напряжение, которые определяются пользователем в инструменте задания уставок (например, максимальный из фазных токов и напряжение прямой последовательности). Каждая функция защиты широкого назначения может быть сконфигурирована (подключена) к любой стороне силового трансформатора.

В каждой функции реализованы следующие защиты:

* Две ненаправленные полностью независимые друг от друга ступени МТЗ. Чувствительная ступень (с низкой уставкой по току) может быть задана на срабатывание с независимой выдержкой времени или с задаваемой пользователем инверсной выдержкой времени. Можно задать любую инверсную характеристику срабатывания защиты по стандартам МЭК, IEEE или ANSI. Кроме того, инверсная характеристика срабатывания может быть задана как с мгновенным возвратом, так и заданным возвратом (выдержкой) по времени. Быстродействующая грубая ступень защиты (с высокой уставкой по току/напряжению) имеет только независимую выдержку времени. Блокировка по второй гармонике есть у обеих ступеней, однако ее возможно использовать не для всех характеристических токовых величин.

* Торможение по току обеспечивает запрет пуска ненаправленных ступеней МТЗ в том случае, когда измеренная величина тока не превышает заданный процент от величины тока торможения. Эту функцию можно выводить из действия, установив соответствующую уставку.

* Функция торможения/контроля по напряжению предназначена для изменения пускового тока ненаправленной ступени МТЗ с низкой и/или высокой уставкой пропорционально величине измеренного напряжения. Эту функцию можно выводить из действия, установив соответствующую уставку.

* Критерий направленности используется для предупреждения пуска ненаправленных ступеней МТЗ в том случае, когда повреждение возникает не в заданном направлении (прямом/обратном).

* Одну ступень защиты от повышения напряжения и одну ступень защиты от понижения напряжения. Обе ступени имеют только независимую выдержку времени.

Любую из функций защиты широкого назначения можно вводить/выводить из действия независимо от других функций. Кроме того, одновременно можно вводить в действие несколько функций (и даже все).

Функция защиты широкого назначения может функционировать как TOC (трехфазная МТЗ с выдержкой времени) или TEF (ТЗНП от замыканий на землю с выдержкой времени), благодаря широкому диапазону уставок. Поэтому она может использоваться как дополнительно, так и вместо этих функций защиты.

10 РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ SPAU 341 C

10.1 Применение

Регулятор напряжения SPAU 341 С предназначен для регулирования напряжения силовых трансформаторов с устройством РПН на распределительных подстанциях. Для осуществления простой функции регулирования напряжения необходимы измеренное междуфазное напряжение U12 и контакты выходных сигналов на повышение и понижение. При использовании компенсации падения напряжения на линии, принципа минимизации циркулирующего тока или функции блокировки максимального тока необходимо проводить измерение одного или нескольких фазных токов. При измерении одного фазного тока он подается на разъемы фазного тока IL1. Выбор измеряемого тока производится при помощи программных переключателей SGF2/6 и SGF2/7 модуля автоматического регулирования напряжения SPCU 1D50.

10.2 Описание функции

Назначение регулятора напряжения поддержание стабильного вторичного напряжения силовых трансформаторов. В основе всех функций управления регулятора лежит опорное напряжение, задаваемое пользователем. Путем добавления или вычитания различных коэффициентов коррекции регулятор рассчитывает напряжение управления относительно величины опорного напряжения.

Следовательно, напряжение управления представляет собой приемлемую величину вторичного напряжения трансформатора, поддерживаемого регулятором. Затем регулятор производит сравнение напряжения управления с измеряемым напряжением, разница между ними является ошибкой регулирования.

Поскольку РПН изменяет напряжение ступенчато, допускается определенная погрешность. Эта погрешность, называемая зоной нечувствительности, которая также задается пользователем. Если измеряемое напряжение колеблется в пределах зоны нечувствительности, то регулятор неактивен. При превышении указанных пределов запускается регулируемая выдержка времени Т1. Отсчет времени продолжается в течение всего периода, пока измеряемое напряжение находится вне пределов гистерезиса зоны нечувствительности. Заводская уставка пределов гистерезиса равна 70%.

Если измеряемое напряжение по-прежнему находится вне гистерезиса, то после достижения значения уставки выдержки времени Т1, активизируется выходное реле повышения или понижения, действуя на привод устройства РПН.

Однако, если напряжение падает ниже пределов гистерезиса, то счетчик выдержки времени сбрасывается.

Если перемещения устройства РПН на одну ступень недостаточно для регулирования напряжения трансформатора, и значение напряжения по-прежнему выходит за заданные пределы, то в этом случае запускается вторая выдержка времени Т2, обычно с меньшей уставкой, чем Т1. Выдержки Т1 и Т2 могут быть с независимой или инверсной характеристикой. Инверсная характеристика означает, что выдержка времени обратно пропорциональна ошибке регулирования, т. е. выдержка обратно пропорциональна разности между напряжением управления и измеряемым напряжением.

10.3 Характеристики

Управление напряжением трансформаторов в автоматическом или ручном режиме при помощи сигналов на повышение и понижение.

Трехфазная блокировка по максимальному току и блокировка по минимальному напряжению.

Компенсация падения напряжения линии.

Обеспечение параллельной работы трансформаторов, запитывающих одну и ту же шину, по принципу ведущий/ведомый или по принципу минимизации циркулирующего тока.

Определение положения устройства РПН.

Цифровой дисплей, отображающий величины уставок, измеренные значения, показания и т.д.

Последовательный интерфейс для подключения модуля шинного интерфейса и оптоволоконной шины подстанции.

Постоянная самодиагностика релейной части и программного обеспечения для повышения надежности и готовности системы.

Мощная база программного обеспечения для задания параметров и контроля за регулятором.

11 ШКАФЫ ЗАЩИТЫ И УПРАВЛЕНИЯ СЕКЦИОННЫМИ (ШИНОСОЕДИНИТЕЛЬНЫМИ) ВЫКЛЮЧАТЕЛЯМИ НАПРЯЖЕНИЕМ 110(220) кВ ТИПА ШЭСВ 1220

11.1 Назначение

1.1 Шкафы типа ШЭCВ 1220 (далее шкафы) предназначены для выполнения защит или защит и управления секционными выключателями (СВ) или шиносоединительными выключателями (ШСВ) напряжением 110(220) кВ.

1.2 Шкафы выполняются из следующих комплектов:

- Комплект защит СВ (ШСВ);

- Комплект защит и управления СВ (ШСВ) для выключателя типа LTB-145 (ВМТ-110);

- Комплект защит и управления СВ (ШСВ) для выключателя типа ВМТ-220.

1.3 Шкафы могут быть использованы в качестве устройства нижнего уровня АСУ ТП

электростанции или подстанции.

11.2 Основные технические характеристики

Основные технические характеристики шкафов приведены в таблице 11.2.1.

Таблица 11.2.1 - Технические характеристики шкафов

Параметр	Нормируемое значение
Номинальное напряжение переменного тока, UN	100 В
Номинальная частота переменного тока, fN	50 Гц
Исполнение по номинальному току, IN	1 или 5 А (определяется заказной спецификацией)
Напряжение оперативного постоянного тока РПН, Uпит	110 или 220 В (определяется заказной спецификацией)
Климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150	УХЛ4

Характеристики электрической изоляции шкафов.

Показатели прочности и сопротивления изоляции в соответствии с ГОСТ Р 50514-93 (МЭК 60255-5) приведены в таблице 11.2.2.

Таблица 11.2.2 -Показатели прочности и сопротивления изоляции

Параметр	Нормируемое значение
Диэлектрическая прочность	2,0 кВ переменного тока, 1 мин
Сопротивление изоляции	Не менее 10 МОм при 500 В постоянного тока
Ток утечки в холодном состоянии	Не более 10 мА
Импульсная прочность изоляции	5 кВ; 1,2/50 мкс; 0,5 Дж

Устройства шкафов не должны ложно срабатывать при снятии и подаче постоянного оперативного тока, а также при однократных перерывах питания с последующим его восстановлением.

Время готовности терминалов после подачи напряжения оперативного питания не превышает 100 с.

Устройства шкафов сохраняют работоспособность при перерывах питания оперативным постоянным током на время до 0,4 с.

11.4 Конструкция и принцип действия

Шкафы представляют собой металлоконструкцию с размещенными на ней элементами схемы. Шкафы предназначены для двухстороннего обслуживания. На передней двери шкафов расположены аппараты оперативного управления и сигнальные элементы. Терминалы расположены на плите за передней дверью. Для контроля состояния сигнальных элементов терминалов на передней двери шкафов предусмотрено окно. С задней стороны шкафов расположены ряды зажимов, доступ к которым возможен при открытой задней двери. Ряды зажимов выполнены индивидуальными для каждого комплекта и располагаются на левой или правой боковинах.

Металлоконструкция шкафов должна быть надежно заземлена. Внутри шкафов предусмотрена заземляющая пластина, к которой крепится шлейф заземления длиной 250-300 мм.

Подвод кабелей предусмотрен снизу через отверстия в днище шкафов. Присоединение шкафов к внешним цепям осуществляется на рядах зажимов, которые устанавливаются вертикально и расположены с задней стороны шкафов. Ряды контактных наборных зажимов предназначены для присоединения одного или двух медных проводников с суммарным сечением до 6 мм2 включительно с помощью винта. Контактные соединения шкафов соответствуют 2 классу по ГОСТ 10434. Ряды зажимов шкафов выполнены с учетом требований «Правил устройства электроустановок», раздел III-4-15.

В зависимости от типоисполнения шкафы состоят из одного или двух комплектов. Комплекты выполнены с использованием микропроцессорных устройств защиты, автоматики и управления (терминалов) типа REL 511-RU1. Комплекты имеют возможность независимого обслуживания.

Комплект защит СВ (ШСВ) выполняет следующие функции:

Дистанционная защита

Назначение

Дистанционная защита ZM обеспечивает быстродействующую и надежную защиту воздушных линий и силовых кабелей для всех типов электрических сетей. В каждой независимой зоне дистанционной защиты полносхемная конструкция обеспечивает непрерывное измерение полного сопротивления в каждом из трех независимых междуфазных измерительных органов, а также в каждом из трех независимых измерительных контуров фаза-земля.

Междуфазная дистанционная защита используется в качестве функции защиты от двух- и трехфазных КЗ во всех типах сетей независимо от режима заземления нейтрали. Независимая уставка по величине реактивного и активного сопротивления, индивидуальная для каждой зоны, позволяет получить быстродействующую селективную защиту от повреждений.

Дистанционная защита фаза-земля выполняет функцию защиты от замыканий на землю в сетях с эффективно заземленной или заземленной через низкое сопротивление нейтралью. В сочетании с независимой логикой выбора фазы обеспечивается селективность защиты при двухфазных замыканиях в сетях с изолированной или резонансно заземленной нейтралью.

Независимая уставка по реактивному сопротивлению при измерениях фаза-фаза и измерениях фаза используются для защиты от междуфазных КЗ и замыканий на землю.

где:

Xфаза-земля = реактивное сопротивление в месте повреждения при замыканиях на землю;

Xфаза-фаза = реактивное сопротивление в месте повреждения при междуфазных замыканиях;

Rфаза-земля = активное сопротивление в месте повреждения при замыканиях на землю;

Rфаза-фаза = активное сопротивление в месте повреждения при междуфазных замыканиях;

Zлинии = полное сопротивление линии.

Рисунок 11.1 - Схематичное представление характеристики срабатывания для одной зоны дистанционной защиты в прямом направлении.

При заказе дистанционной защиты можно указать «Упрощенное задание параметров». В ней используется тот же алгоритм, что и в основной функции дистанционной защиты. Упрощенное задание параметров делает процесс выставления уставок менее сложным и автоматически подгоняют характеристику срабатывания к требованиям сложных сетей с ответвлениями и кабелями.

где:

X = реактивное сопротивление в месте повреждения для всех видов замыканий;

RFPP = активное сопротивление в месте повреждения при междуфазных замыканиях;

RFPE = активное сопротивление в месте повреждения при замыканиях на землю;

Zлинии = полное сопротивление линии.

Рисунок 11.2 - Схематичное представление характеристики срабатывания одной зоны

дистанционной защиты в прямом направлении с упрощенно задаваемыми параметрами.

Зоны дистанционной защиты, независимо друг от друга, могут быть прямонаправленными,

обратнонаправленными и ненаправленными. В сочетании с различными схемами связи они могут использоваться для защиты линий электропередач и кабелей в сетях со сложной конфигурацией, таких как двухцепные линии, параллельные линии, многоконцевые линии и

т.д. Зона 1, 2 и 3 может выдавать сигналы отдельных фаз, такие как пусковые или отключающие.

Основные функциональные возможности дополнительных зон дистанционной защиты - четвертой и пятой - те же, что и для зон 1-3. Разница заключается в отсутствии возможности выдачи сигналов отдельных фаз.

Пятая зона дистанционной защиты по сравнению с остальными зонами имеет более высокое быстродействие, но и большее расширение зоны (в переходном режиме). В целом, эта зона используется в качестве контрольной зоны в сочетании с функцией включения на повреждение (SOTF) или в качестве зоны с выдержкой времени, уставка которой больше 100 мс.

Дистанционной защиты, в целом, подходит для использования в сетях с некомпенсированной нейтралью.

Оперативное и автоматическое ускорение ДЗ

Оперативное ускорение ДЗ выполняется от оперативного ключа или по команде из АСУ. Функция выполняется на свободной логике терминала с использованием пускового органа четвертой ступени направленной ДЗ.

Логика автоматического ускорения ДЗ (SOTF)

Назначение

Основной задачей функции включения на повреждение (SOTF) является обеспечение быстродействующего отключения при подаче напряжения на линию при наличии на ней КЗ.

Пуск функции SOTF с использованием логики обнаружения обесточенности линии может использоваться только при условии, если трансформатор напряжения установлен на стороне линии. Данную функцию следует использовать при подключении линии к одному и более выключателям.

В целом, направленные или ненаправленные зоны дистанционной защиты с расширенной зоной охвата используются в качестве функций защиты, которые вводятся на отключение в течение времени активного состояния данной логики. При использовании трансформаторов напряжения на линии применение ненаправленных зон дистанционной защиты позволяет быстро устранить повреждение при подаче напряжения на шину с линии при наличии КЗ на шине.

Функциональные возможности

Функция SOTF - логическая функция, построенная из логических элементов. Эта функция дополняет функцию дистанционной защиты. Она вводится в действие либо по команде на включение выключателя, подаваемой нормально замкнутым вспомогательным контактом выключателя, либо автоматически - при обнаружении обесточенности линии. Включившись, функция остается активной в течение 1 секунды после сброса сигнала на включение. Функция (функции) защиты, вводимые на отключение в течение времени активного состояния функции, могут свободно выбираться из функций, включенных в терминал. Срабатывание одной из выбранных функций защиты во включенном состоянии приводит к незамедлительному (мгновенному) появлению выходного сигнала на отключение от функции SOTF.

Максимальная токовая отсечка (МТО) от близких междуфазных замыканий [IOC]

Назначение

Различные условия в системе, например, полное сопротивление источника и место возникновения повреждения в протяженных линиях электропередачи, оказывают значительное влияние на токи повреждения. Быстродействующая максимальная токовая защита (отсечка) с малым расширением зоны действия в переходном режиме может использоваться для устранения близких КЗ на протяженных линиях, где важно быстрое отключение повреждения, для сохранения устойчивости системы.

Быстродействующая максимальная токовая защита нулевой последовательности может использоваться в некоторых случаях.

Ниже приводятся примеры ее использования.

* Быстродействующая резервная защита от замыканий на землю для повреждений, близких к началу линии;

Обеспечивает быстрое отключение близких замыканий на землю, даже если дистанционная защита или направленная токовая защита нулевой последовательности заблокированы функцией контроля неисправности цепей переменного напряжения.

Функциональные возможности

Измерительный орган тока непрерывно измеряет ток во всех трех фазах и сравнивает его с заданным значением срабатывания IP>>. Фильтрация обеспечивает устойчивость к помехам и апериодическим составляющим, а также минимизирует расширение зоны действия в переходном режиме. Если ток в какой-либо фазе превысит заданное значение IP>>, активизируется сигналы TRIP и TRP, действующие на отключение. Кроме того, активизируется сигнал отключения для данной фазы (фаз). Входной сигнал BLOCK блокирует все функции в функциональном токовом блоке.

Измерительный орган непрерывно измеряет ток нулевой последовательности и сравнивает его с заданным значением IN>>. Фильтрация обеспечивает устойчивость к помехам и апериодическим составляющим, а также минимизирует расширение зоны действия в переходном режиме. Если ток нулевой последовательности превышает заданное значение IN>>, активизируется сигнал TRN, действующий на отключение. Кроме этого, активизируется сигнал общего отключения TRIP.

Входной сигнал BLOCK блокирует действие всей функции.

Четырехступенчатая токовая направленная защита нулевой последовательности (ТЗНП) (EF4)

Ступени могут быть выполнены ненаправленными или направленными. В последнем случае две ступени направлены в сторону первой секции (системы шин), две ступени - в сторону второй секции (системы шин). Направленность ступеней может быть выведена.

Назнанение

Четырехступенчатая максимальная токовая защита от замыканий на землю используется в глухозаземлённых системах так же, как и дистанционная защита. Поскольку большинство повреждений связано с землей, защита способна устранять большинство повреждений в сетях с глухозаземленной нейтралью. Все четыре ступени защиты могут быть ненаправленными или направленными.

Стандартное применение четырехступенчатой токовой защиты, с точки зрения разработчика, может быть описано следующим образом: быстродействующая направленная ступень 1, как правило, охватывает определенную часть линии. Остальная часть линии охватывается направленной ступенью 2, действующей с выдержкой времени. Кроме того, ступень 2 выявляет и отключает замыкания на землю на шинах противоположной стороны. Направленная ступень 3 имеет большую выдержку времени и срабатывает как селективная защита при замыканиях на землю с большим активным сопротивлением. Ненаправленная ступень 4 имеет самую большую выдержку времени. Эта ступень выявляет и устраняет замыкания на землю с высоким сопротивлением, а также большинство последовательных замыканий.

Четырехступенчатая МТЗ нулевой последовательности также может использоваться с логикой связи максимальной токовой защиты нулевой последовательности для реализации защиты с расширенной зоной действия, с блокирующим или разрешающим сигналом._ Функциональные возможности

Действие защиты основано на измерении тока и напряжения нулевой последовательности.

Функция - четырехступенчатая, при этом каждая ступень имеет отдельную уставку (тока, выдержки времени и т.п.) Ступени 1, 2 и 3 имеют независимую выдержку времени. Выдержка времени ступени 4 может выбираться в зависимости от режима работы.

Каждая ступень сравнивает ток с заданным значением для данной ступени. В дальнейшем проверяются следующие величины, используемые для ввода или блокировки ступеней:

* Направление, прямое или обратное по отношению к месту повреждения. Определяется составляющая тока нулевой последовательности по сдвигу относительно опорного напряжения (-3.U0) 65°. Если она оказывается выше уставки направленного тока, делается вывод о прямом направлении.

* Определяется вторая гармоника тока нулевой последовательности. Если этот ток превышает 20/32% общего тока нулевой последовательности, формируется сигнал, который может использоваться для блокировки ступеней.

Если условия для работы функции выполняются для данной ступени, по истечении заданной выдержки времени подается отключающий сигнал.

12 КОМПЛЕКТНЫЕ УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ РАБОЧЕГО ВВОДА 6-35 кВ SPAC 810-B

12.1 Общие сведения о серии устройств SPAC 810

Серия устройств SPAC 810 включает в себя несколько типоисполнений, имеющих общую аппаратную платформу и программное обеспечение, которые определяют функциональные особенности конкретного исполнения устройства. В таблице 11.1.1 приведены различные варианты аппаратного исполнения устройств SPAC 810 в зависимости от функционального назначения.

Выбор производится исходя из требуемой функциональности в части выполнения защит (направленные или ненаправленные защиты), схем выполнения цепей вторичной коммутации, а также с учётом ценовых показателей оборудования.

Таблица 11.1.1 - Варианты аппаратного исполнения устройств SPAC 810

Назначение устройства	Сокращенное обозначение устройства
Кабельная, воздушная линия, линия к ТСН	SPAC 810 - Л
Линия к БСК	SPAC 810 - Л
Двигатель асинхронный, синхронный до 5 МВт	SPAC 810 -Д
Двигатель более 5 МВт	SPAC 810 - Д
Двухскоростной двигатель	SPAC 810 - Д
Секционный выключатель (резервный ввод)	SPAC 810 - С
Вводной выключатель (рабочий ввод)	SPAC 810 - В
Трансформатор напряжения	SPAC 810 - Н
Регулятор напряжения трансформатора	SPAC 810 - Р
Защита трансформатора	SPAC 810 - Т

12.2 Назначение и особенности устройств SPAC 810-В

В данном разделе представлены характерные особенности типоисполнения устройств SPAC 810-В: дано описание выполняемых функций, особенности применения устройств, описание функциональных узлов типоисполнения SPAC 810-В.

Комплектные устройства защиты и автоматики SPAC 810-В предназначены для выполнения функций релейной защиты, автоматики, местного/дистанционного управления, измерения, сигнализации, регистрации, осциллографирования, диагностики выключателей рабочего ввода 6-35 кВ.

Применение цепей напряжения позволяет выполнить ненаправленную/ направленную МТЗ, защиту от потери питания с контролем понижения частоты, реализовать пуск АВР ввода по снижению напряжения на секции, а также вольтметровую блокировку токовых защит. При наличии цепей напряжения до ввода возможно выполнение АПВ с контролем наличия или отсутствия напряжения.

Устройства SPAC 810-В выполняют следующие функции:

в части управления и диагностики выключателя:

* Местное (кнопками с лицевой панели терминала или выносными ключами) управление выключателем;

* Дистанционное (через АСУ ТП) управление выключателем;

* Блокировка от многократных включений выключателя;

* Расчет коммутационного и механического ресурса;

* Контроль времени включения/отключения;

* Контроль времени взвода пружины;

* Контроль давления элегаза;

* Контроль цепей управления (РПО, РПВ, автомата питания цепей управления выключателем);

в части защит:

* Трехступенчатая ненаправленная МТЗ;

* Трехступенчатая направленная МТЗ;

* Одноступенчатая ненаправленная токовая защита от замыканий на землю;

* Одноступенчатая направленная токовая защита от замыканий на землю;