Улучшение принципов выполнения дуговой защиты

Улучшение принципов выполнения дуговой защиты

на примере «Лайм» производства НПП «Микропроцессорные технологии»

Короткие замыкания (КЗ) внутри отсеков комплектных распределительных устройств (КРУ) 6-35 кВ сопровождаются возникновением открытой электрической дуги. Температура электрической дуги может достигать значений порядка 7 000 — 12 000 0 С за время менее одного периода промышленной частоты. Электрическая дуга воздействует на элементы конструкции КРУ, вызывая повреждения различной степени тяжести, а в случае отсутствия адекватных и своевременных мер по ее ликвидации неминуемо приводит к их разрушению.
Опыты, проведенные в научно-исследовательском центре испытаний высоковольтной аппаратуры (НИЦ ВВА), показывают, что открытая электрическая дуга в изолированных отсеках КРУ приводит к повреждению изоляции (как правило, это проходные изоляторы). Степень ущерба зависит от типа изоляционного материала, величины тока КЗ и времени его протекания.

Обобщенная зависимость степени повреждения элементов КРУ от времени горения электрической дуги внутри ячейки представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Зависимости степени повреждения элементов КРУ от времени горения дуги.

Релейная защита и автоматика

РЗиА – это система, предназначенная для защиты подстанции от аварийного режима работы. Она представляет собой сложнейший комплекс электрических и электронных устройств. Релейная защита и автоматика непрерывно контролируют состояние сети и, при необходимости, производят в ней различные переключения.

Любая РЗиА обладает селективностью (избирательностью). Т.е. она отключает именно тот участок энергосистемы, на котором возник ненормальный или аварийный режим работы. Соответственно, без напряжения остаётся часть потребителей, а не все сразу. Особенно это необходимо в случаях, когда отключение подразумевает нарушение тех. процессов предприятий, сопровождающихся риском возникновения ЧС или финансовых убытков.

Также релейная защита характеризуется быстродействием. Под этим свойством подразумевают время, затраченное на отключение повреждённого участка линии. Быстродействие тесно связано с селективностью. Уставка допустимого времени протекания аварийной ситуации учитывается в настройках терминала РЗиА, и от него зависит, на каком именно участке линия будет отделена от общей системы.

Дополнительная информация. Быстродействие защиты является её важнейшей характеристикой. Для правильной настройки нужна золотая середина. Если выдержки времени подобраны так, что они слишком короткие или продолжительные, то система будет отключать линии, которые в этом не нуждаются, т.е. будут происходить ложные срабатывания.

Логическая защита шин

Схема логической защиты шин

Логическая защита шин является следствием модернизации релейной защиты. Основной областью применения лзш являются радиальные распределительные сети от 6 кВ до 35 кВ. Основными причинами использования защитной логики шин выступают малое время для отключения КЗ на шинах, а также ее дешевизна. Время срабатывания лзш составляет 0,1-0,15 с.

К преимуществам цифровой защиты шин перед другими устройствами относятся:

1. По принципу работы дифференциальная защита подразумевает использование вспомогательных обмоток трансформаторов тока на всех стыковках секции, которые необходимо соединить с дифференциальным реле. Само реле при коротком замыкании складывает токи, приходящие на шины от фидеров питания, и токи отходящих присоединений и при дисбалансе дает сигнал на блокировку реле. В этом заключается сложность и недостаточная надежность оборудования;
2. Для защиты шин широко используется максимальная токовая защита питающих линий. Согласно принципу действия данной защиты, время ее срабатывания составляет 1-3 секунды. За столь длительное время дуга тока при коротком замыкании принесет непоправимый урон оборудованию.

Логическая защита шин является неотъемлемой частью любого микропроцессорного терминала релейной защиты аппаратуры.

Среди всех используемых защит в энергетических системах лзш качественно отличается надежностью и быстродействием. Аппаратура логической защиты постепенно вытеснит электромеханическую элементную базу, что только положительно отразится на безопасности энергетических систем в целом.

Классификация реле

Согласно СИПам реле управления включается прямо в электрическую цепь и предназначено для частных подключений. Оно относится к самым распространенным электротехническим изделиям, и широко применяются в качестве комплектующих.

Классификация реле проводится по нескольким различным критериям, а именно, таким как:

• По назначению;
• Принципу действия;
• Замеряемой величине;
• Мощности управления;
• Времени срабатывания.

Защитное реле применяется для включения и отключения защиты устройств – вентиляторов, электродвигателей и других приборов, имеющих термоконтакты. Защитительный аппарат может автоматически отключиться, если контакты разомкнутся. Повторное включение питания сети, возможно, исключительно после того, как двигатель хорошо остынет до требуемой температуры.

По принципу воздействия, устройство подразделяется на:

• Электромеханическое;
• Индукционное;
• Магнитное;
• Электронное;
• Фотоэлектронное.

Электрическими реле называются аппараты, приводящие в действие одну или сразу несколько управляемых электрических цепей при воздействии на него определенных электрических сигналов. Самыми распространенными считаются электромеханические реле, которые наиболее часто применяются в устройствах телемеханики, автоматики, вычислительной техники.

Классификация реле

При рассмотрении данной темы нельзя не остановиться на видах релейной защиты. Классификация реле представлена следующим образом:

• Способ подключения: первичные (включаются в цепь оборудования напрямую) и вторичные (подключение осуществляется через трансформаторы).
• Вариант исполнения: электромеханические (система подвижных контактов расцепляет схему) и электронные (отключение происходит с помощью электроники).
• Назначение: измерительные (осуществляют замер напряжения, силы тока, температуры и других параметров) и логические (передают команды другим устройствам, осуществляют выдержку времени и т.д.).
• Способ воздействия: релейная защита прямого воздействия (связана механически с отключающим аппаратом) и косвенного воздействия (осуществляют управление цепью электромагнита, который отключает питание).

Что касается самих видов РЗА, их множество. Сразу же рассмотрим, какие бывают разновидности реле и для чего они используются.

1. Максимальная токовая защита (МТЗ), срабатывает если ток достигает заданной производителем уставки.
2. Направленная максимальная токовая защита, помимо уставки осуществляется контроль направления мощности.
3. Газовая защита (ГЗ), используется для того, чтобы отключать питание трансформатора в результате выделения газа.
4. Дифференциальная, область применения – защита сборных шин, трансформаторов, а также генераторов за счет сравнения значений токов на входе и выходе. Если разница больше заданной уставки, релейная защита срабатывает.
5. Дистанционная (ДЗ), отключает питание, если обнаружит уменьшение сопротивления в цепи, что происходит в том случае, если возникает ток КЗ.
6. Дистанционная защита с высокочастотной блокировкой, используется для отключения ВЛ при обнаружении короткого замыкания.
7. Дистанционная с блокировкой по оптическому каналу, более надежный вариант исполнения предыдущего вида защиты, т.к. влияние электрических помех на оптический канал не такое значительное .
8. Логическая защита шин (ЛЗШ), также используется для выявления КЗ, только в этом случае на шинах и фидерах (питающих линиях, отходящих от шин подстанции).
9. Дуговая. Назначение – защита комплектных распределительных устройств (КРУ) и комплектных трансформаторных подстанций (КТП) от возгорания. Принцип работы основан на срабатывании оптических датчиков в результате повышения освещенности, а также датчиков давления при повышении давления.
10. Дифференциально-фазная (ДФЗ). Применяются для контроля фаз на двух концах питающей линии. Если ток превышает уставку, реле срабатывает.

Отдельно хотелось бы также рассмотреть виды электроавтоматики, назначение которой в отличие от релейной защиты наоборот включать питание обратно. Итак, в современных РЗА используют автоматику следующего вида:

1. Автоматический ввод резерва (АВР). Такую автоматику часто используют при подключении генератора к сети, как резервного источника электроснабжения.
2. Автоматическое повторное включение (АПВ). Область применения – ЛЭП напряжением 1 кВ и выше, а также сборные шины подстанций, электродвигатели и трансформаторы.
3. Автоматическая частотная разгрузка, которая отключает сторонние приборы при понижении частоты в сети.

Помимо этого существуют следующие виды автоматики:

Вот мы и рассмотрели назначение и области применения релейной защиты. Последнее, о чем хотелось бы рассказать – из чего состоит РЗА.

Дифференциальная защита трансформаторов
РЗЛ-05.T2, РЗЛ-05.T3

Широкий спектр функций
защиты и автоматики

Цифровой осцилограф
Журнал событий

Интеграция в
SCADA-системы

Температура эксплуатации
-40°C. +55°C

Возможность программирования
логики (под заказ)

Назначение

Микропроцессорные устройства релейной защиты и автоматики серии РЗЛ-05.Т предназначены для выполнения функций основной защиты двухобмоточного (РЗЛ-05.Т2) или трехобмоточного (либо двухобмоточного с расщепленной обмоткой) (РЗЛ-05.Т3) трансформатора или автотрансформатора с высшим напряжением 35-110 кВ.

Устройства предназначены для установки в релейных отсеках КСО, КРУ, КРУН, а также на панелях, в шкафах управления электрических станций и подстанций 35-110 кВ.

Скачать подробное описание РЗЛ-05.T

Функции

• Две ступени продольной дифзащиты − дифференциальная токовая отсечка (ДТО) и чувствительная дифференциальная токовая защита (ДТЗ) с торможением от сквозного тока и отстройкой от бросков тока намагничивания (с блокировкой по второй, третьей и пятой гармонике при броске намагничивающего тока). ДТО работает без каких-либо блокировок и не имеет торможения. Для ступени ДТЗ торможение выполняется от всех фазных токовых каналов.
• Контроль исправности токовых цепей (КТЦ). Для своевременного выявления неисправности токовых цепей дифференциальной защиты, например, вследствие нарушения изоляции или неправильного соединения токовых цепей предусмотрена сигнализация небаланса в плечах дифференциальной защиты.
• 5 ступеней максимальной токовой защиты, в т.ч. токовая отсечка (ТО) и защита от перегрузки трансформатора (ЗОП) с независимой и зависимой времятоковой характеристикой, с блокировкой от броска намагничивающего тока, с выбором срабатывания по направлению мощности. Есть возможность реализовать для ступеней МТЗ комбинированный пуск по току и минимальному напряжению (вольтметровая блокировка).
• Логическая защита шин (ЛЗШ) для быстрого отключения выключателя ВВ НН при возникновении повреждения на шинах.
• 3 ступени защиты от замыканий на землю в цепях ВН трансформатора по измеренному и расчётному току нулевой последовательности 3I0 стороны ВН.
• Защита от неполнофазного режима (ЗОФ) по току обратной последовательности.
• Внешняя (газовая) защита трансформатора. Срабатывания газовой защиты трансформатора происходит по сигналам от назначенных дискретных входов и действуют на реле отключения или сигнализацию.
• Дуговая защита (ДгЗ) с ВОД-датчиками с возможностью контроля тока.
• Резервирование отказов выключателя (УРОВ).
• Свободно-программируемая логика (СПЛ), позволяющая свободно запрограммировать все дискретные входы, выходы и светодиоды устройства.
• Энергонезависимый журнал событий (256 событий).
• Аварийный осциллограф. При срабатывании защиты устройство производит запись мгновенных значений входных аналоговых (по выбору пользователя) и дискретных сигналов (входных, выходных, признаков работы защит).
• Контроль температуры внутри устройства.
• Контроль состояния дискретных входов устройства.

Тормозная характеристика дифференциальной защиты

Характеристика срабатывания (тормозная характеристика) определяет соотношение дифференциального (Idiff) и тормозного (Irest) токов. Ломанная линия А-В-С-Д делит плоскость на две части – область срабатывания и несрабатывания. Все, что лежит выше ломанной, является областью срабатывания.

Участок А – характеристика срабатывания представляет собой порог чувствительности дифференциальной защиты, учитывающий токовые помехи, такие как токи намагничивания. При значениях дифференциального тока ниже этой величины дифференциальная защита не срабатывает.
Участок В – учитывает погрешности, пропорциональные току, которые могут появляться из-за погрешностей первичных трансформаторов тока или входных трансформаторов устройства, либо погрешностей переключателя положений в трансформаторах с регулированием под нагрузкой (РПН). Время срабатывания ДЗТ при кратности дифференциального тока к уставке 1,2 составляет не более 45 мс.
Участок С – диапазон больших токов, которые могут приводить к возрастанию насыщения трансформаторов тока.
Участок D – область работы без торможения при больших уровнях тока в защищаемой зоне, где величина дифференциальных токов исключает возможность внешнего повреждения.
Время срабатывания ДТО составляет:
при кратности дифференциального тока к уставке 1,2 . 40 мс;
при кратности дифференциального тока к уставке более 2,0 . 30-35 мс.

Технические параметры

Схема подключения

Схема подключения внешних цепей к устройству РЗЛ-05.T3-5

Габариты

Скачать подробное описание РЗЛ-05.T

Технические характеристики устройства Сириус-2-В-БПТ

IP52 со стороны лицевой панели

IP20 по остальным, кроме клемм подключения токовых цепей.

Устройство имеет полностью положительное заключение аттестационной комиссии ОАО «Россети» и рекомендовано к применению.

Устройство «Сириус-2-В» доступно для заказа в нескольких исполнениях. Конкретное исполнение устройства указывается в его обозначении, состоящем из следующих элементов:

Устройство «Сириус-2-В-tA-nnnB-ss», где

«Сириус-2-В» — фирменное название устройства;

tA – исполнение устройства по номинальному току вторичной обмотки ТТ:
1А – для номинального тока 1 А;
5А – для номинального тока 5 А;

nnnB – исполнение устройства по напряжению оперативного тока:
24В – для напряжения питания 24 В постоянного тока;
48В – для напряжения питания 48 В постоянного тока;
110В – для напряжения питания 110 В постоянного тока;
220В – для напряжения питания 220 В постоянного или переменного тока;
220В DC — напряжение питания 220В только постоянного тока с дискретными входами, обеспечивающими формирование импульса режекции, в соответствии с требованиями СТО 56947007-29.120.40.102-2011;
БПТ-Р2 – напряжение питания 220В переменного тока со встроенными подпиткой от токовых цепей с реле дешунтирования.
БПТ-Р0 – напряжение питания 220В переменного тока со встроенными подпиткой от токовых цепей без реле дешунтирования.

В исполнении БПТ в обозанчении устройства не указывается ток вторичной обмотки ТТ;

ss – тип интерфейса связи с АСУ:
И1 – два интерфейса RS485;
И3 – один интерфейс RS485, один интерфейс Ethernet по «витой паре» (100BASE-TX) и протокол обмена Modbus TCP;
И4-FX — один интерфейс RS485, два оптических интерфейса Ethernet (100BASE-FX) и протокол обмена МЭК 61850 (редакция 2);