РЗА 2008. 034.ЮРГТУ - 001. АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА - ДУГ ЗАЩИТЫ ВВЦ 2008 - БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ РЕЛЕЙНЫЕ ЗАЩИТЫ ОТ ДУГОВЫХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ В ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ ОТКРЫТОГО ТИПА И КОРПУСНОЙ КОНСТРУКЦИИ

Одним из наиболее массовых элементов подстанций распределительных электрических (РУ) сетей и станций являются комплектные распределительные устройства (КРУ(Н)) напряжением 6-10 кВ внутренней и наружной установки. Наряду с электроустановками корпусной конструкции на подстанциях энергосистем имеются распределительные устройства 6-10 кВ открытого или полуоткрытого типа, размещаемые в ЗРУ. Одной из проблем эксплуатации электроустановок рассматриваемого типа является ограниченная локализационная способность при внутренних коротких замыканиях (КЗ) через электрическую дугу, обусловленная малыми габаритными размерами КРУ(Н) и возможностью быстрого перехода КЗ на шины и в другие ячейки в электроустановках второго типа. Необходимо отметить, что КРУ, введенные в эксплуатацию в прошлом столетии, как правило, не оснащены полноценной быстродействующей защитой от дуговых КЗ или их защита не отвечает современным требованиям. Это обусловило введение в нормативные материалы (ПТЭ) и директивные указания РАО ЕС России требования об оснащении КРУ быстродействующими защитами от внутренних дуговых КЗ, активизации исследований и разработок в данной области релейной защиты.
В настоящее время доминируют защиты, использующие принцип контроля светового потока и тока [1-9]. В качестве оптических датчиков используются фототиристоры, -транзисторы, -диоды, -резисторы или волоконно-оптические линии. На выполнение дуговой защиты существенно влияет как исполнение оптического датчика, измерительных органов, так и конструктивное выполнение РУ.
В ЮРГТУ(НПИ) за последние два десятилетия накоплен опыт разработки и внедрения быстродействующих дуговых защит с оптическими датчиками информации. Разработан ряд локальных, централизованных и распределенных централизованных устройств защиты. К локальным устройствам (РДЗ-012МТ, РДЗ-012МТ2, РДЗ-212МТ, РДЗ-015) отнесены устройства, обеспечивающие защиту одной ячейки и устанавливаемые в ее отсеке РЗ. К централизованным устройствам (РДЗ-017, РДЗ-017М) отнесены защиты, имеющие один центральный блок, к которому подключаются оптические датчики, размещаемые в отсеках группы ячеек секции или во всех ячейках секции КРУ. Отличие распределенных централизованных защит (РДЗ-018, РДЗ-018М) от централизованных заключается в наличии локальных модулей, устанавливаемых в каждой ячейке, к которым подключаются оптические датчики, соединенные с центральным управляющим устройством, обеспечивающим синхронизацию работы всей системы и формирующем управляющие воздействия на коммутационные аппараты. Локальные модули данной системы также могут выполнять функции локальной защиты.
Рассмотрим возможность оптимального сочетания локальных, централизованных и распределенных централизованных устройств дуговых защит КРУ 6-10 кВ, что, по мнению авторов, позволит уменьшить удельную стоимость дуговой защиты из расчета на одну ячейку КРУ и уменьшить монтажные и эксплуатационные затраты.
На рис. 1 приведены примеры подключения оптических датчиков локальных устройств дуговой защиты. Конструктивно ячейки КРУ 6-10 кВ могут быть выполнены таким образом, что отсеки трансформаторов тока (ТТ), кабельной разделки и высоковольтного выключателя (ВВ) могут быть оптически связаны (ячейки 1 и 2) или разделены (ячейки 3 и 4) при нахождении выключателя в рабочем положении. В первом случае невозможно селективно определить место дугового повреждения в этих отсеках. Устройство защиты устанавливается в отсеках релейной защиты (РЗА), защищаемой ячейки. В ячейках 1 и 2 установлены одноканальные устройства защиты, контролирующие уровень освещенности (светового потока) внутри отсеков и формирующие воздействия на выключатель ввода и секционный выключатель. Объединение оптических датчиков отсеков шинного моста, выключателей и ТТ в данном случае не позволяет зафиксировать зону повреждения, что может потребовать осмотра после отключения КЗ не только поврежденной ячейки, но шинного моста. Во втором случае использование в ячейках 3 и 4 многоканальных (двухканальное и трехканальное) устройств защиты позволяет в зависимости от зоны повреждения воздействовать как на собственные выключатели ячеек, так и на выключатель ввода и секционный выключатель.

Рис.1. Примеры подключения оптических датчиков локальных устройств дуговой защиты

Альтернативой рассмотренному способу защиты может являться использование централизованной многоканальной микропроцессорной системы дуговой защиты (рис.2). Устройство устанавливается в одной из ячеек КРУ и связано линиями связи с индивидуальными оптическими датчиками, устанавливаемыми в каждой ячейке. Каждому каналу при этом соответствует своя группа фотодатчиков. Алгоритмы действия защиты в данном случае предполагают воздействие, как на собственные выключатели ячеек, так и выключатели ввода и секции в зависимости от технических требований заказчика.


Рис.2. Пример подключения оптических датчиков централизованной системы дуговой защиты

Таким образом, применение централизованной системы дуговой защиты позволяет не только обеспечить селекцию поврежденного отсека, но и выполнить гибкое управление коммутационными аппаратами. Выполнение централизованных защит на микропроцессорной элементной базе позволяет осуществлять достаточно сложную обработку информации передаваемой от фотодатчиков по каналам связи, включая тестовый и функциональный контроль работоспособности всей системы в целом и по отдельным составляющим. Выполнение централизованной дуговой защиты возможно с применением устройств РДЗ-017 и РДЗ-017М, имеющих по 6 независимых каналов. Путем объединения устройств возможно расширение числа каналов до 24-30. Увеличение числа каналов снижает удельную стоимость защиты на одну ячейку, но существенным образом увеличивает длину и число линий связи датчиков с устройством, а также линий от устройства к цепям управления коммутационных аппаратов. Поэтому оптимальным решением может быть выполнение защит централизованного типа на 3-6 ячеек, что позволит уменьшить число и оптимизировать длину линий связи устройства.
Если представить все «за» и «против» (рис. 3) внедрения многоканальных микропроцессорных систем защиты, то на чаше «за», будут лежать: большее информационное совершенство; гибкая структура управления; возможность резервирования смежных каналов защиты; низкие эксплуатационные издержки; меньшая удельная стоимость системы защиты, которая определяется наличием всего одного блока. На другой чаше весов – «против» лежат: более высокая вероятность выхода из строя системы в целом по сравнению с локальными защитами, которая может быть компенсирована периодическими проверками работоспособности защиты и функциональным контролем; большее количество связей от объекта защиты до устройства защиты, что усложняет монтаж и делает входные каналы защиты более уязвимыми к помехам. Решение проблемы работы микропроцессорных устройств в тяжелой электромагнитной обстановке решается комплексно программно-аппаратными средствами. Несмотря на существующие аргументы «против» внедрения многоканальных систем защиты, аргументы «за» имеют явно больший вес.

Рис.3. Оценка целесообразности внедрения микропроцессорных систем дуговой защиты

Промежуточным техническим решением между локальными устройствами и централизованными системами дуговой защиты является их построение по распределенно-централизованному принципу. Выполнение дуговой защиты на основе микропроцессорной системы РДЗ-018 и РДЗ-018М [11,12] (рис.4), состоящей из центрального управляющего устройства (ЦУУ), локальных модулей сбора и обработки информации (ЛМСОИ) и собственно оптических датчиков, позволяет реализовать гибкие алгоритмы функционирования с селекцией поврежденной ячейки и формированием сигналов отключения в соответствии с выше рассмотренными подходами и предаварийным состояние защищаемого оборудования. Отличительной особенностью защиты на основе распределенной системы является наличие функции резервирования отказов выключателей (УРОВ), тестового и функционального контроля, позволяющего при наличии локальной неисправности системы выводить из работы только поврежденный сегмент, формируя при этом сигнал неисправности. Подобное исполнение позволяет уменьшить число линий связи, т.к. обмен информацией между ЛМСОИ и ЦУУ осуществляется по двухпроводной линии в кодированном виде.
Распределительные устройств 6-35 кВ могут выполняться также без шкафного конструктивного исполнения и представлять собой ячеистую структуру. Металлические ограждения в таких конструкциях служат для исключения доступа к токоведущим частям, но не препятствуют прохождению светового потока как из поврежденной ячейки в смежные, так и из вне от постороннего источника света в ячейку (рис.5). Темными кружками показаны оптические датчики, а стрелками направление светового потока при возникновении дугового короткого замыкания.
Дуговое короткое замыкание в любом отсеке рассматриваемого распределительного устройства из-за наличия возможности проникновения светового потока через переднюю и заднюю стенки с последующим многократным отражением от стен ЗРУ (заштрихованные области) или передних стенок распределительного устройства может вызвать неселективное срабатывание защит смежных ячеек. Исходя из этого, дуговая защита может быть реализована как сочетание логической защиты шин и оптико-электрической защиты. Индивидуальное отключение ячейки возможно только при КЗ в отсеке ТТ и кабельной разделки на основе контроля светового потока и тока данной ячейки. В остальных случаях должны отключаться выключатель ввода и секционный выключатель. В качестве защиты РУ открытого исполнения может быть использована любая система защиты, обсуждение которых выполнено выше.
В отдельных случаях при невозможности выполнения дуговой защиты с пуском по току или напряжению может применяться мажоритарный принцип, согласно которому на защищаемом объекте устанавливается несколько локальных устройств типа РДЗ с фотодатчиками, точно ориентированными на защищаемую зону, а выходной сигнал формируется при наличии срабатывания определенного количества устройств. Таким образом, возможна отстройка от внешних световых помех.

Рис.4. Схема выполнения распределенной дуговой защиты



Рис.5. Поясняющая схема ячеек 6-35 кВ открытого типа

Разработанные в Южно-Российском государственном техническом университете (Новочеркасском политехническом институте) устройства дуговой защиты типа РДЗ показаны на рис. 6. Устройства могут быть поставлены заказчикам в рамках договоров, а также доработаны в соответствии с требованиями заказчиков. Для установки на действующие электроэнергетические объекты разработаны типовые проекты.

Рис.6. Устройства дуговой защиты типа РДЗ
Выводы
1. Сочетание локальных, централизованных и распределенных централизованных устройств и систем дуговой защиты с учетом конструктивных особенностей и числа ячеек КРУ и коммутационных аппаратов позволяет обеспечить минимизацию аппаратных затрат и объемов монтажных и наладочных работ.
2. Для подстанций с небольшим числом ячеек на одной секции (5-8 ячеек) может быть рекомендовано применение как локальных, так и многоканальных систем; на подстанциях с большим числом ячеек могут быть рекомендованы многоканальные системы защиты (6-8 каналов) с делением ячеек на группы; на подстанциях с числом ячеек более 16 обосновано применение как многоканальных (централизованных), так и распределенных централизованных защит.

Литература
1. Нагай В.И. Релейная защита ответвительных подстанций электрических сетей. – Энергоатомиздат, 2002. – 312 с.
2. Нагай В.И. Выбор и техническая реализация быстродействующих защит КРУ от дуговых коротких замыканий// Электро. – 2002.– № 1. – С. 35-39.
3. Нагай В.И. Быстродействующие дуговые защиты КРУ: современное состояние и пути совершенствования. – Новости Электротехники, №5(23), 2003. – С. 48-52.
4. Новая дуговая защита для комплектных распределительных устройств/ М.В. Демьянович, А.И. Евреев А.И., А.В. Пименов и др.// Энергетик. – 2001. – №5 – С.24.
5. Коротков Л.В., Погодин Н.В. Быстродействующая оптическая система дуговой защиты ЗРУ 6–10 кВ// «Релейная защита и автоматика энергосистем 2000»: Тез. докл. XIV научно-технической конференции:– М.:ЦДУ ЕЭС России, 2000. – С. 48-49.
6. Калачев Ю.Н., Шевелев В.С. Устройство дуговой защиты для ячеек КРУ 6–10 кВ// Энергетик. – 2001.– №1. – С. 25-26.
7. Григорьев В.А., Милохин В.Е., Палей Э.Л. Волоконно-оптическая дуговая защита ячеек КРУ 6-10 кВ// Энергетик. – 2002. – №2. – С.23-24.
8. Крылов И.П., Е.Ю. Федоров Быстродействующая селективная световая дуговая защита распредустройств 6-10 кВ БССДЗ-01/02// «Релейная защита и автоматика энергосистем 2006»: Сб. докл. Науч.-техн. конф.:– М.:ОАО СО ЦДУ ЕЭС, ОАО ФСК, ВВЦ РФ, 2006. – С. 48-49.
9. Середа Н.Н., Харитонов В.В. Применение фототиристоров для защиты сетей при дуговых коротких замыканиях. Материалы семинара «Новые комплектные электротехнические устройства». – М.: Московский Дом науч.-техн. пропаганды. 1990. – С.53-57.
10. Оптико-электрическая дуговая защита КРУН 6-10 кВ./ В.И. Нагай, С.В. Сарры, М.М. Котлов и др. – Энергетик, №8, 2000. – С.38-39.
11. Нагай В.И. Сарры С.В., Войтенко А.С. Релейная защита КРУ с контролем светового потока. – Промышленная энергетика, 2001, №11. – С 32–36.
12. Нагай В.И., Сарры С.В., Войтенко А.С. Быстродействующие релейные защиты КРУ от дуговых коротких замыканий с оптико-электрическими датчиками// Электрические станции. – 2002. – № 3. – 
С. 55-59.

подписка на новости
 
информационные спонсоры и партнёры ГК ЭВР
 
сотрудничество
 
ВСЕ ПРАВА ЗАЩИЩЕНЫ © 2003—2011 ГК ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ВЫСТАВКИ РОССИИ