РЗА 2008. 030.ЭКРА 001.КОМПЛЕКС ШКАФОВ ЗАЩИТ БАТАРЕЙ - КОМПЛЕКС ЗАЩИТ БАТАРЕЙ СТАТИЧЕСКИХ КОНДЕНСАТОРОВ И УПРАВЛЯЕМЫХ ШУНТИРУЮЩИХ РЕАКТОРОВ НАПРЯЖЕНИЕМ 35-220 кВ СЕРИИ ШЭ2607

Единственными источниками активной мощности для потребителей электроэнергии являются генераторы электрических станций. Источниками реактивной мощности могут быть и другие устройства, располагаемые как на подстанциях, так и непосредственно у потребителя. Второй вариант является предпочтительным, так как передача реактивной мощности по сети вызывает затраты активной энергии и дополнительно загружает элементы электрической сети, снижая их общую пропускную способность и понижая напряжение. Особенно это заметно на воздушных линиях электропередачи. 
В качестве источников реактивной мощности в отечественных энергосистемах традиционно используются синхронные компенсаторы и двигатели, статические тиристорные компенсаторы, батареи статических конденсаторов (БСК). Наиболее экономически выгодным способом компенсации реактивной мощности является применение БСК. Это связано в первую очередь с тем, что конденсаторные батареи относительно дешевы, не содержат вращающихся частей, конструктивно просты и характеризуются малыми потерями активной мощности. Существенным преимуществом БСК является их масштабируемость, то есть возможность их размещения в виде крупных единиц на подстанциях и подключения небольших батарей непосредственно на шинах потребителя. 

Рис. 1. Передача электроэнергии потребителям без компенсации (а)
с компенсацией (б) реактивной мощности.
При компенсации реактивной мощности (рис.1,б) при напряжении на этих шинах UН и величине реактивного сопротивления статических конденсаторов ХБСК реактивная мощность БСК [1]:
.
Из векторной диаграммы (рис. 1,б) видно, что при установке БСК ток в линии IЛ уменьшается при неизменном токе в нагрузке IН (IБСК - емкостной ток через БСК).
Экономический эффект от применения устройств компенсации реактивной мощности очевиден. Вследствие уменьшения тока, протекающего по сети, увеличивается ее пропускная способность, уменьшаются потери активной мощности, увеличивается напряжение на шинах потребителей [2]. Однако величина выдаваемой реактивной мощности БСК существенно зависит от напряжения на шинах – снижение U приводит к уменьшению QБСК. Изменить степень уменьшения мощности батареи можно путем уменьшения сопротивления ХБСК. Включением или отключением части конденсаторов, входящих в состав БСК, можно ступенчато регулировать изменение реактивной мощности батареи. Применением схемы (рис. 2) параллельного включения БСК и управляемого шунтирующего реактора (УШР) возможно плавное управление реактивной мощностью в широких пределах, причем возможна как выдача, так и потребление реактивной мощности. В последнем случае БСК от сети отключается.

Рис.2.
Установка БСК и УШР непосредственно у потребителей находит в последнее время все более широкое применение [3,4]. Основной производитель БСК в России научно–производственный центр "Энерком – Сервис" (г. Москва) начиная с 1991 приступил к серийному выпуску конденсаторных батарей.
Традиционно в качестве защиты и автоматики конденсаторных батарей использовались нетиповые электромеханические панели [5]. Учитывая современные тенденции, НПП "ЭКРА" по согласованным с НПЦ "Энерком – Сервис" требованиям разработал комплекс микропроцессорных защит и автоматики управления выключателем БСК, дополненный специализированной панелью управления.
Согласно общим требованиям [6] конденсаторные батареи должны иметь следующие защиты:
- от токов короткого замыкания (КЗ); 
- от повышения напряжения выше максимально допустимого;
- от перегрузки токами высших гармоник (при действующем значении тока для единичных конденсаторов, превышающем 130% номинального);
- при нарушении равенства токов ветвей для батареи, имеющей две или более параллельные ветви (небалансная защита).
Токовая защита выполняется с действием на отключение выключателя БСК без выдержки времени, а остальные защиты – с регулируемой выдержкой времени.
Разработанный шкаф защит типа ШЭ2607 017217 состоит из двух комплектов. Первый комплект выполнен на базе терминала БЭ2704V017 [7] и традиционно объединяет функции защит БСК с автоматикой управления выключателем (АУВ) конденсаторной батареи и УРОВ. В состав защит этого комплекта включены:
- максимальная токовая защита (МТЗ);
- токовая ненаправленная защита нулевой последовательности (ТЗНП);
- защита от повышения напряжения (ЗПН);
- защита минимального напряжения (ЗМН).
Второй комплект выполнен на базе терминала БЭ2502А10 [7] и содержит:
- максимальную токовую защиту;
- токовую ненаправленную защиту нулевой последовательности;
- защиту от перегрузки токами высших гармоник;
- небалансную защиту.
Схема подключения шкафа ШЭ2607 017217 к конденсаторной батарее показана на рисунке 2.
Максимальная токовая защита, реализованная в обоих комплектах, предназначена для защиты от замыкания на выводах конденсаторной батареи. Защита выполнена в трехфазном исполнении и содержит две ступени. Предусмотрена возможность работы первой ступени МТЗ постоянно или только при включении выключателя. Вторая ступень МТЗ предназначена для защиты от КЗ в установившемся режиме работы БСК.
Токовая ненаправленная защита нулевой последовательности, также реализованная в обоих комплектах, предназначена для защиты от замыканий на землю на выводах батареи конденсаторов. Защита реагирует на ток нулевой последовательности и выполнена одноступенчатой.
Защита от повышения напряжения содержит две ступени. Первая ступень ЗПН действует с регулируемой выдержкой времени на сигнализацию, а вторая - на отключение БСК с возможностью последующего включения. Повторный ввод БСК в работу после отключения батареи от ЗПН возможен только после восстановления нормального напряжения на шинах. Контроль напряжения осуществляется при помощи реле минимального и реле максимального напряжения шин. Условием разрешения АПВ является несработанное состояние обоих реле. Выдержка времени АПВ регулируется.
Защита минимального напряжения действует на отключение батареи при снижении напряжения на шинах ниже заданного. Если при исчезновении напряжения на шинах батарея не была отключена, то при последующим восстановлении напряжения к батарее может быть приложено удвоенное напряжение, что не допустимо.
Защита от перегрузки БСК токами высших гармоник реагирует на действующее значение токов в каждой из фаз и срабатывает при превышении заданной уставки.
Небалансная защита – основная защита от внутренних повреждений батареи конденсаторов соединенных в "двойную" звезду. Токовые входы небалансной защиты подключены ко вторичным обмоткам трансформаторов тока, установленных в средних точках обоих плеч фазы батареи. Защита выполнена для каждой фазы в отдельности и имеет две ступени: первая ступень действует на сигнализацию, вторая - на отключение.
Автоматика управления выключателем конденсаторной батареи и УРОВ выполнены в традиционной для шкафов серии ШЭ2607 идеологии. Автоматика управления выключателем содержит устройство АПВ, защиту от непереключения фаз (ЗНФ) и неполнофазного режима работы (ЗНФР), узлы включения, отключения и фиксации положения выключателя, защиту электромагнитов управления от длительного протекания тока и узел контроля исправности цепей этих электромагнитов. Функция УРОВ реализует принцип индивидуального устройства.
В каждом комплекте шкафа ШЭ2607 017217 питание оперативным постоянным током осуществляется от отдельных автоматических выключателей. В первом комплекте питание терминала, цепей электромагнитов включения и первой группы электромагнитов отключения выключателя, а также питание цепей второй группы электромагнитов отключения выполнены раздельно, благодаря чему имеется возможность отключения выключателя даже при неисправном терминале комплекта. 
Для предотвращения ошибочного действия персонала, при котором возможно подключение неразряженной батареи к шинам, в первом комплекте шкафа предусмотрена блокировка включения выключателя. При отключении выключателя с панели управления или от защит (в том числе и внешних) повторное включение возможно не ранее, чем истечет заданная выдержка времени блокировки. Блокировка включения не действует в случае включения батареи от АПВ. 
Специализированная панель управления конденсаторной батареей содержит цифровые измерительные приборы, ключи управления разъединителями и выключателем, лампы сигнализации положения выключателя, световые табло сигнализации о срабатывании защит и переводе режима управления выключателем в положение "Местное".
Первое включение шкафов ШЭ2607 017217 успешно прошло в январе 2008 года в ОАО «Рязаньэнерго» на подстанциях 110 кВ «Дягилево» и «Лихачево», где НПЦ "Энерком – Сервис" устанавливались конденсаторные батареи мощностью 25 МВАр.
Схема подключения шкафа ШЭ2607 017217 к БСК приведена на рисунке 3.

Рис.3. Схема подключения шкафа ШЭ2607 017217 к БСК
В случае использования УШР совместно с БСК или без него, для реализации релейной защит (РЗ) управляемого шунтирующего реактора могут быть распространены нормы проектирования, требования [6] и ПТЭ в части РЗ, защиты от перенапряжений, пожаротушению и др., действующие для типового серийного маслонаполненного трансформаторного оборудования. Также в соответствии с техническими требованиями к устройствам РЗ УШР институтов «Энергосетьпроект» (г. Москва), «ТомскЭлектросетьпроект» (г. Томск) и «ВостСибЭнергосетьпроект» (г. Иркутск), разработанные в рамках выполненных проектов для ПС “Таврическая”, “Барабинская” и др., разработан шкаф защит ШЭ2607 049249 состоящий из двух комплектов.
Первый комплект выполнен на базе терминала БЭ2704V049 [7] выполняющий функции основной защиты сетевой обмотки (СО) УШР. В состав данного комплекта включены:
- продольная (и поперечная) дифференциальная защита СО или дифференциальная защита нулевой последовательности СО, в зависимости от схемы подключения трансформаторов тока (ТТ) к сетевой обмотке УШР;
- двухступенчатая максимальная токовая защита линейного ввода УШР (МТЗ ЛВ);
- УРОВ ЛВ;
- защита от перегрузки СО;
- реле тока для автоматики обдува;
- газовая защита. 
Второй комплект выполнен на базе терминала БЭ2502А011 [8] и содержит:
- максимальная токовая защита на ТТ заземленного вывода средней точки ОУ (МТЗ ОУ); 
- максимальная токовая защита на выводах обмотки подмагничивания, с действием на отключение выключателя СО реактора, для резервирования предохранителей (на выводах установлены предохранители, плавкие вставки которых при любом виде повреждения в обмотке подмагничивания или трансформатора–преобразователя должны отключать повреждение) (МТЗ ТМП).
Если УШР имеет собственный выключатель, то в качестве резервной защиты и автоматики управления выключателем СО реактора предлагается использовать шкаф ШЭ2607 015 содержащий двухступенчатую максимальную токовую защиту и автоматику управления выключателем.
Схема подключения шкафа ШЭ2607 049249 к УШР показана на рисунке 4.

Рис.4. Схема подключения шкафа ШЭ2607 049249 к УШР


Литература
1. Электрические системы, т.2. Электрические сети. Под ред. В.А. Веникова. М., «Высшая школа», 1971. 440 с. С илл.
2. Баркан Я.Д. Автоматическое управление режимом батарей конденсаторов. – М.: Энергия, 1978.
3. Паули В.К., Воротников Р.А. Компенсация реактивной мощности как средство рационального использования электроэнергии. – Энергоэксперт, №2, 2007.
4. Решение задач по нормализации потоков реактивной мощности в распределительных электрических сетях. – Энергоэксперт, №2, 2007.
5. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. – М.: Высшая школа, 1991.
6. Правила устройств электроустановок, 2003 год.
7. Терминалы серии БЭ2704 ЭКРА.656132.091 РЭ Руководство по эксплуатации.
8. Терминалы серии БЭ2502 ЭКРА.656122.001 РЭ Руководство по эксплуатации

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