Релейная защита

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В релейной защите в последнее десятилетие произошли качественные изменения, вызванные широким использованием цифровой техники. Указанное обусловлено, в первую очередь, существенными преимуществами релейной защиты на микропроцессорной основе по сравнению с электромеханической и электронной релейной защитой. Эти преимущества заключаются, прежде всего, в следующем:

· повышении аппаратной надежности, уменьшении массы и габаритов устройств, благодаря существенному уменьшению числа используемых блоков и соединений;

· существенном повышении удобства обслуживания и возможности сокращения обслуживающего персонала;

· расширении и улучшении качества защитных функций;

· возможности непосредственной регистрации процессов и событий и анализа возникших в энергосистеме повреждений;

· принципиально новых возможностях управления защитой и передачи от нее информации на географически удаленные уровни управления;

· технологичности производства.

Принципы построения и алгоритмы, используемые в цифровой релейной защите, во многом отличаются от применяемых в электромеханических и электронных релейных защитах, ввиду существенно различающихся технической основы и способов обработки информации.

Новые возможности цифровой обработки сигналов и обмена информацией, позволяют реализовать целый ряд защитных функций, которые невозможно было осуществить ранее. Все это делает возможным повышение эффективности релейной защиты при применении цифровых устройств, благодаря более полному учету повреждений в энергосистеме, большей долговечности и меньшим затратам на обслуживание, прежде всего периодическое, вследствие возможности увеличения сроков между проверками и отсутствия необходимости ревизии каких-либо механических элементов.



1. Принцип построения релейной защиты

статор ротор релейный электрический

Назначение РЗ

Производство, распределение и потребление электрической энергии обеспечивается совокупностью элементов - генераторов, трансформаторов, воздушных линий электропередачи, кабелей, электрических двигателей, нагревательных приборов и т.д., называемых электроэнергетической системой. В процессе функционирования ЭС могут возникать повреждения, чаще всего короткие замыкания, сопровождаемые увеличением токов через отдельные элементы ЭС. Без принятия специальных мер эти режимы могут привести к повреждению элементов ЭС и нарушению электроснабжения. В соответствии с Международным стандартом «Защита энергетических систем» 1ЕС 50 «защитой является совокупность устройств, предназначенных для обнаружения повреждений или других аномальных режимов в энергосистеме, отключения повреждения, прекращения аномальных режимов и подачи команд или сигналов». Одним из важнейших элементов защиты являются измерительные реле, которые реагируют на значения контролируемых параметров ЭС. Устройством защиты является устройство, состоящее в общем случае из совокупности отдельных измерительных реле и логических элементов, предназначенных для выполнения предусмотренных функций при возникновении повреждений в ЭС.

Виды повреждений

Основным видом повреждений в ЭС являются повреждения изоляции - короткие замыкания и замыкания на землю - табл. 1.1.

Однофазные КЗ и замыкания на землю составляют 80-90% всех повреждений. Возможны и более сложные повреждения. Например, при обрыве одной фазы линии упавший конец провода вызывает появление однофазного КЗ или замыкания на землю одновременно с разрывом фазы. Частота возникновения повреждений зависит от уровня номинального напряжения сети, способа прокладки линии и состава грунта, наличия грозозащитных тросов и разрядников, а также от погодных условий.

Все приведенные виды повреждений могут происходить при наличии переходного сопротивления в месте повреждения, прежде всего сопротивления, вносимого электрической дугой или посторонними предметами. При замыканиях на землю важной составляющей переходного сопротивления является сопротивление опоры Ron, несущей провод, и сопротивление земли, зависящее от вида почвы, значения и длительности протекания тока. Общий случай, учитывающий все возможные виды переходных сопротивлений в месте КЗ, показан на рис. 1.4, б. Обычно переходное сопротивление при замыканиях на землю находится в пределах 5-20 Ом. В особых случаях оно может достигать сотен Ом.

Основные требования к защитным функциям

Чувствительность

Как указывалось, одной из основных задач РЗ является защита элементов энергосистемы от повреждений, обусловленных КЗ и аномальными режимами, и выдача команд и сигналов, способствующих восстановлению электроснабжения.

На рис. 1.5 показана электрическая сеть, в которой в точке К1 происходит КЗ на линии WJ. При этом токи КЗ протекают не только по линии Ш, но и по другим элементам ЭС. Одной из основных Задач РЗ является по возможности быстрое отключение поврежденного элемента, что обеспечивает как сохранность элементов ЭС, так и быстрое восстановление электроснабжения. В рассматриваемом случае это обеспечивается отключением защитами S6 и S7 выключателей Q6 и Q7 по концам линии Ш. При этом место КЗ изолируется от источников напряжения, и тем самым прекращается протекание токов КЗ по поврежденным и ряду неповрежденных элементов сети.

Чувствительность есть свойство релейной защиты реагировать на возможность повреждения на защищаемом участке и достаточно быстро их отключать, с тем чтобы сохранялась работоспособность как: отключенных так и оставшихся в работе элементов сети.

Условия для оценки чувствительности РЗ можно сформулировать следующим образом.

Релейная защита удовлетворяет требованиям чувствительности, если при повреждении на защищаемом участке сети, могущем привести к повреждению элементов ЭС или нарушению энергоснабжения, ее время реакции не превышает допустимого времени , при котором сохраняется работоспособность элементов ЭС и устойчивость функционирования ЭС. Значение допустимого времени зависит от типа элементов и свойств самой ЭС. Сохранность одних элементов определяется длительностью протекания тока КЗ и его значением, т.е. зависимостью ; для других элементов важно значение возможных перенапряжений; в определенных случаях для обеспечения устойчивости ЭС критическим параметром является продолжительность существования КЗ, определяющая значение , и т.п.

Таким образом, защиты S6 и S7 на рис. 1.5, обеспечивающие отключение КЗ К1, должны удовлетворять необходимым требованиям чувствительности при всех возможных повреждениях в любой точке защищаемой линии W1.

Селективность

Селективность есть свойство релейной защиты формировать команды отключения только поврежденного участка или мин. числа участков электрической сети вблизи места повреждения, с тем чтобы свести к мин. недоотпуск энергии потребителям.

Так, селективность релейной защиты означает, что устройства защиты S6 и S7 должны при КЗ К1 подействовать соответственно на выключатели Q6 и Q7 раньше, чем устройства защиты S1-&5 и 33-&П, которые также измеряют токи КЗ. Только при этих условиях в данной ЭС с двусторонним питанием электроснабжение потребителей VJ и V2 будет сохранено. Обеспечение селективности является достаточно сложной задачей вследствие того, что токи КЗ протекают как по поврежденным, так и по неповрежденным элементам.

Существуют два принципиально отличающихся способа обеспечения селективности, в соответствии с которыми классифицируются релейные защиты - защиты с относительной селективностью и защиты с абсолютной селективностью.

Основные элементы цифровой релейной защиты

Основные элементы структуры ЦРЗ показаны на примере дифференциальной и дистанционной защиты 7SD5 фирмы «Siemens».

В ней можно выделить следующие функциональные блоки.

Аналоговые входы переменного тока служат для ввода сигналов от измерительных трансформаторов тока и напряжения. При этом в цепях тока три входа используются для ввода фазных токов, а четвертый вход в зависимости от выбранного решения, может быть использован для ввода тока нулевой последовательности защищаемой линии, либо тока нулевой последовательности параллельной линии, либо для других целей. Аналогично в цепях напряжения три входа используются для ввода фазных напряжений, а четвертый вход - для ввода дополнительного напряжения в зависимости от выбранного функционального признака, например, напряжение разомкнутого треугольника 3U₀ или напряжение от системы шин для цепей синхронизации.

Промежуточные трансформаторы Г используются для гальванического разделения цепей.

Элементы для цифровой обработки сигналов:

EV - преобразователи и усилители, обеспечивающие аналоговую фильтрацию, нормирование и усиление входных сигналов переменного тока;

AD - аналого-цифровые преобразователи;

µС - микропроцессорный блок;

AV - выходные усилители, обеспечивающие функционирование, прежде всего, выходных реле и светодиодов.

В микропроцессорном блоке, наряду с обработкой измеряемых величин, реализуются защитные функции, функции управления и дополнительные функции, среди которых можно выделить следующие:

· фильтрация и первичная обработка измеряемых величин;

· непрерывный контроль достоверности измеряемых величин;

· проверка граничных условий;

· обработка сигналов логических функций;

· формирование команд на отключение регистрация мгновенных данных повреждения;

· обеспечение функционирования операционной системы, например, хранение данных, часы реального времени, коммуникации, интерфейсы и т.д.

Важной функцией блока аналоговых входов является обеспечение достаточной изоляционной прочности измерительных цепей устройства относительно вторичных цепей высоковольтных измерительных трансформаторов тока и напряжения.

Дискретные входы A1 предназначены для ввода логической информации, которая в дальнейшем используется в программной части для принятия решения. Для ввода информации используют, как правило, оптоэлектронные преобразователи.

Эта информация обычно включает в себя:

· сигналы о состоянии элементов электрической системы;

· сигналы от других устройств РЗ, передаваемые, например, с помощью средств телемеханики;

· сигналы пуска от устройств автоматического повторного включения;

· сигналы ускорения защит при включении линии;

· сигналы для разрешения или запрета отдельных функций защиты;

· сигналы управления, изменяющие логику защиты.

Каждый дискретный вход определенным образом программируется. Поэтому появление или исчезновение напряжения на запрограммированном входе оптрона соответствует появлению определенной команды в программном блоке защиты.

Дискретные выходы - выходные реле B1 и светодиоды - служат для целей управления и сигнализации. Эти элементы также программируются, т.е. срабатывание одного из реле соответствует выполнению устройством защиты определенной функции. Через дискретные выходы выдаются команды включения выключателей и различные сигналы и сообщения для других устройств защиты и систем сигнализации.

Функциональная клавиатура управления предназначена для ввода управляющей информации, такой как:

· изменение уставок и параметров защиты;

· ввод отдельных функций;

· ввод команд для управления коммутационными элементами присоединения;

· программирование дискретных входов и выходов;

· проведение контрольных проверок исправности устройства.

Дисплей предназначен для чтения сообщений защиты, а также используется как вспомогательное средство при всех операциях, выполняемых с помощью клавиатуры.

Интерфейс обслуживания представляет собой обычно последовательный порт на лицевой панели защиты и обеспечивает связь между защитой и персональным компьютером. В целом современная цифровая защита представляет собой достаточно сложное устройство, выполняющее большое количество различных функций и требующее ввода и вывода значительного числа данных и сообщений. Поэтому наиболее эффективное обслуживание защиты, прежде всего ввод данных и вывод сообщений, может быть проведено с помощью персонального компьютера. Для этого используются специальные обслуживающие программы, учитывающие особенности конкретной защиты. Специальный интерфейс позволяет также производить централизованную настройку и обслуживание устройства на удалении.

Системный интерфейс обеспечивает связь защиты с системой контроля и управления. Посредством этого интерфейса в систему управления передаются различные сообщения, в том числе о состоянии защиты и действии отдельных функций на уровень управления и архивирования данных. В другом направлении передаются управляющие сигналы, позволяющие изменять определенные параметры или группы параметров защиты. Связь с системой управления может осуществляться по электрическим или оптическим каналам и использовать различные протоколы передачи данных.

Функциональный интерфейс обеспечивает быстрый обмен информацией в общем случае о действиях отдельных функций защиты, сообщениях и состоянии контактов коммутирующих аппаратов с устройством защиты на другом конце защищаемого объекта. Это позволяет повысить эффективность защитных функций и в ряде случаев ускорить отключение повреждений в объекте,. Функциональный интерфейс используется также для обеспечения функции дифференциальной защиты. В этом случае происходит обмен информацией с другими УРЗ об аналоговых входных сигналах переменного тока.

2. Элементы цифровой защиты электрических машин

Защита статора от сверхтоков

Протекание больших токов, вызванных внутренними или внешними КЗ, может вызвать при несвоевременном отключении не только повреждение обмоток статора, но и конструктивные разрушения элементов вращающихся электрических машин, определяемые возникающими механическими усилиями. Поэтому защитой от сверхтоков КЗ должно обеспечиваться быстрое отключение объекта. Основными видами защит при этом являются токовые, дифференциальные и в ряде случаев дистанционные защиты. Конкретный выбор вида защиты зависит от мощности, типа и назначения электрической машины.

Продольная дифференциальная защита при междуфазных КЗ.

Данный вид защиты обладает абсолютной селективностью и применяется, прежде всего, для электрических машин средней и большой мощности. В зависимости от схем подключения генераторов возможны различные схемы подключения дифференциальных защит, некоторые варианты которых приведены на рис. 9.1.

Варианты, показанные на рис. 9. 1,6 - з, охватывают различные зоны, определяемые расположением используемых трансформаторов тока. Решения, принимаемые при реализации цифровых дифференциальных защит генераторов и двигателей от многофазных КЗ, в принципе не отличаются от решений, рассмотренных, в гл. 6. При выполнении защиты одиночного генератора не требуется блокировка при броске тока намагничивания, возникающего при включении силового трансформатора.

Возможны случаи, когда нейтраль генератора заземлена. При этом для защиты от однофазных КЗ может быть использована высокочувствительная дифференциальная защита на основе сравнения токов нулевой последовательности, протекающих по обеим сторонам обмоток статора генератора.

Дифференциальная защита имеет обычную тормозную характеристику и должна обладать высокой чувствительностью при КЗ через переходное сопротивление. Поэтому во избежание неправильного действия при внешних КЗ с большими токами, сопровождающимися насыщением трансформаторов тока, защита блокируется при превышении максимальным из токов заданного значения. Срабатывание защиты происходит и при возникновении напряжения нулевой последовательности U0, что обеспечивает несрабатывание при внешних междуфазных КЗ, сопровождающихся большими токами небаланса. Дополнительно контролируется угол между токами нулевой последовательности, что также обеспечивает повышение селективности при внешних однофазных КЗ.

Защита статора при замыкании на землю

Защиты, использующие напряжения и токи нулевой последовательности.

Замыкания на землю обмотки статора генератора, работающего в режиме изолированной нейтрали, могут быть достаточно опасными вследствие того, что, несмотря на сравнительно небольшие емкостные токи КЗ, возникающая электрическая дуга повреждает изоляцию и оплавляет активную сталь статора.

Защиты генераторов в блоках генератор-трансформатор выполняются наиболее простым образом на основе контроля значения напряжения нулевой последовательности 3Uo при изолированной нейтрали или тока 3I0, протекающего через заземляющий трансформатор.

Возможность селективного отключения КЗ на землю К1 в генераторе и сети генераторного напряжения основана на том, что при внешнем КЗ на землю К3 напряжения нулевой последовательности в сети генераторного напряжения теоретически не возникает ввиду запирания токов нулевой последовательности трансформатором Т при соединении обмоток звезда-треугольник. На практике при замыкании на землю возникает напряжение 3%, обусловленное емкостью Со, между обмотками трансформатора Т. Однако, учитывая, что емкость Сом» значительно меньше результирующей емкости С0г в сети генераторного напряжения, значение напряжения 3Uo при внешнем КЗ, К3 достаточно мало. Указанное дает возможность выполнить защиту от замыканий на землю путем контроля напряжения 3Uo или контроля тока 3Jo через заземляющий трансформатор 7Д, соединяющий нейтраль генератора с землей.

Следует отметить, что данная защита не может охватить 100% обмотки статора генератора, так как контролируемые величины 3Uo и 3I0 пропорциональны числу витков фазы между нейтралью и местом замыкания на землю. В частности при замыкании на землю нейтрали генератора число витков, определяющее составляющие нулевой последовательности, равно нулю, и величины 3U0 отсутствуют.

Поэтому данная защита в микропроцессорном исполнении охватывает 90-95% обмотки статора, т.е. имеет «мертвую зону» при КЗ вблизи нейтрали генератора.

Направленная защита нулевой последовательности генераторов, присоединяемых к сборным шинам. В данном случае напряжение нулевой последовательности практически одинаково при замыкании на землю К1 на выводах генератора и K3 в близлежащей сети. Для обеспечения селективной защиты в этом случае возможно принятие таких же решений, как и для защиты объектов сетей с малым током замыкания на землю.

В случае, если суммарная емкость внешней по отношению к рассматриваемому генератору сети значительно больше емкости генератора, то возможно использование только контроля значения тока нулевой последовательности. В более сложном случае, когда генератор достаточно мощный и его емкость по отношению к земле соизмерима с емкостью внешней сети, необходимо применение направленной защиты нулевой последовательности. Упрощенно данное решение поясняет рис. 9.7, е, где для обеспечения селективной защиты используется контроль напряжения и тока нулевой последовательности, а также угла A при КЗ вблизи нейтрали генератора К2, где напряжение нулевой последовательности 3% при замыкании на землю с учетом необходимости отстройки от небалансов в нормальном режиме недостаточно для срабатывания защиты.

Таким образом, наложение знакопеременного низкочастотного прямоугольного напряжения позволяет отстроится как от гармонических составляющих помех в цепи возбуждения, так и от постоянной составляющей в цепи измерения, что обеспечивает высокую чувствительность к замыканиям на землю.

Особенности защиты ЭД

Асинхронные и синхронные электродвигатели являются одними из основных потребителей электрической энергии. Релейная защита электродвигателей должна учитывать специфические свойства, связанные с наличием вращающихся частей и прежде всего с режимами пуска и торможения. При реализации защитных функций электродвигателей необходимо учитывать, как и в защитах генераторов, внутренние повреждения обмотки статора и сверхтоки, возникающие при внешних КЗ и перегрузках.

Защиты от многофазных КЗ в обмотке статора должны обеспечивать отключение электродвигателя по возможности с минимальным временем срабатывания. Для этой цели используется максимальная токовая защита с зависимой и независимой выдержкой времени. При этом для быстрого отключения при сверхтоках КЗ используется токовая отсечка, отстраиваемая по току срабатывания от максимального значения пускового тока в момент включения двигателя. Остальной диапазон возможных токов КЗ перекрывается ступенями МТЗ с независимой выдержкой времени и МТЗ с зависимой выдержкой времени, отстраиваемыми своими уставками по току и времени от пусковых токов электродвигателя. Дифференциальная защита применяется на двигателях сравнительно большой мощности, а также в случаях, когда МТЗ и токовая отсечка не обеспечивают необходимую чувствительность к внутренним междуфазным КЗ, ввиду необходимости отстройки от пусковых токов.

Функция динамического переключения параметров обеспечивает загрубление защиты на определенное время при включении электродвигателя после предшествующей паузы и тем самым позволяет повысить чувствительность к КЗ. При этом генерируется сигнал Параметры D, который по признаку наличия предшествующей паузы в подаче напряжения питания переключает уставки МТЗ, обеспечивая недействие защиты во время последующего пуска. Рисунок 9.15 поясняет данный принцип.

Уставкой Ik1> контролируется отсутствие тока. При снижении всех токов ниже значения Iк1> запускается элемент выдержки времени с уставкой T1, который переключает триггер, генерирующий сигнал Параметры D для загрубления параметров защиты. При включении двигателя, контролируемом превышением током уставки Ik1> запускается элемент выдержки времени с уставкой T2, который через время T2 обеспечивает возврат триггера и возврат МТЗ к «нормальным» чувствительным уставкам при условии, что контролируемый ток двигателя в данный момент меньше значения Ik2>; соответствующего пусковому току двигателя. Таким образом, уставкой Ik2> контролируется окончание переходного режима пуска двигателя и возврат к чувствительным уставкам.

Защиты от замыканий на землю в обмотке статора зависят от вида заземления нейтрали сети. В сетях с большим током КЗ на землю применяется токовая защита, реагирующая на ток 3Iо. Так как емкость обмотки статора обычно намного меньше результирующей емкости сети, возможно использование ненаправленной токовой защиты нулевой последовательности и в сетях с малым током замыкания на землю. В особых случаях соизмеримости емкостей двигателя и сети необходимо использование направленной токовой защиты нулевой последовательности, либо защиты, реагирующей на активную составляющую тока нулевой последовательности.

Защиты по току обратной последовательности. Ток обратной последовательности возникает как при несимметричном питании, так и при обрыве фазы или несимметричном КЗ. Как электрическая машина с вращающимся ротором двигатель имеет значительно меньшее сопротивление для составляющих обратной последовательности, зависящее от скольжения. Поэтому составляющая тока обратной последовательности, возникающая в обмотке ротора и имеющая более высокую частоту ввиду обратного направления вращения относительно поля статора, приводит к увеличению тепловых потерь двигателя и его разогреву. К такому же результату приводит и обрыв фазы двигателя во время пуска или работы под нагрузкой, а также неправильное чередование фаз. Общие принципы выполнения защиты на основе измерения симметричных составляющих тока I2, в том числе выполнение защиты от обрыва фазы.

Защита от снижения напряжения. Устойчивость работы двигателя зависит от значения и длительности снижения напряжения. Чем кратковременнее и меньше снижение напряжения, тем более благоприятны условия для самозапуска двигателя при восстановлении напряжения. В зависимости от типа двигателя и характера нагрузки определяются условия по снижению напряжения, при которых повторный запуск двигателя невозможен и двигатель необходимо отключить, обеспечив при этом функционировании других объектов сети. Для этой цели используются защиты с контролем глубины снижения напряжения, которые могут иметь ступени как с независимой выдержкой времени, так и с выдержкой времени, зависящей от глубины снижения напряжения, в частности:

Фиксация места повреждения на линии входит в объем функций многих цифровых устройств релейной защиты, содержащих блоки измерения напряжения и тока. Наличие данной функции существенно облегчает и ускоряет нахождение места повреждения и устранение аварии. В настоящее время имеется тенденция к интегрированию фиксаторов места повреждения в устройства РЗ, прежде всего в дистанционные защиты. Технической основой для этого является высокая производительность современных средств микропроцессорной техники, обеспечивающая быстрое выполнение необходимого объема измерений. По виду используемой информации можно выделить односторонние и двусторонние ФМП.

Односторонние ФМП. К данному виду ФМП относятся устройства на основе использования информации о токах и напряжениях, имеющихся в месте их установки. Для определения места повреждения используется преимущественно дистанционный принцип измерения составляющих комплексного сопротивления Z = Uкм, искомое расстояние l до места КЗ l = Х

Управление группами параметров и уставок возможно и другими путями - через клавиатуру или через порты управления устройством защиты извне. При этом возможно автоматическое переключение групп параметров и уставок в зависимости от выбранной фиксации событий, например, от сигналов, характеризующих изменение конфигурации сети или при команде ручного включения объекта. Последний вариант может использоваться, например, при включении двигателя в целях отстройки от пусковых токов или при ручном включении линии.

В целях исключения неоднозначных ситуаций управление группами уставок целесообразно осуществлять в условиях отсутствия КЗ, т.е. блокировать переключение групп параметров и уставок при пуске ЦРЗ, фиксирующем возникновение КЗ.

Гибкие логические конфигурации. Логическая часть ЦРЗ является достаточно сложной структурой, объединяющей различные измерительные функции и входные сообщения и формирующей различного вида выходные сигналы. Во многих случаях практически невозможно выполнить «типовую» логическую структуру ЦРЗ, учитывающую особенности применения на отдельных объектах и требования различных пользователей. С учетом этого, многие современные ЦРЗ выполнены таким образом, что дают возможность пользователю самому построить в определенном объеме дополнительные функциональные и логические структуры. С помощью специальных программных средств, входящих в общую обслуживающую программу, пользователь имеет возможность, используя графический интерфейс, построить дополнительные функции ЦРЗ. В качестве информационной базы свободно программируемой логики могут быть использованы: сигналы, непосредственно подводимые к дискретным входам ЦРЗ; сообщения, генерируемые отдельными функциями ЦРЗ; выходные сообщения; измеряемые ЦРЗ входные сигналы переменного тока. Библиотека свободно программируемой логики может содержать значительное количество различного типа элементов, позволяющих получить логические и измерительные функции. К этим элементам относятся: триггеры; различные логические функции; другие команды булевой логики; фиксаторы верхнего и нижнего пределов измеряемой входной величины; фиксаторы нулевого значения величины; компараторы; формирователи абсолютного значения величины; элементы выдержки времени с различными свойствами, например, расширители импульсов и т.п.; счетчики импульсов; элементы обратной связи; элементы арифметических действий; вспомогательные элементы для объединения отдельных блоков и графического построения схемы.

Для построения дополнительной функционально-логической схемы используется обычно только графический редактор и не требуется специального программирования. В рамках программы построения функционально-логической схемы пользователем выбираются необходимые элементы и формируются связи между ними, выбираются необходимые входные сигналы, принимаются обозначения элементов и определяются выходные сообщения. Одновременно может быть создано несколько законченных функционально-логических схем, которые запоминаются в ЦРЗ и вызываются при необходимости. Выходные сигналы созданных схем могут использоваться как сообщения и для программирования выходных реле ЦРЗ. В качестве примера на рис. 10.8 приведен вариант выполнения функционально-логической схемы.

Протокол интерфейса. Вид и объем информации, её содержание, последовательность передачи, способ передачи и способ обмена информацией определяется протоколом коммуникационного интерфейса. От вида этого протокола зависит реализация устройства управления и блоков интерфейса в ЦРЗ. Обмен информацией с устройствами релейной защиты обеспечивается международными стандартными протоколами 1ЕС 60870-5-103 и 1ЕС 61850, учитывающими, помимо общих требований, специфические требования к релейной защите. Для передачи и обмена данными применяется и ряд других протоколов, например, PROFIBUS, MODBUS, DNP 3.0, имеющих шинную топологию, используемую в различных системах управления и обеспечивающих быстрый обмен данными. Интерфейсные блоки ЦРЗ в зависимости от требований пользователя могут обеспечивать использование различных протоколов обмена. Объединение интерфейсных входов отдельных ЦРЗ может иметь различную топологию и осуществляться с помощью электрической или волоконно-оптической связи.

Для обмена информацией между управляющим интерфейсным устройством подстанции и верхним уровнем управления, которые могут находиться на значительном удалении друг от друга, используется специальный международный протокол 1ЕС 60870-5-101. При организации управления и обслуживания ЦРЗ так, как показано на рис. 10.9 используются различные виды обмена информацией.

Модемная связь между верхним уровнем управления и удаленным устройством управления подстанции, осуществляемая с помощью протокола 1ЕС 60870-5-101, обеспечивает передачу команд и запросов на информацию, получаемую управляющим устройством от ЦРЗ. Управляющее устройство обеспечивает необходимый обмен информацией между подсоединенными к общей шине устройствами в соответствии с используемым протоколом обмена, т.е. собирает и передает информацию от ЦРЗ о возникающих авариях, а также другие сообщения. Оно обеспечивает также выполнение требуемых команд, как формируемых оператором подстанции с использованием сервисного персонального компьютера - ПК1, так и команд, приходящих с верхнего уровня.

Имеется возможность обслуживания удаленного пользователя ПК2 через модемную связь, подключаемую к отдельному порту ЦРЗ, например по протоколу 1ЕС 60870-5-103. Такие же функции выполняются при непосредственном обслуживании на месте с помощью ЛКЗ, подсоединяемому к сервисному порту ЦРЗ, или посредством клавиатуры на фронтальной стороне устройства.

Используемый в данном случае протокол обмена 1ЕС 61850 позволяет осуществлять быстрый обмен информацией непосредственно между ЦРЗ J-4, подключенными к общей шине. Указанное дает возможность путем непосредственного обмена сигналами от отдельных защитных функций различных устройств реализовать качественно новые свойства ЦРЗ. Данное решение позволяет сократить число дискретных входов и выходов ЦРЗ и проводных соединений между ними. Ряд современных ЦРЗ обладает специальным «активным» коммуникационным интерфейсом АКИ, обеспечивающим быстрый обмен данными об измеряемых входных токах, напряжениях и логических сообщениях. Подобный обмен используется при реализации быстродействующей продольной дифференциальной защиты ВЛ, защит абсолютной селективности на основе обмена сигналами, двухстороннего ФМП, телеотключения, передачи данных измерения с противоположной стороны. Сообщения по этому каналу также охватываются общей системой управления и обмена информацией.

Виды и каналы передачи информации с ЦРЗ

Обслуживающие программы. Сам принцип построения ЦРЗ и большой объем выполняемых ими функций определяет необходимость и эффективность в большинстве случаев использования ПК для обмена информацией с ЦРЗ - ввода и вывода данных. Это обеспечивается специальными обслуживающими программами, учитывающими специфику конкретных ЦРЗ. В основные функции обслуживающей программы входят следующие операции с ЦРЗ:

· установка параметров, уставок, функций входов и выходов;

· чтение протоколов и протоколирование информации, определяющей состояние ЦРЗ и различного вида сообщений и измерений;

· ввод различного вида команд для проверки и управления защищаемым объектом;

· связь с другими ЦРЗ через имеющийся интерфейс.

В функции обслуживающей программы входит также обработка вводимой и выводимой информации, расширяющая возможности пользователя, в том числе:

· ввод и управление группами параметров и уставок;

· изменение и введение новых функционально-логических схем с помощью свободно-программируемой логики;

· графическое представление характеристик \ срабатывания и отдельных функций ЦРЗ, облегчающее анализ;

· расширенный анализ информации, характеризующей возникающие КЗ и реакцию ЦРЗ. Использование обслуживающей программы возможно на основе коммуникационных протоколов для пользователей, находящихся на различных уровнях - на централизованном управляющем уровне, при удаленном пользователе и при непосредственном обслуживании ЦРЗ.

Отдельные служебные программы обладают дополнительными функциями спектральной обработки сигналов, построения векторных диаграмм на основе запомненных мгновенных значений векторов, построения траекторий измеряемых комплексных сопротивлений на входе ЦРЗ. Использование коммуникационных интерфейсов позволяет производить в автоматическом режиме передачу регистрируемых данных КЗ от отдельных ЦРЗ в общее управляющее устройство с дальнейшим архивированием и передачей по запросу на верхний уровень управления.

Измерения. Дополнительной функцией ЦРЗ может являться измерение параметров текущего режима и, в общем случае, значительного числа производных параметров, рассчитываемых на их основе. К ним могут относиться: симметричные составляющие токов и напряжений, входные комплексные сопротивления по контурам фаза-фаза и фаза-земля; полная, активная и реактивная мощности; cosц); рассчитанные текущие температуры проводов отдельных фаз; разности напряжений, фаз и частот шин и линии при наличии в ЦРЗ устройств контроля синхронизма. При использовании активного интерфейса фиксируются значения входных токов и напряжений на противоположном конце ВЛ и фазовые утлы между величинами по концам линии, что позволяет контролировать полярность и правильность соединения измерительных цепей дифференциальных защит обоих концов.

Измеряемые величины могут быть просмотрены на дисплее ЦРЗ и с помощью интерфейса местного обслуживания и коммуникационного интерфейса быть доступны пользователям на различных уровнях управления.

Команды и сообщения с дискретных выходов ЦРЗ передаются соответствующим аппаратам, средствам сигнализации и управления, обеспечивая выполнение необходимых операций. Они используются также для обеспечения передачи информации на удаленные концы объекта при выполнении защит абсолютной селективности, а также для обеспечения взаимодействия защитных функций отдельных ЦРЗ одного объекта, например, для пуска функции АПВ внешнего устройства защиты. При этом функции дискретных выходов ЦРЗ и дискретных входов внешнего устройства соответственно программируются пользователем.

Цифровая информация с выхода активного коммуникационного интерфейса, содержащая данные о значениях измеряемых векторов тока и напряжения, а также логические сообщения и команды используется, прежде всего, в быстродействующих продольных защитах ВЛ и двусторонних ФМП.



Список использованных источников

1. Федосеев A.M. Релейная зашита электрических систем. М.: Энергия, 1976.

2. Атабеков Г.И. Теоретические основы релейной защиты высоковольтных сетей. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1957.

3. Шнеерсон Э.М. Дистанционные защиты. М.: Энергоатомиздат, 1986.

4. Фабрикант В-Й. Основы теории построения измерительных органов релейной защиты и автоматики. М.: Высшая школа, 1968.

5. Мутон, Суллар. Быстродействующие статические реле сопротивления. В кн.: Современная релейная защита. М.: Энергия, 1970.

6. Казовский Б.Я., Руисов Г.В., Аксенова Л Л. Крутильные колебания валопроводов турбогенераторов при асинхронном ходе возбужденного турбогенератора, Электротехника. 1982. №1.

7. Шнеерсон Э.М., Федоров Э.К. Дистанционный принцип защиты синхронных генераторов от асинхронных режимов Электричество, 1989. №6.

8. Техническое руководство по применению реле М1СОМ Р24Л. Фирма ALSTOM, 2002.

9. Шалин А.И. Об эффективности новых устройств РЗА Энергетика и промышленность России. 2006. №1.

10. Сирота И.М., Богаченко А.Б. Защита от замыканий на землю на стороне генераторного напряжения блоков генератор-трансформатор, охватывающая нейтраль генератора. Киев: Изд-во АН УССР, 1972.

Размещено на Allbest.ru

...