Автоматизация центральной распределительной подстанции 10 и 6 кВ с релейной защитой на базе микропроцессорных блоков

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОМАТИЗАЦИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ ПОДСТАНЦИИ 10 И 6 КВ С РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТОЙ НА БАЗЕ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ БЛОКОВ

Иваков Д.Ю. обучающиеся 5 курса, группа 3-14ЭЭ(ба)Э

кафедра электроэнергетики и теплоэнергетики

Механико-технологический факультет,

Орский гуманитарно-технологический институт (филиал) ОГУ

Как известно, протекающие в электрических сетях процессы характеризуются высокой скоростью, поэтому к оборудованию, применяемому в АСУ ЭС, предъявляются особые требования по быстродействию. Оборудование для сбора данных должно обладать встроенными часами и достаточным быстродействием для фиксации дискретных событий, присваивать метку времени измененному параметру по показаниям встроенного таймера и иметь буфер для хранения формируемых таким образом сообщений. Точность задания временных параметров современных устройств защиты составляет 10мс., поэтому для эффективного контроля работы этих средств, требуется соответствующее быстродействие аппаратуры для сбора данных. Реальная точность фиксации дискретного состояния с учетом фильтрации переходных процессов, не должна превышать единиц миллисекунд, что соизмеримо с длительностью полупериода напряжения промышленной частоты. Единая оптимизированная программно-аппаратная среда с механизмом работы “по событиям”, наличие приоритетов сообщений и команд позволяет надежно обрабатывать большие объемы неравномерно поступающей информации.

Для привязки параметров всех объектов системы к единому времени применяется устройство синхронизации времени, основанное, как правило, на стандарте GPS. Архитектура АСУ ЭС предусматривает функционирование сервера АСУ ЭС в качестве источника единого времени всех компонентов системы и взаимную синхронизацию часов полевого оборудования с точностью до единиц миллисекунд. Выбор состава полевого оборудования при реализации проекта автоматизации системы электроснабжения определяется, с одной стороны, функционалом АСУ ЭС, и, с другой - требованиями к надежности электроснабжения и оперативному изменению настроек защит и автоматики.

Для автоматизации подстанций применяются специализированные контроллеры, в микропрограммное обеспечение которых включены алгоритмы обработки данных, отвечающие принципам мониторинга и управления электроснабжением. Контроллеры сопоставляют измеренным значениям и сигналам метки реального времени, обеспечивают принцип «выбор до управления» (SBO), заложенный в основу дистанционного управления коммутационными аппаратами. Буфер событий исключает потери данных в случае лавинообразного роста событий при развитии аварий.

При повышенных требованиях к надежности электроснабжения технологического оборудования в распределительных устройствах высоковольтных подстанций осуществляется реконструкция релейной защиты (РЗА) с установкой микропроцессорных устройств защиты (МЗ). Устройства МЗ в составе АСУ ЭС производят дистанционный контроль и управление установками защит, осциллографирование развития аварийных ситуаций, и, кроме этого, выполняют сбор информации, аналогично RTU. Дополнительно МЗ обеспечивают функции телеуправления коммутационными аппаратами. При автоматизации трансформаторных подстанций 0,4 кВ, как правило, применяются менее мощные контроллеры, а также цифровые преобразователи, которые устанавливаются на вводных присоединениях и на наиболее ответственных отходящих присоединениях и обеспечивают контроль физических параметров.

Известная электротехническая фирма «Шнейдер Электрик» выпускает и поставляет в Россию различное электрооборудование и в том числе микропроцессорные (цифровые) реле-терминалы серии SЕРАМ, а также низковольтные автоматические выключатели (АВ) серии Соmрасt и Маsterpact.

Рисунок 1 - Схема информационной сети

автоматизированный управление электрический реле sepam

SEPAM

Использование микропроцессорных (цифровых) реле-терминалов серии Sepam позволяет создать гибкою архитектуру, для адаптации к наибольшему количеству возможных применений, за счет использования дополнительных модулей и возможность модернизации установки, Sepam могут быть функционально улучшены путем добавления различных модулей.

Использование модулей "Plug & play", простота их установки и подсоединения.

Общий для всех типов Sepam ввод в эксплуатацию путем параметрирования с помощью программного обеспечения.

Наглядно блок Sepam представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 - Sepam серии 80

Sepam позволяет сократить затраты и время проведения технического обслуживания системы защиты.

Модули и разъемы Sepam отсоединяются без каких-либо особых мер предосторожности.

Дополнительные модули являются общими для всех типов Sepam, что позволяет сократить количество запасных частей.

Sepam серии 80 имеет съемный картридж, в результате чего упрощаются операции технического обслуживания.

Sepam для бесперебойной работы обеспечивает всей информацией, необходимой для оптимального управления и эксплуатации электроустановки.

В случае отключения при возникновении повреждения Sepam выдает пользователю четкую и полную информацию, что позволяет в кратчайшие сроки восстановить питание сети.

За счет функций диагностики выключателей, используемых Sepam, упрощается процедура профилактического и технического обслуживания оборудования.

Прогностические данные, выдаваемые функциями защиты двигателей, позволяющие оптимизировать управление процессом.

Sepam имеет многочисленные процедуры самотестирования, реализуемые с помощью базового устройства и дополнительных модулей.

Самотестирование проводится с целью:

- обнаружения внутренних повреждений, которые могут привести к несвоевременному отключению или к неотключению при коротком замыкании;

- установке Sepam в безопасное положение, позволяющее избежать несвоевременного срабатывания;

- оповещения пользователя о необходимости проведения технического обслуживания.

Контролируемые внутренние повреждения подразделяются на две категории:

- серьезные повреждения: остановка Sepam в предварительно определенном безопасном положении. При этом защиты блокируются, выходные реле переводятся в начальное состояние, и на выходе устройства отслеживания готовности появляется сигнал об остановке Sepam.

- незначительные повреждения: ухудшение работы Sepam. При этом основные функции Sepam сохраняются, защита оборудования обеспечивается.

Также имеется функция диагностики выключателей предоставляют пользователю следующую информацию:

- механическое состояние выключателя;

- дополнительные данные Sepam, которые используются при проведении профилактического и ремонтного технического обслуживания выключателей.

Эти измерения нужно сравнивать с данными, предоставленными изготовителем выключателей.

Для обеспечения быстрой и эффективной работы и, следовательно, для снижения расходов на эксплуатацию и техническое обслуживание электрической сети, все эксплуатационные данные и информация о техническом обслуживании:

- доступна при местной работе и дистанционно;

- представлена на языке пользователя.

Вся информация, необходимая для местного управления и диагностики установки, ясно и четко отображается на графическом жидкокристаллическом дисплее (LCD) человеко-машинного интерфейса.

Информация на дисплее человеко-машинного интерфейса может быть представлена на языке пользователя.

Отображение персонализированных аварийных и предупредительных сообщений.

Дистанционная эксплуатация осуществляется за счет подсоединения Sepam к 2 различным типам сети связи:

Сети диспетчерского управления или S-LAN (Supervisory Local Area Network) для дистанционного управления и контроля Sepam, подключенных к системе диспетчерского управления (SCADAилиRTU).

Эксплуатационные сети или E-LAN (Engineering Local Area Network), специально предназначенные для дистанционного параметрирования Sepam и централизованной диагностики установки с помощью программного обеспечения SFT 2841.

Сеть S-LAN используется для обеспечения функций диспетчерского управления установкой и электрической сетью. S-LAN позволяет подключить все средства связи по одному и тому же протоколу связи к централизованной системе диспетчерского управления (супервизору). Sepam подключается к сети S-LAN на основании следующих протоколов:

- Modbus RTU;

- DNP3;

- IEC60870(5(103.

Сеть Е-LAN используется для обеспечения функций параметрирования и эксплуатации Sepam. Е-LAN позволяет подключить все устройства Sepam к ПК, оборудованному программным обеспечением SFT 2841. С помощью SFT 2841 пользователю обеспечивается дистанционный и централизованный доступ ко всем данным, имеющимся в Sepam, без необходимости разработки специальной программы связи. Таким образом, пользователь получает возможность в очень простой форме выполнять следующее:

- устанавливать основные параметры и настройки функций Sepam;

- получать от устройств Sepam всю информацию по эксплуатации и данные диагностики;

- управлять системой защиты электрической сети;

- контролировать состояние электрической сети;

- проводить диагностику любого сбоя в работе электрической сети.

Данные, переданные от Sepam на супервизор

Результаты измерений и данные диагностики, измеренные Sepam, к которым имеется дистанционный доступ, группируются по следующим категориям:

- измерения значений: тока, напряжения, частоты, мощности, температуры и т.д.;

- измерения энергии: данные счетчиков энергии или счетчиков импульсного типа;

- данные диагностики сети: сдвиг фаз, токи отключения, коэффициент несимметрии и т.д.;

- данные диагностики электрической машины: нагрев, время пуска двигателя, время работы до отключения по перегрузке, время ожидания после отключения и т.д.;

- данные диагностики выключателей: кумулятивное значение токов отключения, время работы и количество коммутаций, время взвода привода и т.д.;

- данные диагностики Sepam: незначительное повреждение или серьезное повреждение и т.д.;

- данные счетчиков Logipam.

Телесигнализация

Данные о логическом состоянии, доступные дистанционно, сгруппированы по следующим категориям:

- аварийные сигналы и данные о внутреннем состоянии;

- данные о состоянии логических входов;

- данные о состоянии логических выходов;

- данные о состоянии 9 сигнальных ламп на передней панели Sepam;

- данные о состоянии выходных битов логических уравнений.

Аварийные сигналы и внутренние состояния являются данными телесигнализации (TS), предварительно назначенными различным функциям защиты или управления. TS используются в зависимости от типа Sepam и могут быть переназначены с помощью программы Logipam. Данные телесигнализации, передаваемые по линии связи, следующие:

- аварийные сигналы, выдаваемые всеми функциями защиты;

- аварийные сигналы, выдаваемые функциями контроля: неисправность ТТ или ТН, неисправность цепи управления;

Данные о состоянии Sepam:

- Sepam не квитирован;

- запрет телерегулировки, запрет передачи телекоманд;

Данные о состоянии следующих функций:

- АПВ: в работе / блокировано, АПВ в действии / успешное АПВ, окончательное отключение;

- запись осциллограмм аварийных режимов: блокировка записи / сохранение в памяти.

Данные, переданные от супервизора на Sepam

Передача команд дистанционного управления импульсного типа (телекоманд) (ТС) может осуществляться в одном из следующих двух режимов, выбранном в соответствии с установленными параметрами:

- в прямом режиме;

- в подтвержденном режиме SBO (Select Before Operate) (выбор с подтверждением).

Телекоманды заранее заданы и соответствуют различным функциям измерения, защиты и управления и используются в зависимости от типа Sepam.

Телекоманды обеспечивают:

- управление выключателем (выключение/включение);

- возврат Sepam в исходное состояние (reset) и инициализацию максиметров;

- выбор активной группы уставок с помощью активации группы А или В;

- блокировка или активация следующих функций: АПВ, тепловая защита, запись осциллограмм аварийных режимов.

Телекоманды могут быть переназначены с помощью программы Logipam.

Автоматические выключатели (АВ) серии Соmрасt и Маsterpact.

В соответствии со старыми требованиями Правил устройства электроустановок нормы проверки защитной аппаратуры в сетях до 1000 В требовали проверки и обеспечения определенной кратности тока короткого замыкания по отношению к номинальным токам плавких вставок предохранителей и расцепителей автоматических выключателей. Время отключения повреждения не регламентировалось, действие электромагнитных расцепителей было не обязательным, если ток короткого замыкания превышал не менее, чем в три раза номинальный ток теплового расцепителя. Такая проверка устанавливала степень надежности отключения, но не гарантировала быстрого их отключения. Это одна из причин возникновения ситуации, когда короткие замыкания вовсе не отключаются, а самоустраняются после полного разрушения попавшего в зону дуги оборудования.

Согласно вступившим в действие с 1 января 2003 года новым требованиям Правил устройства электроустановок, касающимся электробезопасности, и соответствующим международным нормам, одним из важнейших требований к защитной аппаратуре в сетях до 1000 В является требование по обеспечению быстродействия отключения повреждений, связанных с воздействием на человека. Это время, согласно таблице 1.7.1 ПУЭ, зависит от величины напряжения и при фазном напряжении 220 В не должно превышать 0,4 с. Начавшийся переход в настоящее время в России и за рубежом к микропроцессорным (цифровым) защитам автоматики (ЦРЗА) с интеграцией в пределах единого информационного комплекса функций релейной защиты, измерения и коммерческого учета ЭЭ, регулирования и управления электроустановкой направлен на повышение надежности электро- и теплоснабжения потребителей и соответствия современным требованиям безопасности по ПУЭ.

Спектр устройств ЦРЗА для сетей низкого и среднего напряжения предлагаемых потребителю отечественными и зарубежными компаниями, позволяет выполнить полноценные системы защиты для различных объектов.

Цифровые терминалы обладают всеми стандартными функциями микропроцессорных защит, а также измерения системной автоматики, самодиагностики, диагностики работы коммутационных аппаратов и сети, цифрового осциллографирования имеют связь с системой АСУ по интерфейсу RS -485 с открытым протоколом MODBUS. Данные устройства имеют модульную конструкцию и программное формирование защит.

В технических описаниях цифровых реле так же, как и в стандартах МЭК, IЕЕЕ, IАС времятоковые характеристики токовых защит заданы математическими формулами. Для построения этих характеристик с целью их согласования с характеристиками других защитных аппаратов (реле и плавких предохранителей) необходимо знать основные традиционные условия выбора уставок максимальных токовых защит (токов срабатывания, характеристик, времени срабатывания).

Сравнительный анализ разных типов обратнозависимых времятоковых характеристик цифровых реле и российских аналоговых реле РТВ-1, II, III, РТ-80, а также времятоковых характеристик российских плавких предохранителей типа ПКТ показал, что в большинстве случаев наиболее подходящей для России является «стандартная обратнозависимая» или «нормальная» характеристика (МЭК) и ей подобные характеристики стандартов IЕЕЕ («умеренно обратнозависимая») и IАС («обратнозависимая»). Однако может возникнуть необходимость использования и других типов характеристик.

Маsterpact является одним из лучших АВ на большие токи в мире. Усовершенствовав базовую модель, компания Schneider Еiectriс выпустила на рынок выключатели Маsterpact NТ и NW под торговой маркой Меrlin Gerin. К основным достоинствам силовых выключателей (возможности выкатывания, селективности и удобству обслуживания) прибавились встроенные функции связи и измерения при уменьшенных размерах аппарата автоматически размыкает контакты и обеспечивает исключительную эффективность до 150 кА. Он выполняет быстрое отключение в случае возникновения токов короткого замыкания (КЗ) более 37 кА (L1) и 65 кА (Н 3). Если ток КЗ ниже этого значения, система не реагирует, что позволяет обеспечить полную селективность с отходящими аппаратами.

Скорость вычисления, объем памяти и миниатюризация значительно расширяют функции современных расцепителей: расцепитель становится полноценным блоком контроля и управления АВ. Он точно измеряет параметры сети, мгновенно вычисляет значения, запоминает, задает, сигнализирует, передает данные. Аппарат новой серии Masterpact с блоками контроля и управления Micrologic представляет одновременно сверхнадежный орган защиты, и точный измерительный прибор.

Блок контроля и управления Micrologic А/Р/Н оснащен жидкокристаллическим дисплеем и простыми навигационными клавишами. Пользователь имеет прямой доступ к необходимым параметрам и уставкам. Навигация между экранами осуществляется интуитивно, регулировка предельно упрощена непосредственным считыванием с дисплея. Текстовая информация отображается на выбранном языке (из возможных 6 языков).

АВ Masterpact интегрируются в общую систему диспетчеризации, что оптимизирует его эксплуатационное обслуживание. Архитектура системы передачи данных характеризуется открытостью и может быть адаптирована к любым протоколам.

Функции защиты независимы от измерений. Эти функции управляются электронным элементом ASIC, общим для всех блоков контроля и управления, что гарантирует невосприимчивость к наводимым и излучаемым помехам, а также высокую надежность.

Список литературы

1. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учебник для вузов/ В.А. Андреев.- 5-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 2007г. - 639с.: ил. ISBN 978-5-06-004826-1

2. Нагай В.И., Маруда И.Ф., Нагай В.В. Резервирование релейной защиты и коммутационных аппаратов электрических электрических распределительных сетей./Под ред. В.И. Нагая. Ростовн/Д: Изд-во журн. «Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион», 2009. - 316 с.

3. Платонов В.В. Анализ задач развития электроэнергетики России и проблемы их реализации. // М., ИБРАЭ РАН, 2009 67 с. Препринт ИБРАЭ РАН № IBRAE-2009-1.

Размещено на Allbest.ru