Статья Терминалы РЗА. Терминалы РЗА. Микропроцессорные терминалы рза иванов Иван Иванович канд техн наук, зав кафедрой информационноизмерительных систем, доцент Новосибирского государственного технического университета

• Название: Микропроцессорные терминалы рза иванов Иван Иванович канд техн наук, зав кафедрой информационноизмерительных систем, доцент Новосибирского государственного технического университета
• Анкор: Статья Терминалы РЗА
• Дата: 18.12.2022
• Размер: 0.52 Mb.
• Имя файла: Терминалы РЗА.docx
• Тип: Документы; #851632

Микропроцессорные терминалы РЗА
Иванов Иван Иванович

канд. техн. наук, зав. кафедрой информационно-измерительных систем, доцент Новосибирского государственного технического университета,

630092, г. Новосибирск, пр. Карла Маркса, 20,

E-mail: tech@mail.r

Аннотация: целью статьи является сбор и анализ выполненных работ в рамках реконструкции и модернизации электрооборудования и вместе с тем, технического перевооружения РЗА, в современной системе электроснабжения. Актуальность темы обусловлена необходимостью замены физически и морально устаревшего оборудования, при эксплуатации которого с течением времени увеличивается риск аварий на подстанциях, нарушается электроснабжение потребителей. При написании статьи были поставлены и решены следующие задачи: изучение устройства терминалов релейной защиты; изучение назначения и эффективности их применения. На основании проведенных исследований сделан вывод, что применение МП терминалов РЗА наиболее востребовано и актуально в современной системе электроснабжения и является наиболее удобным, надежным и быстродействующим решением.

Ключевые слова: устройство; автоматика; микропроцессорный терминал; устранение; релейная защита; электроснабжение

Введение

Актуальность темы обусловлена тем, что для надежной работы электрооборудования и бесперебойного обеспечения потребителей электроэнергией, оборудование подстанций, ЛЭП должны иметь надежную защиту от возможных повреждений. До недавнего времени, всего 15-20 лет назад, в качестве защит оборудования на подстанциях применяли исключительно устройства релейной защиты и автоматики электромеханического типа. Такие устройства построены на реле электромеханического принципа работы.

В современном мире старые электромеханические защиты постепенно вытесняются современными устройствами – микропроцессорными терминалами (МП) защит, управления и автоматики оборудования. Такие терминалы РЗА все чаще встречаются на вновь построенных или технически переоснащенных подстанциях. 

МП терминалы полностью отслеживают нормальные и аварийные режимы работы в электроустановках. В случае короткого замыкания, найти причину и устранить повреждение стало намного быстрее.

Одним из основных критериев, определяющих необходимость замены, модернизации и реконструкции устройств РЗА, является техническое перевооружение энергообъекта или его части, при котором выполняется замена защищаемого основного оборудования (трансформатора, выключателей и др.).

При модернизации (реконструкции) электросетевых объектов необходимо применять устройства РЗА, выполненные, как правило, на микропроцессорной элементной базе.

«Микропроцессорные устройства РЗА - устройства РЗА, в которых для реализации заданных функций используются интеллектуальные программируемые устройства, выполненные на микропроцессорной элементной базе».[2]

Материалы и методы

Релейная защита является областью энергетики, которая непрерывно изменяется и расширяется. Для защиты и комплексного управления электрооборудованием используются компьютерные программы и микропроцессорная аппаратура.

В производстве устройств РЗА мировыми лидерами выступают европейские концерны ALSTOM, ABB и SIEMENS. Объединяет их тенденция все большего перехода на цифровую технику. Стоит заметить, что переход на цифровые способы обработки информации в устройствах РЗА не привел к изменению принципов построения защиты электроустановок, однако заметно улучшил эксплуатационные качества реле.[1]

Устройство МП РЗА, представленное на рисунке 1 (микропроцессорное устройство защиты и автоматики) состоит из:

• 
  измерительной части (ИЧ), которая ведет контроль значения токов и напряжений и определяет условие срабатывания или несрабатывания;
  
• 
  логической части (ЛГ), формирующей логический сигнал в зависимости от действия ИЧ и других требований;
  
• 
  управляющей (исполнительной) части (УЧ), которая усиливает и размножает логический сигнал, полученный от ЛЧ и подающий напряжения на отключение объекта и сигнал о работе релейной защиты;
  
• 
  источника питания (ИП) для подачи оперативного питания на все элементы релейной защиты.[5]
  

Рисунок 1.- Функциональная схема РЗА
Микропроцессорную систему можно рассматривать как частный случай электронной системы. Такая система предназначена для обработки входных и выдачи выходных сигналов.

Микропроцессорные системы являются цифровыми. Входные аналоговые сигналы цифровых систем преобразуются в последовательности кодов выборок с помощью аналого-цифровых преобразователей (АЦП), а выходные аналоговые сигналы формируются из последовательности кодов выборок с помощью цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП). Основная особенность стандартной цифровой системы заключается в том, что алгоритмы обработки и хранения информации в ней жестко связаны со схемотехникой системы. Что говорит о том, что изменение этих алгоритмов возможно только с изменением структуры системы, заменой электронных узлов, которые в нее входят, и связей между ними. По этой причине цифровая система часто называется системой на «жесткой логике». [3]

С помощью микропроцессорной системы этот недостаток легко устраняется. МП система легко адаптируется под любую задачу, перестраивается с одного алгоритма работы на другой без изменения аппаратуры. МП система является универсальной, гибкой и программируемой. К микропроцессорным терминалам с гибкой логикой относятся устройства серии Siprotec 4 фирмы SIEMENS.

На рисунке 2 представлено МП устройство SIPROTEC СВ 6 кВ. На его примере рассмотрим функции и действия терминала РЗА.

Текущие функции, выполняемые МП системой устройства SIPROTEC:

• 
  запись сообщений, данных и величин повреждений для проведения последующего анализа;
  
• 
  подготовка измеряемых величин к работе и их фильтрация;
  
• 
  формирование выходных сигналов команд для коммутационных устройств;
  
• 
  непрерывный контроль измеряемых величин;
  
• 
  контроль условий срабатывания отдельных функций защиты;
  
• 
  опрос предельных значений и последовательностей во времени;
  
• 
  управление сигналами для логических функций;
  
• 
  управление операционной системой и соответствующими функциями.
  

Рисунок 2. - МП устройство SIPROTEC СВ 6 кВ
Для устройства SIPROTEC основной функцией является ненаправленная максимальная токовая защита (МТЗ). Предусмотрены три ступени МТЗ с независимой выдержкой времени отключения и одна ступень с обратнозависимой выдержкой времени отключения для фазных токов и токов нулевой последовательности. В свою очередь, ступени с обратнозависимой выдержкой времени имеют ряд характеристик отключения.

Функции защит выполняемые устройством SIPROTEC:

• 
  защита обратной последовательности;
  

• 
  УРОВ;
  
• 
  направленная защита от замыкания на землю;
  
• 
  контроль чередования фаз.
  

Функции защиты являются индивидуальными для каждого типа присоединения.

Функции вводных ячеек 6, 10 кВ №1 и №2 параметрируются на выполнение следующих функций защит:

• 
  защита минимального напряжения (ЗМН);
  
• 
  защита от повышения напряжения (ЗПН);
  
• 
  УРОВ;
  
• 
  характеристика определения направления при однофазном замыкании на землю (ОЗЗ);
  
• 
  максимальная токовая защита (МТЗ);
  
• 
  максимальная токовая защита (МТЗ) с пуском по напряжению;
  
• 
  регистрация повреждений;
  
• 
  гибкие логики
  

МП устройства SIPROTEC ячеек отходящих линий 6, 10 кВ параметрируются на выполнение следующих функций защит:

• 
  токовая отсечка (ТО);
  
• 
  МТЗ
  
• 
  чувствительная ОЗЗ;
  
• 
  характеристика определения направления при ОЗЗ;
  
• 
  регистрация повреждений;
  
• 
  УРОВ;
  
• 
  гибкие логики.
  

Устройства защиты и автоматики SIPROTEC устанавливаются на дверцах релейных отсеков ячеек 6, 10 кВ, и оснащаются оптическими датчиками дуги. Датчики дуги устанавливаются в высоковольтных отсеках и на сборных шинах ячеек 6, 10 кВ. Для исключения ложных срабатываний защит от дуговых замыканий ячеек 6 кВ реализуется с контролем по току.[5]

Результаты

По результатам исследования видим, что МП терминалы РЗА являются новым, компактным, быстродействующим и функциональным решения в релейной защите электрооборудования.

Компактность МП терминалов является одним из главных преимуществ по сравнению с защитами старого образца. МП терминал защит имеет небольшие размеры и может заменить целый ряд ключей и реле.

Преимущество этого устройства еще заключается в том, что стандартные конфигурации можно с совершенной точностью настроить для нужных условий, учесть все нюансы, выбрать функции, которые нужны.

Устанавливать измерительные приборы нет необходимости, так как все электрические параметры и пофазная нагрузка линии выводятся на дисплее.

Еще одним немаловажным преимуществом микропроцессорных защиты является удобство контроля над режимом работы оборудования, в том числе и ликвидации аварийных ситуаций. На главной панели терминала встроены светодиодные индикаторы, которые указывают отработавшую защиту.

Также преимуществом является то, что для «квитирование» светодиодов на терминале производится нажатием одной кнопки.

Терминал защит имеет функцию самодиагностики, контроля входящих и выходящих цепей, что позволяет своевременно обнаружить неисправность. При использовании электромеханических защит нарушения в работе защитных устройств не сигнализируются, поэтому нарушение их работы очень часто обнаруживается в случае некорректной работы защиты или полного ее отказа.[4]

Уставки срабатывания защит в микропроцессорном защитном устройстве изменяются в меню. Для этого нужно выбрать необходимые значения. Также возможно создать несколько групп уставок и быстро переключаться между ними. Особенно данная функция удобна, если нужно поменять значения уставок временно.

Также одним из преимуществ микропроцессорных терминалов является возможность их подключения к системе SCADA. Система SCADA - это программно-аппаратный комплекс. С его помощью возможно контролировать режим работы оборудования любых объектов, в том числе электроустановок. На мониторе SCADA-системы электрической РП отображается ее однолинейная схема, настоящее положение коммутационных аппаратов, мощность по всем присоединениям и значения напряжения шин подстанции. В случае аварийных ситуаций на систему SCADA подается информация от нужного терминала защит оборудования. То есть данная система объединяет все микропроцессорные устройства и собирает информацию по тому или иному присоединению. Это позволяет обслуживающему персоналу подстанции контролировать состояние коммутационных аппаратов, величину нагрузок и напряжений на шинах; а также к системе АСДУ, которая позволяет не только контролировать, но управлять оборудованием дистанционно, с центрального диспетчерского пункта.[5]

К недостаткам внедрения новых микропроцессорных терминалов РЗА можно отнести высокую стоимость и низкую ремонтопригодность.

Если при поломке устройств, работающих на полупроводниковой или электромеханической базе достаточно заменить отдельную неисправную деталь, то для микропроцессорных защит часто нужно заменять полностью материнскую плату, стоимость которой может составлять треть цены за все оборудование.

К тому же, для замены потребуется потратить много времени на поиск детали: взаимозаменяемость в таких устройствах полностью отсутствует даже у многих однотипных конструкций одного производителя.[1]

Заключение

На основании исследования, можно говорить о перспективности перехода к использованию цифровых терминалов в качестве основных устройств релейной защиты.

В результате внедрения новых микропроцессорных терминалов защит и в рамках работ по реконструкции главных понизительных и распределительных подстанций, будет достигнута оптимальная загрузка оборудования и сокращены потери электроэнергии.

Список литературы

1.Гуревич В. И. Уязвимости микропроцессорных реле защиты: проблемы и решения.В.И.Гуревич// – М.: Инфра-Инженерия, 2014 - 248 с.

2. Дорохин, Е. Г. Основы эксплуатации релейной защиты и автоматики. Книга 2. Оперативное обслуживание устройств РЗА и вторичных цепей / Е.Г. Дорохин// - М.: Советская Кубань, 2012. - 432 c.

3. Дьякова В. Ренновация подстанции /В.Дьякова//Северсталь.-2017.-№23.-с.2

4. Пинчук, И.А. Микропроцессорные устройства релейной защита и автоматики / И.А. Пинчук // Сб. Электросила.  2003.  № 42.  1634 с.

5. СТО 34.01-4.1-011-2020 Рекомендации по модернизации, реконструкции и замене длительно эксплуатирующихся устройств релейной защиты и автоматики энергосистем: стандарт организации.- ПАО «Россети». - Введ. 2020.03.10.- 12 с.