Цифровые устройства релейной защиты

ВВЕДЕНИЕ

 

 

В настоящее время большинство  фирм-производителей устройств релейной защиты и электроавтоматики (РЗА) прекращает выпуск электромеханических реле и  переходит на микропроцессорную  элементную базу.

Цифровые устройства релейной защиты, основу которых составляют микропроцессорные элементы, обладают рядом преимуществ по сравнению  с другими типами устройств релейной защиты. Основными преимуществами являются высокое быстродействие, надежность, чувствительность, уменьшенные габариты и пр[1].

Использование микропроцессоров позволяет объединить в одном  устройстве множество функций, ранее  выполняемых несколькими различными устройствами. Более того, с помощью  таких устройств возможна реализация некоторых функций, недоступных  при использовании других типов  релейной защиты.

Переход на новую элементную базу не приводит к изменению принципов  релейной защиты и электроавтоматики, а только расширяет её функциональные возможности, упрощает эксплуатацию и  снижает стоимость. Именно по этим причинам микропроцессорные реле очень быстро занимают место электромеханических  и микроэлектронных[3].

Широкое внедрение микропроцессорных  устройств сдерживается их высокой  стоимостью и практически отсутствием  в России производства микропроцессорной  техники. Однако это явление временное  и в перспективе микропроцессорная  техника в РЗА альтернативы не имеет (другие устройства с нею со временем будут неконкурентоспособны).

В данном реферате описаны наиболее применяемые терминалы РзиА, применяемые на подстанциях, также приведено сравнение двух микропроцессорных защит Micom P123 и SPAC801.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОИЗВОДИТЕЛЯХ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ

 

В большинстве случаев на предприятиях энергетики, промышленности и электрических  сетях населенных пунктов устройства релейной защиты и противоаварийной автоматики (РЗ и ПА) находятся в  эксплуатации более 30 лет. До сих пор  основной элементной базой устройств  РЗ и ПА являются электромеханические  реле и микроэлектронные устройства. Для многих предприятий очевидным  становится необходимость в коренной реконструкции устройств РЗ и  ПА, замена морально и физически  устаревших устройств на терминалы  с микропроцессорной элементной базой.

Для оценки необходимости модернизации или замены существующих устройств  РЗиА специалисты компании Р.В.С. проводят предпроектное обследование объектов и представляют результаты в виде технико-коммерческих предложений, затем  разрабатывают концепцию модернизации РЗиА предприятия на ближайшую и  долгосрочную перспективу. 
  Модернизация устройств и систем РЗиА позволяет существенно повысить надежность работы основного электротехнического оборудования, снизить аварийность производства и финансовые потери в результате простоев оборудования. Современные микропроцессорные устройства РЗиА, позволяют уменьшить время локализации аварий за счет более быстрого обнаружения повреждения на защищаемом оборудовании, снижения времени работы защит, увеличения надежности работы защит на микропроцессорной базе, полного резервирования как основных, так и резервных защит оборудования. Кроме того МП терминалы РЗА позволяют диагностировать исправность вторичных измерительных цепей, сигнализировать в случае их неисправности и блокировать действие защит, что не будет приводить к ложному отключению силового оборудования, работающего в штатном режиме. Правильная и быстрая работа МП терминалов РЗА позволяет снизить вероятность развития локальных и системных аварий. 
  Применение микропроцессорных устройств РЗА позволяет значительно снизить эксплуатационные расходы. Кроме того, у микропроцессорных устройств, а тем более систем РЗА влияние "человеческого фактора" на эффективность функционирования значительно меньше, чем у других видов защит. Отмеченное обуславливается наличием у микропроцессорных устройств "дружественного" интерфейса, обширной консультационной поддержки эксплуатационного персонала, многократной проверки действий эксплуатационников.

Компания Р.В.С. и ТОО "ИРИМЭКС Казахстан"  предлагают наиболее оптимальные для предприятий решения с использованием оборудования ведущих мировых и российских производителей, таких как General Electric, Siemens, AREVA, Экра, Радиус-Автоматика, Бреслер. При модернизации и строительстве объектов энергетики терминалы защит и противоаварийной автоматики данных производителей легко внедряются в существующие и новые АСУТП [4].

Оборудование ИЦ Бреслер

ИЦ Бреслер — один из лидеров российского рынка в  области разработки и производства систем релейной защиты и автоматики для объектов всех классов напряжений.

Оборудование Радиус-Автоматика

Для оборудования микропроцессорными устройствами тупиковых подстанций 220-110/35-6 кВ оптимально подходит продукция  Радиус-Автоматика.

Оборудование ЭКРА

В качестве устройств РЗА  линий электропередачи и подстанционного  оборудования напряжением от 6 кВ до 750 кВ и станционного оборудования (трансформаторов, генераторов и блоков генератор-трансформатор  мощностью от 6 МВт до 1200 МВт) широко используется продукция компании ЭКРА.

Оборудование Siemens

Одним из наиболее оптимальных  решений является использование  в качестве устройств релейной защиты и автоматики продукции одного из мировых лидеров, поставляющих защиты энергетических систем - компании Siemens.

Оборудование AREVA

Компания AREVA – мировой  лидер в области оборудования и систем для передачи и распределения  электроэнергии.

Оборудование GE Multilin

GE Multilin производит несколько  линеек микропроцессорной релейной  защиты, среди которых есть и  представители ранних поколений  (линейка DDS), и представители относительно  новых поколений (линейка SR), и  представители самого последнего  поколения (линейки UR, 650, M-II). Каждая  линейка охватывает свой класс  защищаемого оборудования.

Оборудование производства Научно-Технического Центра "МЕХАНОТРОНИКА"

НТЦ "МЕХАНОТРОНИКА" было создано в 1990 году. Основными видами деятельности предприятия в то время  были разработка систем числового программного управления технологическим оборудованием, АСУ и другого электронного оборудования. 
В 1994 году НТЦ «Механотроника» первым в России начинает разрабатывать, а с 1997 года и выпускать первые российские микропроцессорные устройства релейной защиты типа БМРЗ. 
В настоящее время основное направление нашей деятельности – разработка и производство цифровых устройств релейной защиты, АСУ и сопутствующего оборудования для сетей класса от 0,4 до 220 кВ.  
Сегодня НТЦ "Механотроника" – это динамично развивающееся предприятие, обладающее высоким научно-техническим потенциалом, создающее конкурентную продукцию мирового уровня, постоянно наращивающее объемы производства.  
НТЦ "Механотроника" производит как широко известные в России и СНГ устройства релейной защиты серии БМРЗ, частотной автоматики и центральной сигнализации, так и терминалы и шкафы защиты линий и трансформаторов 110-220 кВ, АСУ энергообъектов, АСКУЭ, другие виды продукции. Проводим проектные и пусконаладочные работы в соответствии с полученными на это лицензиями. 
   Обеспечение качества выпускаемой продукции является приоритетным направлением деятельности предприятия. Испытательная база НТЦ "Механотроника" оснащена современным оборудованием. Метрологическая служба аккредитована в Госстандарте РФ на право калибровки средств измерения. Процессы проектирования и производства сертифицированы на соответствие системе менеджмента качества ISO 9001, проводятся под надзором Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору РФ в соответствии с условиями действия полученных нами лицензий. 
 В наших устройствах используется электронные компоненты только ведущих мировых производителей. Несмотря на это, все комплектующие изделия проходят 100% входной контроль, ведется пооперационный контроль узлов и модулей. Все изготовленные изделия проходят 100-часовой технологический прогон при повышенной температуре. 
Весь комплекс организационных и технических мероприятий, а также эксплуатация нашей продукции на многочисленных объектах электроэнергетики страны и СНГ позволили нам увеличить гарантийный срок на наши изделия. Для обеспечения правильной эксплуатации наших изделий мы проводим на безвозмездной основе обучение персонала эксплуатирующих предприятий [5].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЦИФРОВЫХ ТЕРМИНАЛАХ  MiCOM P120, P121 P122 и P123

 

 

MiCOM P120, P121 P122 и P123 являются полностью цифровыми терминалами предназначенными для выполнения функций защиты и управления.

Терминалы серии MiCOM могут  питаться от источника постоянного  или переменного напряжения (два версии устройств по диапазонам напряжения питания). Передняя панель терминала предоставляет пользователю возможность навигации по меню терминала для получения доступа к данным, записанным в терминале, изменения уставок, чтения измерений и т.п.

Восемь светодиодных индикаторов  на передней панели терминала предоставляют возможность простым и наглядным способом информировать оперативный персонал о работе терминала. Срабатывание сигнализации, кроме этого, выводятся на жидкокристаллический дисплей с обратной подсветкой.

В части токовых входов, терминалы серии MiCOM P12x имеют два  входа рассчитанные на подключение трансформаторов тока с номинальным током 1А или 5А.

Терминалы моделей MiCOM P121, P122 и P123 имеют аналоговые входы для подключение токов трех фаз и тока защиты от замыкания на землю при использовании трансформаторов тока с номинальным током 1 А или 5 А (4 входа 1А и 4 входа 5А) т.е. одно и то же терминал может быть подключено к ТТ с различными коэффициентами трансформации, например, 5А для защиты от междуфазных замыканий и 1А для защиты от замыканий на землю.

Однофазный терминал MiCOM P120 предусматривает подключение к трансформатору тока с номинальным током 1А или 5А (два аналоговых входа с

обратной стороны терминала).

Терминалы MiCOM 120, P121, P122 и P123 непрерывно измеряют токи по всем фазам и ток замыкания на землю (Р120 измеряет лишь один ток), в расчет принимается среднеквадратичное из значений из токов до 10 гармоники (для 50Гц). Все выходные реле могут быть запрограммированы на срабатывание от любой доступной в данном терминале функции защиты или управления.

Терминалы MiCOM 120, P121, P122 и P123 имеют с обратной стороны клеммы для подключения стандартному порту RS485. Протокол связи по данному порту указывается при заказе терминала. Терминалы поддерживает связь по протоколам MODBUS RTU, Courier, IEC 60870-5-103 или DNP3.

Вся сохраняемая в терминале  информация (измерения, сообщения сигнализации, параметры настройки) могут быть прочитаны и изменены при использовании канала удаленной связи по заднему порту RS485.

Чтение и редактирование этих данных может быть также выполнено  по месту установки терминала при подключении ПК с установленным программным продуктом MiCOM S1 отделения по автоматике и информационным системам AREVA T&D.

Терминалы MiCOM 120, P121, P122 и P123 могут быть интегрированы в систему управления объектом с использованием связи по RS485. В этом случае все имеющиеся в терминале данные могут быть использованы для наблюдения и управления объектом как на самом объекте так в удаленном диспетчерском пункте. [5]

 

 

 

3 БАЗОВЫЕ ФУНКЦИИ ТЕРМИНАЛОВ

 

 

Меню терминалов MiCOM P120, P121, P122 и P123 представляет собой

разветвленную структуру  в виде основных меню и подменю, содержание которых зависит от модели MiCOM.

По умолчанию, на дисплее  отображается значение токов фаз  или ток нейтрали. Как только устройство MiCOM регистрирует событие или аварию, то эта информация замещает значение "по умолчанию" и имеет более высокий приоритет.

Система меню в терминале MiCOM P122 и Р123 условно разделена  на 8 разделов (6 разделов у терминалов Р120 и Р121):

 

⇒ ВХОД. ПАРАМЕТРЫ (OP PARAMETERS )

⇒ ПОСТРОЕНИЕ (CONFIGURATION )

⇒ ИЗМЕРЕНИЕ (MEASUREMENTS)

⇒ ПЕРЕДАЧА ИНФ. (COMMUNICATION)

⇒ УСТАВКИ 1 (PROTECTION G1)

⇒ УСТАВКИ 2 (PROTECTION G2) (только P122 и P123)

⇒ АВТОМАТИКА (AUTOMAT. CTRL)

⇒ ЗАПИСИ (RECORDS) (только P122 и P123)

 

Меню ИЗМЕРЕНИЯ (MEASUREMENTS) позволяет  прочитать измерения выполняемые терминалом.

Состав меню ПЕРЕДАЧА ИНФОРМАЦИИ (COMMUNICATION) зависит от типа протокола связи используемого данным терминалом: MODBUS, Courier, IEC 60870-5-103, DNP3.

Меню УСТАВКИ (PROTECTION) (у  терминалов типа MiCOM P122 и P123) разделено на две части УСТАВКИ 1 (PROTECTION G1) и УСТАВКИ 2 (PROTECTION G2), что позволяет использовать две группы уставок функций защиты и автоматики. В меню уставки пользователь имеет возможность запрограммировать различные режимы работы (параметры срабатывания, выдержки времени и т.п.) функций максимальных токовых защит от междуфазных или от однофазных замыканий в каждой из независимых групп уставок.

Меню АВТОМАТИКА (AUTOMAT.CTRL) позволяет выполнить программирование различных функций автоматики, интегрированных в терминалах типа MiCOM P120, P121, P122 и P123.

Меню «ЗАПИСИ» служит для  чтения регистрируемых параметров. [5]

 

 

 

4 ВНЕШНИЕ ПОДКЛЮЧЕНИЯ

 

 

Терминалы серии MiCOM P12x имеют  единую схему внешних подключений (по общим компонентам).

Питание терминалов MiCOM P120, P121, P122 и P123 может быть от источника постоянного оперативного тока (=24-60В, =48-250В,) либо от источника переменного оперативного тока (~48-250В/50-60 Гц). Рабочий диапазон питания терминалов (Ua) указан на табличке под верхней откидной крышкой на передней панели терминала).

Терминалы типа MiCOM P120, P121, P122 и P123 могут иметь до восьми токовых входов (дважды по 4 входа измерения токов фаз и тока нейтрали).

Номинальный ток каждого  из этих измерительных входов 1А  или 5А (в зависимости от номера клеммы для подключения кабеля от ТТ на блоке зажимов на задней стенке терминала). Пользователь может использовать трансформаторы тока с различными номинальными вторичными токами для одного и того же терминала (например, 1А для подключения тока нулевой последовательности и 5А для подключения токов фаз.) Порт связи RS485 (с обратной стороны терминала) Все устройства MiCOM имеют порт связи RS485.

Терминалы MiCOM P120, P121, Р122 и Р123 предлагают пользователю порт связи RS232, который может быть использован для установления связи между ПК и терминалом с помощью программного пакета MiCOM S1. Для связи между терминалом и ПК используется стандартный экранированный кабель RS232. [5]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА НА БАЗЕ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ УСТРОЙСТВ SIPROTEC

Микропроцессорное устройство 7SA61 входит в состав защит Siprotec. На базе данного терминала выполняется дистанционная защита линий электропередач как воздушных так и кабельных, имеющих питание с одной или нескольких сторон в сетях различных уровней напряжения.

Она может применяться в радиальных и магистральных сетях с различным  режимом работы нейтралей.

Свободно программируемая CFC-логика МП устройства 7SA61 позволяет использовать его в качестве основной быстродействующей  защиты от всех видов повреждения  на линиях, в качестве резервных  ступенчатых защит линий, а также  силового оборудования, шин, генераторов  и двигателей.

В терминале предусмотрены следующие  функции:

- дистанционная защита; 
- АПВ; 
- токовая защита нулевой последовательности; 
- устройство резервирования отказа выключателей; 
- блокировка от качаний; 
- аварийный локатор.

Микропроцессорное устройство 7SJ63 является многофункциональным реле фирмы Siemens, основным назначением которого является ненаправленная МТЗ линий.

Устройство защиты имеет большую  функциональную базу, позволяющую использовать реле для защиты воздушных и кабельных  линий. Защиты могут быть применены  в магистральных и кольцевых  сетях любого класса напряжения, с  изолированной, глухозаземленной и  компенсированной нейтралью.

МТЗ имеет четыре ступени с независимой временной характеристикой: две ступени для фазных токов и две для токов нулевой последовательности.

Помимо упомянутых функций, терминал 7SJ63 имеет функции управления коммутационными  аппаратами.