РЗА-2010

Подождите немного. Документ загружается.

Релейная защита и автоматика энергосистем

320

• максимальная длина КЛ не превышает 6-8 км (по условиям допустимой потери напряжения)

при сечении жил 120-240 мм

;

• ОЗЗ металлическое (переходное сопротивление в месте повреждения равно нулю) на шинах

защищаемого объекта;

• время затухания свободных составляющих в токах переходного процесса при ОЗЗ 3-5 мс [1-3 и

др.];

• дуговое перемежающееся ОЗЗ имеет характер, соответствующий модели Петерсена или модели

Петерса и Слепяна (рис. 4);

• при дуговом перемежающемся ОЗЗ по модели Петерсена амплитуда переходного тока при повтор-

ных пробоях в предельном случае может увеличиваться в 2,0-2,5 раза, по модели Петерса и Слепяна – в

1,5-2 раза;

• при ОЗЗ по модели Петерсена гашение дуги происходит не при первом, а при последнем пере-

ходе через нуль среднечастотной (зарядной) составляющей тока переходного процесса;

• в ТЗНП используется наиболее распространенный тип трансформатора тока нулевой после-

довательности (ТТНП) ТЗЛМ с неразъемным сердечником (близкие характеристики имеют транс-

форматоры тока типа ТЗ и ТЗЛ).

Для приведенных основных расчетных условий на математической модели сети в системе Matlab

были получены тестовые сигналы для исследования динамических режимов функционирования ТЗНП,

выполненной с применением наиболее часто используемых в качестве ИОТ типов реле: электромаг-

нитных реле типа РТ-40/0,2 и РТ-40/0,6, электронного реле типа РТЗ-50, микроэлектронного реле

РТЗ-51, а также некоторых исполнений микропроцессорных защит (БМРЗ, Сириус-2Л). Полученные

методом математического моделирования тестовые сигналы (например, рис. 2) преобразовывались в

осциллограммы в COMTRADE-формате.

Для определения минимальных значений коэффициента, обеспечивающих устойчивость несрабаты-

ваний ТЗНП при внешних дуговых перемежающихся ОЗЗ, по выражению (1) при К

пер

= 1 определялся

минимальный ток срабатывания I

0 с.з.мин

, затем на вход ИОТ (реле тока КА, рис. 2) подавался расчетный

тестовый сигнал общей длительностью ∼1 с, и ток срабатывания ТЗНП увеличивался до обеспечения

устойчивых несрабатываний защиты.

Расчетное значение К

пер

, обеспечивающее устойчивые несрабатывания ТЗНП, определялось по

формуле

(4)

Рис. 2. Пример тестового сигнала для исследования динамических режимов

функционирования ТЗНП — дуговое перемежающееся ОЗЗ по модели Петерсена

пер

0 с.з.

0 с.з.мин

Москва, 1–4 июня 2010 г.

321

б)

Рис. 3. Осциллограммы, иллюстрирующие функционирование ТЗНП с электромеханическим

реле типа РТ-40/0,6 в условиях дугового прерывистого ОЗЗ при разных значениях тока

срабатывания защиты I

0 с.з

= К

пер

0 с.з.мин

: а) К

пер

= 1; б) К

пер

= 1,8

а)

Релейная защита и автоматика энергосистем

322

Осциллограммы рис. 3, полученные на устройстве РЕТОМ-51, иллюстрируют работу ТЗНП с реле

типа РТ-40 при различных значениях тока срабатывания I

0 с.з

(т. е. при различных значениях коэффи-

циента К

пер

в (1)).

С использованием созданного банка тестовых сигналов на устройстве РЕТОМ-51 по изложенной

методике проведены исследования динамических режимов функционирования указанных выше испол-

нений ТЗНП и определены минимальные значения коэффициента К

пер

, обеспечивающие устойчивые

несрабатывания ТЗНП с различными исполнениями ИОТ при наиболее тяжелых расчетных условиях

внешнего дугового перемежающегося ОЗЗ. В табл. 2 дано сопоставление значений коэффициентов К

пер

рекомендуемых существующими методиками расчетов уставок ТЗНП, и значений К

пер

, полученных

методом физико-математического моделирования динамических режимов работы различных испол-

нений ТЗНП.

Таблица 1

Результаты оценки условий устойчивости несрабатываний различных исполнений ТЗНП

при внешних дуговых перемежающихся ОЗЗ в сети с изолированной нейтралью

Тип ИОТ ТЗНП

Значения К

пер

По существующей

методике расчета

Полученные на

основе исследований

Реле РТ-40/0,2 (параллельное соединение обмоток) 4-5 ∼1,5

Реле РТ-40/0,2 (последовательное соединение обмоток) 4-5 ∼1,5

Реле РТ-40/0,6 (параллельное соединение обмоток) 4-5 1,5-2

Реле РТ-40/0,6 (последовательное соединение обмоток 4-5 1,5-2

РТЗ-50 (диапазон уставок d) 3-3,5 1,5-2

РТЗ-51 2-2,5 1

БМРЗ 2-2,5 <1

Сириус-2Л 2-2,5 <1

ВЫВОДЫ

1. Рекомендуемые существующими методиками расчета уставок ТЗНП электрических сетей сред-

него напряжения значения коэффициента, учитывающие влияние электромагнитных переходных

процессов на функционирование защиты при дуговых прерывистых ОЗЗ, завышены, что приводит

к значительному снижению чувствительности при устойчивых замыканиях и ограничению области

применения ТЗНП.

2. На основе проведенных методом физико-математического моделирования исследований динамиче-

ских режимов функционирования различных исполнений ТЗНП показано, что значения коэффициента

пер

для различных исполнений ТЗНП могут быть уменьшены в 1,5-3,0 раза (табл. 2).

3. Наиболее тяжелые условия с точки зрения несрабатываний ТЗНП при внешних дуговых перемежаю-

щихся ОЗЗ имеют место в кабельных сетях напряжением 6 кВ, работающих с изолированной нейтралью,

при возникновении повреждения на шинах для линий максимально возможной длины, выполненных

кабелем наибольшего сечения.

4. С увеличением номинального напряжения U

ном

электрической сети при одном и том же мак-

симальном собственном емкостном токе I

С собс

максимальная длина защищаемой уменьшается, а от-

строенность защиты от внешних ОЗЗ увеличивается.

Москва, 1–4 июня 2010 г.

323

5. Поведение ТЗНП с ИОТ, выполненными на электромеханической элементной базе (например,

реле типа РТ-40), при дуговых прерывистых ОЗЗ определяется в основном эффективным значением

переходного тока, которое достигает наибольших значений при повреждениях, протекающих по

модели Петерсена.

6. Влияние переходных процессов на работу ИОТ на электромеханической элементной базе умень-

шается с увеличением входного сопротивления реле Z

(например, реле РТ-40/0,2 и РТ-40/0,6, табл. 1),

что объясняется шунтирующим влиянием ветви намагничивания ТТНП.

7. С увеличением частоты свободных составляющих переходного тока 3i

шунтирующее влияние

ветви намагничивания ТТНП на работу ТЗНП с ИОТ, выполненными на электромеханической базе

увеличивается, а влияние переходных токов на работу ТЗНП соответственно уменьшается. Поэтому

для ТЗНП с ИОТ на электромеханической элементной базе, применяемых на кабельных линиях

малой протяженности – порядка десятков и сотен метров (например, в сетях 6 кВ собственных нужд

электростанций, в системах электроснабжения предприятий) значение К

пер

в (1) можно уменьшить.

8. Поведение ТЗНП, выполненной с использованием ИОТ на электронной базе (реле РТЗ-50), при

дуговых прерывистых ОЗЗ определяется в основном временем затухания свободных составляющих

тока переходного процесса при пробое изоляции и амплитудой переходного тока.

9. Наиболее эффективную отстройку от влияния переходных процессов при внешних дуговых пере-

межающихся ОЗЗ обеспечивают ИОТ ТЗНП, имеющие ограничение амплитуды входных сигналов во

вторичных цепях реле при входных токах, превышающих I

с.р

, и отстройку по времени срабатывания,

превышающую время существования свободных составляющих переходного тока 3i

(например, реле

РТЗ-51).

10. В электрических сетях, работающих с высокоомным заземлением нейтрали через резистор или с

резонансным заземлением нейтрали через ДГР, амплитуда переходного тока при повторных пробоях не

увеличивается; для таких сетей значение К

пер

в (1) может быть принято равным 1.

11. С увеличением отстроенности от внешних дуговых прерывистых ОЗЗ эффективность функцио-

нирования ТЗНП при внутренних дуговых прерывистых повреждениях уменьшается. Практически

все исполнения ТЗНП в этих режимах неработоспособны.

ЛИТЕРАТУРА

[1] Шалыт, Г.М. Повышение эффективности профилактики изоляции в кабельных сетях // Труды

ВНИИЭ. Вып. 8. М.: Госэнергоиздат, 1959. С. 77–97.

[2] Лихачев, Ф.А. Замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкост-

ных токов. М.: Энергия, 1971.

[3] Шуцкий, В.И. Защитное шунтирование однофазных повреждений электроустановок / В.И. Шуц-

кий, В.О. Жидков, Ю.Н. Ильин. М.: Энергоатомиздат, 1988.

[4] Дударев, Л.Е. Дуговые замыкания на землю в кабельных сетях / Л.Е. Дударев, С.И. Запорожченко,

Н.М. Лукьянцев // Электрические станции. 1971. № 8. С. 64–66.

[5] Сирота, И.М. Защита от замыканий на землю в электрических сетях. Киев: Изд-во АН УССР,

1955.

[6] Шабад, М.А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей / М.А. Шабад. –

Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-е, 1985.

[7] Корогодский, В.А. Релейная защита электродвигателей напряжением выше 1 кВ / В.А. Корогод-

ский, С.Л. Кужеков, Л.Б. Паперно. М.: Энергоатомиздат, 1987.

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ

Шуин Владимир Александрович — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Автома-

тическое управление ЭЭС» (АУЭС) Ивановского государственного энергетического университета

(ИГЭУ), директор института «Энергопроект» — Филиала ОАО «Энергострой-М.Н.» в г. Иваново

Релейная защита и автоматика энергосистем

324

153003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, д. 34, ИГЭУ, каф. АУЭС; 153012, г. Иваново, ул. Суворова,

д. 39, Энергопроект

Тел.: (4932) 380220, 269904 (ИГЭУ), 426942, 427878 (Энергопроект)

Моб. тел.: 8-910-981-99-33, 8-915-832-832-5

Факс: (4932) 380220, 269404 (ИГЭУ), 426366 (Энергопроект)

E-mail: shuin@rza.ispu.ru (ИГЭУ), info@ivep.ru, info-ivep@energostroy-mn.ru (Энергопроект)

Сарбеева Ольга Александровна — магистрант 2-го курса, ассистент кафедры АУЭС ИГЭУ

153003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, д. 34, ИГЭУ, каф. АУЭС

Тел.: (4932) 380220, 269904

Моб. тел.: 8-915-845-82-58

Факс: (4932) 380220, 269404

sarbeeva_olga@mail.ru

Чугрова Елена Сергеевна — магистрант 2-го курса, ассистент кафедры АУЭС ИГЭУ

153003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, д. 34, ИГЭУ, каф. АУЭС

Тел.: (4932) 380220, 269904

Моб. тел.: 8-915-845-59-55

Факс: (4932) 380220, 269404

e_chugrova@mail.ru

Москва, 1–4 июня 2010 г.

325

ТЕХНИЧЕСКОЕ ПЕРЕВООРУЖЕНИЕ РЕЛЕЙНОЙ

ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ ПОДСТАНЦИЙ

С ПРИМЕНЕНИЕМ НОВЫХ СТАТИЧЕСКИХ РЕЛЕ

ЕРОХИН Е.Ю.

ОАО «ВНИИР»

Задачи обеспечения надежности функционирования систем релейной защиты и автоматики элек-

трических систем (РЗ и А) в настоящее время приобретают все большую актуальность, как в связи

с тенденцией увеличения числа потребителей электрической энергии и роста нагрузок, так и из-за

старения находящихся в эксплуатации устройств РЗ и А, особенно в распределительных сетях.

На объектах энергетики работают сотни тысяч электромеханических реле, у которых срок экс-

плуатации уже превысил срок службы. Реле и комплекты защит на их основе изношены. Высока

трудоемкость их обслуживания. Требуется выполнение многочисленных регламентных работ. Кроме

этого, необходим высококвалифицированный персонал, обладающий хорошими навыками работы с

электромеханическими устройствами. Дефицит специалистов этого направления становится все за-

метнее. Одним из путей решения этой проблемы, требующим минимальных затрат, является замена

традиционных устройств РЗ и А на статические реле.

С этой целью ВНИИР освоил производство реле широкой номенклатуры для объектов энергетики:

реле промежуточные (РЭП36, РЭП37, РЭП38Д), реле промежуточно-указательные (РЭПУ-12М), реле

времени (РСВ18), реле напряжения (РСН50), реле максимального тока (РСТ40).

Новые разработки института предназначены для схем управления, автоматики и защиты элементов

6-10 кВ подстанций 110-220 кВ на переменном оперативном токе:

1. РЭП361 – реле промежуточное токовое с мощным контактом (заменяет РП361);

2. РСТ80 – реле максимального тока с зависимой от тока выдержкой времени (заменяет РТ-80,

РС80М, РСТ-80AB);

3. РСТ40-4 – реле максимального тока двухфазное без оперативного питания (заменяет два или

три реле типа РТ40);

4. РСТ40-4В – реле максимального тока двухфазное с независимой выдержкой времени без опе-

ративного питания (заменяет два или три реле типа РТ40 и одно – типа РСВ13).

Необходимо отметить, что имеются исполнения реле РСТ40, которые заменяют три реле типа

РТ40. В них программным способом контролируется векторная сумма токов двух фаз.

Реле максимального тока выполнены с применением микроконтроллеров, что упрощает их на-

стройку в процессе производства, улучшает характеристики точности и стабильности работы в про-

цессе эксплуатации, повышает их надежность по сравнению с электромеханическими аналогами,

что подтверждено положительными результатами испытаний. Все новые реле могут работать при

температурах окружающей среды от –40 до +55 °C.

Реле соответствуют современным требованиям по электромагнитной совместимости по

ГОСТ 51317.6.5-2006 [1]. Для проверки работоспособности реле в условиях реальной электромаг-

нитной обстановки на подстанциях осуществляется их опытная эксплуатация.

В реле РЭП361 и РСТ80 шунтирование и дешунтирование управляемой цепи осуществляется

контактами электромагнитного реле, гораздо более устойчивого к электромагнитным помехам, чем

полупроводниковые ключи. По отзывам эксплуатирующих организаций, при коротких замыканиях

токи вторичных обмоток измерительных трансформаторов иногда могут превышать 150 А (предельно

допустимый ток шунтирования/дешунтирования существующих реле). В связи с этим в новых реле

значение этого параметра увеличено до 200 А.

Релейная защита и автоматика энергосистем

326

В реле РСТ80 реализованы следующие защитные времятоковые характеристики:

1) РТ80 (для замены аналогичных реле в эксплуатации);

2) тип B по ГОСТ 3698-82 [2];

3) тип C по ГОСТ 3698-82;

4) независимая.

Возможность выбора из трех типов зависимых от тока характеристик позволяет лучше, чем в анало-

гичном электромеханическом реле, согласовывать защитные характеристики РСТ80 с времятоковыми

характеристиками плавких предохранителей.

На рис. 1 показаны все 4 типа характеристик РСТ80 с временем срабатывания 0,5 с при 10-кратном

токе уставки и характеристика одного из предохранителей ПКТ101–ПКТ104, с которой согласуется

характеристика типа B.

В течение всего срока службы реле не требуется выполнение специальных регламентных работ,

связанных с разборкой и регулированием механизмов. Тем самым снижаются эксплуатационные

затраты при их эксплуатации.

Рис. 1. Защитные характеристики РСТ80

Для удобства замены аналогичных реле обеспечены функциональное соответствие и сохранение

нумерации выводов в новых реле РЭП361 и РСТ80. Кроме того, если реле РСТ80 должно быть уста-

новлено на панели вместо аналогичного электромеханического реле, то оно комплектуется DIN-

рейкой 35 мм, имеющей отверстия в местах крепления заменяемого аналога для вариантов переднего

и заднего присоединения проводов (рис. 2). При этом выводы реле РСТ80 пространственно располо-

жены в тех же самых местах, что позволяет избежать проблем с подсоединением проводов.

Рис. 2. РСТ80 и его электромеханический аналог

Москва, 1–4 июня 2010 г.

327

Помимо замены отдельных реле, разработаны решения по замене комплектов защит для схем на

постоянном и переменном оперативном токе.

Широко применяемые комплекты защит КЗ-12, КЗ-13, КЗ-35, КЗ-36, КЗ-37, могут быть целиком

заменены аналогичными, реализованными на статических реле ВНИИР. При этом уменьшается

число реле, благодаря исполнениям, совмещающим в себе функции нескольких реле. Например, в

КЗ-37 комбинация из 5 реле тока и 1 реле времени заменяется двумя двухфазными реле тока, одно

из которых имеет независимую выдержку времени. В итоге, стоимость комплекта защит снижается

на 10-20%.

Благодаря меньшим габаритным размерам статических реле появляется возможность разместить

новый комплект защит, как на площади, занимаемой традиционным комплектом защит (показано

в масштабе на рис. 3) с сохранением расположения клемм, так и на меньшей площади (по желанию

заказчика).

Рис. 3. Новые комплекты защит на существующих площадях

В таблице 1 для сравнения приведены схемы новых и традиционных комплектов токовых защит.

Из таблицы 1 видно, что уменьшение числа реле приводит к упрощению схемы комплекта защит,

особенно по цепям переменного тока; в результате снижается нагрузка измерительных трансформа-

торов.

ВЫВОДЫ

Задача модернизации выработавших свой ресурс электромеханических устройств РЗ и А и ком-

плектов токовых защит на основе электромеханических реле может быть эффективно решена путем

применения статических реле, разработанных во ВНИИР.

Основные преимущества предлагаемых решений: улучшенные технические характеристики, со-

кращение эксплуатационных затрат, упрощение и снижение цены комплектов защит;

Для удобства прямой замены аналогичных реле предусмотрена установка реле РСТ80 на DIN-рейку

35 мм с крепежными отверстиями в соответствующих местах, а новые комплекты защит могут разме-

щаться на панели такого же размера, как у традиционных комплектов, с сохранением расположения

клеммных рядов.

Релейная защита и автоматика энергосистем

328

ЛИТЕРАТУРА

[1] ГОСТ 51317.6.5-2006 (МЭК 61000-6-5: 2001). Совместимость технических средств электро-

магнитная. Устойчивость к электромагнитным помехам технических средств, применяемых на

электростанциях и подстанциях. Требования и методы испытаний. – Введ. с 27.12.2006.

[2] ГОСТ 3698-82. Реле защиты максимального тока низковольтные. Общие технические требова-

ния. Введ. с 01.01.1983.

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ

Ерохин Евгений Юрьевич – заведующий отделом инжиниринга гибких систем передачи переменного

тока ОАО «ВНИИР».

Таблица 1

Схемы комплектов защит

Москва, 1–4 июня 2010 г.

329

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ

СОВМЕСТИМОСТИ ЦИФРОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ 220 кВ

ЛЕБЕДЕВ В.Д.

Ивановский государственный энергетический

университет им. В.И. Ленина

Применение микропроцессорных устройств релейной защиты и автоматики, устройств измерения и

определения качества электроэнергии способствует внедрению и развитию цифровых цепей, идущих

от первичных преобразователей тока и напряжения (ТТ и ТН). Использование оптических каналов для

цифровых цепей решает задачу отстройки от электромагнитных наводок и выноса потенциала. Создание

цифровых трансформаторов тока и напряжения (ЦТТН) с оцифровкой сигнала сразу на высоком потен-

циале измерительного трансформатора лучшим образом решает указанную задачу. Однако возникает

проблема обеспечения электромагнитной совместимости микроэлектронной аппаратуры, находящейся в

непосредственной близости от токоведущих частей. Решению задач электромагнитной совместимости

в месте расположения электроники в цифровых преобразователях тока и напряжения и посвящена эта

работа.

ВВЕДЕНИЕ

Развитие электроэнергетики сопровождается внедрением современных микропроцессорных

устройств релейной защиты, автоматики, средств диагностики и измерений и т. д. Для всех перечис-

ленных устройств информация о токах и напряжениях передается традиционно по вторичным цепям

от первичных измерительных преобразователей – трансформаторов тока и напряжения. Электромаг-

нитные переходные процессы рабочих, аварийных режимов, а также процессы, вызванные атмосфер-

ным электричеством (молниями), способны вывести из строя микропроцессорные устройства или

привести их к неправильным действиям.

Чем длиннее контрольные кабели, соединяющие первичные преобразователи и микропроцес-

сорные устройства на подстанции, тем выше амплитуда вредоносных электромагнитных импульсов.

Решением данного вопроса может служить оцифровка сигнала, получаемого с первичного преоб-

разователя непосредственно в самих трансформаторах тока и напряжения. Передача же сигнала

осуществляется по оптическому кабелю в виде светового сигнала, не подверженного к восприятию

электромагнитных наводок, обусловленных полями токов промышленной и радиочастот. Наиболее

перспективным является оцифровка сигнала сразу на высоком потенциале (на первичном проводе)

с одновременным обеспечением высоковольтной изоляции. «Концепция использования цифровых

измерительных трансформаторов тока и напряжения на подстанциях 110-750 кВ» обсуждается в том

числе в рамках данной конференции с автором доклада В.Н. Гречухиным.

Следует отметить, что электроника (АЦП, микропроцессоры, блоки питания, оптопередатчики)

находящаяся на высоком потенциале в реальных условиях, может быть подвержена интенсивному

электромагнитному воздействию. Таким образом, важным является выполнение мероприятий по

обеспечению условий электромагнитной совместимости в соответствии со степенью жесткости мик-

роэлектроники, находящейся в непосредственной близости с токоведущими частями и даже внутри

них. Обеспечение указанных условий связано с теоретическими исследованиями на основе изучения

электромагнитного поля, разработкой системы экранирования и выбором наиболее оптимального

места расположения электроники.