РЗА-2010

Подождите немного. Документ загружается.

Релейная защита и автоматика энергосистем

360

Вид испытательного воздействия

Нормы и степень жесткости испытаний

(с.ж.)

Фактические

уровни

испытаний

по

РД34.35.310-

по ГОСТ

51317.6.5-

2006

по ГОСТ

Р50746-2000

(IV группа

исполнений)

Импульсные магнитные поля

по ГОСТ Р 50649

± 300 А/м,

(4)

- ± 600 А/м,

(5)

± 1000 А/м,

(5)

Кондуктивные помехи наведенные

радиочастотными электромагнитными

полями в диапазоне 0,15-80 МГц

по ГОСТР 513174.6:

- в сети питания ± 220 В;

- на аналоговых входах;

- на цифровых входах;

- на цифровых выходах;

-на кабеле связи

10 В, (3)

Наносекундные импульсные помехи

по ГОСТ Р 51317.4.4:

- в сети питания ± 220В;

- на аналоговых входах;

- на цифровых входах;

- на цифровых выходах;

- на кабеле связи

± 4 кВ, (4)

± 2 кВ, (4)

± 4 кВ, (4)

± 2 кВ, (4)

± 2 кВ, (3)

± 2 кВ, (4)

± 4 кВ, (4)

± 4 кВ, (х)

Микросекундные импульсные помехи

большой энергии по ГОСТ Р 51317.4.5

«провод-провод»:

- в сети питания ± 220В;

- на аналоговых входах;

- на цифровых входах;

- на цифровых выходах

«провод-земля»:

- в сети питания ± 220В;

- на аналоговых входах;

- на цифровых входах;

- на цифровых выходах

± 2 кВ, (3)

± 1 кВ, (2)

± 4 кВ, (4)

± 2 кВ, (3)

± 4 кВ, (4)

± 1 кВ, (2)

± 2 кВ, (3)

± 4 кВ, (4)

Затухающие колебательные импульсные

помехи по ГОСТ Р 51317.4.12

одиночные

в сети питания:

- «провод-провод»;

- «провод-земля»

повторяющиеся

«провод-провод»:

- в сети питания;

- на аналоговых входах;

- на цифровых входах;

- на цифровых выходах

«провод-земля»:

- в сети питания ± 220В;

- на аналоговых входах;

- на цифровых входах;

- на цифровых выходах

±1 кВ, (3)

± 2,5 кВ, (3)

±1 кВ, (3)

± 2,5 кВ, (3)

± 2 кВ, (4)

± 4 кВ, (4)

± 1 кВ, (3)

± 2,5 кВ, (3)

± 2 кВ, (4)

± 4 кВ, (4)

± 2 кВ, (х)

± 2.5 кВ, (3)

± 2,5 кВ, (3)

Москва, 1–4 июня 2010 г.

361

Вид испытательного воздействия

Нормы и степень жесткости испытаний

(с.ж.)

Фактические

уровни

испытаний

по

РД34.35.310-

по ГОСТ

51317.6.5-

2006

по ГОСТ

Р50746-2000

(IV группа

исполнений)

Кондуктивные помехи промышленной

частоты по ГОСТ Р 51317.4.16

длительные:

- в сети питания;

- на аналоговых входах;

- на цифровых входах;

- на цифровых выходах

кратковременные:

- в сети питания;

- на аналоговых входах;

.на цифровых входах;

- на цифровых выходах

30 В, (4)

100 В, (4)

300 В, (х)

30 В, (4)

100 В, (4)

30 В, (4)

300 В, (х)

Пульсация напряжения питания

постоянного тока по ГОСТ Р 51317.4.17

12% U

ном

, (3) 10% U

ном

, (3) - 15% U

ном

, (4)

Динамические изменения напряжения

питания постоянного тока

по МЭК61000-4-29-2000:

- провалы на 30%;

- провалы на 60%;

- прерывания на 100%

0,5 с, (-)

1,0 с, (-)

0,1 с, (-)

0,5 с, (-)

1,0 с, (-)

0,1 с, (-)

0,5 с, (-)

1,0 с, (-)

0,1 с, (-)

0,5 с, (-)

Эмиссия индустриальных радиопомех

по ГОСТ Р 51318.22:

- в окружающее пространствов полосе

частот 30-1000 МГц;

- в сеть питания в полосе частот

0,15-30 МГц

50 дБ

в диапазоне

30-230 МГц

и 57 дБ

в диапазоне

230-1000

МГц

66 дБ

в диапазоне

0,15-0,5 МГц

и 60 дБ

в диапазоне

0,5-30 МГц

ниже 50 дБ

в диапазоне

30-230 МГц

и 57 дБ

в диапазоне

230-1000

МГц

ниже 66 дБ

в диапазоне

0,15-0,5 МГц

и 60 дБ

в диапазоне

0,5-30 МГц

Знаком (х) указывается специальная (открытая) степень жесткости.

ВЫВОД

Результаты испытаний в аккредитованной испытательном центре подтверждают соответствие

шкафов микропроцессорных защит серии ШЭ2607 и ШЭ2710 требованиям ГОСТ Р 51317.6.5-2006,

а также требованиям ГОСТ Р 50746-2000 в части эмиссии индустриальных помех в окружающее про-

странство и в сеть питания.

Релейная защита и автоматика энергосистем

362

ЛИТЕРАТУРА

[1] Борисов Р.К. О помехоустойчивости вторичного оборудования и систем связи энергообъектов //

Энергоэксперт. 2009. № 5. С. 76-78.

[2] Ильин В.Ф., Котельников А.Г., Уляхин С.В. Устойчивость систем релейной защиты к воздействию

импульсных помех // 8-й Международный симпозиум по электромагнитной совместимости и

электромагнитной экологии: Труды симпозиума. СПб., 2009. С. 23-26.

[3] Общие технические требования к микропроцессорным устройствам защиты и автоматики энер-

госистем РД 34.35.310-97. М.: СПО ОРГРЭС, 1997.

[4] ГОСТ Р 51317.6.5-2006 (МЭК 61000-6-5 2001). Совместимость технических средств электромагнит-

ная. Устойчивость к электромагнитным помехам технических средств, применяемых на электро-

станциях и подстанциях. Требования и методы испытаний. 2007 г.

[5] ГОСТ Р 50746-2000. Совместимость технических средств электромагнитная. Технические средства

для атомных станций. Требования и методы испытаний. 2001 г.

[6] Э.В. Вершков, А.В. Жуков, А.В. Калеников и др. Электромагнитная совместимость электрической

части атомных электростанций. М.: Знак, 2006.

Москва, 1–4 июня 2010 г.

363

УСТОЙЧИВОСТЬ УСТРОЙСТВА АВТОМАТИКИ

НА ОСНОВЕ РЕЛЕ ТОКА ТИПА РТБ

К ВОЗДЕЙСТВИЮ ИМПУЛЬСНЫХ ПОМЕХ

В.Ф. ИЛЬИН, А.Г. КОТЕЛЬНИКОВ

НОУ «НОЦ «ЭКРА»

Г.Д. ГУЩИН

Филиал ОАО «РусГидро» – «Чебоксарская ГЭС»

При эксплуатации автоматики опережающего деления сети (АОДС), выполненной на базе быстро-

действующего токового реле с тиристорным выходом типа РТБ могут возникать проблемы, связанные с

электромагнитными помехами. В частности, на Чебоксарской ГЭС в 2008 года было зарегистрировано

2 случая несанкционированного срабатывания АОДС из-за произвольного открывания тиристоров

при коммутациях в цепях оперативного электропитания и в выходных цепях. Причем, один из случаев

срабатывания сопровождался выходом из строя тиристора.

Особенностью схемы автоматики является включение выходных тиристоров реле напрямую на

соленоиды отключения шиносоединительного выключателя ШСВ-220 кВ через накладку. Исследо-

вания на месте эксплуатации, проведенные в ходе расследования упомянутых инцидентов, не внесли

определенность в причины ложных срабатываний и разрешение данной проблемы. Следующим

шагом явилось обследование реле РТБ в условиях испытательной лаборатории на предмет его вос-

приимчивости к воздействию помех переходного характера, представляющихся наиболее вероятной

причиной ложных срабатываний.

Реле РТБ относится к поколению транзисторных реле и находится в эксплуатации с 1990 года.

Схема измерительной и логической части реле выполнена на полевых и биполярных транзисторах и

не имеет электрической связи с корпусом [1]. Гальваническую развязку на входе обеспечивает транс-

форматор тока с номинальными уровнями 5 А и 1 А, а на выходе – импульсные трансформаторы в це-

пях управления выходными тиристорами. С оперативным источником постоянного тока 220 В схема

связана через параметрический стабилизатор. Упреждая предвзятое отношение ряда специалистов к

тиристорным коммутаторам, отметим схемное решение устройства, включающее специальные цепи

обвязки выходных тиристоров, проработано довольно строго. Подтверждение тому – длительный

срок эксплуатации до проявления упомянутых инцидентов.

На рисунке 1 представлена схема подключения реле при испытании в лабораторных условиях.

Испытуемое реле, установленное на изолированной подставке высотой 0,1 м, располагалось в центре

металлического листа площадью свыше 0,5 м

, служащего опорным заземлением для всего испы-

тательного оборудования. С целью определенности с каналами распространения помех все внеш-

ние цепи были гальванически развязаны друг от друга. Электропитание реле и его выходной цепи

осуществлялось от независимых источников питания постоянного тока Е

и Е

. В цепь тиристора

одного из выходных каналов была включена катушка индуктивности L

с параметрами, соизмери-

мыми с соленоидом выключателя. В соответствии с реальной схемой АОДС второй выходной канал

реле не был задействован. Емкости линий электропитания и выходных цепей относительно земли

учитывались путем подключения между выводами и опорным заземлением конденсаторов С

емкостью по 2,2 нФ. На реальном объекте эти продольные емкости заведомо выше, но из-за пара-

зитных индуктивностей импеданс линий относительно земли может быть соизмерим с указанными

Y-конденсаторами.

Режимный фактор на период испытаний определялся номинальным напряжением питания реле и

входным током, устанавливаемым вблизи порога срабатывания – 0,8I

сраб

. Оценка качества функцио-

нирования производилась по факту срабатывания в условиях поочередного воздействия на выводы

Релейная защита и автоматика энергосистем

364

реле микросекундных и наносекундных импульсов продольных и поперечных помех в соответствии

с требованиями и методикой стандарта [2]. Дополнительно с помощью цифрового осциллографа

контролировалась реакция в схеме на действие импульсной помехи. Испытательные воздействия

формировались с помощью специализированных имитаторов помех: имитатора микросекундных

импульсных помех большой энергии – ИИП-4000 и имитатора пачек наносекундных импульсных

помех – ИПП-4000.

Детальное рассмотрение испытательных процедур выходит за рамки данной статьи. Ниже кратко

изложены результаты работы, приведшей к выработке практических мероприятий по повышению

помехоустойчивости и продлению эксплуатационного ресурса оборудования автоматики.

Испытания показали, что за время эксплуатация РТБ восприимчивость к переходным помехам,

распространяемым по цепям переменного тока, не превысила нормы стандарта. При воздействии

на токовые входы продольных микросекундных и наносекундных помех с амплитудой ± 4 кВ, фор-

мируемых относительно опорного заземления, и поперечных микросекундных помех с амплитудой

± 2 кВ реле функционирует без негативных последствий.

Рис. 1. Схема испытания реле РТБ в лабораторных условиях

Нормальный режим, соответствующий критерию функционирования А, сохраняется и в случае

воздействия на выводы питания постоянного тока продольных и поперечных микросекундных помех

с аналогичными уровнями амплитуды импульсов. Картина изменяется при воздействии на выводы

питания пачек наносекундных импульсов помехи. В этом случае нормальный режим функционирова-

ния сохраняется лишь при воздействии импульсов с амплитудой ± 2 кВ, а наносекундные импульсы

помех с большим испытательным уровнем ± 4 кВ вызывают произвольное срабатывание реле. В по-

следнем случае уровень помех, распространяемых по цепи питания, оказывается достаточным для

преодоления гальванически развязывающего барьера в цепи управления выходного тиристора. Экс-

периментальное исследование показало, это негативное явление может подавляться подключением

между корпусом и выводами питания Y-конденсаторов.

Самые низкие испытательные уровни, вызывающие негативные последствия, были зафикси-

рованы при воздействии на выходные выводы реле продольных помех определенной полярности.

В частности, при подаче относительно опорного заземления на вывод, связанный с анодом выходного

тиристора, микросекундного импульса отрицательной полярности или подаче на вывод, связанный с

катодом тиристора, импульса положительной полярности несанкционированные срабатывания реле

происходят уже при амплитуде 2 кВ. Это много ниже нормы. Согласно экспериментальным данным

Москва, 1–4 июня 2010 г.

365

указанные продольные помехи преобразуются в поперечные, создавая кратковременно в течение доли

микросекунд выброс перенапряжения, превышающий допустимый уровень тиристора. В результате

происходит нерегламентированное включение тиристора по анодной цепи, которое сопровождается

необратимыми процессами в структуре самого прибора, приводящими к ухудшению его эксплуата-

ционных характеристик и к деградации со временем его вентильных свойств и полному выходу из

строя. По ходу испытаний было зафиксировано несколько фактов выхода из строя тиристоров.

Иная картина имеет место при воздействии импульсов помехи противоположной полярности. Реле

сохраняет нормальный режим функционирования при подаче импульсной помехи с амплитудой 4 кВ

на выводы, связанные с анодом или катодом тиристора, соответственно положительной или отрица-

тельной полярности. Повышенный уровень устойчивости к воздействию высоковольтных импульсных

помех противоположной полярности объясняется шунтирующим действием использованных в схеме

реле защитных RCD-цепей, диоды которых включены согласно с выходными тиристорами. Очевидно,

с помощью аналогичных цепей могут подавляться опасные выбросы обоих полярностей, что и было

апробировано на практике.

Наиболее серьезной проблемой для выходных цепей представляют наносекундные помехи. При

воздействии на выходные выводы продольных помех произвольное срабатывание происходит при не-

допустимо низкой амплитуде импульсов ±1 кВ. Причем выходной тиристор самопроизвольно включа-

ется не в первый момент подачи пачки наносекундных импульсов, а спустя несколько единиц-десятков

секунд. Здесь проявляется детекторный эффект, обуславливающий процесс накопления энергии для

перевода тиристора в проводящее состояние. Согласно рабочим осциллограммам при отсутствии в

выходной цепи Y-конденсаторов на запертом тиристоре возникает выброс напряжения длительностью

менее 100 нс и амплитудой – не более 250 В. Последнее заведомо ниже допустимого уровня применен-

ного в схеме тиристора. В данном случае вероятнее всего можно говорить о нерегламентированном

включении тиристора по анодной цепи из-за превышения скорости нарастания напряжения, причем с

теми же негативными последствиями, что и в рассмотренном выше случае включения микросекундны-

ми импульсами. Следует отметить, применение для подавления наносекундных помех шунтирующих

защитных RCD-цепей, собранных на дискретных элементах, а не чип-компонентах, оказывается в

принципе неэффективным. Это обусловлено существенным влиянием паразитных параметров, в част-

ности, индуктивностей выводов компонентов защитной цепи. Практика показывает, что негативные

действия наносекундных импульсов могут эффективно подавляться с помощью Y-конденсаторов,

включенных между корпусом и выходными выводами реле. Отметим, что для полного эффекта цепь

заземления необходимо выполнить коротким и предпочтительно плоским проводником, обладающим

малой паразитной индуктивностью [3].

Таким образом, обследование в испытательной лаборатории с использованием специализирован-

ных имитаторов помех позволило выявить пути распространения и механизм действия переходных

помех и отработать технические и организационные мероприятия, направленные на продление экс-

плуатационного ресурса установленного оборудования автоматики. После окончательных схемных

и конструкторских доработок реле подверглось повторным испытаниям на воздействие импульсных

помех в соответствие с нормами стандарта [2], после чего было принято решение о введении его в

эксплуатацию. В таблицах 1 и 2 приведены результаты испытаний реле.

ЛИТЕРАТУРА

[1] Реле токовое быстродействующее РТБ. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.

Рига: Рижский опытный завод «Энергоавтоматика», 1989. С. 24.

[2] ГОСТ Р 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.

[3] Уилльямс Т., Армстронг К. ЭМС для систем и установок. М.: Издательский Дом «Технологии»,

2004. 508 с.

Релейная защита и автоматика энергосистем

366

Таблица 1

Результаты испытаний РТБ на действие микросекундных импульсных помех – ГОСТ Р 51317.4.5-99

Вид

воздействия

Выводы

Степень

жесткости

испытаний

Параметры

испытательного

воздействия

Критерий качества

функционирования

Результат

испытаний

по ГОСТ фактич.

«Провод-земля»

Цепи

питания

1–14 4 ±4кВ (по 5 имп.) А А соотв.

3–14 4 ±4кВ (по 5 имп.) А А соотв.

Выходные

цепи

8–14 4 ±4кВ (по 5 имп.) А А соотв.

9–14 4 ±4кВ (по 5 имп.) А А соотв.

10–14 4 ±4кВ (по 5 имп.) А А соотв.

12–14 4 ±4кВ (по 5 имп.) А А соотв.

Входные

цепи

5–14 4 ±4кВ (по 5 имп.) А А соотв.

7–14 4 ±4кВ (по 5 имп.) А А соотв.

6–14 4 ±4кВ (по 5 имп.) А А соотв.

«Провод-провод»

Цепи

питания

1–14 4 ±4кВ (по 5 имп.) А А соотв.

3–14 4 ±4кВ (по 5 имп.) А А соотв.

Таблица 2

Результаты испытаний РТБ на действие наносекундных импульсных помех – ГОСТ Р 51317.4.4–99

Вид

воздействия

Выводы

Степень

жесткости

испытаний

Параметры

испытательного

воздействия

Критерий качества

функционирования

Результат

испытаний

по ГОСТ фактич.

«Провод-земля»

Цепи

питания

1–14 4 ±4 кВ (1 мин.) А А соотв.

3–14 4 ±4 кВ (1 мин.) А А соотв.

Выходные

цепи

8–14 4 ±4 кВ (1 мин.) А А соотв.

9–14 4 ±4 кВ (1 мин.) А А соотв.

10–14 4 ±4 кВ (1 мин.) А А соотв.

12–14 4 ±4 кВ (1 мин.) А А соотв.

Входные

цепи

5–14 4 ±4 кВ (1 мин.) А А соотв.

7–14 4 ±4 кВ (1 мин.) А А соотв.

6–14 4 ±4 кВ (1 мин.) А А соотв.

Москва, 1–4 июня 2010 г.

367

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ

Ильин Владимир Федорович – главный специалист НОУ «НОЦ «ЭКРА», кандидат технических наук,

си ло вая электроника; e-mail: ilin_vf@ekra.ru.

Котельников Андрей Геннадьевич – инженер лаборатории НИР НОУ «НОЦ «ЭКРА».

Гущин Геннадий Дмитриевич – ведущий инженер группы СТУ филиала ОАО «РусГидро» – «Чебок-

сарская ГЭС».

Научное издание

РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА

И АВТОМАТИКА

ЭНЕРГОСИСТЕМ

Сборник докладов

XX конференции

(Москва, 1–4 июня 2010)

Издательство

НП «Научно-инженерное информационное агентство»

115230, г. Москва, Каширское ш., д. 5, корп. 1

Типография

ЗАО «Глобал Маркетинг»

107045, г. Москва, Луков пер., д. 4

Подписано в печать 24.05.2010. Гарнитура «NewtonC».

Формат 210 × 297 мм. Усл. печ. л. 23,0.

Тираж 300 экз. Заказ № 76920

Отпечатано по технологии CtP.

ISBN 978-5-903564-04-0

9 785903 564040