Рис. 1 Процесс развития дугового замыкания (фото АВВ)
Автор: Ячкула Н.И., Захаров О.Г.
Источник: rza.org.ua
Короткие замыкания внутри любых распределительных устройств опасны, но чрезвычайную опасность представляют КЗ через электрическую дугу (ЭД).
Возможными последствиями таких замыканий являются электротравмы обслужи-вающего персонала, материальный ущерб, вызванный разрушением оборудования и самой подстанции (рис. 1), а также длительным отключением потребителей.
Рис. 1 Процесс развития дугового замыкания (фото АВВ)
Всё это обусловило введение в нормативные материалы и директивные указания РАО «ЕЭС России» требования об оснащении распределительных устройств защитами от дуговых КЗ внутри секций.
Главные требования, предъявляемые к таким защитам - высокое быстродействие и чувствительность, абсолютная селективность.
Алгоритмы функционирования защит от дуговых КЗ внутри распределительных устройств зависят от используемых информационных признаков дуговых КЗ, определяющих тип датчика дугового замыкания, структуры устройства защиты и многого другого.
В настоящее время наибольшее распространение получили устройства [1] с датчиками, реагирующими на следующие информационные признаки дуговых КЗ:
- давление газовоздушной среды, возникающее на фронте ударной волны в начальный момент дугового КЗ (клапанная дуговая защита [2]);
- степень ионизации газов в канале дугового столба (защита антенного типа с дугоулавливающим электродом [2]);
- излучение, сопровождающее дуговой столб [3 - 12].
Анализ существующих типов устройств защиты от дуговых замыканий и тенденций их совершенствования [3], позволяет сделать заключение о наибольшей перспектив-ности применения оптико-электрических дуговых защит (ОЭДЗ), контролирующих уро-вень освещенности внутри отсеков распределительных устройств.
Контроль освещенности (светового потока) внутри отсеков, осуществляемый с помощью оптических датчиков, обеспечивает получение максимального быстродей-ствия и абсолютной селективности защиты [1].
В качестве оптических датчиков применяются как традиционные фотоприемники - фотодиоды, фототиристоры, фототранзисторы -, так и волоконно-оптические кабели (ВОК) [4 - 11].
Связь оптических датчиков с измерительными органами может осуществляться электрическими линиями связи (ЭЛС) или волоконно-оптическими линиями связи (ВОЛС).
Для исключения ложных срабатываний ОЭДЗ отечественные и зарубежные разработчики и производители, наряду с контролем светового потока, в качестве дополнительного признака используют контроль тока и/или напряжения, при этом подавляющее их большинство отдает предпочтение контролю тока.
Существующие ОЭДЗ различаются не только по типу используемых датчиков, но и по исполнению, структуре защит. С этой точки зрения они могут быть разделены на индивидуальные - РДЗ (ЮРГТУ), УДЗ («НИИЭФА-ЭНЕРГО»), УДЗ-1 («ЭЛКОС») и централизованные - РДЗ-018 (ЮРГТУ), ОСДЗ («Энерготехника»), БССДЗ-01/02 («Промэлектроника»), ОВОД (ПРОЭЛ), REA-100 (ABB), ПД-01 (ALSTOM), ФВИП (НИИИТ).
С учетом аргументов, изложенных в [3] и основываясь на имеющемся опыте разработки и внедрения ОЭДЗ, в качестве аппаратно-структурной базы для разработки алгоритмов функционирования НТЦ «Механотроника» рассматривает защиту КРУ(Н) от внутренних дуговых КЗ, выполненную по централизованно-индивидуальному принципу с датчиками на основе фотоприемников, с ЭЛС, с использованием в качестве дополнительного информационного признака контроль тока.
Основаниями для выбора такой аппаратно-структурной реализации защиты являются возможность обеспечения абсолютной селективности, высокого быстродействия и чувствительности, а также технологичности монтажа (наладки) и простоту ремонта в случае повреждения электрической дугой.
Пример выбранной аппаратно-структурной реализации защиты с основными связями приведен на рис.2, а на рис. 3 приведена схема электрическая подключения центрального блока.
Рис.2 – Пример аппаратно-структурной реализации ОЭДЗ
Рис. 3 - Схема электрическая подключения центрального блока
В качестве дополнительных требований (ограничений) к алгоритму функционирования защиты КРУ(Н) от внутренних дуговых КЗ использованы следующие:
оптимизация управляющих воздействий на коммутационные аппараты секции с целью минимизации возможных объемов повреждений;
учет наличия одной (в перспективе - двух) смежных секций;
использование контроля тока в качестве дополнительного информационного признака дугового КЗ с учетом схемы питания защищаемой секции и контролем положения и исправности цепей управления вводных и секционных выключателей;
обеспечение реализации функции УРОВ при отказе любого из коммутационных аппаратов секции;
задаваемая пользователем степень селективности работы устройства;
обеспечение селективного действия на выключатели “генерирующих” отходящих присоединений;
возможность изменения конфигурации устройства персоналом при реконструкции или изменении состава КРУ.
Общие принципы алгоритма функционирования устройства базируются на “зонном” принципе, то есть аппаратном выделении в ячейках защищаемой секции особых зон, дуговое замыкание в пределах которых требует формирования однотипных управляющих воздействий.
В разрабатываемом устройстве защиты от дуговых КЗ предполагается выделение четырех зон:
зона I - отсеки измерительных трансформаторов тока, кабельной разделки и проходных изоляторов ячеек отходящих линий;
зона II - отсеки измерительных трансформаторов напряжения и высоковольтных выключателей ячеек отходящих линий и отсек сборных шин (СбШ);
зона III - отсеки ячейки секционного выключателя (СВ), кроме отсека СбШ;
зона IV - отсеки ячейки вводного выключателя (ВВ), кроме отсека СбШ.
Программным ключом пользователь может объединить зону I с зоной II.
При дуговом замыкании в зоне I (здесь и далее под дуговым замыканием (ДЗ) понимается как наличие сигнала от соответствующего блока регистрации дуговых замыканий, так и наличие разрешающего сигнала внешних токовых защит), центральным блоком формируется сигнал “Откл. Ф”, разрешающий срабатывание промреле отключения выключателя поврежденной ячейки.
Реализация формирования управляющих воздействий на коммутационные аппараты отходящих линий (ячеек) через промреле обеспечивает независимость аппаратно-программной структуры центрального устройства защиты от количества ячеек отходящих линий в защищаемой секции.
Для реализации этого в РДЗ предусмотрен дополнительный релейный выход. Тогда становятся возможны различные варианты использования центрального блока с обеспечением селективного отключения отходящих линий. Очевидными являются следующие два:
1. Предусмотреть релейный выход пуска ДЗ соответствующих зон секции в центральном блоке и через его контакты и контакты РДЗ соответствующего фидера осуществлять селективное отключение. Регистрацию факта дугового замыкания при этом производить в БЦ. Непосредственное воздействие на выключатель отходящей линии можно реализовать через промреле. Упрощенная схема такого решения приведена на рис. 4
Рис. 4
2. Если отходящие линии имеют индивидуальную ЦРЗА, то для пуска ДЗ в них надо будет предусмотреть соответствующий релейный выход (рис. 5).
Рис. 5
1. Оба варианта позволяют упростить алгоритмы функционирования и аппаратный состав центрального блока при одновременном расширении возможностей по количеству селективно защищаемых отходящих линий.
При дуговом замыкании в зоне II формируется сигнал, подающийся на алгоритмы отключения ВВ, СВ и выключателей неповрежденных ''генерирующих'' отходящих линий.
При ДЗ в зоне III формируется сигнал на отключение ВВ и выключателей ''генерирующих'' отходящих линий, а если при этом СВ включен (есть входной дискретный сигнал ''РПВ СВ''), то формируется без выдержки времени выходной дискретный сигнал ''УРОВд'' на отключение ВВ соседней секции.
При ДЗ в зоне IV формируется сигнал на отключение СВ и выключателей ''генерирующихІ отходящих линий, а если при этом ВВ включен (есть входной дискретный сигнал ''РПВ ВВ'', то формируется без выдержки времени выходной дискретный сигнал ''Откл. Тр-ра'' (''Отключение трансформатора'') на выходные промежуточные реле защиты трансформатора с действием на запрет отключения выключателя ввода.
При ДЗ в любой из зон секции, а также при поступлении входного дискретного сигнала ''УРОВп'' блок формирует выходные дискретные сигналы ''Запрет АВР'' и ''Авария''. ''Запрет АВР'' снимается через 0,25 с после снятия условий его формирования, а сигнал ''Авария'' – после квитирования соответствующей кнопкой с пульта блока или командой по последовательному каналу.
При отказе ВВ и/или СВ (контроль по сигналам от реле повторителей положения BВ и/или СВ) формируются выходные дискретные сигналы ''Откл Тр-ра'' и ''УРОВд'' с программно задаваемыми задержками времени на срабатывание ТУРОВ ВВ и ТУРОВ СВ, а также внутренние сигналы алгоритма ''Отказ ВВ'' и ''Отказ СВ''.
При использования блоков регистрации дуговых замыканий с датчиками на основе фототиристоров, блок формирует выходной дискретный сигнал ''Сброс''. Сигнал длительностью 0,5 с формируется через 3 с после фиксации факта дугового замыкания, а также командой по последовательному каналу или от соответствующей кнопки пульта блока при обнаружении несоответствия – состояния, при котором сигнал от ДДЗ есть, а разрешающий сигнал от токовых защит не поступает в течение более 1.5 с.
Алгоритм формирования сигнала ''Сброс'' возвращается в исходное состояние после устранения причин несоответствия и квитирования только кнопкой пульта блока.
Причины формирования сигнала ''Вызов'' фиксируются и доступны пользователю по последовательному каналу или с использованием ПЭВМ. Регистрация причин обобщенных выходных сигналов ''Работа ДЗ'', ''Неиспр. '' и др. осуществляется в журнале событий, емкостью до 200 событий.
Рис.6 – Функциональная схема алгоритма определения варианта схемы питания и контроля положения коммутационных аппаратов секции
Рис.7 – Функциональная схема алгоритма определения наличия пуска по току
Примечания: I >CC – входной дискретный сигнал пуска МТЗ вводного выключателя смежной секции.
Рис.8 – Функциональная схема алгоритма определения наличия ДЗ в зоне I
Примечания: Тнс – определяет допустимую длительность наличия сигнала от РДЗ при отсутствии сигнала пуска по току, зависит от типа используемых в РДЗ датчиков дугового замыкания; диапазон - 0,01 … 1,0 с; шаг – 0,01 с.
Рис.9 – Функциональная схема алгоритма определения наличия ДЗ в зоне II
Рис.10 – Функциональная схема алгоритма определения наличия ДЗ в зоне III
Рис. 11 – Функциональная схема алгоритма определения наличия ДЗ в зоне IV
Рис.12 – Функциональная схема алгоритма формирования сигнала селективного отключения выключателей отходящих фидеров
Примечание: диапазон Туров Ф - 0,05 … 1,00 с, шаг – 0,01с.
Рис.13 – Функциональная схема алгоритма формирования сигнала отключения выключателя ввода
Примечание: диапазон Туров ВВ - 0,05 … 1,00 с, шаг – 0,01с.
Рис. 14 – Функциональная схема алгоритма формирования сигнала
Примечание: диапазон Туров СВ - 0,05 … 1,00 с, шаг – 0,01с.
Рис.15 – Функциональная схема алгоритма формирования выходных дискретных сигналов отключения “генерирующих” отходящих линий
Рис.16 – Функциональная схема алгоритма формирования выходных дискретных сигналов "Авария" и "Запрет АВР"
Рис.17 – Функциональная схема алгоритма формирования сигнала отключения трансформатора
Рис.18 – Функциональная схема алгоритма формирования сигнала УРОВд.
Рис.19 – Функциональная схема алгоритма формирования сигнала "Сброс ФТД"
Примечания: программный ключ S6 – тип датчиков дуги – ФТД / НЕТ, здесь дизъюнктор обеспечивает отключение ФТД до нажатия к-н “Cброс”
Рис.20 - Функциональная схема алгоритма формирования сигнала "Вызов"
Рис.21 - Функциональная схема алгоритма самодиагностики
1. Нагай В.И. Релейная защита ответвительных подстанций электрических сетей. — Энергоатомиздат, 2002. — 312 с.
2. Зотов А.Я. О дуговой защите шкафов КРУ(Н) 6–10 кВ на датчиках «Краб» и «Антенный» // Энергетик. – 1997. – № 3. – С. 17–18.
3. Нагай В.И. Быстродействующие дуговые защиты КРУ: современное состояние и пути совершенствования // Новости ЭлектроТехники. — 2003. — № 5 (23). — С. 48–52.
4. Демьянович М.В., Евреев А.И., Пименов А.В. и др. Новая дуговая защита для комплектных распределительных устройств // Энергетик. — 2001. — № 5. — С. 24.
5. Нагай В.И., Сарры С.В., Котлов М.М. и др. Оптико-электрическая дуговая защита КРУН 6–10 кВ // Энергетик. — 2000. — № 8. — С. 38 – 39
6. Сухоручкин И.В., Бочаров Н.В. Реле защиты от дуговых замыканий // Электрические станции. – 1990. – № 5. – С. 89–91.
7. Коротков Л.В., Погодин Н.В. Быстродействующая оптическая система дуговой защиты ЗРУ 6–10 кВ // Релейная защита и автоматика энергосистем 2000: Тез. докл. XIV научно-технической конференции. – М.: ЦДУ ЕЭС России, 2000. – С. 48–49.
8. Калачев Ю.Н., Шевелев В.С. Устройство дуговой защиты для ячеек КРУ 6–10 кВ // Энергетик. – 2001. – № 1. – С. 25–26.
9. Демьянович М.В., Евреев А.И., Пименов А.В. и др. Новая дуговая защита для комплектных распределительных устройств // Энергетик. – 2001. – № 5 – С. 24.
10. Григорьев В.А., Милохин В.Е., Палей Э.Л. Волоконно-оптическая дуговая защита ячеек КРУ 6 -10 кВ // Энергетик. – 2002. – № 2. – С. 23–24.
11. Калачев Ю.Н., Шевелев В.С. Устройство дуговой защиты для ячеек КРУ 6–10 кВ // Энергетик. — 2001. — № 1. — С. 25–26.