Дипломная (вкр): Оптимизация параметров микропроцессорной релейной защиты

Оптимизация параметров микропроцессорной релейной защиты

1. Сравнение отечественных и передовых зарубежных технологий

В настоящее время в энергосистемах имеется значительное количество подстанций с устройствами, выполненными на устаревшей электромеханической релейной аппаратуре.

Эта аппаратура физически изношена, её характеристики значительно отстают от современных требований по точности, энергопотреблению, возможности работать в экстремальных аварийных условиях.

Устройства РЗА, выполненные на традиционной элементной базе, в настоящее время уже не способны обеспечить решение ряда актуальных эксплуатационных и технических проблем:

реализация некоторых функций приводит к существенному увеличению аппаратной части;

многие функции на электромеханической релейной аппаратуре выполнить просто невозможно;

не обеспечивается стыковка с современными цифровыми автоматизированными системами управления технологическими процессами (АСУ ТП), затрудняется дистанционное управление электрической частью объектов и сигнализация;

диагностика и запись аварийных процессов не отвечает современным требованиям;

усложнение схем РЗА требует большого количества наладочного и обслуживающего персонала высокой квалификации, а также периодического проведения профилактических проверок работоспособности этих устройств.

Устройства защиты, управления и автоматики распределительных сетей выполнены на микропроцессорной элементной базе и предназначены для защиты и автоматики различных присоединений распределительных устройств. Блоки защит выполняют функции местного или дистанционного управления, защиты, автоматики, измерения, сигнализации, а также необходимые блокировки.

Блоки защит применяются в схемах вторичной коммутации для использования в качестве основных и резервных защит энергообъектов напряжением 6 (10) кВ. Используются для защиты и автоматики кабельных и воздушных линий, трансформаторов малой и средней мощности, синхронных и асинхронных двигателей различной мощности, реакторов и других присоединений. Одно микропроцессорное устройство защиты заменяет большое количество электрических аппаратов (измерительные, сигнальные, выходные и другие электромеханические реле). В настоящее время все устройства микропроцессорных защит адаптированы для работы с выключателями различных производителей.

Терминалы микропроцессорных защит SPAC 800 производства ООО «АББ Реле-Чебоксары (Автоматизация)». Терминалы микропроцессорных защит SPAC 800 появились в России одними из первых. Терминал SPAC 800 представлен на рисунке 1.1.в основном рассчитаны на потребителей, не требующих сложных видов защиты. Для построения сложных защит необходимо использование комплекса мер с использованием нескольких терминалов и дополнительных устройств, что может приводить к удорожанию системы защиты объекта. Для дополнения недостающих функций SPAC-800 используются микропроцессорные реле серий SPA 100 и SPA 300 также входящие в семейство SPACOM. Реле выполняют функции защит, измерения и сигнализации. Некоторые реле имеют дополнительную функцию аварийного осциллографа, поставляемого по заказу.

К недостаткам SPAC-800 можно отнести устаревший недостаточно удобный интерфейс панели управления и индикации.

Станционное исполнение устройств отличается входными и выходными цепями и цепями сигнализации. В перспективе желательно применение устройств станционного исполнения, так как они фактически заменяют подстанционное исполнение.

Рисунок 1.1 - Терминал SPAC 800

является жестко ориентированным устройством и не позволяет менять логику работы защит и автоматики. Функциональный набор защит и автоматики SPAC-800 определяется установленными модулями защит, конфигурация которых невозможна.

Микропроцессорные защиты БМРЗ производства НТЦ «Механотроника» г. Санкт Петербург. Серийный выпуск и промышленная эксплуатация микропроцессорных защит БМРЗ начался в 1997 г.

БМРЗ - цифровое устройство, разработанное в соответствии с требованиями к защите и автоматике, предъявляемыми ПУЭ и ПТЭ, построено на современной элементной базе, осуществляет весь комплекс защит присоединения и, обеспечивая простоту и надежность в эксплуатации, не требует специального технического обслуживания.

Достоинством БМРЗ является их разработка в соответствии с требованиями Российских нормативных документов, использование идеологии и терминологии, принятой в России для построения систем РЗиА.

К недостаткам БМРЗ следует отнести большое количество узкоориентированных модификаций. Каждый такой блок имеет индивидуальную логику работы защиты, функциональный набор каждого блока определяет завод изготовитель. В результате только БМРЗ серии ВВ для вводного выключателя существует более 10 модификаций, в функциональных возможностях которых ориентироваться достаточно трудно.

Микропроцессорные защиты Sepam производства фирмы «Schneider electric». Первые устройства типа Sepam 1000+ появились на рынке в 2001 году. Базовое устройство Sepam 1000+ со стандартным интерфейсом и дополнительными модулями представлено на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Базовое устройство Sepam 1000+ со стандартным интерфейсом и дополнительными модулями: 1 - выносной графический дисплей; 2 - дополнительный модуль входов / выходов; 3 - модуль связи; 4 - модуль температурных датчиков; 5 - модуль аналогового выхода; 6 - программное обеспечение для параметрирования Sepam и работы с осциллограммами

Применяемые при разработке этой серии технические решения позволили создать универсальные устройства релейной защиты с широким спектром применения в сетях 6-35 кВ. Цифровые терминалы серии Sepam 1000+ обладают всеми стандартными функциями микропроцессорных защит: измерением, релейной защитой, системной автоматикой, самодиагностикой, диагностикой работы коммутационного аппарата и сети, цифровым осциллографированием и имеют связь с системой АСУ по интерфейсу RS-485 с открытым протоколом Modbus. Данные устройства имеют модульную конструкцию и программное формирование защит. Терминалы Sepam имеют 16 типов различных времятоковых характеристик защит. Это позволяет использовать эти реле для работы совместно с другими устройствами релейной защиты, включая электромеханические реле.

Каждый тип Sepam обладает всем набором функций, необходимых для того вида применения, для которого он предназначен:

эффективная защита оборудования и людей;

точные измерения и подробная диагностика;

единая система управления оборудованием;

сигнализация и местная или дистанционная эксплуатация.1000+ серии 20 применяются там, где необходимы токовые защиты или защиты по напряжению. Sepam 1000+ серии 40 имеют больший набор защит и применяются там, где одновременно необходимы токовые защиты и защиты по напряжению. Sepam 1000+ серии 80 предназначен для защиты объектов большой сложности, имеет наиболее полный комплекс защит, в том числе и дифференциальные.

Микропроцессорные защиты производства фирмы «Alstom». Фирма «Alstom» более 70 лет выпускает устройства РЗА и имеет пятилетний опыт работы на рынке СНГ. Устройства адаптированы к требованиям ПУЭ и ПТЭ, имеют методики применения и выбора уставок, схемы подключения ко всем типам коммутационной аппаратуры.

Защиты фирмы «Alstom» имеют 3 серии устройств: MODULEX3 (рисунок 1.3), MiCOM (рисунок 1.4), MODN. Серия MiCOM отличается от MODULEX3 расширенным перечнем функций и повышенной точностью работы. Серия MODN имеет расширенные возможности по управлению выключателем, что упрощает схему управления.

Рисунок 1.3 - Блок защиты серии MODULEX3

Рисунок 1.4 - Блок защиты серии MiCOM

К достоинствам устройств фирмы «Alstom» можно отнести то, что эти устройства разработаны недавно и имеют малые габариты. Кроме выполнения функций защиты и противоаварийной автоматики устройства осуществляют замер текущих величин, имеют автоматический контроль исправности. Конструктивно MiCOM выполнен в виде электронного блока с металлическим корпусом в виде кассеты. На задней стенке корпуса находятся клеммы для подключения входных и выходных сигналов. Внутри корпуса клеммники выполнены в виде разъемов. Замена электронного блока осуществляется выемкой его из кассеты без отключения соединительных проводов.

Защиты MiCOM Р120 - Р123 имеют только токовые защиты (аналог Sepam 1000+ серии 20). MiCOM Р125 - Р125 имеют токовые защиты и защиты по напряжению (аналог Sepam 1000+ серии 40). Все блоки защит, имеющие входы тока и напряжения измеряют электрическую мощность и энергию и могут быть использованы для технического учета электроэнергии.

Применение блоков БМРЗ является наиболее дешевым вариантом, обеспечивающим требования НТД к системам релейных защит. Применение защит фирмы «Alstom» обеспечивает современный уровень системы РЗиА при относительно небольшой стоимости. Использование защит семейства SPACOM является наиболее дорогим из рассматриваемых и наименее функционально насыщенным. Микропроцессорных устройств типа Sepam производства фирмы «Schneider electric» можно рекомендовать, как наиболее качественного оборудования при относительно невысокой цене.

Произведен выбор микропроцессорных устройств РЗиА, на которых будет базироваться система релейной защиты, рассматриваемая в проекте. На основании проведенного сравнения выбраны устройства производства французской фирмы «Schneider Electric».

2. Описание существующей схемы питания кардиоцентра на напряжении 10 кВ

Для обеспечения повышенной надежности электроснабжения Челябинского кардиоцентра его электроснабжение осуществляется от четырех независимых источников питания, которыми являются две двухтрансформаторные подстанции напряжением 110/10 кВ «Новоградская» и «Паклинская».

Подстанции «Новоградская» и «Паклинская» в свою очередь получают питание по воздушным линиям электропередач напряжением 110 кВ, соединяющим ПС «Шагол» и ПС «Сосновская».

В дипломном проекте рассмотрено питание ПС «Новоградская» и ПС «Паклинская» (электрические схемы подстанций представлены на рисунках 2.3 и 2.4). Трансформаторы питаются по двухцепной воздушной линии марки АС-3х240 от подстанций «Шагол» длинной 5,8 км к п/ст «Новоградская» и 15,2 км к п/ст «Паклинская». На подстанциях установлены по два трансформатора с расщепленными обмотками мощностью 40 000 кВА (ТРДН-40000) с понижением напряжения 110/10/10. На ВН трансформатора имеется устройство регулировки напряжения под нагрузкой (РПН).

Для непосредственного питания Центра сердечно-сосудистой хирургии построен распределительный пункт (РП-118) напряжением 10 кВ и три трансформаторные подстанции ТП-2520, ТП-2521, ТП-2522, соединенные в магистраль.

Для обеспечения надежности электроснабжения кабельные линии соединяющие п/ст «Новоградская» и РП-118 а так же п/ст «Паклинская» и РП-118 сдвоены (2хАСБ-3х240 длинной 2,23 км и 2,5 км соответственно).

Электроснабжение РП-118 осуществляется от РУ 10 кВ ПС «Новоградская» по кабельным линиям 2хАСБ2 л 3х240-10 длиной 2230 м в земле и от РУ 10 кВ ПС «Паклинская» по КЛ 2хАСБ2 л 3х185-10 длиной 2500 м в земле до вводных ячеек РП. РП-118 имеет 4 секции сборных шин (СШ) и укомплектовано камерами КСО-203 Орского завода электромонтажных изделий с вакуумными выключателями нагрузки ВВ-TEL-10-20/1000. Предусмотрено наличие АВР между 1 и 2, 3 и 4 СШ. Также 1 и 3, 2 и 4 СШ соединяются между собой вакуумными выключателями вручную.

Непосредственно Кардиологический Центр питается от РП-118 по двум кабельным линиям АСБ2 л 3х185-10 длиной 185 м, проложенными в земле. На территории установлены двухтрансформаторные подстанции ТП - 2520, ТП - 2521, ТП - 2522, напряжением 10/0,4 кВ (кольцевая схема). Каждая ТП содержит два масляных трансформатора типа ТМГ11 мощностью 1000 кВА каждый. Общий вид, компоновка оборудования и разрез ТП - 2520 представлено на рисунках 2.10, 2.11, 2.12. На стороне 10 кВ между 1 - 2 секциями и 3 - 4 секциями установлены секционные выключатели и секционные разъединители с автоматикой включения резерва при обесточении смежной секции. Между 2-3 секциями и 1 - 4 секциями установлены секционные разъединители с ручным включением для обеспечения резервного питания секций с отключенным вводом.

В состав высоковольтного оборудования ТП входят: комплектное распределительное устройство, состоящее из ячеек типа SM-6 с микропроцессорными защитами Sepam и элегазовыми выкатными выключателями, силовые трансформаторы типа ТМГ-1000 кВА.

SM6 - серия модульных ячеек в металлических корпусах с воздушной изоляцией и стационарными (выкатными) элегазовыми коммутационными аппаратами: выключателями Fluarc типа SF-1 и разъединителями. Для защиты от коротких замыканий в ячейках SM6 применяются микропроцессорные устройства типа Sepam.

Силовые трансформаторы типа ТМГ11 (трехфазные масляные герметичные) служат для преобразования электроэнергии в сетях энергосистем и потребителей электроэнергии в условиях наружной или внутренней установки умеренного (от + 40^оС до минус 45^оС) или холодного (от + 40^оС до минус 60^оС) климата. Трансформаторы герметичного исполнения, без маслорасширителей. Температурные изменения объема масла компенсируются изменением объема гофров бака за счет их пластичной деформации.

На трансформаторах типа ТМГ (как и ТМЗ, ТНЗ) газовая защита выполняется с использованием мановакуумметров - приборов, измеряющих давление.

При возникновении повреждения в таких трансформаторах давление внутри бака растёт, а при утечке масла снижается. Мановукуумметр имеет двухстороннюю шкалу с отметкой посередине, соответствующей нормальному давлению, равному 0 атмосфер. Шкала вправо от 0 атм. соответствует повышению давления, а шкала влево - понижению. На отметках шкалы, например, 0,25 и 0,4 устанавливаются контакты. При повышении давления, когда стрелка мановакуумметра доходит до значения 0,25 ати или более, замыкается контакт, формируя сигнал о ненормальной работе трансформатора. Аналогично при снижении давления, когда стрелка доходит до значения -0,5 ати или менее, замыкается другой контакт, формирующий сигнал об утечке масла из бака.

Для распределения электроэнергии на 0,4 кВ в Кардиоцентре установлены три элетрощитовые (ЭЩ1, ЭЩ2, ЭЩ3), в каждую из которых имеется ввод от трех существующих ТП (2520, 2521, 2522). Схема питания элетрощитовых с указанием нагрузок (в частности от ТП-2520). Используются медные кабели марки ВБбШв с изоляцией и наружным покровом из ПВХ пластиката, с броней из двух спиральных оцинкованных лент из стали. Кабель прокладывают в местах подверженных механическим повреждениям, при отсутствии растягивающих усилий в процессе эксплуатации.

Также имеется ввод от дизель-генераторной установки в каждую электрощитовую для аварийного питания ответственных электроприемников. Электроприемники Федерального центра сердечно-сосудистой хирургии в основном относятся ко II категории по надежности электроснабжения. К нагрузкам I категории относятся электроприемники операционных блоков, отделений анестезиологии, реанимации и интенсивной терапии, противопожарных устройств и охранной сигнализации, аварийное и эвакуационное освещение, больничные лифты. Для обеспечения аварийного (резервного) электроснабжения электроприемников I категории Центра сердечно-сосудистой хирургии предусматривается дизель-генераторная установка (ДГУ). ДГУ состоит из двух дизельных электростанций производства FG WILSON типа Р250Н (250 кВА), которые размещаются в двух комплектных утепленных и автоматизированных блок-контейнерах.

Переход на аварийное электроснабжение от ДГУ происходит в случае прекращения питания ВРУ1.3, ВРУ2.3, ВРУ3.3 и ВРУ4.1 от ТП №1, ТП №4 и ТП №3. Запуск обеих электростанций происходит одновременно, затем в случае когда нагрузка не превышает 70% мощности одной электростанции, одна из них отключается.