Дуговые защиты КРУ 6-10 кВ
с продольно-поперечным включением
оптических датчиков
В.И. Нагай, С.В. Сарры, А.В. Луконин, Д.С. Иванов, И.В. Нагай, И.С. Тишаков –
Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) (ЮРГТУ(НПИ))
В.В. Лагунов, А.С. Рыбников – ОАО «Ростовэнерго»
Актуальность проблемы. Комплектные распределительные устройства (КРУ(Н)) напряжением 6-10 кВ внутренней и наружной установки, являются одним из наиболее массовых элементов подстанций распределительных электрических сетей и станций, основное достоинство которых малые габаритные размеры, высокая степень готовности к монтажу и наладке. Ограниченная локализационная способность КРУ(Н) при внутренних коротких замыканиях через электрическую дугу (как правило, не превышает 1 с) порождена их же малыми габаритными размерами. Данная проблема усугубляется тем, что КРУ, введенные в эксплуатацию в прошлом столетии, как правило, не оснащены полноценной быстродействующей защитой от дуговых КЗ или их защита, например, клапанная защита, реагирующая на приращения давления, не отвечает современному состоянию техники. Это обусловило введение в нормативные материалы (ПТЭ) и директивные указания РАО ЕС России требования об оснащении КРУ быстродействующими защитами от внутренних дуговых КЗ.
В области быстродействующих защит от данного вида повреждений доминируют защиты, использующие принцип контроля светового потока и тока [1-9]. В качестве оптических датчиков используются фототиристоры, -транзисторы, -диоды, -резисторы или волоконно-оптические линии. На выполнение дуговой защиты существенно влияет как исполнение оптического датчика, измерительных органов, конструктивное выполнение РУ, так и требования к выходным воздействиям.
На основе опыта ЮРГТУ(НПИ) и ОАО «Ростовэнерго» в области разработки и внедрения дуговых защит с оптическими датчиками с применением фотоприборов авторы попытались сформулировать ряд предложений по минимизации аппаратных затрат и адаптации к условиям эксплуатации на примере подстанции, имеющей на стороне низшего напряжения две секции, а на стороне высшего напряжения трансформаторов – выключатели или отделители с короткозамыкателями (рис.1).
Рис. 1. Варианты разделения КРУ подстанции на особые зоны установки оптических датчиков
Характеристика объекта защиты. Секции 6(10) кВ соединены друг с другом секционным выключателем и разъединителем. С целью минимизации аппаратных затрат на выполнение защиты, обеспечения требуемой надежности питания и быстродействия КРУ условно разделено на несколько зон, при КЗ в которых воздействие защиты одинаково. Зона 1 (рис.1) представляет собой ячейку вводного выключателя, 2 – зона сборных шин (шинный мост), 3 – секционный выключатель; 4 – секционный разъединитель; 5, 6 – отсеки высоковольтного выключателя линейной ячейки и трансформаторов тока и кабельной разделки соответственно. При повреждении в зоне 1 требуется воздействие на коммутационные аппараты стороны высшего напряжения, в то время как при КЗ в зоне 2 достаточно воздействия на вводной и секционные выключатели. Ликвидация КЗ в ячейке секционного выключателя требует отключения вводных выключателей двух вводов, а при КЗ в зоне 4, т.е. в ячейке секционного разъединителя достаточно ограничиться отключением секционного выключателя и ближайшего к месту повреждения вводного выключателя. Отключение КЗ в отсеке линейного выключателя (зона 5) зависит от типа данного коммутационного аппарата. При использовании маломасляных выключателей их отключение в этом случае нецелесообразно из-за возможного взрыва воздушно-водородной смеси газов и логика действия при этом аналогична логике ликвидации повреждения в зоне 2. При использовании вакуумных выключателей возможно воздействие на него при КЗ в зоне 5. Воздействие защиты при КЗ в зоне 6 также зависит от конструктивного исполнения ячейки. В случае наличия оптической связи зон 5 и 6 практически не представляется возможным из-за многократных отражений светового потока селективное выявление поврежденного отсека, т.е. предлагается воздействие на вводной и секционный выключатель. В противном же случае, когда отсутствует возможность попадания светового потока из одного отсека в другой, с целью минимизации объема повреждения предлагается отключение линейного выключателя.
Схемы включения оптических датчиков и измерительных органов. На основе сформированного выше подхода к построению дуговой защиты КРУ можно выполнить различные варианты дуговой защиты, отличающиеся, в том числе, и схемами включения оптических датчиков. Авторами ниже приняты следующие термины: «продольное включение датчиков», что соответствует их объединению в одноименных отсеках (зонах), например в шинном мосте, отсеках выключателей, отсеках трансформаторов тока и кабельной разделки, а также «поперечное включение датчиков» – объединение датчиков разных отсеков (разных зон), «продольно-поперечное включение датчиков» – сочетание первого и второго приемов (рис.2).
Рис. 2. Варианты включения оптических датчиков и измерительных органов
Примерами продольного включения датчиков, что также соответствует их расположению вдоль защищаемого объекта, являются схемы соединения датчиков 1-4, к измерительному органу (ИО) КЕ1 (рис.2), а соответственно поперечному – включение датчиков 5-6, 7-9, 14-15, 16-17 к измерительным органам КЕ2, КЕ3, КЕ5, КЕ6. Продольно-поперечное включение датчиков 10-13 к ИО КЕ4 также показано на рис.2. Подключение датчиков ко входам ИО может осуществляться путем их объединения или включением к независим входам. В первом случае теряется возможность селекции поврежденной зоны, а при возможности селективного выявления поврежденной зоны необходимо применение многоканальных измерительных органов.
Примеры технической реализации. Различные варианты построения быстродействующих защит КРУ от дуговых КЗ авторы сочли возможным продемонстрировать на базе устройств, разработанных в ЮРГТУ при их непосредственном участии и прошедших испытания (в том числе и натурные испытания) и многолетнюю эксплуатацию в ОАО «Ростовэнерго», также других энергосистемах России. Защита одиночных ячеек возможна базе одноканальных реле РДЗ-012МТ и РДЗ-212МТ (рис.3) и двухканального реле РДЗ-012МТ2 [11-12], предназначенных для подстанций с постоянным и переменным оперативным током и допускающих параллельное подключение до 6 оптических датчиков (это позволяет осуществить защиту до 6 ячеек). Такое выполнение защиты не позволяет обеспечить селекцию поврежденной ячейки (зоны). Увеличение числа ИО снимает данную проблему. Примеры реализации приведены на рис.4.
 
Рис.3. Локальные устройства дуговой защиты типа РДЗ-012МТ (а) и РДЗ-212МТ (б)
Рис. 4. Пример построения дуговой защиты на основе локальных устройств РДЗ-012МТ (РДЗ-212МТ)
Выполнение дуговой защиты на основе микропроцессорной централизованно-распределенной системы РДЗ-018(М) [11,12] (рис.5,а), состоящей из центрального управляющего устройства (ЦУУ), локальных модулей сбора и обработки информации (ЛМСОИ) и собственно оптических датчиков (на рис.6 показаны в виде кружков), позволяет реализовать гибкие алгоритмы функционирования с селекцией поврежденной ячейки и формированием сигналов отключения в соответствии с выше рассмотренными подходами и предаварийным состояние защищаемого оборудования. Отличительной особенностью защиты на основе распределенной системы РДЗ-018(М) является наличие функции УРОВ, тестового и функционального контроля, позволяющего при наличии локальной неисправности системы выводить из работы только поврежденный сегмент, формируя при этом сигнал неисправности.
 
а) б)
Рис.5. Централизованные устройства дуговой защиты типа РДЗ-018(М) (а) и РДЗ-017М (б)
Промежуточным решением между реализацией дуговой защиты на основе локальных устройств и централизованно-распределенных (централизованных) систем является использование централизованного микропроцессорного устройства типа РДЗ-017М, имеющего 6 независимых каналов (рис.5,б). функции тестового и функционального контроля. Как и у всех рассмотренных выше устройств дуговой защиты при тестовой контроле обеспечивается проверка датчиков и линий связи, как при их обрыве, так и при наличии закоротки.
Рис.6. Схема выполнения дуговой защиты двухтрансформаторной подстанции
на базе устройства РДЗ-018
Рис. 7. Вариант выполнения защиты с селекцией поврежденной ячейки и отключением секции вводным и секционным выключателями на основе многоканального устройства
Это позволяет минимизировать аппаратные затраты при реализации защиты, что особенно эффективно для секций с малым числом присоединений (5-6 присоединений) (рис.7), применив при этом поперечное включение оптических датчиков. Воздействие защиты в данном случае предполагается на вводной и секционный выключатель.
При реализации защиты КРУ с оптически разделенными отсеками удается обеспечить селекцию поврежденного отсека для группы из трех ячеек (рис.8,а) с отключением только поврежденной ячейки. В данном случае длина линий связи увеличивается по сравнению с применением локальных устройств незначительно, что способствует решению проблемы электромагнитной совместимости.
При нахождении полусекций по разные стороны ЗРУ или наличии оптической связи между отсеками выключателей и ТТ и кабельной разделки может быть рекомендована схема дуговой защиты на основе устройства типа РДЗ-017М, представленная на рис.8,б. В этом случае обеспечивается селекция поврежденной зоны, но ее воздействие с учетом конструктивного исполнения КРУ производится на вводной и секционный выключатели.
 
а) б)
Рис. 8. Варианты выполнения защиты с селекцией поврежденного отсека ячейки и возможностью
отключения линейного выключателя (а) и с селекцией поврежденной линейной ячейки, шинного моста и отключением секции вводным и секционным выключателями (б)
Выводы
Минимизация аппаратных затрат и объемов монтажных и наладочных работ дуговой защиты может быть достигнута за счет оптимального включения оптических датчиков и измерительных органов, сочетания локальных, групповых и централизованных устройств с учетом конструктивных особенностей и числа ячеек КРУ и коммутационных аппаратов.
Для подстанций с небольшим числом ячеек на одной секции (5-8 ячеек) обосновано применение одного многоканального устройства типа РДЗ-017М для линейных ячеек и локальных устройств типа РДЗ-012МТ для вводного и секционного выключателей.
Литература
Нагай В.И. Релейная защита ответвительных подстанций электрических сетей. – Энергоатомиздат, 2002. – 312 с.
Нагай В.И. Выбор и техническая реализация быстродействующих защит КРУ от дуговых коротких замыканий// Электро. – 2002.– № 1. – С. 35-39.
Нагай В.И. Быстродействующие дуговые защиты КРУ: современное состояние и пути совершенствования. – Новости Электротехники, №5(23), 2003. С. 48-52.
Новая дуговая защита для комплектных распределительных устройств/ М.В. Демьянович, А.И. Евреев А.И., А.В. Пименов и др.// Энергетик. – 2001. – №5 – С.24.
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.
Калачев Ю.Н., Шевелев В.С. Устройство дуговой защиты для ячеек КРУ 6–10 кВ// Энергетик. – 2001.– №1. – С. 25-26.
Григорьев В.А., Милохин В.Е., Палей Э.Л. Волоконно-оптическая дуговая защита ячеек КРУ 6-10 кВ// Энергетик. – 2002. – №2. – С.23-24.
Крылов И.П. Устройство быстродействующей селективной световой дуговой защиты БССДЗ-01/02// Сборник тез. докл. семинара-совещания начальников служб РЗА АО -энерго, начальников электролабораторий электрических станций, ведущих специалистов РЗА ОЭС Северного Кавказа, РАО "ЕЭС России", РП "Южэнерготехнадзор", Пятигорск, 2001. – С. 112-114.
Середа Н.Н., Харитонов В.В. Применение фототиристоров для защиты сетей при дуговых коротких замыканиях. Материалы семинара «Новые комплектные электротехнические устройства». – М.: Московский Дом науч.-техн. пропаганды. 1990. С.53-57.
Оптико-электрическая дуговая защита КРУН 6-10 кВ./ В.И. Нагай, С.В. Сарры, М.М. Котлов и др. – Энергетик, №8, 2000. С.38-39.
Нагай В.И. Сарры С.В., Войтенко А.С. Релейная защита КРУ с контролем светового потока. – Промышленная энергетика, 2001, №11. С 32–36.
Нагай В.И., Сарры С.В., Войтенко А.С. Быстродействующие релейные защиты КРУ от дуговых коротких замыканий с оптико-электрическими датчиками// Электрические станции. – 2002. – № 3. – С. 55-59.
Россия, 346428, г. Новочеркасск Ростовской области, ул. Просвещения, 132, ЮРГТУ(НПИ),
тел. (863-52)-55-291, факс (863-52)- 55-291, 2-78-13, 55-909,
E-mail: nagay@novoch.ru или nagay@pwrs.srstu.novoch.ru
|
