Предотвращаем отказы защит при снижении напряжения
Близкие короткие замыкания (КЗ) или дуговые замыкания на подстанции приводят к снижению напряжения на трансформаторах собственных нужд, от которых осуществляется питание вторичных цепей [1]. При этом, цифровое устройство РЗА работает только от энергии, запасенной в его внутреннем источнике питания, время работы становится ограниченным. Если не принять специальных мер, возможны отказы защит в случаях:
— если задержка по времени защиты (ТО, МТЗ, ЗМН) больше или равна времени работы блока РЗА без питания;
— включение ранее обесточенной подстанции на КЗ;
Подробнее процесс проиллюстрирован на рисунке 1:
Рисунок 1 – отказы элементов системы защиты при снижении напряжения
Эффективной мерой, обеспечивающей работу блока защиты использование трансформаторов тока в качестве источника оперативного тока.
Компания НПП «Микропроцессорные технологии» серийно выпускает блок ПИОН-Т осуществляющий питание цифрового блока как от ТСН, так и от трансформаторов тока (ТТ).
Оцениваем последствия насыщения трансформаторов тока
При организации питания от трансформаторов тока, ПИОН-Т рекомендуется включать на отдельную обмотку ТТ. Таким образом, дополнительная нагрузка не окажет влияния на чувствительность токовой защиты из-за возможного насыщения трансформаторов тока.
Для отдельной обмотки ТТ на которую включен ПИОН-Т, необходимо:
- Определить возможное расчётное насыщение, рассчитав погрешность работы трансформатора тока в данном режиме [2];
- Умножить приведенную ко вторичным значениям величину тока КЗ на расчётную погрешность ТТ, так уточняем значение входного тока в ПИОН-Т.
ПИОН-Т обеспечивает:
— гарантированное питание БЗП при суммарном токе Ia+Ic > 3А;
— работу дискретных входов при суммарном токе Ia+Ic не менее 20А;
В случаях, когда цепи измерения тока блока РЗА и ПИОН-Т включены последовательно в одну обмотку ТТ, необходимо оценить чувствительность токовой защиты с учётом погрешности ТТ, расчётный метод подробно изложен в [3];
Принимаем к сведению
Уже при отклонении напряжения от 220В на -22%, устойчивая работа дискретных входов нарушается. В большинстве случаев суммарный входной ток Ia+Ic будет достаточен для работы как цифрового реле, так и его дискретных входов. В сложных случаях возможны замедления или даже отказы работы дискретных входов:
— дуговая защита – тока замыкания через переходное сопротивление может оказаться недостаточным для надежной работы дискретных входов реле, в результате возможен отказ цепи «пуск по току»;
— ЛЗШ и УРОВ, РПО/РПВ – высокий коэффициент трансформации трансформаторов тока вводного присоединения приводит к низким значениям тока во вторичной цепи, что так же грозит отказами и потерей сигналов;
— ЗМН с выдержками времени >7-9 сек, защита от перегрузки с большими выдержками времени так же действует в условиях, когда величина тока Ia+Ic подводимого к ПИОН-Т может оказаться недостаточной для работы дискретных входов цифрового реле;
Таким образом, при применении цифровых реле в системах переменного оперативного тока, необходимо уделять внимание и время для более глубокого анализа возможных режимов работы защищаемого объекта.
Обеспечиваем работу защиты от дуговых замыканий, ЛЗШ, УРОВ, ЗМН, защиты от перегрузки
Питание связей секционных защит и автоматики организовывается отдельными линиями от цепей питания релейного отсека и привода каждого присоединения. При снижении напряжения на шинах подстанции (рис.1) гарантировать питание секционных связей возможно при установке накопителя энергии ПИОН-К.
Встроенного накопителя 6000мкФ достаточно для гарантии устойчивой одновременной работы десяти дискретных входов более 12 секунд. В отличии от других производителей ПИОН-К подключает встроенный накопитель при снижении напряжения до 185В, что выше величины достаточной для работы дискретных входов.
Важно отметить, что ПИОН-К имеет встроенную защиту от КЗ в выходной цепи питания – при превышении выходного тока величины 4А происходит отключение как емкостного накопителя, так и источника входного напряжения.
Встроенное в ПИОН-К реле минимального напряжения контролирует наличие выходного напряжения. А в случае его снижения ниже 170В действует на вызывную сигнализацию, что позволяет дополнительно частично диагностировать исправное состояние секционных связей.
При необходимости, с использованием ПИОН-К возможна организация отключения выключателя с пружинным приводом. Как показали натурные испытания специалистов компании с приводом ВВУ-СЭЩ-П3-10-20/1600 проведенные на РП10 ПС «Кудряши» г. Новосибирск, энергии 6000мкФ достаточно для выполнения отключения три раза.
ПИОН-Т и/или ПИОН-К?
Важно понимать – два решения дополняют друг друга. ПИОН-Т применяется на каждой ячейке 6-10кВ для питания цифрового устройства защиты, а ПИОН-К применяется для гарантии работы секционных связей и задействованных в них дискретных входов.
Выполнение АВР между цепями питания от ТСН обязательно для дополнительного резервирования источника входного напряжения для ПИОН-К и ПИОН-Т.
В целом применение комбинации ПИОН-Т на каждую ячейку + ПИОН-К на одну секцию шин позволяет сетевым компаниям получить решение, не требующее установки и обслуживания дорогостоящих аккумуляторных батарей. Данный подход положительно зарекомендовал себя в течении нескольких лет и является актуальным, учитывая не только высокую стоимость приобретения и обслуживания аккумуляторов, но и вопрос экологии/здоровья. Необходимо не забывать, про высокую токсичность свинца сопоставимую с ртутью по негативному эффекту воздействия на организм человека.
- А. М. Федосеев, М. А. Федосеев «Релейная защита электроэнергетических систем» стр.182, Москва, Энергоатомиздат, 1992
- Шабад М. А. «Расчёты релейной защиты и автоматики распределительных сетей», ПЭИПК, 2003, стр.46
- Шабад М. А. «Расчёты релейной защиты и автоматики распределительных сетей», ПЭИПК, 2003, стр.56-59