Микропроцессорные устройства релейной защиты и автоматики

• Программное обеспечение (ПО) ImPR1:
• системное ПО предназначено для реализации функций защиты, автоматики, контроля, местного и дистанционного управления электротехническим оборудованием;
• прикладное ПО разрабатывается под конкретное программно-аппаратное исполнение ImPR1, заказываемое по карте заказа. Алгоритмическое обеспечение ImPR1 соответствует составу и особенностям конкретного объекта защиты и автоматики (фидер, трансформатор, линия электропередачи и/или секционный (обходной) выключатель и др.);
• инструментальное ПО предназначено для применения на инженерной станции (ПЭВМ) или ноутбуке с целью конфигурирования прикладного ПО, а также для обслуживания устройств при эксплуатации заказчиком — настройки логики защит, сетевых обменов, аппаратной конфигурации, задания уставок, просмотра событий, мониторинга состояния ImPR1;
• сервисное ПО предназначено для просмотра и анализа осциллограмм аварийных ситуаций.

Скрин осциллограмм сервисного ПО

Скрин разработки алгоритмического наполнения прикладного ПО посредством инструментального ПО

Скрин задания уставок посредством инструментального ПО

Микропроцессорные устройства релейной защиты и автоматики автотрансформатора Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Галагуров Алексей Борисович, Белов Дмитрий Викторович

В статье рассмотрены различные варианты исполнения релейной защиты и автоматики автотрансформатора, ее функции и принцип работы. Приведены отдельные составные части разных систем, их назначение. Приведены различные производители систем релейной защиты и автоматики. Проведен сравнительный анализ разных вариантов релейной защиты . Представлены следующие варианты релейной защиты : шкаф релейной защиты автотрансформатора типа ШЭ2607 042 «ЭКРА», блок микропроцессорной релейной защиты БМРЗ-ТД «Механотроника», микропроцессорное устройство защиты «Сириус-Т3».

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Галагуров Алексей Борисович, Белов Дмитрий Викторович

Применение микропроцессорных устройств релейной защиты для защиты силовых трансформаторов
К вопросу о проектировании и эксплуатации микропроцессорных устройств релейной защиты
Особенности российской идеологии построения релейной защиты
Особенности эксплуатации релейной защиты воздушных линий, выполненной на разной элементной базе

Комплексная оценка эффективности токовых и дистанционных защит в сетях 110-220 кВ в условиях Магнитогорского энергетического узла

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

MICROPROCESSOR DEVICES OF RELAY PROTECTION AND AUTOMATICS OF AUTOTRANSFORMER

The article describes various versions of relay protection and automation of autotransformer, its functions and principle of operation. The separate components of different systems and their purpose are given. Various manufacturers of relay protection and automation systems are presented. The comparative analysis of different variants of relay protection is carried out. This relay protection : the Cabinet of relay protection of the autotransformer type ШЭ2607 042 EKRA, the block of microprocessor relay protection BMRZ-TD «mechatronics», the microprocessor protection «Sirius-T3».

Текст научной работы на тему «Микропроцессорные устройства релейной защиты и автоматики автотрансформатора»

МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ УСТРОЙСТВА РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ

И АВТОМАТИКИ АВТОТРАНСФОРМАТОРА

Галагуров А.Б. , Белов Д.В. Email: Galagurov1159@scientifictext.ru

1Галагуров Алексей Борисович — студент; 2Белов Дмитрий Викторович — студент, кафедра электроэнергетических систем, Национальный исследовательский университет Московский энергетический институт, г. Москва

Аннотация: в статье рассмотрены различные варианты исполнения релейной защиты и автоматики автотрансформатора, ее функции и принцип работы. Приведены отдельные составные части разных систем, их назначение. Приведены различные производители систем релейной защиты и автоматики. Проведен сравнительный анализ разных вариантов релейной защиты. Представлены следующие варианты релейной защиты: шкаф релейной защиты автотрансформатора типа ШЭ2607 042 «ЭКРА», блок микропроцессорной релейной защиты БМРЗ-ТД «Механотроника», микропроцессорное устройство защиты «Сириус-ТЗ».

Ключевые слова: электроэнергетика, электроэнергетическая система, релейная защита, микропроцессор.

MICROPROCESSOR DEVICES OF RELAY PROTECTION AND AUTOMATICS OF AUTOTRANSFORMER Galagurov A.B.1, Belov D.V.2

1Galagurov Alekcey Borisovich — Student;

2Belov Dmitriy Victorovich — Student, DEPARTMENT OF ELECTRIC POWER SYSTEMS,

NATIONAL RESEARCH UNIVERSITY MOSCOW POWER ENGINEERING INSTITUTE, MOSCOW

Abstract: the article describes various versions of relay protection and automation of autotransformer, its functions and principle of operation. The separate components of different systems and their purpose are given. Various manufacturers of relay protection and automation systems are presented. The comparative analysis of different variants of relay protection is carried out. This relay protection: the Cabinet of relay protection of the autotransformer type ШЭ2607 042 EKRA, the block of microprocessor relay protection BMRZ-TD «mechatronics», the microprocessor protection «Sirius-T3».

Keywords: electric power industry, electric power system, relay protection, microprocessor.

УДК 621.31 Г-15,Б-43

Многие фирмы, производители оборудования релейной защиты и автоматики, прекращают выпуск электромеханических реле и устройств и переходят на цифровую элементную базу. Переход на новую элементную базу не приводит к изменению принципов релейной защиты и автоматики, а только расширяет ее функциональные возможности, тем самым упрощает эксплуатацию и снижает стоимость. По этим причинам микропроцессорные устройства очень быстро занимают место устаревших электромеханических и микроэлектронных устройств.

Лидерами в производстве устройств релейной защиты и автоматики являются концерны GE, AREVA (ALSTOM), ABB, SIEMENS. Общей для них является тенденция перехода на цифровую технику. Цифровые защиты, выпускаемые этими фирмами,

имеют высокую стоимость, которая, впрочем, окупается их высокими техническими характеристиками и многофункциональностью. Использование цифровых способов обработки информации в устройствах РЗА существенно расширило их возможности и улучшило эксплуатационные качества.

В последнее время выпуск микропроцессорных устройств РЗА освоили и ряд фирм России — Механотроника, ЭКРА, РАДИУС-Автоматика и другие.

Российские производители устройств МП РЗА

В настоящее время микропроцессорная релейная защита и автоматика (МП РЗА) являются основным направлением развития релейной защиты. Помимо основной функции -аварийного отключения энергетических систем, МП РЗА имеют дополнительные функции по сравнению с устройствами релейной защиты других типов (например, электромеханическими реле) по регистрации аварийных ситуаций.

Среди российских производителей МП РЗА наиболее распространены следующие шкафы: шкаф релейной защиты автотрансформатора типа ШЭ2607 042 «ЭКРА», блок микропроцессорной релейной защиты БМРЗ-ТД

«Механотроника», микропроцессорное устройство защиты «Сириус-ТЗ» «РАДИУС Автоматика». [4]

Для защиты автотрансформаторов необходимо, чтобы шкаф МП РЗА выполнял следующие функции защиты:

• Максимальная токовая защита (МТЗ);

• Дифференциальная защита автотрансформатора (ДЗТ);

• Защита от перегрузки;

• Защита от внешних КЗ;

• Защита от витковых замыканий.

В шкафу релейной защиты автотрансформатора типа ШЭ2607 042 МТЗ НН выполняется в трехфазном исполнении и содержит:

• Реле максимального тока имеет 2 ступени;

• Реле выдержки времени для действия на различные выключатели всех сторон автотрансформатора;

• Пусковые органы низшего напряжения.

Уставка реле максимального тока МТЗ НН изменяется в диапазоне от 0,1 до 100 А [3].

Пуск по напряжению осуществляется с помощью реле минимального напряжения, реагирующего на уменьшение междуфазных напряжений и реле максимального напряжения, реагирующего напряжения обратной последовательности.

Реле минимального напряжения имеют уставки по напряжению, регулируемые в диапазоне от 10 до 100 В.

Реле максимального напряжения имеют уставки по напряжению, регулируемые в диапазоне от 6 до 24 В.

Блок микропроцессорной релейной защиты БМРЗ-ТД имеет трехступенчатую МТЗ, предназначенную для защиты от междуфазных коротких замыканий и перегрузки [5].

Условием пуска МТЗ является снижение любого линейного напряжения ниже уставки или увеличения напряжения обратной последовательности выше уставки. Предусмотрена возможность комбинированного пуска.

Уставка реле максимального тока МТЗ изменяется в диапазоне от 100 до 9990 А.

Микропроцессорное устройство защиты «Сириус-ТЗ» имеет МТЗ ВН с двумя ступнями с независимой времятоковой характеристикой и контролирует три фазных тока высшей стороны автотрансформатора. Имеется возможность для каждой ступени независимо задать время и ток срабатывания. Предусматривается возможность блокировки каждой ступени в отдельности при выявлении броска тока намагничивания автотрансформатора. Бросок тока намагничивания выявляется на основе соотношения второй и первой гармоник

дифференциального тока и является единым критерием при блокировке всех ступеней МТЗ ВН, МТЗ СН и МТЗ НН [2].

Диапазон изменения уставок по току от 0,4 до 200 А.

Предусматривается использование устройства в сетях как с заземленной нейтралью, так и с изолированной. Электрическое соединение измерительных трансформаторов тока -всегда в звезду, т.к. происходит цифровое выравнивание.

Вольтметровая блокировка или комбинированный пуск по напряжению позволяют лучше отстроиться от нагрузочных токов и могут вводиться в действие независимо для каждой ступени МТЗ ВН.

Есть возможность реализовать для ступеней МТЗ либо комбинированный пуск по напряжению, либо пуск минимального напряжения в зависимости от того, какой дискретный сигнал подается на программный вход.

Максимальная токовая защита стороны СН автотрансформатора (МТЗ СН) имеет одну ступень с независимой времятоковой характеристикой и контролирует три фазных тока низшей стороны автотрансформатора.

Уставка по току задается как отношение вторичного тока стороны СН автотрансформатора непосредственно подводящегося к устройству к номинальному току входов устройства, к которым подключаются вторичные цепи ТТ стороны СН автотрансформатора.

Предусмотрено действие МТЗ СН с различными выдержками времени на отключение выключателя средней и высшей стороны автотрансформатора. Возможно запрещение действия МТЗ СН на выключатель со стороны ВН автотрансформатора.

Предусматривается возможность блокировки МТЗ СН при выявлении броска тока намагничивания автотрансформатора.

Вольтметровая блокировка МТЗ СН аналогична реализации в МТЗ ВН.

МТЗ НН имеет одну ступень с независимой времятоковой характеристикой и контролирует три фазных тока низшей стороны автотрансформатора. Имеется возможность задать время и ток срабатывания.

Уставка по току задается как отношение вторичного тока стороны НН автотрансформатора непосредственно подводящегося к устройству к номинальному току входов устройства, к которым подключаются вторичные цепи ТТ стороны НН автотрансформатора.

Предусмотрено действие МТЗ НН с различными выдержками времени на отключение выключателя низшей и высшей стороны автотрансформатора. Возможно запрещение действия МТЗ НН на выключатель со стороны ВН автотрансформатора.

Ток срабатывания реле тока УРОВ ШЭ2607 042 регулируется в диапазоне от 0,04 до 2 А. Коэффициент возврата реле тока УРОВ не ниже 0,9. Время срабатывания реле тока УРОВ при входном токе равном двойному току срабатывания не более 0,025 с.

Предусмотрена возможность работы УРОВ в двух режимах:

• С автоматической проверкой исправности выключателя, когда при пуске УРОВ от РЗА формируется сигнал на отключение резервируемого выключателя;

• С дублированным пуском от защит, когда сигнал на отключение смежных выключателей контролируется сигналом РПВ.

УРОВ формирует сигнал с выдержкой времени «действия на себя» на отключение резервируемого выключателя при появлении любого из сигналов:

• Действие внешних устройств РЗА (внешний сигнал);

• Действие защит на отключение выключателя (внутренний сигнал).

При наличии тока через выключатель и одновременном действии устройств РЗА логические цепи УРОВ формируют сигналы на отключение смежных выключателей с запретом на АПВ.

Резервирование отказов выключателя (УРОВ) БМРЗ-ТД выдается через время, равное уставке, после выдачи сигнала на отключение выключателя при срабатывании любой

защиты и при сохранении условий ее пуска. Алгоритм УРОВ может выполняться с контролем выключателя на стороне высшего напряжения.

Функция УРОВ ВН на «Сириус-Т3» выполнена на основе индивидуального принципа. Он подразумевает установку независимого устройства на каждом выключателе стороны ВН.

Для контроля факта отключения выключателя (по исчезновению тока во всех фазах) предусмотрен специальный токовый орган УРОВ ВН, который контролирует величины фазных токов на стороне ВН. Токовый орган УРОВ ВН срабатывает, если хотя бы один из фазных токов превышает порог срабатывания, заданный уставкой.

Срабатывание УРОВ возможно только при сработанном органе тока.

С помощью уставок имеется возможность задания одной из стандартных схем УРОВ: с автоматической проверкой исправности выключателя или с дублированным пуском от защит и использованием сигнала от реле положения РПВ [2].

Таблица 1. Результаты сравнительного анализа устройств МП РЗА АТ

ШЭ2607 042 БМРЗ-ТД «Сириус- Т3»

Защита от перегрузки + + +

Защита от внешних КЗ + + +

Защита от витковых замыканий + + +

Микропроцессорное устройство защиты «Сириус-Т3» по сравнению с двумя другими

устройствами имеет лучшие характеристики. Таким образом, оно часто служит основой для

проектирования релейной защиты и автоматики.

Список литературы /References

1. Руководящие указания по релейной защите. Вып.13Б. Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110-500 кВ: Расчеты. М.: Энергоатомиздат, 1985. 96 с.

2. Микропроцессорное устройство защиты «Сириус-Т3». Руководство по эксплуатации. М.: ЗАО «РАДИУС Автоматика», 2010.

3. ЗасыпкинА.С. Релейная защита трансформаторов. М.: Энергоатомиздат, 1989. 240 с.

4. Рекомендации по применению и выбору уставок дифференциального модуля SPCD 3D53 реле SPAD 346C. SPAD 346C. Дифференциальное реле с торможением. Руководство пользователя и техническое описание. АББ Реле — Чебоксары, 1999.

5. Методические указания по расчету уставок защит подстанционного оборудования производства ООО НПП «ЭКРА». ОАО «ФСК ЕЭС». ООО «Исследовательский центр «Бреслер». Чебоксары, 2009.

Микропроцессорные устройства релейной защиты и автоматики

Совершенствование техники релейной защиты и автоматики при­вело к созданию микропроцессорных (цифровых) устройств РЗА с возможностью интеграции их в АСУ ТП энергообъектов.

Микропроцессорная техника позволяет перейти к качест­венно новому поколению защит, обладающих возможностями, которые на электромеханических и микроэлектронных устройствах получить невозможно:

Высокая надежность функционирования защиты за счет аппаратной надежности и постоянно действующей самодиагностики.

Простота технического и оперативного обслуживания.

Возможность получения практически любых форм харак­теристик измерительных органов.

Возможность настройки нескольких наборов уставок на одном присоединении с вводом в работу любого из них автоматичес­ки или дистанционно при изменении режима работы сети.

Причем дистанционный ввод возможен по паролю с любого уров­ня диспетчерского управления.

Регистрация и передача информации о работе устройств РЗА на любой уровень диспетчерского управления.

Интегрирование с системами контроля и управления объектом.

Уменьшение потребления, как по цепям переменного то­ка и напряжения, так и по цепям оперативного постоянного тока.

Значительное уменьшение веса и габаритов устройства.

Микропроцессорные устройства релейной защиты и автома­тики состоят из следующих основных частей, модулей:

Источником информации о режиме работы электрической сети для устройств РЗА остаются трансформаторы тока и напряжения.

Модуль “ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ВХОДОВ” служит для преобразования поступающих от Т.Т. и Т.Н. вторичных токов и напряжений в анало­говые параметры, имеющие уровни, допустимые для аналого-цифрового

преобразователя (АЦП). Обычно выходное напряжение не превышает

На модуль “Измерительных входов”, например, дистанционной защиты линии подаются:

– три фазных тока линии.

– ток нулевого провода.

– ток в нулевом проводе смежной линии, имеющей индуктивную связь с защищаемой.

– три фазных напряжения.

– напряжение нулевой последовательности.

– напряжение на шинах (одна фаза).

Все эти параметры подаются через гальваническую развязку.

Из модуля “Измерительных входов” перечисленные выше параметры поступают в модуль “ФИЛЬТРАЦИИ И АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ” (АЦП).

В этом модуле производится фильтрация аналоговых сигналов от высших гармонических составляющих и преобразование сигналов в цифровой код со скоростью выборки порядка 2 кГц, т.е. 40 выборок за период, что позволяет с очень высокой точностью оценивать па­раметры даже во время переходных процессов и при наличии значи­тельных высших гармонических составляющих.

Далее информация в виде цифрового кода поступает в “ПРОЦЕССОРНЫЙ МОДУЛЬ”, где в соответствии с заданным алгоритмом происходит ее обработка.

Этот модуль является мозгом устройства, имеет специфические особенности у каждой фирмы-изготовителя, зависящие от требований точности, надежности, быстродействия и т.д..

БЛОК БИНАРНЫХ (ДИСКРЕТНЫХ) ВХОДОВ.

Предназначен для осуществления необходимых информационных связей с другими устройствами и аппаратами. ( связи с выключате­лем, связь с другими устройствами защит и автоматики, телеуско­рение, телеотключение, автоматические вводы-выводы отдельных функций, переключение уставок, блокировки и пр.).

БЛОК ДИСКРЕТНЫХ ВЫХОДОВ.

Предназначен для выдачи необходимых воздействий. (отключе­ние и включение выключателей, взаимодействие с другими устройс­твами РЗА, сигнализация и др.).

МОДУЛЬ ЧЕЛОВЕКО-МАШИННОГО ОБЩЕНИЯ С КЛАВИАТУРОЙ И МИНИДИСПЛЕЕМ.

Предназначен для общения человека с устройством РЗА. (зада­ние режимов работы и уставок, получение на встроенном дисплее краткой информации о функционировании РЗА).

Кроме перечисленных имеются МОДУЛЬ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ВНЕШ­НЕГО ИНТЕРФЕЙСА (главного компьютера подстанции, переносного “NOTEBOOK” или модемного канала информации) и МОДУЛЬ ПИТАНИЯ, который формирует все необходимые уровни питания для функциони­рования устройства.

Микропроцессорные устройства релейной защиты и автоматики

В чем преимущества и недостатки применения микропроцессорных устройств защиты?

Школа Fine Start

Современные тенденции диктуют необходимость модернизации элементной базы для защиты объектов энергоснабжения. Этим обусловлено прекращение выпуска электромеханических реле и переход на микропроцессорную элементную базу.

В данной статье рассмотрим преимущества и недостатки микропроцессорных устройств защиты.

Микропроцессорные устройства защиты выполняют те же функции, что и обыкновенные устройства релейной защиты и автоматики, но на основе новой элементной базы — микропроцессорных элементов.

Внешний вид панели, включающей блок микропроцессорной защиты

Основные характеристики микропроцессорных защит значительно выше, чем у микроэлектронных, а тем более электромеханических. Например, мощность, потребляемая от измерительных трансформаторов тока и напряжения, находится на уровне 0,1–0,5 ВА, аппаратная погрешность — в пределах 2–5%, коэффициент возврата измерительных органов составляет 0,96–0,97.

Внешний вид терминала защиты российской фирмы «Экра»

Современные цифровые устройства РЗА интегрировали в рамках единого информационного комплекса функции релейной защиты, автоматики, измерения, регулирования и управления электроустановкой. Такие устройства в структуре автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) энергетического объекта являются оконечными устройствами сбора информации. Они обеспечивают опережение отключения синхронных потребителей при авариях в системе и возможность дальнего резервирования, а также позволяют регистрировать процессы аварийного состояния.

Итак, рассмотрим подробнее преимущества перехода на микропроцессорную технику.

Главное из них – многофункциональность. Т.е. устройство объединяет в себе функции защиты, автоматики контроля и управления.

Например, терминал защит для линий электропередач 110 кВ осуществляет дистанционную защиту, токовую направленную защиту нулевой последовательности и замер электрических величин.

Компактность. Отказ от статических и электромеханических реле позволяет снизить габаритные размеры и компактно размещать устройство РЗА в одном терминале. При этом сохраняя удобство управления и фиксацию основных электрических величин на ЖК-дисплеях.

Точность измерений. Аналоговые приборы осуществляют измерения с определенной погрешностью, это обусловлено неудобством при фиксации измерений и износом оборудования с учетом долгого срока службы (более 10 лет). В свою очередь дисплей терминала показывает точные значения всех требуемых величин.

Еще одно преимущество – фиксация неисправностей. Если происходит отклонение от заданных параметров загораются светодиоды, соответствующие тому или иному событию.

Кроме того, все терминалы защиты и автоматики подключаются к SCADA системам, что позволяет отказаться от схем-макетов, контролировать значения нагрузок каждого присоединения и фиксировать аварийные ситуации, возникающие в процессе эксплуатации.

Синхронизация SCADA систем с пунктом диспетчера позволяет дежурному вовремя фиксировать возникающие аварийные ситуации и контролировать работу оперативного персонала.