Главная Статьи Выбор микропроцессорных устройств защиты для комплектных распределительных устройств 6(10)кВ

Выбор микропроцессорных устройств защиты для комплектных распределительных устройств 6(10)кВ

Добавлено: 19.02.12 | Авторство: Р.И. Мудрак, А.Н. Пасько, П.Б. Кирнычук | Просмотров: 5341

Выбор микропроцессорных устройств защиты для  комплектных распределительных устройств 6(10)кВ

Микропроцессорные устройства защиты по праву занимают свое место в системах управления современных распределительных устройств. Их преимущества в сравнении с аналоговыми, а тем более с электромеханическими реле, неоспоримы и существенны. Достаточно упомянуть расширенные защитные функции, позволяющие использовать вместо целого набора разных реле одно цифровое устройство, высокие надежность, чувствительность и точность срабатывания, обеспечивающие селективную защиту там, где ранее это было невозможно сделать, отсутствие необходимости в регулярном техническом обслуживании и низкое энергопотребление. Совмещение функций разных устройств: измерительных приборов, реле защиты, осциллографа, сигнальных и промежуточных реле, устройств телемеханики в одном компактном блоке позволяют вывести релейную защиту на совершенно новый уровень.

Но как разобраться во всем том многообразии устройств, что в настоящее время предлагают производители микропроцессорных устройств защиты? Какими критериями руководствоваться при выборе?

Одним из основных критериев является надежность. Рассматривая в качестве показателя надежности время наработки на отказ, следует учитывать, что, к сожалению, регламентируемый производителем срок эксплуатации не всегда соотносится с реальными характеристиками оборудования. Полезно обратить внимание на отзывы организаций, в эксплуатации которых уже находятся интересующие вас устройства или хотя бы устройства заинтересовавшего вас производителя. Электромагнитная совместимость (ЭМС) также является важным условием надежной работы электронных реле [1]. Если изделие не прошло квалификационных испытаний на ЭМС, то вероятность отказа этих устройств при аварийных ситуациях очень высока, даже если в нормальном режиме их работа безупречна. Снижению вероятности ложных срабатываний во многом способствует широкий диапазон напряжений оперативного питания устройств защиты. А вот чрезмерно низкая цена - характерный показатель не очень надежных устройств. Определенные заключения о качестве изделия можно сделать при непосредственном ознакомлении с процессом производства и приёмо-сдаточных испытаний (ПСИ) на предприятии-изготовителе.

Следующий критерий – это набор функций защиты. Применение реле и терминалов, выполненных на новой элементной базе цифровой техники, не отменяет традиционных требований и принципов выполнения релейной защиты и автоматики (РЗиА) электрических сетей [2].

Чем больше модификаций устройств с различными наборами защитных функций может предложить производитель, тем больше шансов подобрать необходимые устройства для конкретных условий применения, не переплачивая за функции, которые не будут использоваться. Добиться этого можно, используя оборудование различных производителей, но существует большая вероятность того, что при таком подходе могут возникнуть определенные сложности при организации системы диспетчерского управления и сбора данных (SCADA). Кроме того, применение устройств с однотипным интерфейсом значительно упрощает работу специалистам службы РЗиА и снижает вероятность ошибки при изменении конфигурации или уставок. Если применение реле разных производителей неизбежно (например, при оснащении системой SCADA распределительных устройств разных классов напряжения), следует остановить свой выбор на микропроцессорных защитах, поддерживающих одинаковый протокол обмена данными.

Диапазон рабочих температур - критерий, имеющий существенное влияние на стоимость системы релейной защиты и автоматики. Работоспособность электронных устройств при отрицательных температурах определяется, в основном, элементной базой. При прочих равных условиях, цена микропроцессорной сборки, рассчитанной на работу при низкой температуре, на порядок выше цены аналогичного устройства, способного работать в стандартном для полупроводниковых устройств диапазоне температур. Таким образом, чем ниже допустимая рабочая температура, тем выше стоимость реле. В распределительных подстанциях, как правило, существует возможность установки системы отопления, и, соответственно, нет необходимости приобретать устройства защиты, способные работать при -40°С. Для работы в отапливаемых помещениях с учетом возможных сбоев в энергоснабжении вполне подойдут устройства, сохраняющие работоспособность при -10°С. Верхний предел рабочей температуры обычно составляет +55°С.

Немаловажным критерием является техническая поддержка. Отсутствие полноценной технической поддержки со стороны производителя или его уполномоченного дилера затруднит решение вопросов, возникающих при изучении новой, не использовавшейся ранее, техники и вводе ее в эксплуатацию. А вот предлагаемое большинством производителей микропроцессорных реле специальное программное обеспечение значительно сократит время наладки и снизит вероятность ошибки при задании уставок срабатывания устройств защиты. Некоторые производители предоставляют такие программы бесплатно.

И, наконец, следует обратить внимание на дополнительные возможности. Как правило, микропроцессорные реле способны хранить информацию об аварийных режимах работы присоединений в так называемых «журналах аварий», причем, если каждая запись имеет свою временную метку, появляется возможность отследить всю хронологию событий. При использовании устройства защиты в качестве первичного устройства системы управления и сбора данных, для резервирования информации о событиях на присоединении будет вполне достаточно от 1 до 5 записей. Функция осциллографирования, заложенная в реле защиты, позволяет отследить развитие аварийного процесса и принять меры по предупреждению подобных ситуаций. Иногда это единственная возможность определить причину сбоя в энергосистеме.

Руководствуясь вышеизложенными критериями, специалистами ООО «Предприятие «Таврида Электрик Украина» было проанализировано большое количество информации о микропроцессорных устройствах релейной защиты и автоматики отечественных и зарубежных производителей. Целью данного исследования было определение производителя, предлагающего современные устройства защиты с оптимальным соотношением качества, функциональности и цены, при безусловном соответствии высоким требованиям к надёжности. Результатом стал выбор продукции Microelettrica Scientifica (MS), Италия.

Микропроцессорные реле этого производителя можно разделить на четыре серии - MC, N-DIN, Ultra и M. Их внешний вид, габаритные и присоединительные размеры показаны на рис.1.

Рис.1. Внешний вид, габаритные и присоединительные размеры микропроцессорных устройств защиты серий MC, N-DIN, Ultra и M

Устройства обладают высоким быстродействием, чувствительностью, надежностью и точностью срабатывания. Погрешность в заданном диапазоне измерений не превышает 2%. Минимальное время определения аварийного уровня измеряемого параметра любой из защитных функций не превышает 0,04 секунды. По параметрам электромагнитной совместимости все реле соответствуют стандартам IEC60255 и IEC61000, что подтверждено протоколами испытаний.

Основные характеристики микропроцессорных устройств защиты производства Microelettrica Scientifica представлены в таблице 1.

Диапазон напряжений электропитания: тип 1 24 - 110В AC ±20%
24 - 125В DC ±20%
тип 2 80 - 220В AC ±20%
90 - 250В DC ±20%
Потребляемая мощность 10ВА
Электрическая прочность изоляции 2кВ, 50/60Гц, 1мин
Диапазон рабочих температур - 10°С / + 55°С
Относительная влажность 93 % при 40°С
Номинальный ток 1 или 5А
Допустимая перегрузка по току 200А – 1с; 10А длительно
Нагрузка токовых входов, не более 0,2ВА
Номинальное напряжение 100 – 125В
Допустимая перегрузка по напряжению  250В длительно
Нагрузка входов напряжения, не более 0,1ВА
Выходные реле 5А, 380В (1100ВА AC)
Максимальный ток 30А – 0,5с
Максимальный коммутируемый ток
0,3А при 110В постоянного тока

Как следует из правил устройства электроустановок [3], релейная защита, кроме быстродействия, чувствительности, надежности и точности срабатывания должна обеспечивать селективность.

Микропроцессорные устройства защиты MS не только обеспечивают селективность по уровню и времени срабатывания, но и позволяют организовать селективную логику защиты при помощи блокирующих входов (BI) и выходов (BO). При этом возможно соединение реле нескольких подстанций, находящихся на расстоянии до 1000 м. Связь между удаленными объектами осуществляется с помощью специальных оптоволоконных ретрансляторов CFV-BL (см. рис.2).

Рис.2. Функциональная схема организации селективной логики

Для реализации данной схемы блокирующий выход одного реле подключается к блокирующему входу другого реле посредством двухжильного кабеля или витой пары. Блокирующие дискретные входы энергонезависимы, что позволяет осуществить их параллельное соединение и исключает возможность возникновения неопределённых состояний при сильных просадках напряжения оперативного питания.

Интерфейс реле основан на применении акронимов, что делает его интуитивно понятным пользователю. Конфигурирование устройств защиты и ввод уставок осуществляется кнопками на передней панели реле или с помощью специальной программы MSCom (рис.3.).

Рис.3. Окно программы MSCom Lite

Кроме конфигурирования и изменения уставок бесплатная версия этой программы, MSCom Lite, позволяет получить наглядную информацию о текущих измерениях, максимальных значениях измеряемых величин, срабатываниях функций защиты (с регистрацией времени и количества срабатываний каждой из защитных функций), состоянии дискретных входов и выходов, уставках и результатах самодиагностики реле. Связь с компьютером осуществляется по стандартному протоколу обмена данными Modbus RTU посредством интерфейса RS485. Некоторые модели дополнительно оснащены интерфейсом RS232.

Наличие указанных средств коммуникации значительно упрощает создание на базе микропроцессорных устройств защиты системы диспетчерского управления и сбора данных. Вариант автоматизированного рабочего места (АРМ) диспетчера такой системы представлен на рис.4.

Рис.4. Окно АРМ диспетчера. Оперативная схема подстанции

Специалисты ООО «Предприятия «Таврида Электрик Украина» произвели проверку условий производства продукции Microelettrica Scientifica и отметили высокой уровень технологического оснащения, а также жёсткие требования к ПСИ, установленные компанией. Кроме стандартных испытаний электрической прочности изоляции напряжением 2 кВ и контроля работоспособности реле в нормальном и аварийных режимах, в процесс тестирования включен полный цикл климатических испытаний. Стабильность производственных процессов обеспечивается системой управления качеством, сертифицированной на соответствие требованиям ISO 9001:2000.

Несмотря на наличие параметрических сертификатов, выданных испытательным центром CESI, микропроцессорные устройства защиты и автоматики Microelettrica Scientifica прошли дополнительные испытания и были успешно сертифицированы в системе УкрСЕПРО для применения на территории Украины (сертификаты соответствия UA1.025.61088-06 и UA1.025.60799-06).

Опыт применения микропроцессорных реле производства компании Microelettrica Scientifica показал: они легко интегрируются в малогабаритные комплектные распределительные устройства (например, серии TEL), не требуют дополнительных мер для согласования с вторичными цепями, могут обеспечить требуемый набор защитных функций (от ненаправленных токовых до дифференциальных защит) и позволяют связать несколько распределительных устройств селективной логикой и системой диспетчерского управления и сбора данных. При этом для создания системы SCADA не требуется дополнительных датчиков и преобразователей, все функции по сбору информации и управлению выключателем присоединения выполняются устройствами защиты и автоматики, устанавливаемыми на присоединении.

С 2002 по 2005 год предприятие «Таврида Электрик Украина» установило в эксплуатацию более 180 микропроцессорных реле защиты Microelettrica Scientifica. Надежная работа этих устройств в электрических сетях Украины еще раз подтвердила правильность выбора. В настоящее время ООО «Предприятие «Таврида Электрик Украина» рекомендует микропроцессорные реле защиты и автоматики Microelettrica Scientifica как типовые для применения в составе КРУ/TEL, а также в ячейках других типов с вакуумным выключателем ВВ/TEL и готово оказать Вам техническую поддержку по освоению этих устройств.

Литература

  1. Кузнецов М. Б. Корректное определение электромагнитной обстановки на электрических станциях и подстанциях - условие надежной работы электронной аппаратуры / М. Б. Кузнецов, М. В. Матвеев // ЭЛЕКТРО: Электротехника. Электроэнергетика. Электротехн. про-сть. - 2005. - №2. - С. 20 - 22. Библиогр.: с. 22.
  2. Шабад М.А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. - СПб.:ПЭИПК, 2003. -350с.
  3. Правила устройства электроустановок. -М.: Энергоатомиздат, 1987. -648с.

Опубликовано: «Электрические сети и системы» № 4, 2006 г.