Важным направлением энергетической отрасли является совершенствование питающий и распределительных сетей. В настоящее время по всей Украине распределительные электрические сети находятся в тяжелом состоянии, что обусловлено:
высокой степенью физически и моральной изношенностью электрооборудования (возраст оборудования зачастую достигает 50 лет и выше);
высокими потерями электрической энергии
низким уровнем автоматизации (низкий уровень телесигнализации и телеуправления)
Наряду с этим растет требования перед энергораспределительными компаниями по:
сокращению времени недоотпуска электроэнергии
повышению передаваемой мощности
увеличение трансформаторной мощности
Рост электрических нагрузок отмечается не только в местах новой застройки, но и в районах с уже сложившейся сетевой инфраструктурой, где строительство новых подстанций крайне затруднительно. Рост электрических нагрузок, особенно в центрах областных городов, требует кардинальных решений. Опыт европейских стран таких как Польша, Франция и ФРГ показывает на возможность решения путем создания новой электрической сети с повышенным уровнем напряжения. В таких странах введена и существует электрическая сеть с уровнем напряжения 20 кВ.
Целью появления электрической сети 20 кВ является:
повышение уровня надежности электроснабжения;
повышение качества электроснабжения;
снижение потерь электрической энергии;
увеличение пропускной способности линий;
снижение уровня токов короткого замыкания;
Безусловно создание опорной питающей сети 20 кВ в Украине прежде всего в областных центрах в местах с высокой плотностью электрических нагрузок вызывает ряд серьезных и сложных финансовых, организационных, технических, юридических вопросов, но в текущих условиях достойная альтернатива этому решению отсутствует.
Исходя из целей важной составной частью электрической сети 20 кВ должно быть построение релейной защиты и автоматики, средств телемеханизации и диспетчерского управления на отличных от сети 10 кВ принципах и подходах.
Компания «Киевприбор» на выставке Elcom2017 представила новое четвертое поколение защит серии MRZS. Четвертое поколение отличает модульность конструкции и возможность наращивания аппаратных ресурсов с помощью дополнительных легко устанавливаемых блоков, существенное улучшение прикладного программного обеспечения и расширение спектра поддерживаемых протоколов связи.
Среди представленных устройств серии MRZS особенно выделяется дифференциальная защита линии MRZS-D, первое среди отечественных устройств в полной мере отвечающего требованиям перед РЗА в сетях 20 кВ.
Устройство может быть использовано при проектировании новых сетей и реконструкции существующих подстанций и трансформаторных пунктов.
MRZS-D – это микропроцессорное устройство пофазной двухсторонней дифференциальной защиты и управления линии, предназначенное для защиты воздушных линий и питающих кабелей в энергосистемах сетевых компаний и энергосистемах промышленности, включая радиальные, кольцевые и замкнутые распределительные сети с распределенной генерацией или без нее.
MRZS-D адаптировано к работе в сетях с изолированной, заземленной через активное сопротивление, компенсированной (заземление через полное сопротивление), включая сети с продольной компенсацией и глухозаземленной нейтралью.
Серию MRZS отличает реализация стандарта МЭК 61850 в части связи и возможности взаимодействия оборудования автоматизации подстанций.
MRZS-D может быть использовано для защиты фидеров в сетях с кольцевыми линиями. Устройства дифференциальной защиты линии MRZS-D позволяют избирательно отключить поврежденную часть сети и обеспечить распределение электроэнергии в исправной части сети.
MRZS-D имеет несколько различных стандартных конфигураций позволяющих оптимально использовать имеющиеся возможности.
В устройствах MRZS-D в зависимости от конфигураций могут быть реализованы следующие функции:
пофазная дифференциальная защита линии, максимальная;
дистанционная защита;
направленная максимальная токовая защита;
ненаправленная максимальная токовая защита;
направленная защита от замыканий на землю;
ненаправленная защита от замыканий на землю;
защита от замыканий на землю на основе контроля комплексной проводимости;
защита от замыканий на землю на основе контроля активной мощности;
защита от замыканий на землю на основе контроля высших гармоник;
защита от обрыва фаз;
токовая защита обратной последовательности с органом направления мощности;
защита от переходных/перемежающихся замыканий на землю;
защита от повышения напряжения нулевой последовательности;
защита на основе контроля фазного напряжения и частоты;
функция трехфазного многократного АПВ воздушных линий в том числе с улавливанием синхронизма;
функция резервирования при отказе выключателя (УРОВ).
Устройство MRZS-D также может быть использовано для дифференциальной защиты систем с трансформатором в защищаемой зоне.
Устройство обеспечивает основную защиту с абсолютной селективностью воздушных линий и кабельных фидеров в распределительных сетях.
MRZS-D также содержит функции на базе контроля тока для выполнения дальнего резервирования, а также локальные резервные защиты в дополнение к основной дифференциальной защите линии.
В состав функции дифференциальной защиты линии входят 2 ступени защиты:
чувствительная ступень с торможением;
быстродействующая грубая ступень защиты (отсечка).
Чувствительная ступень с торможением обеспечивает чувствительную дифференциальную защиту и сохраняет устойчивость, например, при насыщении трансформатора тока. Для торможения чувствительной ступени можно использовать обнаружение второй гармоники, если должен включаться силовой трансформатор за пределами защищаемой зоны.
В случае расположения силового трансформатора в защищаемой зоне, при его включении возможно возникновение значительных по величине бросков тока намагничивания.
Содержание второй гармоники в дифференциальном токе превышающее выбранное пороговое значение блокирует отключение от защиты. Поскольку функция торможение при бросках тока намагничивания работает пофазно, то защита полностью работоспособна при включении трансформатора на однофазное повреждение, когда возможно протекание тока намагничивания в одной из неповрежденных фаз.
Сигнал блокировки срабатывания защиты передается всем устройствам, тем самым обеспечивается несрабатывание устройств, расположенных на других концах защищаемого объекта.
Компенсация емкостного тока, обусловленного емкостью воздушной или кабельной линии, в свою очередь позволяет достичь большей чувствительности.
Подключение цепей напряжения от трансформатора напряжения присоединения позволяет автоматически компенсировать емкостные токи.
На основании номинальных данных трансформаторов тока и величины измеряемых токов производятся расчет погрешностей трансформаторов тока из возможных погрешностей, что влияет на расчет необходимой величины самоторможения.
Благодаря наличию функции самоторможения дифференциальная защита всегда работает с максимально возможной чувствительностью, так как тормозные величины автоматически изменяются согласно уровням имеющихся погрешностей. Таким образом, даже повреждения, возникающие через большое переходное сопротивление, в условиях протекания значительных токов нагрузки, могут быть эффективно обнаружены.
Быстродействующая грубая ступень (отсечка) дифференциальной защиты менее чувствительна, но быстро срабатывает при больших токах повреждения. Если в защищаемой зоне имеется трансформатор, векторная группа автоматически компенсируется с учетом типов обмоток и значений параметров группы соединений.
Чувствительная ступень может иметь независимую или обратнозависимую выдержку времени.
Сочетание потенциала GOOSE-сообщений по станционной шине и передачи дискретных сигналов по каналу связи защиты и передачи дискретных сигналов открывает новые возможности применения по сравнению с традиционной дифференциальной защитой линии в том числе предоставляет превосходство по скорости, селективности и надежности. Прямое телеотключение гарантирует, что оба конца всегда отключаются одновременно независимо от подпитки током КЗ.
Стандартные конфигурации сигналов могут быть изменены при помощи матрицы сигналов программы «WisiNet 2».
Кроме того, программа конфигурирования логики «WisiNet 2» поддерживает создание многоуровневых логических функций с помощью различных логических элементов, в том числе пороговых элементов, таймеров и триггеров. Комбинирование функций защиты с логическими функциональными блоками позволяет адаптировать конфигурацию устройства к требованиям заказчика в зависимости от конкретного применения. Устройство поставляется от производителя со стандартными назначениями настройками и параметрами, описанными в руководстве по эксплуатации: назначение дискретных входов, дискретных выходов, связей между функциями и светодиодов аварийной сигнализации полностью соответствует схемам подключения и схемам организации связи устройств.
Обмен данными между устройствами осуществляется по выделенному оптоволоконному каналу. Для дифференциальной защиты линии используется многомодовый или одномодовый оптоволоконный кабель с разъемами типа ST, рассчитанный на длину волны 1310 нм.
Канал используется для передачи значений фазных токов между устройствами. Векторы тока от двух устройств MRZS-D, находящихся на значительном расстоянии друг от друга, должны быть синхронизированными по времени, чтобы алгоритм защиты надлежащим образом обрабатывал дифференциальные токи. Для синхронизации используется так называемый эхометод согласно стандарта IEEE 1588. Поэтому для передачи данных дифференциальной защиты не требуются никакие внешние устройства, такие как синхронизатор GPS.
Ниже представлена реализация указанного принципа для двухконцевой линии.
Каждое из устройств измеряет пофазно ток вместе своей установки и осуществляет передачу информации о его величине и фазе на противоположный конец линии. В результате, указанные токи могут быть просуммированы и обработаны в каждом из устройств независимо.
В случае, когда число концов линии больше двух, строится сеть обмена данными и каждое из устройств получает информацию о сумме токов от соответствующих трансформаторов тока в месте их установки, втекающих в защищаемую зону.
Сеть передачи данных также может быть замкнута в кольцо, что обеспечит резервирование передачи данных между устройствами: даже при отказе одного из каналов связи, система дифференциальной защиты продолжит правильно функционировать. Устройства определяют ошибки при передаче данных и автоматически переключаются на другой доступный канал связи. Также представляется возможным отключить один конец линии, например, для проверки, или вывести местное устройство защиты из работы. В таких случаях при схеме соединения сети обмена данными в виде кольца оставшиеся в работе устройства MRZS-D продолжают правильно функционировать.
Альтернативой оптоволоконного канала может выступать гальваническое соединение по кабелю управления, состоящее из кабеля типа витая пара и модемов на концах линии связи. По сравнению с традиционными решениями продольной дифференциальной защиты линии с передачей аналогового сигнала между полукомплектами по контрольным проводам, устройства MRZS-D в сочетании с модемами обеспечивают современную пофазную продольную дифференциальную защиту линии с использованием цифровых сигналов измерений (возможна передача и вспомогательных дискретных сигналов) по существующему каналу связи.
В модемах предусмотрена индикация качества обслуживания (QoS), а MRZS-D непрерывно контролирует канал связи. Модем обеспечивает уровень изоляции 5 кВ (среднеквадратичное) между клеммами кабеля управления и землей. Модемы (ведущий и ведомый) гальванически соединяются с концами кабеля управления и оптически соединяются с устройством короткими одномодовыми оптическими кабелями.
Управляющий кабель (витая пара) сечением 0,8 мм2 обычно позволяет поддерживать связь на расстоянии до 8 км.
Канал связи можно использовать не только для непрерывного обмена данными защиты, но и для передачи дискретных сигналов (BST), т.е. для передачи пользовательской цифровой информации между устройствами серии MRZS.
Мониторинг каналов связи позволяет в реальном времени получать информацию о каждом канале независимо. Функция контроля линии связи дифзащиты непрерывно контролирует канал обмена данными защиты. При устойчивом отказе связи функций защиты, в устройстве MRZS-D и в АСУ срабатывает аварийный сигнал. Таким образом, резервирование канала связи повышает безопасность оперативного персонала и гарантирует наличие всей необходимой информации о системе у оператора при условии исправности резервного канала.
Далее по умолчанию включаются две грубые ступени максимальной токовой защиты.
Особое внимание было уделено защите от несанкционированного доступа.
Для защиты MRZS-D от несанкционированного доступа и для обеспечения целостности информации устройство имеет четырехуровневую ролевую систему аутентификации с отдельными паролями и ряд дополнительных инноваций.
MRZS-D как и вся серия MRZS предназначена для реализации стандарта МЭК 61850 в части связи и возможности взаимодействия оборудования автоматизации подстанций.
Применение МЭК 61850 обеспечивает поддержку всех функций мониторинга и управления. Кроме того, при помощи МЭК 61850 обеспечивается задание уставок, считывание файлов осциллограмм и данных регистратора аварийных событий. Файлы осциллограмм в формате COMTRADE поддерживаются любым Ethernet-приложением, а также программой «WisiNet_2».
С целью обеспечения взаимодействия с устройствами других производителей и возможностью модернизации архитектуры систем РЗА на объектах, в устройствах MRZS реализована идеология стандарта МЭК 61850.
MRZS-D может передавать дискретные и аналоговые сигналы другим устройствам по протоколу GOOSE (типовое объектно ориентированное событие подстанции) стандарта МЭК 61850-8-1. Передача дискретных GOOSE-сообщений, может использоваться, например, для схем защиты и оперативных блокировок.
В устройствах четвертого поколения серии MRZS для синхронизации по времени высокой точности используется стандарт IEEE 1588.
Для обеспечения точности оперативных переключений и во избежание ошибок персонала, управление основано на принципе двухэтапной команды «выбор перед выполнением».
Для устройств MRZS-D разработаны типовые решения, схемы привязки, подготавливаются рекомендации по расчету уставок, рекомендации по обслуживанию и т.п. Специалисты компании осуществляют гарантийную и послегарантийную техническую поддержку заказчиков, принимают участие в монтажных и наладочных работах. Разработаны и проводятся соответствующие курсы обучения по защитам серии MRZS.
