Logo
В помощь проектировщику Исследования и разработки Нормативно-техническое обеспечение Реализация технической политики События отрасли Производство и эксплуатация Теоретические знания на практике
Научно-практическая конференция НТЦ ФСК ЕЭС «Современные средства обеспечения качества электроэнергии в электрических сетях и у потребителя» завершила свою работу Программно-технический комплекс, способный обеспечить кибербезопасность цифровой подстанции, был испытан в НТЦ ФСК ЕЭС Международная конференция - выставка «Цифровая подстанция. Стандарт IEC 61850» Нормативно-технические документы, включённые в реестр ПАО «ФСК ЕЭС» Нормативно-технические документы, включённые в реестр ПАО «Россети» Введение в действие национальных стандартов Российской Федерации Оборудование, технологии, материалы и системы, допущенные к применению на объектах ПАО «Россети» План разработки (актуализации) нормативно-технической документации ПАО «ФСК ЕЭС» на 2016-2018 годы Информация о выданных сертификатах соответствия продукции в системе СДС РЭК за период апрель-август 2017 года Обеспечение нормативов надёжности, качества и экономичности электроснабжения потребителей – комплексная задача повышения энергетической эффективности Анализ нормативно-технических документов, формирующих необходимость установки птицезащитных устройств на воздушных линиях электропередачи и связи ПАО «Россети» Еще один шаг на пути типизации проектных решений ВЛИ 0,4 кВ Инновационная конструкция оптического кабеля, совмещённого с фазным проводом: опыт и перспективы применения в сетях ПАО «ФСК ЕЭС» Дифференциально-фазная защита для цифровой подстанции: проблемы и решения Контролируемая деградация системы управления электроэнергетическими объектами как вариант проактивной защиты от кибернетических атак Методы и средства проведения испытаний оборудования на базе стандарта IEC 61850 Многофункциональные интеллектуальные устройства для цифровых подстанций Международная конференция и выставка «Цифровая подстанция. Стандарт IEC 61850». День 2-й Международная конференция и выставка «Цифровая подстанция. Стандарт IEC 61850». День 1-й Введение в действие национальных стандартов Российской Федерации Оборудование, технологии, материалы и системы, допущенные к применению на объектах ПАО «Россети» План разработки Стандартов организации ПАО «ФСК ЕЭС» на 2016-2018 годы О мерах по повышению грозоупорности ВЛ О конструкциях опор ВЛ и ОРУ ПС Удаление гололёдных отложений с проводов воздушных линий электропередачи современными полупроводниковыми системами Обеспечение всех функций РЗА трансформатора 110/10 кВ одним устройством Международная научно-техническая конференция и выставка «Релейная защита и автоматика энергосистем 2017» Применение арматуры композитной полимерной для опор контактной сети с анкерным креплением на фундаментах Электронный каталог типовых технических решений РЗА и АСУ ТП ПАО «ФСК ЕЭС» О применении векторных диаграмм при наладке, расшифровке осциллограмм аварийных процессов устройств РЗА Нормативно-технические документы, включенные в реестр ПАО «Россети» Нормативно-технические документы, включенные в реестр ПАО «ФСК ЕЭС» Введение в действие национальных стандартов Российской Федерации Гибридная система накопления энергии для электроэнергетических систем на базе литий ионных аккумуляторов и суперконденсаторов Метод определения места повреждения на кабельно - воздушной линии Оборудование, технологии, материалы и системы, допущенные к применению на объектах ДЗО ПАО «Россети» Перечень нормативно-технических документов, утверждённых и введённых в действие в 2016 г., занесенных в Реестр НТД ПАО «ФСК ЕЭС» О Перечне действующей документации по проектированию объектов электрических сетей Исследовательский комитет A3 на Сессии СИГРЭ-2016 Материал для баков стационарных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей Инновационный провод «ТЕЛСИЛ®» для проектирования ВЛИ нового поколения Многогранные стальные опоры − новые возможности проектирования надёжных линий электропередачи Вступление АО «НТЦ ФСК ЕЭС» в международную организацию STL АО «НТЦ ФСК ЕЭС» - 10 лет. У истоков…

Обеспечение всех функций РЗА трансформатора 110/10 кВ одним устройством

Д-р. T. Либах, Siemens AG, Германия
М.Ю. Мартынов, ООО «Сименс», Россия
У. Гутяр, Netz Lübeck GmbH, Германия
В последние годы в Германии произошло изменение энергетического сектора, в результате чего сегодня на территории страны функционирует более 700 сетевых предприятий, осуществляющих передачу и распределение электроэнергии. Только 4 крупных сетевых компании работают на уровнях напряжения сети 220 кВ и 380 кВ. Все остальные сетевые предприятия распределяют электроэнергию по сетям 110 кВ и ниже и обеспечивают ею отдельные регионы, города, а также, частично, крупные промышленные комплексы. Благодаря свободному рынку электроэнергии, существует конкуренция между региональными сетевыми предприятиями. Конфигурация собственников сетей постоянно изменяется под влиянием конкуренции. На смену одного собственника сетей может придти другой со своей технической политикой, инвестиционными решениями, подходами к эксплуатации и обслуживанию сетей. Конкуренция способствует развитию рациональных и эффективных технических решений.
Все больше электроэнергии поступает в сеть от возобновляемых источников энергии: ветряных и солнечных электростанций; также потребители становятся активными поставщиками электроэнергии в сеть, это обуславливает необходимость обеспечения эффективной сбалансированности сети, и ее работы совместно с пользователями сети.
Рыночные преобразования в энергетике требуют от специалистов по релейной защите и автоматике (РЗА) сетевых предприятий новых технических решений по использованию этого оборудования в распределительных сетях. Производители РЗА предлагают новые цифровые устройства РЗА которые помогают найти инновационные технические решения на основе многофункциональных возможностей и обеспечить при этом оптимальное соотношение «Цена/Результат» («Preis/Leistung»).

 

1. ГОРОДСКИЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ

В Германии городские электрические сети с одной стороны обеспечивают инфраструктуру как больших городов с населением более 1 млн. человек, таких как Берлин, Мюнхен, Гамбург, так и небольших - с населением 100.000 жителей и менее. В таблице 1 представлены основные параметры среднего предприятия городских распределительных сетей, расположенного в северной части страны.

Таблица 1- Основные параметры городского распределительного сетевого предприятия

Общие данные предприятия

число подключенных потребителей к сетям

> 50.000

максимальная нагрузка

>150 МВт

количество сотрудников

400 чел.

собственная генерация

около 17 МВт в собственной сети

Данные сетей

ПС 110 кВ

6 шт.

Узловые распределительные пункты (РП) 10 кВ

17 шт.

Комплектные распределительные устройства (КРУ) 10 кВ

1034 шт.

Соотношение кабельных и воздушных линий

110/30/10 кВ: 97,9 %; 0,4 кВ: 99,9 %

вид сетей 110кВ,10 кВ

с компенсированной нейтралью

Данные РЗА

число устройств РЗА

770 шт.

число сотрудников в отделе РЗА

5 человек

цикл проверок РЗА

2-4 года

соотношение цифровых к электромеханическим и электронным РЗ в сетях

67 %

число ремонтов устройств РЗА в течение года

1-3 (< 0,4%)

На обслуживание городских электрических сетей задействовано ограниченное количество специалистов. Несмотря на этот факт, потребителям сетей гарантирован высокий уровень надежности электроснабжения. Повреждения в сетях случаются достаточно редко. Высокий уровень надежности электроснабжения обеспечивается, прежде всего, за счёт топологии сетей. Городские электрические сети, как правило, не перегружены, всегда имеется возможность резервирования поврежденных участков сети, также широко используется автоматизация в КРУ.

Рисунок 1 - Щиты РЗА ПС 110 кВ во второй половине 80-ых годов

На протяжении последних 25-30 лет прошла модернизация и реновация всего сетевого оборудования. Значительное участие в развитии городских сетей принимает государство. Государственное сетевое агентство (Bundesnetzagentur) выполняет регулирующие и контролирующие функции на уровне Государства. Стимулирующие факторы развития сетей закладываются государственной тарифной политикой. В составе тарифа сетевые компании получают инвестиции на развитие сетей при выполнении ими установленных показателей надежности сети.

Однако, несмотря на высокую надежность сетей, перед немецкими специалистами по релейной защите стоят задачи, связанные со снижением затрат на обслуживание устройств РЗА и с эффективностью их применения.

2. РЕКОНСТРУКЦИЯ

Регулярная замена устройств РЗА с истёкшим сроком эксплуатации (через каждые 20-25 и 30 лет), а также установка новых устройств РЗА, в связи с расширением сетей за счёт присоединения новых объектов генерации на возобновляемых источниках энергии, число которых в последнее время в Германии увеличивается, потребовало бы от сетевых предприятий значительных ресурсов и повлекло увеличение затрат.

В целях снижения затрат на инвестиции и на обслуживание устройств РЗА специалисты релейной защиты уходят от стандартных решений, применяют нетипичные подходы при реконструкции и модернизации отслужившего срок службы оборудования. Например, эксперты находят технические решения по использованию прежних мест установки устройств РЗА для монтажа новых.

Далее будет рассмотрен пример модернизации оборудования релейной защиты силовых трансформаторов на подстанции 110 кВ. Перед специалистом по релейной защите поставлена задача комплексного использования новых функциональных возможностей современных приборов РЗА.

3. ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ

На рисунке 2 представлена классическая схема РЗА трансформатора 110/10 кВ. Каждый электронный прибор в этой схеме выполняет свою отдельную функцию.

Рисунок 2 - Классическая схема РЗА трансформатора 110/10 кВ (1980-е годы)

В новом техническом решении РЗА трансформатора использует только один цифровой прибор. Прибор типа 7UT85 (серии Siprotec 5) выполняет различные защитные функции, функции управления коммутационными аппаратами, функции регулирования напряжения, измерения электрических величин, а так же функции мониторинга. Это устройство имеет 27 базовых функций, таких как, например, защита от перегрузки и 47 опционных функций (предоставляется на выбор заказчика), в том числе УРОВ [2].

Рисунок 3 - Устройство РЗА SIPROTEC5 типа 7UT85 – гибкий набор необходимых функций

В конкретном примере используются такие базовые функции, как дифференциальная защита трансформатора, МТЗ со стороны ВН трансформатора, а также функции управления, мониторинга и измерения.

Имеется функциональное расширение по опционным функциям таким, как РПН, защита от замыканий на землю (анализ нулевого тока и напряжения в первые миллисекунды после повреждения) на стороне высокого напряжения и направленная МТЗ на стороне низкого напряжения (резервная защита и защита ввода КРУ 10 кВ).

В сетевых предприятиях Германии на ПС 110/10 кВ со стороны 10 кВ часто применяется дистанционная защита. Прибор 7UT85 в этом реальном примере позволит выполнить вместо направленной МТЗ функцию дистанционной защиты.

Согласно концепции обеспечения оптимального соотношения «Цена/Результат» без ущерба для надежности, в новом решении защиты трансформатора 110/10 кВ не существует резервного устройства, который заменит выход из строя основного. В рассматриваемом примере в случае дефекта или вывода прибора 7UT85 на тестирование, пользователь отключает защищаемый трансформатор и переводит нагрузку на второй.

РЗА серии Siprotec 5 имеют единое программное обеспечение (ПО). Для каждого терминала этой серии предусмотрена возможность копирования функций.

Функцию РПН в этой серии устройств можно применять для автотрансформаторов, для 2-х и 3-х обмоточных трансформаторов и для трансформаторов/автотрансформаторов связи между соседними сетями, с автоматизированным приводом ступенчатого переключателя. Параметры уставок выбираются в зависимости от вида трансформатора.

Можно задать несколько фиксированных величин для регулирования напряжения и задать характеристику регулирования: пропорциональную или инверсную.

При регулировании напряжения параллельно работающих трансформаторов (актуально на принципе Master-Follower (ведущий-ведомый) или по методике минимизации циркуляции реактивного тока) возможно управление несколькими трансформаторами (до 12-ти единиц). Соединение отдельных функций регулирования выполняют с помощью коммуникации по протоколу GOOSE (МЭК 61850).

Применение функции РПН в терминалах РЗА типа 7UT85 гарантирует динамическую адаптацию характеристики дифференциальной защиты трансформатора в зависимости от актуальной позиции РПН. Благодаря этому дифференциальная защита работает со стабильной и низкой погрешностью на всех ступенях.

Рисунок 4 - Примеры реализации функции РПН (изображение на дисплее 7UT85)

Функциональный блок РПН в терминале 7UT85 обеспечивает контроль длительности действия привода РПН и спонтанных изменений статуса положения (ступеней) без команды управления ступенчатым переключателем.

Информацию о положении ступенчатого переключателя (РПН) возможно передавать на мультифункциональное устройство РЗА напрямую или через разные варианты кодирования (дискретно, 1 от n, BCD-код, Gray Code, таблица, цепь контактов, аналоговый сигнал 4 – 20 мА). Передача информации с помощью телеграммы GOOSE по МЭК 61850 также поддерживается в стандартном решении.

РПН может работать в автономном режиме или управляться вручную с самого терминала РЗА, а также через систему АСУ с диспетчерского пункта. Изображение на дисплее терминала РЗА гибко конфигурируется по желанию и потребностям пользователя в приложении редактора дисплея и позволяет отображать актуальное состояние РПН.

На рисунке 4 показаны два нестандартных решения, подготовленных разными пользователями.

4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Рассмотренное решение уже более 2 лет используется на одном из сетевых предприятий в Германии. Сетевое предприятие очень положительно оценивает выбранное решение по применению одного прибора РЗА с интегрированной функцией РПН и направленной защитой от замыканий на землю, которая работает на 100 % надежно.

Основными преимуществами данного решения являются:

  • уменьшение количества приборов РЗА и затрат на их обслуживание;
  • возможность вывода технических данных на один дисплей, с возможностью индивидуальной настройки под пользователя;
  • сокращение объема инвестиции и затрат на эксплуатацию;
  • возможность дополнения терминала РЗА новыми функциями в период всего срока его эксплуатации.

Также стоит отметить, что инженеры Российского представительства Сименс (ООО «Сименс») разработали и внедрили техническое решение с интеграцией функции РПН в многофункциональном терминале защиты трансформатора 7UT85 (серия SIPROTEC5), которое успешно введено в работу и эффективно эксплуатируется в системе электроснабжения одного из промышленных предприятий в центральной России.

ЛИТЕРАТУРА

[1] Siemens AG, Данные референсной установки, 2016

[2] Siemens AG, SIPROTEC 5 – Дифференциальная защита трансформатора, 7UT85, 7UT86, 7UT87, V4.00 - Руководство по эксплуатации C53000-G5056-C016-3, 2014

От редакции.

В данной статье приводится вариант комплексного использования новых функциональных возможностей современных устройств РЗА при модернизации релейной защиты и автоматики силовых трансформаторов на понижающих подстанциях 35-110 кВ. В результате такого применения появляется «цифровой узел» на подстанции. Данный опыт интересен тем, что минимизирует затраты при дальнейшей реконструкции и создает предпосылки для построения распределительных подстанций нового поколения – цифровых подстанций (ЦПС). На современном этапе, когда новые технологии производства высоковольтного оборудования только перешли из состояния научных исследований и экспериментов в стадию практического использования, а в части МП устройств РЗА уже имеется двадцатилетний опыт практического использования, вариант «цифровых узлов» представляется реальным практическим применением при реконструкции.

Данное решение невозможно применить без доработок в России, так как это противоречит пунктам 6.3.2 и 6.3.3 приказа ОАО РАО «ЕЭС России» от 11.02.2008 № 57 «Общие требования к системам противоаварийной и режимной автоматики, релейной защиты и автоматики, телеметрической информации, технологической связи в ЕЭС России» («6.3.2. Для повышения надежности действия релейной защиты АТ(Т) она должна быть разделена минимум на две группы по цепям питания оперативным током, цепям переменного напряжения и тока.

6.3.3. На АТ 220 кВ и Т 110-220 кВ мощностью 63 МВА и более должно устанавливаться по два комплекта дифференциальных защит в целях повышения надежности отключения КЗ в АТ(Т) и улучшения условий селективности действия резервных защит, установленных на примыкающих к АТ(Т) ЛЭП разного класса напряжений. Указанные комплекты защит должны быть включены по цепям оперативного тока и цепям трансформаторов тока с соблюдением принципов ближнего резервирования»).

Так же данное решение не соответствует Нормам технологического проектирования подстанций переменного тока с высшим напряжением 35-750 кВ (НТП ПС) ПАО «ФСК ЕЭС» в части «Состав и построение защит и автоматики каждого элемента сети 110 кВ и выше должны отвечать требованиям ближнего резервирования и при выводе из работы любого устройства по любой причине должны:

  • обеспечивать сохранение функций защиты данного элемента сети от всех видов повреждений;
  • исключать необходимость вывода данного элемента из работы».

Тем не менее, данный подход очень интересен для практического применением при реконструкции объектов электроэнергетики и может быть применён для понизительных подстанций потребителя 110 кВ.