Электромеханические устройства релейной защиты и автоматики в энергетике. Настоящее и будущее таких устройств

Б.Д. Шедриков

1. Введение

В 2000 году в Великоустюгских Электрических сетях (ВУЭС) Вологдаэнерго было начато строительство (модернизация) подстанций, ориентированное на получение подстанции нового поколения без постоянного обслуживающего персонала с микропроцессорной системой РЗА, выполненной под АСУТП.

Попытка встроить микропроцессорные устройства РЗА (МП УРЗА) в существующие схемы РЗА подстанций показали неэффективность такого метода, поэтому для модернизируемой (строящейся) подстанции все схемы РЗА разрабатывались вновь. При разработке за основу брались типовые схемы «Энергосетьпроекта» и в них выполнялись изменения только там, где это было необходимо.

Модернизация подстанций выполнялась не по присоединениям, а целиком по всей подстанции. Только в этом случае удавалось создать новую систему РЗА подстанции.

Учитывая, что МП УРЗА являются «нежными» устройствами, которые боятся перенапряжений, чувствительны к максимальным и минимальным температурам,  еще до применения МП УРЗА была выполнена попытка выработать стратегию  применения МП УРЗА на подстанциях. При этом главный вопрос состоял в том, резервировать ли МП УРЗА присоединений 6 - 10 – 35 кВ простейшими МТЗ на электромеханике.

В 2000 году на техническом совете инженеров службы МСРЗА с небольшим перевесом победила точка зрения, что можно обойтись и без МТЗ на электромеханике. Были выполнены четыре проекта модернизации четырех подстанций 35/10 кВ, на которых подсистема РЗА включала только МП УРЗА и не включала электромеханических УРЗА.

2. Модернизация подстанций. Начало.

В 2001 году в ВУЭС модернизированы 4 подстанции 35/10 кВ, причем МП УРЗА присоединений 10 кВ были размещены в ячейках КРН Мытищенского электромеханического завода. На четырех подстанциях было 32 присоединения 10 кВ.

Зимой 2001 – 2002 годов температура наружного воздуха опустилась до -370. МП УРЗА присоединений 10 кВ на вышеуказанных четырех модернизированных подстанциях оказались в экстремальных условиях низких температур. Почти все 32 МП УРЗА стали по телемеханике выдавать периодически сигналы «Отказ» - «Работа».

Мы со страхом ждали дальнейшего понижения температуры, понимая, что при дальнейшем понижении температуры все 32 МП УРЗА уйдут в полный отказ.

При температурах -400 и ниже, высоковольтные провода натянуты как струны и вероятность их обрыва с последующим КЗ – велика. Вся сеть 10 кВ четырех подстанций останется без защит – значит, линии 10 кВ будут выгорать пролетами до тех пор, пока КЗ не приблизится к подстанции и не войдет в зону МТЗ 35 кВ вводов трансформаторов.

Но и отключать потребителей при такой температуре тоже нельзя. С волнением готовились к худшему и под впечатлением этой ситуации собрали технический совет службы РЗА, на котором повторно обсуждался один единственный вопрос: «Нужно ли применять на всех присоединениях 6 – 10 – 35 – 110 кВ резервную МТЗ на электромеханике?».

Мнение было единодушным: «Да, нужно, и, причем всегда!!!»

К счастью, температура стала подниматься и МП УРЗА вошли в свой нормальный режим работы.

Таким образом, природа нам дала четко понять, что окончательную оценку нашей деятельности в области модернизации подстанций выдаст сама жизнь в процессе  функционирования нашей системы РЗА в действующих электроустановках. И только это мнение будет объективным и решающим.

После этого мы обратились с просьбой к производителям МП УРЗА, чьи устройства мы применяли, о том, чтобы опустить рабочий диапазон температур МП УРЗА ниже -400, что и было выполнено.

3. Модернизация подстанций. Продолжение 2002 - 2004.

С 2002 года по 2004 год мы ежегодно проектировали и модернизировали по 2-3 подстанции в год.

Причем была выработана новая стратегия построения системы РЗА на модернизируемых (вновь строящихся) подстанциях.

Система РЗА необслуживаемой подстанции нового поколения должна быть надежной и поэтому выполняется в двух уровнях:

·   первый уровень (основной) выполняется на МП УРЗА.

Основное назначение данного уровня – качественное выполнение функций РЗА. Вторым не менее важным назначением данного уровня является выполнение данным уровнем функций нижнего уровня АСУТП;

·   второй уровень (дополнительный) выполняется на электромеханических УРЗА. Основное назначение данного уровня – обеспечение надежности всей системы РЗА подстанции в различных экстремальных режимах (в режимах низких температур, отказе МП терминалов и.т.д.)

Количество элементов РЗА (реле, ключей, накладок и т.п.) во втором уровне минимально, но данный уровень выполняется полноценным, способным обеспечить РЗА всей подстанции при выходе из строя всех МП УРЗА подстанции. Таким образом, подстанция, на которой повреждены сразу все электронные устройства будет нести нагрузку с нормальными защитами.

Самую высокую надежность (живучесть) подстанции обеспечивает РЗА на электромеханике. Именно она нечувствительна к критическим температурам, различного рода помехам. Поэтому 2 уровень системы РЗА должен выполняться только на электромеханических реле. Поэтому для модернизируемой подстанции с постоянным оперативным током применяется МТЗ на двух (трех) реле типа РТ-40 и одном реле времени типа РВ-100. Но эта МТЗ все же, зависит от наличия оперативного тока.


Информация по складам newsklad.ru. . Печать и изготовление упаковки.

Поставлена задача: Выполнить сверхнадежную МТЗ на электромеханике, работа которой не зависит от наличия оперативного тока.

Задача была  выполнена. Независимо от того, что модернизируется подстанция на постоянном оперативном токе, выбирается резервная МТЗ, взятая с подстанций с переменным оперативным током. МТЗ выполняется на двух (трех) РТ-40 и одном реле времени типа РВМ-12.

К сожалению, в настоящее время реле РВМ-12 – электромеханическое реле, снято с производства. Вместо него завод предлагает  электронное статическое реле РСВ-13, но при такой замене резервную МТЗ уже нельзя назвать электромеханической защитой.

В ВУЭС имеется запас реле РВМ-12, но его недостаточно, и мы готовы закупать данные реле со складов по двойной рыночной цене.

Стоимость защиты 2 уровня (резервной МТЗ) минимальна. Например для ВЛ 10 кВ ее стоимость составляет  ~ 5000 – 10000 руб. При стоимости новой ячейки 10 кВ ~ 500 000 руб. стоимость резервной МТЗ составляет    всего  1- 2% от стоимости ячейки.

Первоначально в нормальном режиме все резервные МТЗ присоединений 6 – 10 -35 кВ были выведены из работы. Поэтому специалистам приходилось отслеживать, создавался  ли экстремальный режим работы для МП УРЗА и после этого выезжать на подстанции и вводить в работу резервные МТЗ. Что соответственно создавало неудобства. Поэтому с 2004 года было принято решение держать резервные МТЗ присоединений, так же как и МП УРЗА присоединений постоянно введенными в работу.

На резервных МТЗ выдержка времени выполняется на 0,1 с. больше, чем на МТЗ МП УРЗА. Это позволяет при КЗ в первую очередь срабатывать МП защитам в штатном режиме.

При таком подходе резервная МТЗ полностью исправляет ситуацию, которая возникает при отказе МП УРЗА при КЗ.

Кроме этого при отказе МП УРЗА, может потребоваться до нескольких суток на его замену. А при наличии резервной МТЗ отключать присоединение, где отказал МП терминал не требуется (п.5.9.5 ПТЭ).

4. Модернизация подстанций. Продолжение 2004 - 2010.

В течение 10 лет ежегодно анализировался опыт эксплуатации систем РЗА модернизированных (вновь построенных подстанций) и постоянно корректировался типовой проект (несколько вариантов) системы РЗА новой современной подстанции нового поколения.

В настоящее время можно констатировать тот факт, что типовой проект системы РЗА подстанций нового поколения 35 – 110 кВ, выполненный для ВУЭС, полностью закончен и отвечает требованиям ее надежного функционирования.

5. Роль электромеханических УРЗА в энергетике в настоящее время и в ближайшем будущем.

Десятилетний опыт совместного применения МП УРЗА и электромеханических УРЗА на модернизированных (новых) подстанциях ВУЭС показал, что только в этом случае получается современная подстанция с современной и сверхнадежной системой РЗА, причем стоимость обеспечения сверхвысокой надежности и живучести практически не видна в стоимости подстанции.

Будущее должно быть именно за таким гармоничным сочетанием электромеханических и микропроцессорных устройств РЗА.

Сочетание супервозможностей МП УРЗА (новая релейная защита с абсолютно новыми элементами, реализующими всю математику комплексных чисел, математику преобразования Лапласа и.т.д.) и сверхнадежности электромеханических УРЗА  позволят создать сверхнадежную современную систему РЗА подстанций функционирующую в экстремальных условиях.

Конечно, проектировать систему РЗА необслуживаемой подстанции в двух уровнях, да еще выполняемую как нижний уровень АСУТП, достаточно непросто, но такая система, несомненно, стоит того, чтобы вложить в нее свои знания, опыт и время.

В настоящее время наиболее важным является вопрос что же делать с объектами, оснащенными электромеханической системой РЗА, которые не подпадают под реконструкцию (модернизацию) сегодня и в ближайшие 10 – 20 лет. А это 90% эксплуатируемых систем РЗА и многие из них подходят к моменту полной амортизации.

Существует только один путь поддержания системы РЗА этих объектов в рабочем состоянии. Он заключается в том, чтобы при полных профилактических восстановлениях систем РЗА на объектах, проводить замену электромеханических реле, блоков, комплектов и целых панелей.

Выводы:

Потребность в электромеханических УРЗА очень остро существует сейчас и будет существовать ближайшие десятки лет, поэтому снимать с производства электромеханические реле, комплекты и панели ни в коем случае нельзя.

Очень важно сохранить ту номенклатуру электромеханических реле, на базе которой построены те 90% существующих подстанций с системой РЗА на электромеханике.

Сведение об авторе:

Щедриков Борис Дмитриевич, зам начальника МСРЗА

Великоустюгские электрические сети

Филиал Вологдаэнерго

ОАО «МРСК Северо - Запада»

Назад ] Вверх ] Далее ]

Главная страница сайта

 РЗА от А до Я Форум РЗА - место общения любителей, поэтов и фанатов релейной защиты