МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ СИСТЕМА РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ГЕНЕРАТОРА ТИПА REG 216
Многие ведущие зарубежные фирмы: ABB, GEC/ALSTHOM, General Electric, Siemens, ELIN и Beckwith - выпускают серийно релейные защиты генераторов на базе микропроцессоров и устанавливают их на новые энергоблоки в различных странах мира.
Высоких результатов а области технологии, совершенства алгоритмов и решения проблем электромагнитной совместимости добился международный наднациональный концерн АВВ, выпускающий защиты генератора типа RJEG. Международного стандарта по набору защит генератора не существует, но достигнутый научно-технический уровень и опыт эксплуатации микропроцессорных защит типа REG становится международной нормой и требует изучения и использования в отечественной практике.
Цифровая система защиты MODURES типа REG 216 используется, в основном, для защиты генераторов и повышающих трансформаторов. Защитные функции, имеющие программное обеспечение, постоянно хранятся в памяти системы. Функции, необходимые для защиты определенного объекта, могут выбираться, активизироваться и задаваться индивидуально. Определенная функция защиты может использоваться несколько раз в различных схемах защиты. Способ обработки сигналов, задание сигналов на отключение, сигнализацию и логических сигналов на различные входы и выходы также определяются соответствующей конфигурацией программного обеспечения.
Аппаратная часть системы имеет модульную структуру. Число реально устанавливаемых электронных устройств и входных/выходных блоков для различного числа защитных функций или для резервирования может быть различным согласно требованиям объекта.
Модульная конструкция и возможность выбирать защитные и другие функции при конфигурировании программного обеспечения Делают систему REG 216 пригодной для защиты генераторов малой,
средней и большой мощности двигателей, силовых трансформаторов и фидеров.
Система защиты REG 216 проектируется для выполнения определенных требований соответствующего объекта. Каждая установка обеспечивается специальным комплектом схем, в котором определяется система электронных устройств и встроенных входных/выходных блоков, их местоположение и внутренний монтаж.
Комплект заводских схем включает:
схему защиты одиночного объекта - полное представление объекта с показом подключения трансформаторов тока и напряжения к защите;
соединения стандартных кабелей - блок-схема, показывающая разводку кабеля защитного оборудования;
компоновку каркаса электронного оборудования местоположение оборудования внутри каркаса;
измерительные цепи (трехфазная станционная схема) - подключения трансформаторов тока и напряжения к защите;
оперативное питание - внешнее подключение и внутреннее распределение напряжения постоянного тока оперативного питания;
входные/выходные сигналы - внешнее подключение и внутренний монтаж выходов отключения и сигнализации и внешних входных сигналов.
В REG 216 имеется обширная библиотека функций защиты, при помощи которых обеспечивается полная защита генераторов и силовых трансформаторов.
Соответствующая функция задается при помощи персонального компьютера, специального программирования не требуется. Число задействуемых функций защиты ограничено лишь вычислительной способностью процессорных модулей.
REG 216 имеет следующие характеристики:
модульное аппаратное обеспечение;
выбираемые защитные функции;
многовариантность применений;
задание уставок в меню ПЭВМ;
полностью цифровая обработка сигнала;
непрерывный самоконтроль аппаратной части;
режимы циклических испытаний;
задание параметров и запись уставок с помощью ПЭВМ;
отображение на экране дисплея измеренных значений; отображение на экране дисплея события, распознавание и распечатка;
регистрация анормальных режимов; собственная документация; долговременная устойчивость работы; согласованная связь со станционным управлением; два конструктивных исполнения; расширенное исполнение или компактное исполнение (с или без шкафа).
Рис. 19. Конфигурация системы защиты REG 216
Аппаратная часть.
Оборудование REG216 (рис. 19) включает: два основных блока, которые физически отделены друг от друга и связаны стандартными экранированными кабелями;
интерфейсы к первичной системе (трансформаторы тока, силовые трансформаторы и промежуточные реле), которые обеспечивают гальваническую развязку и ограничение электромагнитных помех;
параллельную шину и соответствующие электронные модули (например, аналоговые входы и процессоры данных) для нормирования аналогового сигнала и обработки информации.
Полная схема защиты включает относительно небольшое количество модулей аппаратной части, функции которых могут быть расширены благодаря применению дополнительных электронных модулей и интерфейсов.
Система защиты основана на применении шины данных с цифровой обработкой сигналов для большинства функций; нормировании сигналов, аналоговых и цифровых входов; аналого- цифровом преобразовании, обработке и подаче на выходы сигналов. Системными комплектующими являются статические съемные блоки, которые обмениваются данными по мощной параллельной шине; интерфейсы процессов (в первичной системе, станционном оборудовании), которые гальванически отделены от цифрового процессора.
Все защитные функции REG 216 работают с выбранными напряжениями и токами первичной системы. Скорость дискретизации аналоговых входных блоков - 12 раз за период при номинальной промышленной частоте с динамическим диапазоном 15 бит. Вся дальнейшая обработка сигнала - цифровая. Защитные функции имеют универсальное применение, высокую точность и долговременную устойчивость. Апериодические составляющие и имеющиеся высшие гармоники эффективно подавляются цифровыми фильтрами.
Система защиты формируется и управляется с помощью персонального компьютера, подключенного через последовательный интерфейс. Применение ПЭВМ позволяет: задавать параметры и записывать уставки; показывать на экране дисплея измеренные значения; показывать на экране дисплея события, их распознавание и распечатку; регистрировать анормальные режимы.
Режим самоконтроля и тестирования включает в себя самоконтроль, просмотр параметров, испытание введением сигналов от постороннего источника.
Резервирование программной и аппаратной частей осуществляется применительно к функциональным требованиям.
Защитные функции.
В REG 216 обеспечиваются все необходимые для автономной защиты генераторов, силовых трансформаторов и питающих линии функции. Поэтому система заменяет несколько защит в традиционной системе защиты оборудования энергообъекта. Нужные защиты выбираются из библиотеки с помощью ПЭВМ.
Диапазоны уставок функций достаточно широки, поэтому многочисленны варианты применения. Имеется возможность задать следующие основные параметры: место размещения блоков обработки сигналов; канал или каналы входа; уставку срабатывания; выдержку времени; характеристики срабатывания; логику отключения; логику сигнала управления.
Обеспечивается блокировка каждой защитной функции цифровым сигналом (например, цифровые входы или с помощью отключающего сигнала другой защитной функции).
Описания некоторых функций, их основные параметры и уставки.
Функция максимальной/минимальной токовой защиты с независимой выдержкой времени.
Применение: защита от междуфазных КЗ; резервная защита; защита от замыканий на землю.
Характеристики: максимальное или минимальное действие
(максимальный или минимальный ток); одно- или трехфазное измерение; оценка максимальной или минимальной фазной величины для трехфазного действия, обнаружение бросков тока.
Свойства: нечувствительна к апериодической составляющей и повышенным гармоникам.
Аналоговые входы - тока.
Дискретные входы - блокировки.
Дискретные выходы - срабатывания, отключения.
Измерения - амплитуды тока.
Уставки: ток 0,02-20 IN (с шагом 0,01 IN );
выдержка времени 0,02-60 с (с шагом 0,01 с); точность значения срабатывания ± 5 % (при ); коэффициент возврата 95 % (для максимальной функции);
105 % (для минимальной функции);
максимальное время отключения без выдержки времени < 60 мс.
Значение уставки по току должно быть, с одной стороны, достаточно высоким, чтобы исключить ложное отключение или ложный сигнал в режиме нормальной нагрузки, с другой - достаточно низким, чтобы обнаружить небольшой ток КЗ (рис. 20).
Рис. 20 Характеристика срабатывания защиты с независимой выдержкой времени
При оценке отстроенности от максимального кратковременного тока нагрузки следует учесть допуск на уставку по току и коэффициент возврата. Значение максимального кратковременного тока нагрузки должно определяться согласно условиям энергосистемы с учетом действий пo переключениям и допустимых перегрузок. Так как номинальные токи ТТ и защищаемого устройства разные, используется компенсация, которая выполняется с помощью опорной величины аналого-цифрового канала или коррекцией уставки максимального тока.
Выдержка времени служит для организации ступ ен чагой максимальной токовой защиты. Она задается по таблице ступеней для всех защит максимального тока в энергосистеме. Зона срабатывания защиты в REG 216 должна обеспечивать охват места установки последующего реле максимального тока, Если это реле не устраняет КЗ, то функция максимальной токовой защиты действует на отключение по прошествии некоторого времени как резервная защита.
Защита от изменения напряжения с независимой выдержи времени.
Осуществляет общий контроль напряжения [повышение-понижение). Применяется также в защите статора от замыканий и землю (95%); защите ротора от замыканий на землю; защите о межвитковых КЗ; защите энергосистемы от замыканий на землю.
Характеристики: максимальное или минимальное срабатывание; одно- или трехфазное измерение; оценка максимального или минимального фазного значения при трехфазном действии
Свойства: нечувствительна к составляющей постоянного тока и высшим гармоникам.
Аналоговые входы - напряжения.
Дискретные входы - блокировки.
Дискретные выходы - срабатывания, отключения.
Измерения - амплитуды напряжения.
Уставки: напряжение 0,01-2,0 UN (с шагом 0,002 ); выдержка времени 0,02-60 с (с шагом 0,01 с); точность значения срабатывания ± 3 % (при fN,
u>uNy,
коэффициент возврата 98 % (при макс, действии)
102 % (при мин. действии); минимальное время отключения < 60 мс.
Несмотря на возможность задания уставки в 2,0 х UN, диапазон измерения каналов аналоговых входов остается лишь 1,3 х UN, то есть эффективное максимальное значение уставки - 130, 260 В соответственно. Первая ступень предназначена для умеренно повышенных напряжений большой длительности. Вторая - обеспечивает защиту от высоких повышенных напряжений и задается на 70 % от испытательного напряжения статора.
Режимы работы при контроле повышенного/пониженного напряжения (Max Min). Этот параметр дает возможность выбора одного из следующих рабочих режимов: МАХ (1 ph) - срабатывание по превышении наибольшим фазным напряжением значения уставки; МАХ (3 pH) - срабатывание по превышении мини мал ьным фазным напряжением значения уставки. Эта уставка не задается при однофазном измерении; (1 ph) - срабатывание при понижении минимального фазного напряжения ниже значения уставки; M1N (3 ph) - срабатывание при понижении максимального фазного напряжения ниже значения уставки. Эта уставка не задается при однофазном измерении.
При использовании функции для МТЗ с пуском по напряжению рабочий режим MIN (1 ph). При использовании функции защиты от повышения напряжения рабочий режим МАХ (3 ph).
Функция защиты от повышения напряжения обнаруживает повышенное напряжение, предупреждая пробой изоляции обмоток статоров генератора и силовых трансформаторов» повышенный подъем температуры вследствие увеличения потерь в железе. Наиболее вероятно длительное наличие повышенного напряжения в случае неисправности регулятора напряжения. Выдержка времени задается с целью предупреждения ложного отключения во. время переходных процессов. Как правило, задаются две ступени по напряжению, обе срабатывающие на отключение.
Защитные функции:
- Дифференциальная защита генератора - трехфазная, токозависимая характеристика, высокая устойчивость во время внешних КЗ и насыщения ТТ.
- Дифференциальная защита силового трансформатора - трехфазная для двух- и трехобмоточных трансформаторов, токозависимая характеристика, не требуются промежуточные трансформаторы для компенсации углового сдвига векторов тока и для выравнивания сигналов, торможение при броске тока с помощью второй гармоники.
- МТЗ с независимой выдержкой времени - см. ранее.
- Быстродействующая МТЗ - действие без выдержки времени, широкий частотный диапазон, Оценка импульсного значения.
- МТЗ с контролем по напряжению - максимальное значение тока после пуска, возврат действия после восстановления напряжения или после отключения, оценка составляющей напряжения прямой последовательности.
- МТЗ с обратнозависимой характеристикой срабатывания - для многофазных КЗ и замыканий на землю, сильно зависимая и чрезвычайно зависимая характеристики, устойчивая работа в условиях переходных режимов.
- Токовая защита обратной последовательности фаз - защита от несимметрии нагрузки, независимая выдержка времени, трехфазное измерение.
- Защита от повышения напряжения с независимой выдержкой времени - см. ранее.
- 100 %-ная защита статора и ротора от замыканий на землю основана на принципе расчета активного сопротивления в месте замыкания на землю» непрерывный контроль уровня изоляции-
- Защита минимального полного сопротивления (дистанционная защита) - обнаружение двух- или трехфазных КЗ. (резервная защита), круговая характеристика с центром в начале координат плоскости R-X, оценка наименьшего фазного значения при трехфазном измерении.
- Защита минимального реактивного сопротивления выявление потери возбуждения, выявление асинхронного хода с дополнительной выдержкой времени, круговая характеристика.
- Защита мощности - применяется для контроля активной, обратной, реактивной мощности, максимальное и минимальное действие, любой угол характеристики.
- Защита от перегрузок - тепловая защита с характеристикой срабатывания стандартного статора и ротора.
- Защита от повышения температуры - тепловая защита с моделью системы первого порядка.
Кроме того, в библиотеке защитных функций программного обеспечения имеются токовая защита обратной последовательности фаз; защита от асинхронного хода; защита частоты; защита от перевозбуждения; функция сравнения напряжения - защита баланса напряжения; защита напряжения с оценкой импульсного значения; защита от ошибочного включения машины; контроль синхронизма, функции измерения U, I, Р, Q, f; логические функции. Терминал релейной защиты REG 216 удовлетворяет всем российским стандартам.