ЦЕНТРАЛИЗОВАННАЯ ЗАЩИТА СЕТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Полезная модель относится к технике релейной защиты электроэнергетических объектов с ближним и дальним резервированием.
Как известно, ближнее резервирование в релейной защите по сравнению с дальним имеет существенные преимущества, причем как по информационному совершенству, так и по объему отключаемых элементов сети. С целью обеспечения качественных информационных характеристик для релейной защиты в последнее время предложены технические решения, предусматривающие объединение всех используемых для защиты сети контрольно-измерительных устройств в единое информационное пространство с локальными шинами передачи данных и микропроцессорными узлами для обработки последних и выдачи по результатам обработки команд на коммутацию соответствующих выключателей (RU 2210104 С2, G06F 15/16, 10.08.2003; RU 53510 U1, Н02Н 7/00, 10.05.2006).
Однако в известных централизованных защитах не обеспечивается приемлемое согласование ближнего резервирования с дальним, не осуществляется полноценный контроль за состоянием чувствительных органов защиты и коммутационных аппаратов, а передача данных производится несовершенными информационными сетями и с недостаточно высоким быстродействием, предопределяющим отказы защиты.
Задачей полезной модели является повышение эффективности и надежности работы централизованной защиты с техническим результатом, выражающимся в обеспечении бесперебойного электроснабжения потребителей.
Для решения поставленной задачи предложена централизованная защита сети электроснабжения, содержащая
центральное устройство управления (ЦУУ), установленное на питающей подстанции и выполняющее функции ближнего и дальнего резервирования защит трансформаторных подстанций, отходящих линий, ячеек и камер распределительных устройств, защит от замыканий на землю,
локальные модули (ЛМ), управляющиеся выполняющие функции телеизмерения и телесигнализации со ступенчатой направленной токовой защитой линий, защитой или сигнализацией от замыканий на землю, защитой или сигнализацией от неполнофазных режимов, дуговой защитой ячеек и камер распределительных устройств,
единую резервированную информационную сеть, объединяющую ЦУУ и ЛМ с возможностью передачи команд телеуправления от ЦУУ к ЛМ и сообщений телеизмерения и телесигнализации в обратном направлении,
блок индикаторных устройств для отображения сообщений телеизмерения и телесигнализации, в том числе направления мощности, передаваемых от ЛМ,
при этом
ЦУУ выполнено с возможностью отключения на время, не превышающее 0,5 сек., головного выключателя, являющегося силовым, отключения за время бестоковой паузы выключателей нагрузки на поврежденном участке линии, имеющих моторный привод, контроля выполнения отключений упомянутых выключателей нагрузки и включения головного выключателя с восстановлением напряжения на
всех, кроме поврежденного, участках линии, в том числе за счет автоматических переключений на подстанциях и узлах секционирования средствами АВР (автоматического включения резерва) с контролем выполнения этих автоматических переключений,
ЛМ выполнены с возможностью передачи в нормальном режиме на ЦУУ сообщений телесигнализации о положении установленных в ячейках коммутационных аппаратов в виде совокупности двоичных символов, характеризующих включенное или отключенное состояние коммутационного аппарата либо его отсутствие в данной ячейке, а при срабатывании чувствительных органов защиты - сообщений телеизмерения, охватывающих значения напряжений и токов прямой, обратной и нулевой последовательностей защищаемых линий, направления мощности, а также сообщений телесигнализации, включающих сообщения о состоянии чувствительных органов защиты.
Решению поставленной задачи способствуют частные существенные признаки полезной модели.
ЦУУ и ЛМ выполнены на основе микропроцессоров.
Единая резервированная информационная сеть выполнена с использованием волоконно-оптической линии связи, обеспечивающей передачу сообщений телеизмерения и телесигнализации о состоянии выключателей участков линий, а также команд для телеуправления ими, при этом часть емкости волоконно-оптической линии связи из не менее четырех волокон, двух основных и двух резервных, предназначена для технологических целей, а остальная емкость - для доставки мультимедийного контента по технологии «последней мили» FTTC.
ЛМ выполнены с возможностью при неисправности в единой резервированной информационной сети самостоятельного выполнения функции защит ближнего и дальнего резервирования с использованием собственной информации о состоянии присоединений.
На фиг.1 представлена структурная схема предложенной централизованной защиты, а на фиг.2 в качестве примера практического использования защиты показан участок защищаемой сети 10 кВ с диаграммой времени отключения короткого замыкания (КЗ).
Централизованная защита (фиг.1) содержит ЦУУ 1, ЛМ 2.1-2.N и блок 3 индикаторных устройств.
В состав конкретной защищаемой сети (фиг.2) входят ТЭЦ 4, питающая (головная) подстанция - распределительный пункт (РП) 5, трансформаторные подстанции (ТП) 6-8, головной выключатель (силовой) 9 и выключатели 10, 11 нагрузки (с моторными приводами).
ЦУУ 1 установлено на питающей подстанции (РП) 5 и выполняет функции ближнего и дальнего резервирования защит ТП 6-8, отходящих линий, ячеек и камер распределительных устройств, защит от замыканий на землю, а также управляет по сети работой ЛМ 2.1-2.3, определяя, в случае повреждения, на каком из присоединений оно произошло.
ЛМ 2.1-2.3 установлены на ТП 6-8 и выполняют функции телеизмерения и телесигнализации со ступенчатой направленной токовой защитой линий, защитой или сигнализацией от замыканий на землю, защитой или сигнализацией от неполнофазных режимов, дуговой защитой ячеек и камер распределительных устройств. Кроме того, при неисправности в информационной сети ЛМ 2.1-2.3 могут самостоятельно выполнять функции защит ближнего резервирования, используя при этом только собственную информацию о состоянии присоединения.
Единая резервированная информационная сеть объединяет ЦУУ 1 и ЛМ 2.1-2.3 с возможностью передачи команд телеуправления от ЦУУ 1 к ЛМ 2.1-2.3 и сообщений телеизмерения и телесигнализации в обратном направлении.
Блок 3 индикаторных устройств предназначен для отображения сообщений телеизмерения и телесигнализации, в том числе направления мощности, передаваемых от ЛМ 2.1-2.3.
ЦУУ 1 выполнено с возможностью отключения на время, не превышающее 0,5 сек., головного выключателя 9, отключения за время бестоковой паузы выключателей 10, 11 нагрузки на поврежденном участке линии, контроля выполнения отключений выключателей 10, 11 нагрузки и включения головного выключателя 9 с восстановлением напряжения на всех, кроме поврежденного, участках линии, в том числе за счет автоматических переключений на подстанциях и узлах секционирования средствами АВР с контролем выполнения этих автоматических переключений.
ЛМ 2.1-2.3 выполнены с возможностью передачи в нормальном режиме на ЦУУ 1 сообщений телесигнализации о положении установленных в ячейках коммутационных аппаратов в виде совокупности двоичных символов, характеризующих включенное или отключенное состояние коммутационного аппарата либо его отсутствие в данной ячейке, а при срабатывании чувствительных органов защиты - сообщений телеизмерения, охватывающих значения напряжений и токов прямой, обратной и нулевой последовательностей защищаемых линий, направления мощности, а также сообщений телесигнализации, включающих сообщения о состоянии чувствительных органов защиты.
ЦУУ 1 и ЛМ 2.1-2.3 выполнены на основе микропроцессоров.
Единая резервированная информационная сеть выполнена с использованием волоконно-оптической линии связи, обеспечивающей передачу сообщений телеизмерения и телесигнализации о состоянии выключателей 9-11 участков линий, а также команд для телеуправления ими. При этом часть емкости волоконно-оптической линии связи из не менее четырех волокон, двух основных и двух резервных, предназначена для технологических целей, а остальная емкость, от двух до восьми
волокон, - для доставки мультимедийного контента по технологии «последней мили» FTTC (Fiber to the Curb), предусматривающей подведение оптоволокна в распределительный шкаф, находящийся в доме абонента.
ЛМ 2.1-2.3 выполнены с возможностью при неисправности в единой резервированной информационной сети самостоятельного выполнения функции защит ближнего и дальнего резервирования с использованием собственной информации о состоянии присоединений.
Работу предложенной централизованной защиты можно рассмотреть на примере КЗ верхней линии, отходящей от ТП 6 (фиг.2).
Длительность провала напряжения, обусловленного известными алгоритмами релейной защиты с относительной селективностью и действием автоматики без использования сети связи, может достигать нескольких секунд (см. линия 1, фиг.2).
Последовательность действий предложенной системы централизованной защиты:
- при возникновении КЗ происходит передача информации о необходимости отключения КЗ на головной выключатель 9;
- выполняется проверка достоверности получаемых данных;
- происходит отключение головного выключателя 9 (время отключения см. линия 2, фиг.2);
- за время бестоковой паузы происходит отключение выключателя 10 нагрузки, происходит обмен информацией между ЛМ 2.1-2.3 и ЦУУ 1;
- осуществляется контроль выполнения команды от ЦУУ 1 по блок-контактам выключателя 9 и показаниям датчиков тока и напряжения отключаемой ветви;
- происходит включение головного выключателя 9 и восстановление напряжения на всех участках линии, кроме поврежденного.
В результате глубина провала для всех потребителей составит 100%, но длительность провала не превысит 0,5 с.
Сообщение телесигнализации с ТП 6-8 содержит в себе информацию, например, о положении 5-ти коммутационных аппаратов, установленных в ячейках РУ ВН силового трансформатора, ввода, отходящей линии, и в общем случае имеет вид: ХХХХX. При этом в составе сообщения телесигнализации состояние каждого коммутационного аппарата в том или ином режиме ТП отображаются «1» (включен) или «0» (выключен либо отсутствует в данной ячейке). В ЦУУ 1 выполняется достоверизация получаемой информации.
Аналогичным образом передается информация о состоянии пусковых органов защиты. Например, при КЗ на отходящей от ТП 6 верхней линии (I секции шин) (фиг.2), в ЦУУ 1 поступает информация о срабатывании пусковых органов защит РП 5, ТП 8 («1») и несрабатывании пусковых органов защит ТП 6 I и II секций шин, ТП 7 («0»). По полученной информации в ЦУУ 1 не будет сформирован сигнал на отключение выключателя 9 на питающей подстанции (РП) 5, т.к. на отходящей от ТП 6 верхней линии (I секции шин) пусковые органы не сработали («0»), а на нижней линии (II секции шин) сработал пусковой орган ТП 8 («1»), а пусковой орган ТП 6 не сработал («0»).
В данном случае применен метод накапливания получаемой информации: в ЦУУ 1 сравниваются несколько идущих друг за другом сообщений с целью выявления действительного состояния сети. В итоге будет получено состояние сети с отображением истинных состояний пусковых органов всех выключателей, в частности для пускового органа отходящей от ТП 6 верхней линии (I секции шин) будет зафиксировано состояние «1», а для пускового органа ТП 8 - состояние «0».
При телеизмерениях в нормальном режиме ЛМ 2.1-2.3 передают в ЦУУ 1 только сообщения ТС. При срабатывании чувствительных органов защиты ЛМ 2.1-2.3 переводятся в режим передачи сообщений
телеизмерения. При этом в ЦУУ 1 передаются значения токов прямой, обратной и нулевой последовательностей фидера, значения напряжений прямой, обратной и нулевой последовательностей на шинах подстанции.
Таким образом, концепция сетевого подхода, использованная при создании данной системы централизованной защиты сети электроснабжения, позволяет повысить эффективность и надежность ближнего и дальнего резервирования защиты.