Современные технологии построения цифровых систем защит электрической сети 20 кВ с резистивно-заземленной нейтралью

1.

Современные технологии построения
цифровых систем защит
электрической сети 20 кВ
с резистивно-заземленной нейтралью
А.В. Майоров

2.

Постановка задачи
• Системы защит сети 20 кВ разрабатывались на основе
традиционных решений, принятых для сети 6-10 кВ с
изолированной нейтралью, что не отвечает современным
требованиям
• Время работы максимальной токовой защиты (МТЗ) составляет
1,7-2 секунды. Время обесточения потребителей в цикле АВР
(ЗМН) достигает 16 секунд
• Увеличение единичных мощностей и большая разветвлённость
сети 20 кВ требует применения новых решений в части
обеспечения селективности отключения повреждённого участка
• Добавление новых присоединений приводит к росту ступеней
защит и увеличению времени отключения
• Возможности применения традиционных схем с использованием
МТЗ для распределительных сетей практически исчерпаны
2

3.

Постановка задачи
Необходимость создания замкнутых кольцевых схем для
обеспечения непрерывности электроснабжения сети 20 кВ требует
пересмотра существующей системы построения защит и элементов
противоаварийной автоматики
Применение новых подходов и разработка новых алгоритмов для
электрической сети 20 кВ в условиях Мегаполиса с функцией
резервирования, а также использование высокоскоростных каналов
передачи данных позволяют рассматривать устройства защит не как
локальные устройства, а как единую комплексную систему
3

4.

Направления развития систем защиты и автоматики,
актуальные для электрической сети 20 кВ
1. Повышение быстродействия отключения повреждений в сети до
времени 0,1 секунды
2. Увеличение допустимого количества независимых селективных зон
питающей части электрической сети для быстрой локализации и
выделения повреждённого участка
4. Сохранение в работе максимального количества потребителей
запитанных от трансформаторных подстанций не имеющих силовых
выключателей и устройств защиты в распределительной сети
5. Разработка технических решений, допускающих наличие режима
многостороннего питания
6. Повышение быстродействия возобновления электроснабжения
4

5.

Существующие технические решения в части систем защиты
и управления
МТЗ
ТЗНП
МТЗ
ТЗНП
tсз=1,4
tсз=0,7
Питающий центр
tсз=1,7
tсз=1,0
МТЗ
ТЗНП
МТЗ
ТЗНП
tсз=1,1
tсз=0,4
tсз=0,8
tсз=0,1
Недостатки:
Время отключения повреждения в
питающей сети достигает 1,7
секунд
Неприменима для режима
многостороннего питания
(наличия распределенной
генерации)
МТЗ
Ограниченность допустимых
селективных зон
(последовательного подключения
распределительных подстанций)
tсз=0,5
Нагрузка
5

6.

Применение дифференциальных защит с абсолютной
селективностью
Преимущества
Техническое решение
ПЦ
ДЗЛ
МТЗ
ТЗНП
tсз=0,9 сек tсз=0,6 сек
tсз=0 сек
МТЗ
ДЗШ РП
tсз=0,6 сек
tсз=0 сек
ТЗНП
ДЗЛ
tсз=0,3 сек
tсз=0 сек
Повышение быстродействия отключения
повреждения в сети
Повышение максимально допустимого
количества независимых селективных зон
срабатывания (возможность дополнительного
последовательного подключения
распределительных пунктов)
МТЗ
ДЗШ РП
tсз=0,3 сек
tсз=0 сек
ТЗНП
tсз=0 сек
К нагрузкам
ТП
Возможность функционирования в режиме
многостороннего питания
6

7.

Возможность передачи внешних сигналов и телеотключения
на противоположный конец линии
ТТ1
ЛЭП- 20 кВ
ТТ2
В -2
ТН2
ТН1
Ведущий
ВОЛС
Ведомый
Основной канал связи
Резервный канал связи
Телеотключение
Сигнал 1
Сигнал 1
7

8.

Программные функции микропроцессорных устройств
Дифференциальная защита линии с торможением
Трехступенчатая ненаправленная МТЗ (резервная защита)
Защита от несимметричного режима (обрыва фаз)
Блокирование при насыщении трансформаторов тока
8

9.

Особенности реализации
Пофазное вычисление дифференциального тока
Улучшение условий работы трансформаторов тока
Характеристика срабатывания с торможением
Отстройка от КЗ на ответвлениях
Цифровое выравнивание коэффициентов трансформации
трансформаторов тока
Контроль исправности токовых цепей
Обнаружение повышенного дифференциального тока
9

10.

Энергоснабжение участка сети ММДЦ Москва-Сити
10

11.

Применение Автоматики Перестроения Сети (АПС)
Устройство
защиты в РП
Устройство
защиты в РП
УСО +
Датчик
КЗ
TV
АПС
УСО +
Датчик
КЗ
TV
АПС
СП
СП
УСО +
Датчик
КЗ
УСО +
Датчик
КЗ
ТП
УСО +
Датчик
КЗ
ТП
УСО +
Датчик
КЗ
ТП
УСО +
Датчик
КЗ
ТП
УСО +
Датчик
КЗ
ТП
УСО +
Датчик
КЗ
УСО +
Датчик
КЗ
УСО +
Датчик
КЗ
ТП
УСО +
Датчик
КЗ
УСО +
Датчик
КЗ
УСО +
Датчик
КЗ
УСО +
Датчик
КЗ
УСО +
Датчик
КЗ
Повышение
наблюдаемости
распределительной
определение поврежденного участка)
сети
(автоматическое
Сохранение в работе максимального количества потребителей
11

12.

Централизованная логическая защита сети (ЛЗС)
ПЦ1
ПЦ2
Повышение
наблюдаемости питающей
сети
(автоматическое
определение
поврежденного участка)
УСО110
ЛЗС
Q110
АВР 1 пояс
УСО210
УСО120
Q120
Q310
УСО220
Многоступенчатый УРОВ
и АВР
Q210
УСО21i
УСО31i
Q21i
УСО – устройство сопряжения
с объектом
Q31i
УСО410
УСО310
УСО22i
Q22i
Q32i
АВР 2 пояс
УСО32i
АВР 3 пояс
УРОВ
–
резервирования
выключателя
устройство
при отказе
АВР – автоматический ввод
резерва
12

13.

Цифровая резервная защита распределительной сети
ПЦ1
ПЦ2
ПРС
Система резервных защит
последнего поколения.
Используется информации
от ТТ и ТН своего
присоединения, а также
информации от
нижестоящих защит
ПРС
ПКЛ
ПРС
ПРС
ПРС
РТП
Потребитель
ПРС
ПРС
Потребитель
ПРС
Принципиальная отстройка
от повреждения в каналах
связи за счет
распределенной
архитектуры
ТП
ПРС
ПРС
Потребитель
Потребитель
ПРС – процессор
распознавания ситуаций
ТП
Потребитель
13
Потребитель

14.

ВЫВОДЫ:
Внедрение
дифференциальных
защит
Сокращение времени отключения повреждения в сети
Повышение допустимого количества селективных зон
Применимо для режима многостороннего питания сети
Автоматика
перестроения
сети
Повышение наблюдаемости распределительной сети
Тиристорный
АВР
Сокращение времени возобновления электроснабжения
Логическая
защита сети
Сохранение в работе максимального количества потребителей
Повышение наблюдаемости питающей сети
Многоступенчатый УРОВ и АВР
14

15.

15