Устройство защиты генератора и защиты при объединении сетей REG615 IEC

Рисунок 1. Передняя панель REG615 с маленьким (слева) и большим (справа) дисплеями.

REG615 – компактное устройство защиты генератора. Поддерживает стандарт МЭК 61850 связи на подстанциях и возможности взаимодействия устройств автоматизации подстанции, включая МЭК 61850-9-2 LE и Редакцию 2, обеспечивающих существенные преимущества в плане расширения возможности взаимодействия. Кроме того, REG615 поддерживает протокол постоянного резервирования (PRP) и протокол «бесшовного резервирования высокой доступности» (HSR), а также протоколы DNP3, МЭК 60870-5-103 и Modbus®. При использовании интерфейсного модуля SPA-ZC 302, также может использоваться Profibus DPV1.

REG615 относится к продуктовой линейке Relion® 615 устройств защиты и управления.

• модульная конструкция для быстрой установки и тестирования
• большой выбор функциональных возможностей для защиты синхронных генераторов и для защиты точек подключения установок распределенной генерации
• готовые к работе стандартные конфигурации для быстрой и простой настройки с возможностью адаптации
• защита генератора, включая защиту 100% обмотки статора от замыкания на землю,
  дифференциальную защиту генератора и защиту от асинхронного режима
• новейшая защита при объединении сетей, отвечающая самым высоким электросетевым стандартам для повышения устойчивости и надежности работы энергосистемы
• поддержка Редакции 2 и Редакции 1 МЭК 61850, включая обмен сообщениями по протоколам HSR и PRP, по технологии GOOSE и протоколу IEC 61850-9-2 LE для уменьшения количества проводных соединений и контроля связи
• IEEE 1588 V2 для точной синхронизации по времени и максимального использования преимуществ связи по Ethernet на уровне подстанции
• большой графический дисплей для отображения однолинейных схем, доступ к которому осуществляется локально либо дистанционно через веб-ИЧМ.

Назначение

REG615 – устройство, предназначенное для защиты генератора. Устройство выполняет защиту, управление, измерение и контроль генераторов и точек подключения установок распределенной генерации в распределительных сетях и на промышленных предприятиях. Имеется три стандартных конфигурации REG615: две предназначены для защиты генератора, а одна – для защиты при объединении сетей. Как устройство защиты генератора, REG615 включает защиту при пуске и нормальном режиме работы генератора и двигателя, обычно на малых и средних дизельных и газовых электростанциях, гидроэлектростанциях и парогазотурбинных электростанциях.
Как устройство защиты при объединении сетей, REG615 обеспечивает устойчивую и надежную работу энергосистемы при увеличении количества и мощности установок распределенной генерации, напрямую подключенных к энергосистеме. REG615 осуществляется постоянный контроль установок распределенной генерации, таких как солнечные и ветроэлектростанции, для определения момента, когда их необходимо отключить от сети, а также для обнаружения их отключения от сети.

Существует три стандартных конфигурации - A, C и D.

Стандартная конфигурация A предназначена для защиты при объединении сетей, управления, измерения и контроля точки присоединения системы распределенной генерации к энергосистеме. Стандартные конфигурации C и D предназначены для защиты, управления, измерения и контроля небольших или средних генераторов, применяемых на дизельных и газовых электростанциях, гидроэлектростанциях и парогазотурбинных электростанциях.

Основные параметры

Описание

REG615 - специальное интеллектуальное устройство защиты генератора и защиты при объединении сетей, предназначенное для применения в различных областях генерации электроэнергии.

REG615 принадлежит к семейству устройств Relion® компании АББ и входит в число устройств релейной защиты и автоматики серии 615. Отличительной особенностью интеллектуальных устройств серии 615 является их компактность и модульное исполнение.

Разработанная «с нуля» серия 615 предназначена для реализации всего потенциала стандарта МЭК 61850 в части обмена информацией и функционального взаимодействия устройств автоматизации станции. После того как в устройстве стандартной конфигурации будут выставлены уставки для конкретного применения, оно может быть сразу же введено в работу.

Устройство защиты генератора обеспечивает основную защиту небольших генераторов. REG615 также используется в качестве резервной защиты генераторов средней мощности в случаях, когда требуется независимая резервная система защиты. Устройство защиты при объединении сетей обеспечивает основную защиту, отвечающую требованиям сетевых кодексов по подключению к энергосистеме устройств распределенной генерации.

Интеллектуальные электронные устройства (ИЭУ) серии 615 поддерживают различные протоколы обмена данными, включая МЭК 61850 с поддержкой Редакции 2, шину процесса согласно МЭК 61850-9-2 LE, МЭК 60870-5-103, Modbus® и DNP3. Протокол Profibus DPV1 поддерживается в случае использования преобразователя протоколов SPA-ZC 302.

Рисунок 2. Обзор функций REG615 (конфигурация A).

Стандартные конфигурации

Устройство REG615 имеет три стандартных конфигурации. Стандартная конфигурация сигналов может быть изменена при помощи матрицы сигналов или графических прикладных функций программы Protection and Control IED Manager PCM600. Кроме того, программа конфигурирования логики приложений PCM600 поддерживает создание многоуровневых логических функций с использованием различных логических элементов, в том числе таймеров и триггеров. Комбинируя функции защиты с логическими функциональными блоками, конфигурацию устройства можно адаптировать к требованиям заказчика в зависимости от конкретного применения.

Устройство защиты поставляется от производителя со стандартными подключениями, описанными в функциональных схемах: это подключения дискретных входов, дискретных выходов, связей между функциями и светодиодов аварийной сигнализации. Некоторые поддерживаемые в REG615 функции необходимо добавить при помощи Инструмента конфигурации приложений, чтобы они стали доступны в Матрице Сигналов и в устройстве. Положительным направлением при измерении направленных функций защиты считается направление к шине.

Рисунок 3. Обзор функций REG615 (конфигурация C).

Функции защиты

Интеллектуальное устройство защиты генератора имеет широкий спектр функциональных возможностей для защиты синхронных генераторов и их первичных двигателей от повреждений в зоне действия защиты и от аварийных ситуаций во внешних системах.

Основной функцией стандартной конфигурации D является дифференциальная защита. Основной функцией стандартной конфигурации C - защита обмотки статора от замыканий на землю на базе контроля третьей гармоники, дополняющая другие защиты от замыканий на землю.

В ИЭУ защиты генератора также имеется защита от обратного направления мощности и направленная защита от повышения мощности в случае превышения установленной мощности генератора, а также защита генератора от работы в двигательном режиме. Функция защиты от снижения мощности защищает генераторы и первичные двигатели от воздействия слишком малой выходной мощности.

Специальная функция защиты предназначена для обнаружения потери синхронизма (состояния асинхронного хода) между генератором и остальной энергосистемой. Устройство защиты генератора также включает в себя резервную максимальную токовую защиту, токовую защиту с пуском по напряжению.

В стандартной конфигурации D - направленную МТЗ, а в стандартной конфигурации C - защиту от понижения полного сопротивления. Защита от перевозбуждения (U/f) защищает генераторы от чрезмерной плотности магнитного потока. Защита от недовозбуждения (X<) защищает синхронную машину от недовозбуждения или потери возбуждения. В стандартные конфигурации C и D, предназначенные для защиты генератора, также включены защиты с контролем частоты и напряжения, защита от тепловой перегрузки и несимметрии фаз.

Рисунок 4. Обзор функций REG615 (конфигурация D).

Устройство, предназначенное для защиты при объединении сетей и источников распределенной генерации, - это стандартная конфигурация А, в которой основными функциями являются функция переключения питания при понижении напряжения, защита по направлению реактивной мощности с пуском по напряжению (QU) и защита от качания по напряжению.

Основные функции устройства защиты при объединении сетей используются для поддержки устойчивости энергосистемы и для обнаружения секционирования. Эта защита позволяет проводить мониторинг распределенной генерации при понижении напряжения или при повреждении, чтобы определить необходимость и момент отключения от энергосистемы.

Защита от качания по напряжению обнаруживает начало режима нарушения устойчивости за счет постоянного измерения периода цикла напряжения и может быть дополнена защитой по частоте и защитой на основе контроля напряжения. Кроме того, стандартная конфигурация А включает в себя направленную максимальную токовую защиту, направленную защиту от замыканий на землю, защиту от обратного направления мощности и направленную защиту от превышения мощности.

Для стандартной конфигурации входы RTD/мА предлагаются в качестве опции. Они могут использоваться с функцией защиты широкого назначения для отключения и сигнализации. Защита широкого назначения использует измеренные данные от RTD/мА входов или аналоговые величины по профилю GOOSE.

Усовершенствованное за счет применения дополнительного оборудования и программного обеспечения, устройство также оснащено тремя каналами датчиков света для дуговой защиты выключателя, ошиновки и кабельного отсека комплектного распределительного устройства в металлическом корпусе.

Интерфейс датчиков дуговой защиты установлен в модуле связи, который можно заказать дополнительно. Быстрое отключение повышает уровень безопасности персонала и ограничивает размер материального ущерба в распределительном устройстве при возникновении дугового замыкания. Дополнительно можно выбрать модуль дискретных входов/выходов с тремя быстродействующими дискретными выходами (HSO), которые позволят еще уменьшить общее время срабатывания на 4 - 6 мс по сравнению с обычными сильноточными выходами.

Применение

Стандартная конфигурация A предназначена для применения в точке присоединения к сети системы распределенной генерации. Она гарантирует устойчивость и надежность работы системы в соответствии с действующим электросетевым кодексом и определяет необходимость и момент отключения от энергосистемы в соответствии с заданными уставками. Типичным примером источника распределенной генерации является ветряная или солнечная электростанция, но это также может быть теплоэлектростанция и гидроэлектростанция.

Стандартная конфигурация A не предназначена для одновременного использования всех функциональных возможностей устройства. Функции направленной защиты от замыканий на землю необходимо добавить при помощи Инструмента Конфигурации Приложений (ACT). Для обеспечения работоспособности устройства загружаемая пользовательская конфигурация проверяется с использованием Инструмента Конфигурации Приложений в системе PCM600.

Стандартные конфигурации C и D предназначены для защиты синхронного генератора, а в зону защиты попадает генератор, система возбуждения и первичный двигатель. Типичный пример применения: подключенные параллельно дизельные или газовые генераторы и обычный повышающий трансформатор, но это также может быть блок генератор-трансформатор.

Для защиты генераторов средней мощности может потребоваться независимая резервная система защиты или системе защиты в целом может потребоваться более одного устройства защиты. Существуют различные принципы заземления, и выбор принципа заземления зависит от требований системы, в которой находится генератор. Защита от замыканий на землю зависит, в целом, от используемого принципа заземления.

Функции измерения

Устройство непрерывно измеряет фазные токи и напряжения, симметричные составляющие токов и напряжений ток, а также ток и напряжение нулевой последовательности. Устройство также вычисляет усредненное значение тока за определенный пользователем заданный интервал времени, тепловую перегрузку защищаемого объекта и коэффициент несимметрии фаз на основе соотношения между токами обратной и прямой последовательности. Кроме того, предусмотрены функции трехфазного измерения мощности и электроэнергии, включая коэффициент мощности.

Устройство защиты генератора и защиты при объединении сетей имеет возможность настройки по частоте, что задается соответствующим параметром. Настройка по частоте позволяет функциям защиты и измерения работать в большом диапазоне частот, от 0,2 до 1,4 × Fном, используя для отслеживания частоты сети три входа фазного напряжения.

Доступ к измеряемым величинам осуществляется локально через интерфейс пользователя на передней панели реле или удаленно через интерфейс связи устройства. Измеряемые величины также доступны локально или удаленно через веб-ИЧМ.

В ИЭУ имеется регистратор параметров нагрузки. Функция регистрации параметров нагрузки позволяет сохранить данные за определенный период времени (интервал усреднения измеряемой нагрузки). Записи сохраняются в формате COMTRADE.

Самодиагностика

Встроенная система самодиагностики (IRF) устройства постоянно отслеживает состояние оборудования и работу программного обеспечения. При выявлении любого внутреннего повреждения или неправильного срабатывания выдается сигнал.

При устойчивом состоянии неисправности ИЭУ функции защиты блокируются для предотвращения неправильного срабатывания.

Конфигурации A

Конфигурации C

Конфигурации D

Рисунок 5. Входы и выходы REG615.

Входы и выходы

В зависимости от выбранной стандартной конфигурации ИЭУ имеет три или шесть входов фазного тока и один вход тока нулевой последовательности, три входа фазного напряжения и один вход напряжения нулевой последовательности, который используется для контроля синхронизма или для защиты обмотки статора от замыканий на землю на основе контроля третьей гармоники в зависимости от стандартной конфигурации.

Входы фазных токов рассчитаны на номинальный ток 1/5 A. По желанию можно заказать два дополнительных входа тока нулевой последовательности, т. е. 1/5 A или 0,2/1 A. Вход на 0,2/1 A обычно используется в случаях, когда требуется применение чувствительной защиты от замыканий на землю и используются трансформаторы тока нулевой последовательности. Три входа фазного напряжения и вход напряжения нулевой последовательности рассчитаны на номинальное напряжение 60...210 В. К ним могут подключаться как линейные, так и фазные напряжения.

Вход фазного тока на 1 A или 5 A, вход тока нулевой последовательности на 1 A или 5 A либо на 0,2 A или 1 A, а также номинальное напряжение входа напряжения нулевой последовательности выбираются в устройстве программным способом. Кроме того, пороговые значения срабатывания дискретных входов выбираются при помощи уставок в диапазоне 16…176 В пост. тока.

Все контакты дискретных входов и выходов конфигурируются произвольно при помощи инструмента матрицы сигналов в PCM600.

Модуль дискретных входов и выходов также можно заказать отдельно. В модуле предусмотрены три быстродействующих дискретных выхода (HSO), которые позволят дополнительно уменьшить общее время срабатывания на 4...6 мс по сравнению с обычными сильноточный выходами.

Локальный ИЧМ

Устройство можно заказать с дисплеем большого или малого размера. Дисплей большого размера используется в системах релейной защиты, в которых часто используется передняя панель и требуется однолинейная схема. Дисплей малого размера применяется для подстанций с дистанционным управлением, где локальный доступ к устройству через интерфейс пользователя на передней панели осуществляется по мере необходимости.

Оба дисплея обеспечивают полноценную функциональность интерфейса пользователя на передней панели с навигацией по меню и окнам. Однако большой экран предлагает более широкие возможности использования лицевой панели, поскольку в этом случае меньше требуется прокрутка пунктов меню и отображается более значительный объем информации. Кроме того, на большом экране отображается конфигурируемая пользователем однолинейная схема (SLD) с индикацией положения соответствующего первичного оборудования.

В зависимости от выбранной стандартной конфигурации интеллектуальное устройство отображает не только однолинейную схему, но и соответствующие значения измерений. Доступ к однолинейной схеме также может осуществляться с использованием интерфейса пользователя на базе веббраузера. Однолинейная схема может изменяться в соответствии с требованиями пользователя при помощи Редактора Графических Изображений (GDE) в PCM600. Пользователь может создать до 10 страниц однолинейных схем.

На локальном ИЧМ имеется переключатель местного/ дистанционного управления интеллектуальным устройством - L/R. Когда устройство находится в режиме местного управления, то управление устройством может осуществляться только с использованием местного интерфейса пользователя, расположенного на лицевой панели. Когда ИЭУ находится в режиме дистанционного управления, оно может выполнять команды, отправленные дистанционно.

Устройство поддерживает возможность удаленного выбора режима местного/ дистанционного управления через дискретный вход. Данная функция упрощает, например, использование внешнего выключателя на подстанции для того, чтобы все устройства во время технического обслуживания находились в режиме местного управления, и включение/ выключение выключателей не могло выполняться дистанционно из центра управления сетью.

Способы монтажа устройств

Устройства могут монтироваться в любом стандартном 19-дюймовом релейном шкафу с помощью 19-дюймовых монтажных панелей с готовыми вырезами под одно или два ИЭУ.Как вариант, устройства могут монтироваться в 19-дюймовые релейные шкафы при помощи рам 4U Combiflex.

Для проведения типовых испытаний в корпус устройства может устанавливаться испытательный блок RTXP 18, который монтируется рядом с корпусом устройства.

Утопленный монтаж

Полуутопленный монтаж

Полуутопленный монтаж с наклоном 25º

Рисунок 6. Варианты монтажа REF615.

Варианты монтажа:

• утопленный монтаж;
• полуутопленный монтаж;
• полуутопленный монтаж с наклоном 25°;
• монтаж в стойке;
• настенный монтаж;
• монтаж на 19-дюймовую раму;
• монтаж с испытательным блоком RTXP 18 в 19- дюймовую стойку.