Интеллектуальное электронное устройство управления, защиты и автоматики фидера REF620 (МЭК)

Рисунок 1. Передняя панель REF615.

Устройство REF620, которое уже имеет впечатляющий портфель защит от замыканий на землю, получило дополнительную уникальную защиту с контролем комплексной проводимости нейтрали в широком частотном диапазоне для повышения чувствительности и селективности. Теперь защиты от замыканий на землю может использоваться при любых типах замыканий на землю: длительных, переходных и перемежающихся, и заключает в себе одновременно чувствительность и надежность. Теперь в устройстве REF620 также есть определитель места повреждения (фолт-локатор), который определяет местонахождение коротких замыканий в радиальных сетях и замыканий на землю в сетях с эффективно заземленной нейтралью, а также нейтралью, заземленной через низкое сопротивление.

Для дальнейшего повышения устойчивости и надежности работы энергосистемы введен в действие пакет обеспечения взаимодействия. Есть и другие дополнения, такие как пакет защит батареи статических конденсаторов для одной батареи или для двух батарей, соединенных по схеме звезды, в сетях с компенсированной или изолированной нейтралью, направленная защита по мощности (для применения в качестве основной защиты двигателя), а также высокоомная дифференциальная защита шин.

REF620 обеспечивает реальную поддержку стандарта МЭК 61850 для связи на подстанциях, предусматривая связь с системой верхнего уровня и горизонтальную связь между устройствами, включая обмен дискретными и аналоговыми сигналами по технологии GOOSE; теперь также поддерживается МЭК 61850-9-2 LE и Редакция 2, что обеспечивает существенные преимущества с точки зрения расширения взаимодействия. REF620 поддерживает протокол постоянного резервирования (PRP) и протокол бесшовного резервирования высокой доступности HSR, наряду с такими протоколами как DNP3, МЭК 60870-5-103 и Modbus®. При использовании преобразователя SPA-ZC 302 можно также использовать протокол Profibus DVP1.

Преимущества:

• съемный блок для быстрой установки и испытаний;
• широкий диапазон функций защиты и управления с использованием как датчиков, так и традиционных измерительных трансформаторов;
• несколько дополнительных пакетов функций (защита при объединении сетей для распределенной генерации, защита батареи конденсаторов, основная защита двигателя и дуговая защита);
• усовершенствованная функция быстрого определения места короткого замыкания или замыкания на землю;
• поддержка редакций 1 и 2 стандарта МЭК 61850, включая протоколы HSR и PRP, обмен сообщениями по технологии GOOSE и протоколу МЭК 61850-9-2 LE для уменьшения количества проводных соединений и контроля связи;
• большой графический дисплей для отображения настраиваемых однолинейных схем (SLD), доступ к которым возможен как локально, так и через ИЧМ на основе веб-браузера.

Назначение

REF620 обеспечивает максимальную токовую защиту и защиту от замыканий на землю фидеров электростанций и промышленных распределительных сетей. Устройство подходит для использования в сетях с изолированной, компенсированной нейтралью и с нейтралью, заземленной через высокое активное сопротивление. Кроме того, ввиду широких возможностей связи между подстанциями, устройство также может применяться для защиты кольцевых и сложных распределительных сетей, а также сетей радиальной конфигурации.

Устройство REF620 может использоваться в схемах с одинарной или двойной системой шин, с одним или двумя выключателями, а также в схемах с большим количеством коммутирующих устройств. Оно поддерживает значительное количество разъединителей и заземляющих ножей с ручным управлением и с приводом и способно контролировать большие конфигурации. Количество управляемых устройств зависит от количества входов и выходов, оставшихся незадействованными другими функциями. Количество входов/выходов можно увеличить за счет применения приставки входов/выходов RIO600.

Устройство предлагает широкие возможности настройки конфигураций под требования конкретного применения. Инструментарием для всех устройств Relion является программное обеспечение Protection and Control IED Manager PCM600, которое содержит все необходимые инструменты для конфигурирования устройства, включая его функциональность, параметризацию, ИЧМ и связь.

REF620 — это идеальное устройство релейной защиты и автоматики для применения в новейших схемах фидеров. Для совершенствования дуговой защиты и минимизации воздействия дуговых замыканий, устройства серии 620, заказанные с функцией дуговой защиты, могут оснащаться платой быстродействующих входов/выходов, срабатывающих за одну миллисекунду.

Основные параметры

Описание

REF620 представляет собой специализированное реле управления фидером, предназначенное для защиты, управления, измерений и контроля в энергосистемах общего пользования и промышленных энергосистемах, включая радиальные, кольцевые и замкнутые сети с распределенной генерацией или без нее. REF620 также можно использовать для защиты фидеров, в том числе двигателей и батарей конденсаторов.

Кроме того, в REF620 предусмотрена функция защиты при объединении сетей, используемая в системах с распределенной генерацией, например, при подключении к энергосистеме ветрогенераторов или солнечных панелей. Также в REF620 предусмотрена функция высокоомной защиты шины. REF620 принадлежит к семейству изделий релейной защиты и автоматики Relion® компании ABB и входит в число устройств серии 620.

Устройства серии 620 характеризуются возможностью функционального расширения и модульным исполнением. Серия 620 предназначена для реализации всего потенциала стандарта МЭК 61850 в части обмена информацией и функционального взаимодействия устройств автоматизации подстанций.

Устройства серии 620 поддерживают широкий диапазон протоколов связи, в том числе МЭК 61850 с поддержкой редакции 2, шину процесса в соответствии с МЭК 61850-9-2 LE, МЭК 60870-5-103, Modbus® и DNP3. Протокол связи Profibus DPV1 поддерживается с помощью преобразователя протоколов SPA-ZC 302.

Стандартные конфигурации

Интеллектуальные устройства серии 620 имеют стандартные конфигурации, которые могут использоваться в качестве примеров по настройке ИЭУ серии 620 с применением различных функциональных блоков. Стандартные конфигурации не предназначены для реального применения конечными пользователями. Конечному пользователю всегда необходимо создать собственную конфигурацию при помощи инструмента конфигурации приложений. Однако стандартная конфигурация может использоваться в качестве отправной точки при внесении изменений с учетом конкретных требований.

Имеется две стандартные конфигурации REF620:

• конфигурация A с традиционными трансформаторами тока и напряжения;
• конфигурация B с датчиками тока и напряжения.

Конфигурация с входами традиционных измерительных трансформаторов

Конфигурация и с входами датчиков

Рисунок 2. Обзор функций REF620.

Стандартная конфигурация A с трансформаторами предусматривает больше измерений напряжения и имеет больше входов-выходов, чем конфигурация B, что расширяет возможности ее применения в системах.

Стандартная конфигурация может быть изменена с помощью графической матрицы сигналов или графических прикладных функций инструмента управления ИЭУ защиты и управления в составе PCM600. Кроме того, программа редактирования конфигурации логики в PCM600 поддерживает создание многоуровневых логических функций с помощью различных логических элементов, таких как таймеры и триггеры. Комбинируя функции защиты с логическими функциональными блоками, конфигурацию устройства можно адаптировать к требованиям заказчика в зависимости от конкретного применения.

Функции защиты

В базовых конфигурациях устройств REF620 предусмотрен широкий набор функций защиты, благодаря которым ИЭУ пригодно для использования в различных основных фидерных системах. Устройство обеспечивает направленную и ненаправленную максимальную токовую защиту и защиту от тепловой перегрузки, а также направленную и ненаправленную защиту от замыканий на землю. В дополнение к направленной защите от замыканий на землю может использоваться защита от замыканий на землю на базе контроля комплексной проводимости, высших гармоник и активной мощности.

Кроме того, к функциям устройства относятся чувствительная защита от замыканий на землю, защита от обрыва фаз, защита от перемежающихся замыканий на землю, защита от повышения/понижения напряжения, защита от повышения напряжения нулевой последовательности, защита от понижения напряжения прямой последовательности, а также защита от повышения напряжения обратной последовательности.

Дополнительно в реле имеется защита по частоте, в том числе защита от повышения частоты, защита от понижения частоты, а также защита по скорости изменения частоты. Устройство также имеет функцию трехфазного многократного АПВ воздушных линий.

В стандартном содержимом дополнительно предусмотрена защита от замыканий на землю с контролем комплексной проводимости в широком частотном диапазоне, которая обеспечивает избирательную направленную защиту от замыканий на землю в сетях с нейтралью, заземленной через высокое полное сопротивление. Принцип действия основан на измерении комплексной проводимости нейтрали в широком частотном диапазоне с использованием составляющих основной частоты и гармоник в 3U_o и 3I_o.

Эти функции необходимы при различных способах физического заземления нейтрали. В REF620 благодаря специальному алгоритму фильтрации направленность повреждения достоверно определяется даже в случае переходных/повторных замыканий на землю. Одна функция устройства обеспечивает надежность и чувствительность защиты от низко- и высокоомных замыканий на землю, а также от переходных и перемежающихся или повторных замыканий на землю.

REF620 также может обеспечивать различные варианты защиты в других системах, помимо базовых входящих или исходящих фидеров. Устройство поддерживает защиту шины на базе высокого импеданса и функции контроля цепей измерения, что позволяет использовать фидерное устройство также для защиты шин. По желанию заказчика, в состав может входить пакет функций, предоставляющих направленную защиту по активной и реактивной мощности, что позволяет иметь защищенный фидер также и для двигателей.

Кроме того, поставляемый по отдельному заказу пакет защиты батареи конденсаторов включает в себя функции защиты батареи конденсаторов от перегрузки, несимметрии и резонанса, обеспечивая защиту батарей конденсаторов, подключенных по схеме одиночной или двойной звезды с изолированной или компенсированной нейтралью.

Более того, по отдельному заказу в состав устройства может быть включен пакет функций защиты при объединении сетей, таких как функция переключения питания при понижении напряжения, направленной защиты при понижении реактивной мощности (QU) и защиты от качания по напряжению.

Этот поставляемый по желанию заказчика прикладной пакет вместе с базовыми функциональными возможностями устройства может использоваться в системах с распределенной генерацией мощности, таких как ветрогенераторы или солнечные панели, чтобы определять, когда требуется подключать, а когда — отключать средства распределенной генерации от энергосистемы в соответствии с различными сетевыми кодексами энергосистем.

Усовершенствованное за счет применения дополнительного оборудования и программного обеспечения, ИЭУ также оснащено тремя датчиками света 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 сильноточный выходами.

Функции управления

REF620 содержит функции управления выключателями, разъединителями и заземляющими ножами через переднюю панель ИЧМ или с помощью дистанционного управления. В состав устройства входят три блока управления выключателем. Помимо функционального блока управления выключателем, в устройстве имеется еще четыре функциональных блока, предназначенных для управления приводом разъединителей или тележкой выключателя. Более того, в устройстве имеется три блока управления, предназначенных для управления приводом заземляющего ножа. Еще входят четыре блока индикации положения разъединителя и три блока индикации положения заземляющего ножа, которые используются для разъединителей и заземляющих ножей с ручным управлением.

Для каждого управляемого первичного устройства в ИЭУ должны быть предусмотрены два физических дискретных входа и два дискретных выхода. Число дискретных входов и выходов устройства зависит от выбранной конфигурации аппаратной части. Если количество имеющихся для использования дискретных входов или выходов недостаточно, то возможность подключения к устройству внешнего модуля входов/выходов, например RIO600, позволит увеличить количество дискретных входов и выходов, которые можно использовать в конфигурации.

Дискретные входы и выходы внешнего модуля входов/выходов могут использоваться для приема/передачи менее критичных по времени сигналов. Внешний модуль позволяет освободить некоторые зарезервированные дискретные входы и выходы устройства.

Необходимо проверить соответствие дискретных выходов устройства, выбранных для управления первичным оборудованием, например величину допустимого тока и размыкающей способности. Если требования к цепи управления первичным устройством не выполняются, необходимо использовать внешние промежуточные реле.

ЖКДИЧМ устройства позволяет отображать мнемосхему (SLD) с индикацией положений соответствующего первичного оборудования. Схемы блокировки, необходимые для конкретного применения, конфигурируются с помощью программной утилиты матрицы сигналов или конфигурации приложений в PCM600.

В состав стандартной конфигурации А входит функция контроля синхронизма, которая гарантирует, что напряжение, фазный угол и частота на любой из сторон разомкнутого выключателя отвечают условиям безопасного взаимодействия двух сетей.

Функция контроля синхронизма может также использоваться в стандартной конфигурации B, если используется шина процесса 9-2. По сравнению со стандартной конфигурацией A предусмотрено меньше физических измерений напряжения, поэтому эти измерения напряжения должны считываться с другой стороны выключателя по шине процессов 9-2.

Функция АПВ пытается восстановить подачу электроэнергии посредством включения выключателя, для чего используется пять программируемых попыток АПВ требуемого типа и требуемой длительности. Эта функция может использоваться с любым выключателем, рассчитанным на выполнение последовательности АПВ. Функция АЧР способна выполнить отстройку от нагрузочного режима на основании контроля понижения частоты и по скорости ее изменения.

Входы и выходы

REF620 может измерять токи и напряжения при помощи традиционных трансформаторов тока и напряжения либо при помощи датчиков тока и напряжения. Исполнение ИЭУ с традиционными трансформаторами имеет три входа для фазных токов, один вход для тока нулевой последовательности, три входа для фазных напряжений, один вход для напряжения нулевой последовательности и один вход линейного напряжения для контроля синхронизма.

Кроме входов для измерения тока и напряжения в основную конфигурацию устройства входит 24 дискретных входа и 14 дискретных выходов. Входы фазного тока и входы тока нулевой последовательности имеют номинал 1/5 A, т. е. входы позволяют подключить вторичные трансформаторы тока 1 A либо 5 A. Дополнительный чувствительный вход тока нулевой последовательности 0,2/1 A обычно используется в случае применения чувствительной защиты от замыканий на землю с применением трансформаторов тока нулевой последовательности.

Три входа фазного напряжения и вход напряжения нулевой последовательности рассчитаны на номинальные напряжения в диапазоне 60– 210 В. Могут подключаться как линейные, так и фазные напряжения.

Конфигурация с входами традиционных измерительных трансформаторов

Конфигурация с входами датчиков

Рисунок 3. Входы и выходы REF620.

Исполнение ИЭУ с применением датчиков тока и напряжения имеет три входа для подключения комбинированных датчиков с разъемами RJ-45. В качестве альтернативы комбинированным датчикам могут применяться отдельно датчики тока и датчики напряжения. Кроме того, адаптеры также позволяют использовать датчики с разъемами байонетного типа (Twin-BNC).

В устройстве имеется один дополнительный стандартный вход тока нулевой последовательности 0,2/1 A, который обычно используется в системах с чувствительной защитой от замыканий на землю с применением трансформаторов тока нулевой последовательности Кроме входов для измерения тока и напряжения в основную конфигурацию устройства входит 16 дискретных входов и 14 дискретных выходов.

В качестве опции в состав основной конфигурации устройства входит пустой слот, предназначенный для установки одного из следующих дополнительных модулей.

Первая опция — это дополнительный модуль дискретных входов/выходов, который увеличивает количество входов/выходов устройства на восемь дискретных входов и четыре дискретных выхода. Эта опция особенно необходима при подключении ИЭУ к нескольким управляемым объектам, при этом еще остается место для дополнительных входов и выходов для других сигналов, используемых в конфигурации.

Вторая опция — это дополнительный модуль RTD/мА-входов, позволяет добавить в устройство шесть RTD-входов и два мА-входа, которые требуются при установке дополнительных датчиков для измерения, например, температуры, давления, уровней и т. п., в зависимости от данных, представляющих интерес.

Третья опция — это плата быстродействующих выходов, предоставляющая в том числе восемь дискретных входов и три быстродействующих выхода. Быстродействующие выходы активируются быстрее по сравнению с традиционными механическими выходными реле, что сокращает общее время срабатывания устройства на 4...6 мс в таких критически важных по времени случаях, как дуговая защита. Быстродействующие выходы в устройстве конфигурируются произвольно, и их применение не ограничивается только дуговой защитой.

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

Если количество собственных входов и выходов устройства недостаточно, имеется возможность подключения внешнего модуля входов/выходов, например RIO600, что позволит увеличить количество дискретных входов и выходов, используемых в конфигурации устройства. В этом случае внешние входы и выходы подключаются к устройству по профилю GOOSE протокола МЭК 61850, чтобы добиться более быстрого обмена данными между ИЭУ и RIO600. Подключение дискретных входов и выходов модуля RIO600 к устройству может конфигурироваться в PCM600, после чего может использоваться в конфигурации ИЭУ.

Локальный ИЧМ

Устройство поддерживает процесс мониторинга информации и состояния при помощи локального ИЧМ, на дисплее которого отображаются данные, а также при помощи светодиодов индикации/аварийной сигнализации. Локальный ИЧМ позволяет выполнять операции управления оборудованием, которое подключено к этому устройству и которым это устройство управляет. Команды управления подаются с дисплея или при помощи кнопок, расположенных на ЛИЧМ.

ЖКД-дисплей обеспечивает полный набор функциональных возможностей интерфейса пользователя на передней панели с навигацией по меню и окнам. Кроме того, дисплей включает в себя конфигурируемую пользователем двухстраничную однолинейную схему (SLD) с индикацией положения соответствующего первичного оборудования и с соответствующими первичными измерениями величин процесса.

На локальном ИЧМ также имеется 11 программируемых светодиодов. Эти светодиоды могут конфигурироваться на отображение необходимых индикаций и аварийных сигналов в графическом инструменте конфигурации PCM600. Светодиоды имеют два независимо контролируемых цвета, красный и зеленый, что позволяет одному светодиоду лучше осуществлять индикацию различных состояний контролируемого объекта.

Устройство также имеет 16 настраиваемых кнопок ручного управления, которые также могут произвольно настраиваться в графическом инструменте конфигурации PCM600. В процессе настройки этим кнопкам могут быть назначены операции управления внутренними функциями устройства, например операции изменения группы уставок, пуска аварийного осциллографа и изменения режимов работы функций, или операции управления внешним оборудованием, например размыкания или замыкания контактов оборудования через дискретные выходы устройства.

Локальный ИЧМ имеет переключатель (L/R) для местного/дистанционного управления устройством. Когда устройство находится в режиме местного управления, то управлять им возможно только с использованием местного интерфейса пользователя, расположенного на лицевой панели. Когда устройство 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 устройство во время технического обслуживания находились в режиме местного управления и включение/выключение выключателей не могло выполняться дистанционно из центра управления сетью.

Способы монтажа

С помощью подходящих монтажных принадлежностей стандартный корпус устройства можно монтировать полностью утопленным, полуутопленным или на стену.

Кроме того, устройства могут монтироваться в любом стандартном 19-дюймовом релейном шкафу с помощью 19-дюймовых монтажных панелей с готовым вырезом под одно устройство.Как вариант, устройства могут монтироваться в 19-дюймовые релейные шкафы при помощи рам 4U Combiflex.

Утопленный монтаж

Полуутопленный монтаж

Монтаж в стойке

Настенный монтаж

Рисунок 4. Варианты монтажа REF620.

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.