Устройство управления и дифференциальной защиты линии RED615 (МЭК)

Рисунок 1. Устройство управления и дифференциальной защиты линии RED615 с маленьким (слева) и большим экраном (справа).

RED615 – это интеллектуальное электронное устройство управления и пофазной дифференциальной защиты линии, устанавливаемое по концам защищаемой линии. Имеется пять стандартных конфигураций RED615.

RED615 поддерживает стандарт связи и взаимодействия устройств подстанции МЭК 61850, включая МЭК 61850-9-2 LE, а также новыми возможностями, предоставленными Редакцией 2. Кроме того, устройство RED615 поддерживает протокол параллельного резервирования (PRP) и протокол «бесшовного резервирования высокой доступности» (HSR) по ВОЛС, а также такие протоколы как DNP3, МЭК 60870-5-103 и Modbus®.

Могут также использоваться преобразователи протоколов SPA-ZC 302, Profibus DPV1.

Устройство RED615 относится к продуктовой линейке Relion® компании АББ, к серии 615.

Преимущества:

• выборочная защита в качестве фазовой разделенной на две линии дифференциальной защиты, либо с датчиками, либо с обычными измерительными трансформаторами;
• готовые стандартные конфигурации, включая дифференциальную линию связи, для быстрой и легкой настройки с возможностью индивидуальной настройки;
• выдвижная вставная конструкция для быстрой установки и тестирования;
• большой графический дисплей для отображения настраиваемых SLD, доступных либо локально, либо через удобный HMI на основе веб-браузера;
• высокая функциональность на протяжении всего срока службы;
• дифференциальная защита линии с направленной или ненаправленной защитой от перегрузки по току и замыкания на землю, защитой по напряжению и частоте и функцией измерения.

Назначение и условия применения

Устройство предназначено для защиты, управления, измерения и контроля воздушных и кабельных линий в распределительных сетях энергообъектов и промышленных предприятий, включая радиальные, кольцевые и сложнозамкнутые сети, сети с включением источников распределенной генерации или без. RED615 также идеально подходит для дифференциальной защиты линии в случаях, когда в зону защищенной части линии входит трансформатор.

Устройство предназначено для применения в качестве основной защиты воздушных и кабельных линий, в сетях с изолированной нейтралью, в сетях с нейтралью, заземленной через активное сопротивление, в сетях с компенсированной или эффективно заземленной нейтралью, в зависимости от стандартной конфигурации. Два устройства RED615, соединенных каналом связи, образуют схему защиты с абсолютной селективностью. Защита кольцевых и сложных распределительных сетей обычно требует решений с абсолютной селективностью, такие решения также можно применять в радиальных сетях с включением источников распределенной генерации.

Главные характеристики

Описание

RED615 — это устройство пофазной двусторонней дифференциальной защиты и управления линии, предназначенное для использования в энергосистемах общего пользования и промышленных энергосистемах, включая радиальные, кольцевые и замкнутые распределительные сети с распределенной генерацией или без нее. Устройство RED615 также предназначено для дифференциальной защиты систем с трансформатором в защищаемой зоне. Для связи между подстанциями в устройстве RED615 используется оптоволоконный канал связи или гальванический канал ВЧ-связи. RED615 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 стандарта МЭК 61850 в части связи и возможности взаимодействия оборудования автоматизации подстанций.

Устройство обеспечивает основную защиту с абсолютной селективностью воздушных линий и кабельных фидеров в распределительных сетях. Устройство также содержит функции на базе контроля тока для выполнения дальнего резервирования, а также локальные резервные защиты в дополнение к основной дифференциальной защите линии. Кроме того, в стандартных конфигурациях B и C также предусмотрена защита от замыкания на землю. В стандартных конфигурациях D и E реализованы направленная максимальная токовая защита и функции защиты c контролем напряжения.

Устройство адаптируется для защиты воздушных линий и питающих кабелей в сетях с изолированной, заземленной через активное сопротивление, компенсированной (заземление через полное сопротивление) и глухозаземленной нейтралью. После того как в устройстве стандартной конфигурации будут выставлены уставки для конкретного применения, оно может быть сразу введено в эксплуатацию.

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 связи Profibus DPV1 поддерживается при использовании преобразователя протоколов SPA-ZC 302.

Стандартные конфигурации

Имеется пять различных стандартных конфигураций RED615. 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 в PCM600 поддерживает создание многоуровневых логических функций с помощью 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.

Рисунок 2. Обзор функциональных возможностей.

Устройство 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 RED615 функции необходимо добавить при помощи Инструмента конфигурации приложений, чтобы они стали доступны в Матрице Сигналов и в устройстве. Прямым направлением измерения для направленных функций защиты считается направление к отходящему фидеру.

Функции защиты

В устройстве реализована двухступенчатая пофазная дифференциальная защита линии, максимальная токовая защита, токовая защита обратной последовательности и функция резервирования при отказе выключателя (УРОВ). В зависимости от выбранной стандартной конфигурации базовые функциональные возможности можно расширить, добавив защиту от тепловой перегрузки, ненаправленную или направленную максимальную токовую защиту, направленную или ненаправленную защиту от замыканий на землю, чувствительную защиту от замыканий на землю, защиту от обрыва фазы, защиту от переходных/перемежающихся замыканий на землю, защиту от повышения напряжения нулевой последовательности, защиту на основе контроля фазного напряжения и частоты, а также функции трехфазного многократного АПВ воздушных линий. В стандартных конфигурациях B, D и E в дополнение к направленной защите от замыканий на землю можно заказать защиту от замыканий на землю на основе контроля комплексной проводимости, активной мощности или высших гармоник.

В состав функции дифференциальной защиты линии входят 2 ступени защиты: чувствительная ступень с торможением и быстродействующая грубая ступень защиты (отсечка).

Чувствительная ступень с торможением обеспечивает чувствительную дифференциальную защиту и сохраняет устойчивость, например, при насыщении трансформатора тока. Для торможения чувствительной ступени можно использовать обнаружение второй гармоники, если должен включаться силовой трансформатор за пределами защищаемой зоны. Быстродействующая грубая ступень (отсечка) обеспечивает менее чувствительную дифференциальную защиту, но быстро срабатывает при больших токах повреждения. Если в защищаемой зоне имеется трансформатор, векторная группа автоматически компенсируется с учетом типов обмоток и значений параметров группы соединений.

Чувствительная ступень может иметь независимую или обратнозависимую выдержку времени. Прямое телеотключение гарантирует, что оба конца всегда отключаются одновременно независимо от подпитки током КЗ.

Функции управления

RED615 содержит функции управления выключателем с ИЧМ на передней панели или с помощью дистанционного управления. Помимо функционального блока управления выключателем, в устройстве предусмотрены еще два функциональных блока, предназначенных для управления разъединителями или тележкой выключателя с приводом и для индикации их положений. Кроме того, в устройстве имеется функциональный блок управления заземляющим ножом с приводом и индикации его положения.

Для каждого управляемого первичного устройства в ИЭУ должны быть предусмотрены два физических дискретных входа и два дискретных выхода. Число неиспользуемых дискретных входов и выходов зависит от выбранной стандартной конфигурации. Кроме того, в отдельных стандартных конфигурациях предусмотрены дополнительные аппаратные модули для увеличения количества дискретных входов/выходов.

Если дискретных входов или выходов, имеющихся в стандартной конфигурации, недостаточно, можно либо изменить стандартную конфигурацию, чтобы освободить дискретные входы или выходы, которые первоначально были сконфигурированы для других целей (если возможно) либо установить в устройство внешний модуль расширения аналоговых/дискретных сигналов, например RIO600. Дискретные входы и выходы внешнего модуля входов/выходов могут использоваться для приема/ передачи сигналов, менее критичных по времени. Внешний модуль позволяет высвободить некоторые первоначально зарезервированные в стандартной конфигурации дискретные входы и выходы устройства.

Необходимо тщательно проверить соответствие параметров дискретных выходов устройства, выбранных для управления первичным оборудованием, например, допустимый ток и размыкающую способность. Если требования к цепи управления первичным устройством не выполняются, необходимо использовать внешние промежуточные реле.

Выбираемый при заказе большой графический ЖКД интерфейса «человек-машина», которым укомплектовано устройство, позволяет отображать однолинейную схему (SLD) с индикацией положения соответствующих первичных устройств. Необходимые схемы оперативных блокировок конфигурируются с помощью функциональных возможностей матрицы сигналов или инструмента конфигурации приложений РСМ600.

Функции измерения

Устройство непрерывно измеряет фазные токи, симметричные составляющие токов и ток нулевой последовательности. Если в нем реализовано измерение напряжений, то оно измеряет и напряжение нулевой последовательности. Устройство также вычисляет усредненное значение тока за выбираемый пользователем предустановленный интервал времени, тепловую перегрузку защищаемого объекта и коэффициент несимметрии фаз на основе соотношения между токами обратной и прямой последовательности.

Кроме того, устройство контролирует значения дифференциальных токов по каждой фазе, токов торможения и фазных токов на удаленных концах.

Доступ к измеряемым величинам осуществляется локально через интерфейс пользователя на передней панели устройства или удаленно через интерфейс обмена данными. Доступ к измеряемым величинам возможен также локально или дистанционно с помощью интерфейса пользователя на базе веб-браузера.

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

Дифференциальная защита линии между двумя распределительными подстанциями ВН с использованием стандартной конфигурации A

Дифференциальная защита фидера с использованием стандартных конфигураций D и B или C

Дифференциальная защита фидера с использованием стандартной конфигурации E

Рисунок 3. Дифференциальная защита фидера.

Функции контроля качества электроэнергии

В европейских стандартах (EN) качество электроэнергии определяется характеристиками напряжения питания сети. Основными характеристиками качества электроэнергии является наличие переходных режимов, кратковременные и длительные колебания напряжения, несимметрия, а также искажение формы сигнала. Для мониторинга суммарного среднего искажения тока и общего гармонического искажения напряжения используются функции контроля синусоидальности.

Мониторинг качества электроэнергии - исключительно важная услуга, которую электростанции могут предоставить своим основным и промышленным потребителям. Система мониторинга не только может предоставлять данные об аварийных режимах в энергосистеме и их возможных причинах, она также может обнаруживать проблемные состояния энергосистемы до того как от потребителей поступят жалобы на сбои в работе оборудования, или даже на повреждение или поломку оборудования. Проблемы качества электроэнергии не ограничиваются только проблемами энергосистемы. На самом деле, большинство проблем, связанных с качеством электроэнергии, локализуется на объектах потребителя. Таким образом, мониторинг качества электроэнергии - это не только эффективная стратегия работы с потребителями, но также и способ защиты репутации энергокомпании в отношении качества электроэнергии и обслуживания.

В устройстве защиты реализованы следующие функции мониторинга качества электроэнергии:

• функция контроля колебаний напряжения
• функция контроля небаланса напряжения;
• функция контроля высших гармоник тока;
• функция контроля высших гармоник напряжения.

Функции контроля несимметрии напряжения и колебаний напряжения используются для измерения кратковременных колебаний напряжения и кратковременных условий несимметрии напряжения в передающих и распределительных сетях.

Функции контроля высших гармоник тока и напряжения обеспечивают мониторинг качества электроэнергии посредством контроля искажения кривой синусоидальности сигнала тока и напряжения. Они обеспечивают кратковременную среднюю нагрузку за три секунды и длительную нагрузку для функций контроля суммарного среднего искажения (TDD) тока и коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения (THD).

Определение места повреждения

В устройстве имеется дополнительная функция определения места повреждения посредством измерения полного сопротивления, которая подходит для определения места короткого замыкания в радиальных распределительных сетях. Замыкания на землю могут определяться в сетях с эффективно заземленной нейтралью или в сетях с нейтралью, заземленной через низкое активное сопротивление. В условиях, когда величина тока повреждения представляет собой как минимум величину того же порядка или превышает ток нагрузки, местоположение замыканий на землю также может определяться в распределительных сетях с изолированной нейтралью. Функция определения места повреждения определяет тип повреждения, а затем рассчитывает расстояние до места повреждения. Также производится предварительный расчет активного сопротивления в месте повреждения. Такой расчет дает информацию о возможной причине повреждения, а также о точности рассчитанного расстояния до места повреждения.

Журнал регистрации событий

Для сбора данных о последовательности событий устройство оснащено энергонезависимой памятью с возможностью хранения 1024 событий с соответствующими метками времени. Энергонезависимая память сохраняет содержащиеся в ней данные даже в случае временного пропадания оперативного напряжения. Журнал событий облегчает проведение подробного анализа повреждений и аварийных режимов до и после их возникновения. Повышенная производительность обработки и сохранения данных и событий обеспечивает необходимые условия для поддержки увеличения потребности в информации будущих конфигураций сети.

Доступ к информации о последовательности событий может быть локальным (через интерфейс пользователя на передней панели устройства) и дистанционным (через интерфейс связи). Кроме того, доступ (локальный или удаленный) возможен через интерфейс пользователя на базе веб-браузера.

Контроль цепей отключения

Функция контроля цепи отключения непрерывно контролирует готовность и работоспособность цепи отключения. Контроль размыкания цепи выполняется как во включенном, так и в отключенном положении выключателя. Кроме того, выявляется потеря оперативного напряжения управления выключателем.

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.

Функция контроля токовых цепей

В устройстве имеется функция контроля токовых цепей. Функция контроля токовых цепей используется для выявления повреждений во вторичных цепях трансформатора тока. При обнаружении повреждения функция контроля токовых цепей активирует светодиод аварийной сигнализации и блокирует функции дифференциальной защиты и токовой защиты обратной последовательности во избежание непредусмотренного срабатывания. Функция контроля токовых цепей вычисляет сумму фазных токов полученных от фазных ТТ и сравнивает с измеренным током нулевой последовательности от ТТ нулевой последовательности или отдельных кернов в фазных ТТ.

Обмен данными защиты и контроль канала связи

Обмен данными между устройствами осуществляется по выделенному оптоволоконному каналу. Для дифференциальной защиты линии используется многомодовый или одномодовый оптоволоконный кабель с разъемами LC, рассчитанный на длину волны 1310 нм. Канал используется для передачи значений фазных токов между устройствами. Векторы тока от двух ИЭУ, находящихся на значительном расстоянии друг от друга, должны быть синхронизированными по времени, чтобы алгоритм защиты надлежащим образом обрабатывал дифференциальные токи. Для синхронизации используется так называемый эхометод. Поэтому для передачи данных дифференциальной защиты не требуются никакие внешние устройства, такие как синхронизатор GPS.

Вместо оптоволоконного канала может использоваться гальваническое соединение по кабелю управления, состоящее из кабеля типа витая пара и модемов RPW600 на концах линии связи. Канал связи на основе кабеля управления (заказывается дополнительно) также идеально подходит для экономически целесообразной модернизации электромеханического оборудования дифференциальной защиты линии. По сравнению с традиционными решениями продольной дифференциальной защиты линии с передачей аналогового сигнала между полукомплектами по контрольным проводам, устройства RED615 в сочетании с модемами RPW600 обеспечивают современную пофазную продольную дифференциальную защиту линии с использованием цифровых сигналов измерений (возможна передача и вспомогательных дискретных сигналов) по существующему каналу связи.

Кабель управления предоставляет те же функциональные возможности защиты и связи, что и оптоволоконный канал. В модемах предусмотрена индикация качества обслуживания (QoS), а ИЭУ непрерывно контролирует канал связи. Модем RPW600 обеспечивает уровень изоляции 5 кВ (среднеквадратичное) между клеммами кабеля управления и землей. Модемы RPW600 (ведущий и ведомый) гальванически соединяются с концами кабеля управления и оптически соединяются с устройством короткими одномодовыми оптическими кабелями. Управляющий кабель (витая пара) сечением 0,8 мм² обычно позволяет поддерживать связь на расстоянии до 8 км. Однако кабели типа "витая пара", при условии их хорошего состояния, могут обеспечивать связь и на более значительных расстояниях. Длина поддерживаемого канала связи по кабелю управления также зависит от уровня помех в системе. Если возникает потребность в замене кабелей управления на оптоволоконные кабели, для прямого подключения оптоволоконного канала связи можно использовать оптические LC-разъемы ИЭУ.

Канал связи можно использовать не только для непрерывного обмена данными защиты, но и для передачи дискретных сигналов (BST), т.е. для передачи пользовательской цифровой информации между устройствами. Пользователь может определить восемь дискретных сигналов (BST). Сигналы BST, которые могут поступать с дискретных входов или от внутренней логики, подаются на дискретные выходы или во внутреннюю логику удаленного ИЭУ.

Функция контроля линии связи дифзащиты непрерывно контролирует канал обмена данными защиты. В случае обнаружения серьезных нарушений в канале связи, которые могут препятствовать надлежащей работе функции дифференциальной защиты линии, устройство немедленно блокирует эту функцию. При устойчивом отказе связи функций защиты выдается аварийный сигнал. Далее по умолчанию включаются две грубые ступени максимальной токовой защиты.

Управление доступом

Для защиты ИЭУ от несанкционированного доступа и для обеспечения целостности информации устройство имеет четырехуровневую ролевую систему аутентификации с отдельными паролями, программируемыми администратором, для уровня наблюдателя, оператора, инженера и администратора. Действие системы управления доступом распространяется на интерфейс пользователя на передней панели, на веб-интерфейс и на программный инструмент PCM600.

Рисунок 4. Схема соединений RED615.

Входы и выходы

В зависимости от выбранной стандартной конфигурации устройства комплектуются тремя входами фазных токов и одним входом тока нулевой последовательности для ненаправленной защиты от замыканий на землю и контроля токовых цепей либо тремя входами фазных токов, одним входом тока нулевой последовательности и одним входом напряжения нулевой последовательности для направленной защиты от замыканий на землю и контроля токовых цепей.

В стандартной конфигурации E имеется стандартный вход тока нулевой последовательности (3Io 0,2/1 A) и три входа для подключения трех комбинированных датчиков с разъемами RJ-45. Вместо комбинированных датчиков могут применяться отдельно датчики тока и датчики напряжения с адаптерами Кроме того, адаптеры также позволяют использовать датчики с разъемами байонетного типа (Twin-BNC).

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. Вход напряжения нулевой последовательности рассчитан на номинальные напряжения 60...210 В.

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.

Более подробные данные о входах и выходах смотрите в таблицах входов/выходов, в данных по выбору устройства и оформлению заказа, а также в схемах соединений.

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