В.А. Лавриненко

ООО «АББ Силовые и Автоматизированные Системы»

Устройства релейной защиты генераторов REG670 и REG650 входят в семейство релейных приборов Relion^®. На сегодняшний день устройства семейства Relion^® содержат наибольшее количество функций релейной защиты и предназначены для применения на любых типах электростанций. С 1987 г. специалистами различных фирм в разных странах мира установлено более 5700 устройств релейной защиты генераторов производства компании ABB (2100 устройств REG216 и 3600 устройств REG316).

Применение устройств REG670 является наилучшим решением для релейной защиты блоков «генератор-трансформатор». Устройства REG650 содержат меньшее количество аналоговых входов (до 20) и предназначены для релейной защиты генераторов средней и малой мощности.

Устройства релейной защиты семейства Relion^® имеют усовершенствованные алгоритмы защиты, увеличенные функциональные возможности, новую платформу, улучшенный программный инструментарий PCM600 для конфигурирования, новый пользовательский интерфейс «человек-машина» с подключением по Ethernet, возможность интеграции в автоматизированную систему управления в соответствии со стандартом МЭК 61850, поддерживают протоколы TCP/IP, технологию высокоскоростной связи Fast Ethernet, позволяют оптимизировать проектные решения.

Для упрощения проектирования системы и снижения вероятности ошибок при интеграции системы используется уникальная технология передачи информации. Данная технология позволяет передавать пакет информации, включающий в себя полное описание конкретного устройства защиты, состоящее из сигналов данных, параметров, адресов и документации для устройства защиты.

Устройства REG670 созданы на базе устройств защиты трансформаторов RET670, которые уже применяются на подстанции 500 кВ «Очаково». Могут применяться для защиты шунтирующих реакторов и шин.

Специалистами России, Украины и Белоруссии уже эксплуатируются устройства защиты REG670. На электростанциях в Австралии, Азии, Африке, Европе, Северной и Южной Америке эксплуатируются более 1400 устройств REG670. Поставки устройств REG650 на российский рынок начнутся в 2012 г.

Новый интерфейс «человек-машина» в устройствах REG670 включает в себя (рисунок 1):

• 3 светодиода, отображающих состояния устройства (зеленый, желтый, красный);
• 15 сигнальных светодиодов (6 красных и 9 желтых), отображающих срабатывание органов защиты. Функциональное назначение светодиодов данной группы определяется в процессе конфигурирования при помощи программы PCM600 и может поясняться надписями, расположенными справа от каждого светодиода;
• дисплей с жидкокристаллическим экраном небольшого или большого размера;
• клавиши для управления высоковольтными коммутационными аппаратами и навигации в меню, клавишу переключателя местного (L) и дистанционного (R) режимов управления коммутационными аппаратами и клавишу сброса;
• порт связи с разъемом RJ-45 для подключения компьютера по протоколу TCP/IP к локальной сети Fast Ethernet с помощью стандартного кросс кабеля.

Ввод уставок параметров и считывание информации из устройства можно выполнять с помощью клавиатуры на лицевой панели устройства или с помощью компьютера с программным обеспечением РСМ600, подключенного к разъему RJ-45. Интерфейс «человек-машина» поддерживает русский и английский языки. Выбор языка выполняется пользователем. Небольшой экран дисплея отображает семь строк текста по 40 символов в каждой строке. Большой экран позволяет отображать 28 строк текста по 40 символов в каждой, а также однолинейные схемы (до 12 окон) и текущее состояние коммутационной аппаратуры (до 15 аппаратов).

На российский рынок устройства REG670 поставляются в двух конструктивных исполнениях – в кассетах шириной 205,7 мм (1/2 х 19“) и 430,3 мм (1/1 х 19“). Устройства первого исполнения содержат 12 аналоговых входов и предназначены для защиты генераторов, работающих на сборные шины. Устройства второго исполнения (430,3 мм) содержат 24 аналоговых входа и предназначены для защиты блоков «генератор-трансформатор». Высота кассет равна 259,9 мм (6U).

Предусмотрено 14 исполнений модулей аналоговых входов с различными соотношениями между токовыми входами (I) и входами для напряжений (U) в соответствии с таблицами 1, 2.

Таблица 1 – Возможные исполнения модулей аналоговых входов TRM

Таблица 2 – Возможное количество модулей входов/выходов

В кассете шириной 1/1×19” помимо двух модулей аналоговых входов TRM, могут быть установлены следующие модули:

• модули дискретных входов BIM (16 входов в модуле для номинальных напряжений постоянного тока (110-125) В или (220-250) В);
• модули дискретных выходов BOM (24 реле в модуле);
• модули входов/выходов IOM (8 дискретных входов, 10 выходных реле, 2 быстродействующих сигнальных реле в модуле);
• модули бесконтактных дискретных быстродействующих выходов SOM (6 реле в модуле)
• модули миллиамперных входов MIM (6 входов в модуле для номинальных токов ± 5, ± 10, ± 20 мА, 0-5, 0-10, 0-20 или (4-20) мА);
• модуль GSM для GPS-синхронизации часов.
  

Устройства REG670 поддерживают протоколы связи МЭК 61850-8-1, МЭК 61850-9-2LE, LON, МЭК 80870-5-103, МЭК 62439-3. Устройство REG670 может обмениваться GOOSE-сообщениями с устройствами релейной защиты, программными инструментами и системами других производителей, отвечающих требованиям стандарта МЭК 61850. Все порты связи работают независимо друг от друга и рассчитаны на работу с оптическими каналами связи.

Устройство защиты REG670 содержит расширенную библиотеку функций защиты и мониторинга. Одно устройство (в кассете 1/1×19”) может содержать до двух экземпляров дифференциальных защит, что позволяет обеспечить защиту генератора и работающего в блоке с ним силового трансформатора.

Функциональный состав устройств защиты REG670 удовлетворяет требованиям нормативных документов [1]. Для надёжной защиты энергоблоков различной мощности имеются все необходимые функции релейной защиты в соответствии с таблицей 3.

Продольная дифференциальная токовая защита генератора от междуфазных замыканий (GENPDIF, 87G) удовлетворяет требованиям высокого быстродействия, чувствительности и селективности наилучшим образом. Вид характеристики срабатывания дифференциальной защиты с двумя наклонными участками и двумя контрольными точками определяется пятью уставками.

Новой функцией дифференциальной защиты генератора является селектор повреждений с контролем тока обратной последовательности, который используется для определения места повреждения (внутри или вне зоны защиты). Селектор повреждений также может независимо обнаруживать незначительные повреждения, которые могут не обнаруживаться традиционной дифференциальной защитой с использованием характеристики срабатывания.

Алгоритм обнаружения повреждений характеризуется повышенной надежностью и быстродействием. Для тяжелых сквозных повреждений предусмотрена функция адаптивного торможения. Торможение включается в работу при бросках пускового тока защищаемого трансформатора и при насыщении измерительных трансформаторов тока. Время обнаружения неисправности алгоритмом дифференциальной защиты не превышает 15 мс. К измерительным трансформаторам тока не предъявляется особенных требований.

Дифференциальная защита трехобмоточного трансформатора (T3WPDIF, 87Т)
имеет внутреннее выравнивание различий коэффициентов трансформации измерительных трансформаторов тока и программную компенсацию различия в группах соединений обмоток трансформатора.

защита может иметь до шести наборов уставок. Все токовые входы могут использоваться для торможения чувствительной дифференциальной защиты, что позволяет применять устройство REG670 для защиты двухобмоточного и трехобмоточного трансформаторов в схемах подключения с несколькими выключателями на одной стороне.

Дифференциальная защита трансформатора по току нулевой последовательности (REFPDIF, 87N) может применяться для защиты систем с заземленными нейтралями. Обеспечивает более высокую чувствительность и лучшее быстродействие, так как измерение осуществляется индивидуально в каждой фазе и не требуется стабилизации по гармоникам.

Дистанционная защита с круговой характеристикой срабатывания (ZMHPDIS, 21) представляет собой полносхемную защиту с четырьмя зонами обнаружения междуфазных коротких замыканий и замыканий на землю. Под полносхемным измерением понимается параллельный контроль каждого из возможных контуров повреждения между фазой и землей и между фазами в прямом или обратном направлениях.

Измерения в четырех зонах защиты проводится независимо, то же касается и уставок, что обеспечивает высокую гибкость защиты.

Защита от асинхронного режима (PSPPPAM, 78) срабатывает по углу между векторами эквивалентных э.д.с. генератора и внешней системы. Может применяться как для защиты генераторов, так и для защиты линий.

Защита от потери возбуждения (LEXPDIS, 40) в устройстве REG670 измеряет комплексное сопротивление относительно выводов обмотки якоря генератора. В качестве контура измерения комплексного сопротивления может выбираться контур измерения величин прямой последовательности или каждый из трех междуфазных контуров. Характеристика срабатывания защиты от потери возбуждения смещена вниз и содержит две зоны срабатывания, в которых отключение происходит с различными выдержками времени. Область торможения позволяет отстроиться от глубоких синхронных качаний генератора.

Таблица 3 – Соответствие функций защиты REG670 требованиям нормативных документов

Продолжение таблицы 3

Защита от перевозбуждения (OEXPVPH, 24) предназначена для защиты от увеличения магнитного потока в сердечниках генератора и блочного трансформатора при сбросе нагрузки генератора.

Дифференциальная защита по напряжению (VDCPTOV, 60) может использоваться для контроля напряжений двух различных трансформаторов напряжения. Имеет ступень сигнализации и ступень отключения.

Защита ста процентов обмотки статора при замыкании на землю может быть реализована двумя способами: с контролем напряжения нулевой последовательности третьей гармоники (STEFPHIZ, 59THD) [2, 3] и с контролем наложенного тока (STTIPHIZ, 64S) [4].

Защита ротора при замыкании на землю в одной точке (ROTIPHIZ, 64R) реализуется путем подачи напряжения переменного тока в изолированную цепь возбуждения. Ток замыкания на землю обнаруживается при помощи двухступенчатого направленного измерения функцией чувствительной защиты.

Защита широкого назначения (CVGAPC) использует для работы трехфазные ток и напряжение. В качестве рабочих величин могут использоваться токи и напряжения прямой, обратной, нулевой последовательностей. Каждый экземпляр защиты широкого назначения содержит по две ступени МТЗ, защиты по минимальному току, защиты от повышения уровня напряжения и защиты от понижения уровня напряжения. Позволяет реализовать алгоритмы токовых защит (в том числе направленных и с торможением, защиты от подачи напряжения на остановленный агрегат, защиты батареи конденсаторов), защит по напряжению (защиты от перевозбуждения), защит по сопротивлению.

Устройство защиты REG670 оснащено функциями управления коммутационными аппаратами, мониторинга, измерения, регистрации событий и анормальных режимов.

Регистратор анормальных режимов (осциллограф) позволяет фиксировать до 40 аналоговых сигналов (включая рассчитываемые величины – дифференциальные, тормозные токи и др.) и до 96 двоичных сигналов (входные, выходные и промежуточные). Состав, идентификация регистрируемых сигналов и режим работы осциллографа определяется при конфигурировании устройства с помощью пакета программ РСМ600. Максимальная длительность записи одной осциллограммы составляет 10 с, максимальное количество сохраняемых в энергонезависимой памяти устройства осциллограмм равно 100 (длительностью по 3,4 с).

Для защиты оборудования электростанций предприятие «АББ Силовые и Автоматизированные Cистемы» выпускает ряд унифицированных шкафов типа ШЭЗГ в соответствии с рисунком 2. Основные технические характеристики шкафов приведены в таблице 4. Комплекс защит выполняется в виде двух дублирующих автономных систем, для которых используются отдельные трансформаторы и цепи оперативного тока.

Шкафы защит проектируются и изготавливаются по индивидуальным проектам на основе требований Заказчика, изготовителей первичного оборудования, нормативных документов и с учетом привязки к конкретному объекту. Состав защит определяется проектом, а необходимые функции устройств защиты выбираются из библиотеки. Логика взаимодействия функций защит определяется требованиями Заказчика и программно конфигурируется.

Рисунок 2 – Внешний вид шкафов типа ШЭЗГ для защиты блока «генератор-трансформатор»

Таблица 4 – Основные технические характеристики шкафов

Модульная конструкция устройства защиты REG670, встроенного в шкаф, позволяет учесть особенности электрических схем и режимов работы различных электростанций. Возможность переконфигурирования устройства релейной защиты и автоматики допускает пошаговые инвестиции в развитие в соответствии с планами модернизации и расширения станций.

Шкафы защит могут интегрироваться в автоматизированную систему управления в соответствии с требованиями стандарта МЭК 61850. Соответствие оборудования различных производителей требованиям стандарта МЭК 61850 позволяет организовать обмен информацией между отдельными устройствами защиты («горизонтальные» связи), так и между устройствами и автоматизированной системой управления верхнего уровня («вертикальные» связи).

Для упрощения проектирования автоматизированной системы управления и снижения вероятности ошибок при интеграции системы используется технология GOOSE, позволяющая передавать пакет информации, включающий в себя полное описание конкретного устройства защиты (сигналы данных, параметры, адреса и документацию). При разработке устройств REG670 учтен большой опыт проектирования и производства компанией АББ устройств защиты генераторов. В одном шкафу с двумя устройствами REG670 можно использовать до 48 аналоговых входов.

Могут поставляться устройства защиты с заводской (А2_, В3_, С3_, RU) и с заказной (по выбору) конфигурациями. Устройства с индексом RU предназначены для применения в России [3].

По сравнению с устройствами REG670 устройства защиты генераторов REG650 при достаточном количестве функций защиты имеют лучшее соотношение между ценой и качеством. Рекомендуется применять REG650 для защиты генераторов средней и малой мощности. REG650 имеет следующие отличия:

• 4 группы уставок вместо 6;
• меньшее количество параметров, для которых требуется задавать уставки, позволяет ускорить ввод в эксплуатацию;
• общие базисные величины (напряжение, ток, мощность), которые используются всеми функциями защиты;
• предварительно установленные заводские конфигурации;
• 5 конфигурируемых клавиш интерфейса «человек-машина»;
• 15 конфигурируемых трехцветных светодиодов;
• Мониторинг: состояния выключателя, изоляции (газа), срабатывания защиты, питания устройства.
• 2 модуля входных трансформаторов, каждый из которых содержит по 10 аналоговых входов (8I+2U, 6I+4U, 4I+1I+5U).
• меньшее количество дискретных входов и выходов (до 50 входов и 45 выходов.
• синхронизация SNTP и DNP 3.0, IRIG-B.
• протоколы связи МЭК 61850-8-1 и TCP/DNP 3.0.

Установка на электростанциях комплекта оборудования, включающего в себя новейшую статическую систему возбуждения Unitrol 6000 в соответствии с рисунком 3, шкафы защит с устройствами серии 670 и 650, элегазовые выключатели, автоматизированную систему управления (MicroSCADA Pro, Network Manager и др.), синхронизатор «Синхротакт 5» в соответствии с рисунком 4, КРУЭ (ENK, ELK) позволяет увеличить эффективность функционирования энергоблоков.

Рисунок 3 – Внешний вид новейшей системы возбуждения UNITROL^® 6000

Рисунок 4 – Внешний вид синхронизатора «Синхротакт 5»

Специалисты предприятия «АББ Силовые и Автоматизированные Системы» предоставляют Заказчикам комплекс инженерных услуг:

• консультируют по вопросам применения оборудования и обеспечивают рекомендациями по расчету уставок;
• обучают работе с устройствами защиты;
• проектируют, изготавливают шкафы релейной защиты, автоматики и АСУ;
• проводят тестирование и шеф-наладку оборудования;
• осуществляют послепродажное обслуживание оборудования;
• обеспечивают запасными частями.

Система менеджмента качества предприятия сертифицирована на соответствие стандарту ISO 9001:2000 и распространяется на проектирование, разработку, производство, поставку и наладку, сервисное обслуживание устройств релейной защиты, автоматики и систем управления.

Список литературы

1. Правила устройства электроустановок. – М.: Госэнергонадзор, 2000.
2. I. Brncic, Z. Gajic, S. Roxenborg, T. Bengtsson. Adaptive 100 % stator earth fault protection based on third harmonic voltage measurement. CIGRE, Moscow-Cheboksary, Russia. September 9-13, 2007, S. 8-5. P. 1-7.
3. Лавриненко В.А. использование микропроцессорных устройств серии 670 для релейной защиты генератора, работающего в блоке с трансформатором – Сборник докладов специализированной тематической выставки «Релейная защита и автоматика энергосистем – 2008», Москва, 27-30 мая, 2008. С.21-23.
4. З.Гаич, Й.Менезес, Д.Тришич, М.Читакович. Схема интегрированной защиты гидроаккумулирующей электростанции. [Электронный ресурс]. URL: http://www.abb.ru/product/db0003db004281/c12573e700330419c12572b4003c92c6.aspx
5. Устройства релейной защиты и управления серии 670. Руководство по выбору. АББ Силовые и Автоматизированные Системы, 2010.

Контактная информация:

Лавриненко Владимир Алексеевич, канд. техн. наук

ООО «АББ Силовые и Автоматизированные Системы»

428020, г. Чебоксары, пр. И. Яковлева, 1

Тел.: +7 8352 256162

Факс: +7 8352 560503

E-mail: Vladimir.Lavrinenko@ru.abb.com