НПФ "Электроэнергетика"
Поставка электрооборудования: дуговые защиты для КРУ и КСО,
реле и устройства защиты, оптические датчики, счетчики импульсов
+74955074408
upiter-as@mtu-net.ru
Пушкино
Заказать звонок
141200 Россия Московская область г Пушкино ул.Кудринское шоссе,д.6, офис 4
Оцените нашу компанию
Всего отзывов: 1 Средний балл: 5
 
Голосование

Какова цель Вашего посещения?

Покупка товаров и услуг Поиск информации Предложение товаров/услуг Случайное посещение

ОСНОВНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ОПТОВОЛОКОННЫХ ДУГОВЫХ ЗАЩИТ

В.Е. Милохин, ООО НПФ «ПРОЭЛ»
Б.В. Михайлов, ООО НПФ «ПРОЭЛ»
В.А. Григорьев, ООО НПФ «ПРОЭЛ»

Виды оптоэлектронных дуговых защит и их технические особенности
Степень повреждения ячеек КРУ при КЗ, сопровождаемых электрической дугой, зависит как от мощности дугового КЗ, так и от его длительности. Быстрое отключение поврежденного участка от питающего напряжения позволяет не только минимизировать повреждения оборудования, но и практически полностью исключить их. Наиболее перспективным способом построения устройств дуговых защит (УДЗ) с точки зрения максимального быстродействия является способ, основанный на определении освещенности внутри отсеков ячеек КРУ. Фотодетектором, регистрирующим излучение дугового столба, может быть устройство на основе фототиристоров, фототранзисторов и фотодиодов.
Излучение от дугового столба можно регистрировать в следующих диапазонах:
1. Ультрафиолетовый (0,2÷0,4 мкм);
2. Видимый (0,4÷0,76 мкм);
3. Ближний инфракрасный (0,76÷2,5 мкм);
4. Дальний инфракрасный (2,5÷12,0 мкм).
Ультрафиолетовое излучение обладает самой низкой проникающей способностью. Поэтому на чувствительность датчиков, регистрирующих излучение от дуги в этом диапазоне, будет сильно влиять загрязнение поверхности датчика (пыль).
Оптоэлектронные компоненты, работающие в дальнем инфракрасном диапазоне очень дороги.
Фотодетекторы на основе кремниевых фотодиодов имеют спектральную чувствительность от 0,4 мкм до 1,1 мкм, т.е. охватывают видимый и ближний инфракрасный диапазоны с максимумом чувствительности в ближнем инфракрасном диапазоне.
Оптоэлектронные УДЗ условно можно разделить на две группы: с фотодетекторами, которые являются фотодатчиками и располагаются непосредственно в области возможного появления дугового разряда и с волоконно-оптическими датчиками (ВОД) [1-3].
Устройства дуговой защиты, использующие в качестве фотодатчиков полупроводниковые приемники излучения, обрабатывают сигнал с отстройкой по длительности 10 мс. Это означает, что длительность световых импульсов от дуги менее 10 мс воспринимается как помеха. Эта мера предосторожности направлена на исключение ложных срабатываний устройства, т. к. активные элементы фотодатчиков и электрические провода, соединяющие их с самим устройством, размещаются в местах, подверженных наибольшему воздействию электромагнитных помех. В итоге мы получаем значительное ухудшение быстродействия УДЗ.
Световой поток от электрической дуги представляет собой последовательность импульсов с длительностью в пределах нескольких миллисекунд. Таким образом, первый тип дуговых защит реагирует на среднее значение светового потока от электрической дуги, т.е. на уже образовавшуюся дугу.
В УДЗ на основе ВОД используется два типа оптических волокон - пластиковые и кварцевые. Пластиковое волокно пропускает излучение от электрической дуги в видимом диапазоне и имеет тот же недостаток, что и волокна, канализирующие излучение в ультрафиолетовом диапазоне.
Такими недостатками не обладают УДЗ на основе ВОД с использованием кварцевого волокна, т.к. регистрируют излучение от электрической дуги в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне.
УДЗ семейства «ОВОД» обеспечивают формирование широкой полосы пропускания электронного тракта (более 70 кГц), а также возможность исключить влияние низкочастотного изменения освещенности. В УДЗ «ОВОД-М» («ОВОД-МД») реализованная полоса частот и чувствительность датчика (ВОД + фотодетектор) позволяет регистрировать не только дуговые, но и искровые разряды, длительность которых от нескольких микросекунд до сотен микросекунд
Можно построить усредненную зависимость энергии, выделяемой дугой, в зависимости от времени ее горения (Рис. 1). Формирование КЗ, сопровождаемого электрической дугой, осуществлялось с помощью перемычки из тонкой проволоки между фазами, т.е. канал формирования электрической дуги уже создан.




Рис. 1

Из рисунка следует, что суммарная временная задержка, т.е. время от начала горения дуги до размыкания контактов выключателя, не должна превышать 100 мс. Но в какое время УДЗ зафиксирует электрическую дугу, зависит от быстродействия и чувствительности конкретного типа УДЗ.
В действительности электрическая дуга развивается несколько иначе. Электрическую дугу предваряют искровые разряды и, только когда ионизация газа достигнет определенной концентрации, образуется канал электрической дуги. Т.е. УДЗ «ОВОД-МД», реагируя на искровые разряды, срабатывает до появления столба электрической дуги или, в крайнем случае, в самый начальный момент появления дуги. К тому же яркость свечения искрового разряда на три порядка превышает яркость столба дугового разряда. Т.е. высокая чувствительность УДЗ «ОВОД-МД» и практически круговая диаграмма направленности ВОД позволяет устанавливать датчик в любом удобном месте, не ориентируя их на места вероятного возникновения электрической дуги и не нарушая внутренних изоляционных воздушных промежутков. Эта особенность дуговой защиты позволяет УДЗ «ОВОД-МД» максимально быстро отключить поврежденный участок от питающего напряжения. Собственное время работы без МТЗ составляет 5÷9 мс и зависит от сложности алгоритма работы и времени работы реле. Естественно при подтверждении сигналом МТЗ без выдержки времени время работы дуговой защиты увеличивается. Но и в этом случае время отключения питающего напряжения составляет 70÷90 мс. И практика показала, что какие-либо повреждения оборудования практически отсутствовали.
На ПС 34 2-го Высоковольтного района ОАО «Ленэнерго» УДЗ «ОВОД-М» были установлены в КРУН. В последствии выяснилось, что при открывании ячеек во время проведения работ в яркий солнечный день, происходило срабатывание датчиков. Секция не отключалась, т.к. не было сигнала от МТЗ, но в устройстве была предусмотрена индикация срабатывания ВОД в диспетчерской. Мощность светового потока от солнца в безоблачный день эквивалентна мощности светового потока от дугового разряда с током КЗ порядка 20 кА. При открывании дверцы со скоростью порядка 0,5 м/с время изменения светового потока на линзе ВОД диаметром 10 мм составляет примерно 20 мс (50 Гц). Изношенная кабельная сеть подстанции приводила к частым КЗ на отходящих линиях, подтверждаемых работой МТЗ. Вероятность того, что два события (работа МТЗ при КЗ на отходящей линии и срабатывание ВОД от прямого солнечного света) произойдут одновременно, мала, тем не менее, заказчик потребовал ликвидировать данный, по их мнению «недостаток». Для решения данной задачи нижняя частота полосы пропускания электронного тракта УДЗ была поднята до значения порядка 200 Гц. Это исключило срабатывания УДЗ при попадании в отсеки КРУ прямого солнечного света, но ни коим образом не отразилось на чувствительности УДЗ «ОВОД-М» к излучению дугового разряда. Следует заметить, что нам неизвестны факты штатной работы других УДЗ, в том числе и на основе ВОД, в подобного рода ситуациях. Иных способов отстройки от солнечных лучей нет.
Важным преимуществом устройств с фотодетекторами на основе фотодиодов является тот факт, что световое излучение от дуги фиксируется в ближнем инфракрасном диапазоне. Пыль и сажа не служат препятствием для светового излучения в этом диапазоне при наличии высокой чувствительности фотоприемного тракта. В этом случае нет необходимости в периодической протирке датчиков.

Эксплуатационные возможности УДЗ семейства «ОВОД»
УДЗ «ОВОД-М» и «ОВОД-МД» обеспечивает автоматическую проверку работоспособности оптоэлектронного тракта, начиная от линзы ВОД и кончая цепями выходных реле. С периодичностью раз в 15 секунд световой импульс от светодиода, находящегося в блоке детектирования света и тестирования, поступает в оптическое волокно кабеля ВОД, отражается от линзы и по второму волокну кабеля ВОД приходит на вход фотодетектора упомянутого блока. Путь тестового сигнала от линзы до фотодетектора полностью соответствует тракту прохождения оптического сигнала от дуги.
Тестирование работоспособности оптоэлектронного тракта с помощью импульсных оптических сигналов можно проводить, перейдя в ручной режим проверки работоспособности устройства. Порог срабатывания устройства одинаков для тестового сигнала и для сигнала от дугового разряда, следовательно, нет необходимости в имитации светового потока с помощью вспышки. Все можно сделать с пульта управления устройством. В «Правилах Технического Обслуживания Устройств Релейной Защиты и Электроавтоматики Электрических Сетей 0,4 – 35 кВ» (РД 153-34.3-35.613-00) рекомендуется не реже одного раза в год на необслуживаемых подстанциях проводить опробования работы устройств РЗА. В случае устройств семейства «ОВОД» при опробовании нет необходимости имитировать дуговой разряд с помощью вспышки, отключая, таким образом, потребителей от электропитания. Такая эксплуатационная возможность устройства не только ускоряет процесс проведения пуско-наладочных работ, но и обеспечивает снижение затрат по эксплуатации УДЗ.
Устройства «ОВОД-М» и «ОВОД-МД» - это устройства радиального типа, дающие возможность быстро определить место повреждения и тем самым уменьшить затраты из-за сбоев в электроснабжении потребителей.
Устройство «ОВОД-МД», как и «ОВОД-М» выпускается в двух модификациях:
- первая модификация обеспечивает выдачу команд на отключение двух ступеней силовых электрических цепей;
- вторая модификация - выдает команды на отключение трех ступеней силовых электрических цепей.
Устройство обеспечивает:
• формирование 20 сигналов отключения от 40 групп датчиков и наличие 6 дискретных входов от МТЗ или ЗМН;
• формирование по заданию заказчика или проектной организации гибкой логики работы устройства с возможным проведением ее коррекции на объектах заказчика;
• наличие пяти дополнительных сигналов «Запрет АПВ» или «Запрет АВР»;
• формирование задержки до 500 мс при выдаче десяти команд на отключение;
• формирование до 10 сигналов резервного отключения вышестоящего выключателя при отказе выключателя более низкой ступени по длительности сигнала от МТЗ;
• сохранение в памяти устройства при пропадании питающего напряжения информации о текущем состоянии и последующее приведение устройства в исходное состояние после подачи питающего напряжения;
• сохранение работоспособности в течение не менее 2 секунд с момента пропадания оперативного тока;
• ввод/вывод из действия любого количества ВОД;
• наличие связи по стандартным последовательным каналам RS232 или RS485 (ВОЛС) с АСУ, позволяющее дистанционно вести управление и контроль состояния устройства (скорость обмена – от 1200 до 57600 бит/с);
• автоматическую фиксацию временной диаграммы всех активированных дискретных сигналов при срабатывании: датчиков, входов МТЗ и выходов отключения (длина осциллограммы 1,5 с, начиная с момента срабатывания датчика; дискретность – 2 мс);
• формирование дискретных сигналов неисправности устройства, пропадания оперативного тока и общего сигнала о срабатывании дуговой защиты;
• индикацию текущего состояния устройства;
• интуитивный пользовательский интерфейс;
• ведение журнала событий;
• часы реального времени, с возможностью коррекции;
• одновременную защиту двух секций;
• защиту от ложных срабатываний при освещении ВОД лампой мощностью 60Вт с расстояния не ближе 10 см при выходе из строя электрических компонентов в цепи формирования сигналов отключения;
• сохранение работоспособности при появлении сажи и пыли на линзе ВОД;
• минимум затрат при быстром и простом монтаже устройства без изменений конструкции ячеек КРУ, т.к. практически круговая диаграмма направленности ВОД не требует точной ориентации датчиков при установке;
• цифровую и светодиодную индикацию рабочих состояний (обрыв ВОК, неисправность и т.д.).
Процесс развития дугового разряда определяется многими факторами: величиной тока КЗ, длиной перекрытия дугового разряда, климатическими факторами (влажность), состоянием оборудования (загрязнение, старение контактов и соединений токоведущих частей) и т.д. Предугадать перекинется ли электрическая дуга с верхних контактов выключателя на нижние или, наоборот, с нижних на верхние, - невозможно. Многое зависит от конструкции ячеек КРУ. В ячейках с воздушной изоляцией между отсеками в местах соединения контактов выключателя с токоведущими частями ячейки велика вероятность регистрации вспышки от дугового разряда сразу двумя, а то и тремя датчиками. Ячейки с полностью изолированными отсеками (современные ячейки) и соединением токоведущих частей через проходные изоляторы позволяют датчикам точно определить место возникновения электрической дуги. Здесь практически отсутствует вероятность срабатывания сразу двух датчиков, но и в этом случае невозможно определить, где произошло дуговое КЗ – на верхних или нижних контактах выключателя. Устройства семейства «ОВОД» предоставляет широкие возможности в формировании логики работы по защите КРУ от дуговых КЗ. В упомянутом выше случае можно ввести задержку в выдаче команды на отключение. Например, при возникновении электрической дуги в отсеке выключателя ввода можно сформировать команду на его отключение и, с задержкой, команду на отключение вышестоящего выключателя. Если при выключении выключателя ввода дуговой разряд исчезает, то нет необходимости в отключении трансформатора, от которого могут получать электроэнергию и другие потребители. Длительность задержки определяется временем отключения выключателя, временем работы МТЗ и устанавливается по заданию проектной организации или Заказчика в диапазоне значений: 0…500 мс с дискретностью 2 мс. Таким образом, формирование логики работы зависит от типа ячеек КРУ, от типа используемых в ячейках выключателей и вида исполнения МТЗ (релейная или микропроцессорная).

Особенности монтажа УДЗ «ОВОД-М» и «ОВОД-МД»
В комплект поставки устройства входят ВОД с заранее определенными длинами оптических кабелей. Длина оптических кабелей ВОД зависит от места установки шкафа устройства. Место установки определяется Заказчиком или проектной организацией. Для определения длин оптических кабелей ВОД предприятию-изготовителю предоставляется план подстанции с размерами и указанными на нем местом установки шкафа устройства и трассами прокладки оптического кабеля.
Шкаф устройства может быть установлен в любом удобном месте: в релейном отсеке одной из ячеек, на боковой стенке крайней ячейки или на стене помещения КРУ.
Кабели ВОД от шкафа устройства к ячейкам прокладываются по существующим кабельным каналам, кабельным лоткам или дополнительно проложенным в удобном месте кабельным коробам. По пути прокладки необходимое количество ВОД ответвляется к каждой ячейке. При прокладке оптического кабеля допустимое усилие натяжения не более 200 н (20 кг), а радиус изгиба не менее 10 мм. Радиус изгиба оптического кабеля в рабочем состоянии должен быть не менее 15 мм. ВОД устанавливаются в ячейках с помощью угольников и пластиковых стяжек. При прокладке оптических кабелей ВОД внутри высоковольтных отсеков не обязательна их защита с помощью гофрированных труб.


Литература
1. Середа Н.Н., Харитонов В.В. Применение фототиристоров для защиты сетей при дуговых коротких замыканиях //Материалы семинара «Новые комплектные электротехнические устройства».- М.: Московский Дом науч.-техн. Пропоганды, 1990. – С. 53-57.
2. В.И. Нагай, С.В. Сары, М.М. Котлов и др. Оптико-электрическая дуговая защита КРУН 6-10 кВ //Энергетик. – 2000. - № 8. – С. 38-39.
3. Григорьев В.А., Милохин В.Е., Палей Э.Л. Волоконно-оптическая дуговая защита ячеек КРУ 6-10 кВ //Энергетик. – 2002. - № 2. – С. 23-24.

ООО НПФ «ПРОЭЛ», Санкт-Петербург

Читайте также