Применение микропроцессорных реле защиты Sepam 1000+ в системах управления и защит энергетического оборудования



В данной статье рассмотрено применение микропроцессорных реле защиты Sepam 1000+ в системах управления и защит энергетического оборудования, и их основные функции и требования.

Ключевые слова: микропроцессорные реле Sepam 1000+, релейная защита электромеханические реле, селективность, надежность.

Большинство фирм производителей прекращают выпуск электромеханических реле и устройств и переходят на цифровую элементную базу. Этот переход не приводит к изменению принципов релейной защиты и автоматики, он расширяет ее функциональные возможности, упрощает эксплуатацию и снижает стоимость. Именно по этим причинам микропроцессорные реле очень быстро начали вытеснять устаревшие электромеханические реле. [1]

Микропроцессорное устройство релейной защиты (МУРЗ) — устройство релейной защиты, реализованное на основе микропроцессорных элементов. [1]

Компания Schneider Electric была основана в 1836 году и на данный момент является ведущей компанией в области микропроцессорных терминалов релейной защиты. Schneider Electric — крупная французская машиностроительная компания, которая производит электроизмерительные приборы релейной защиты, обеспечивает разработку и производство решений в области управления электроэнергией, а также комплексных энергоэффективных решений для энергетики и инфраструктуры, промышленных предприятий. [5]

Сегодня компания Schneider Electric имеет более 200 заводов по всему миру. В России такими заводами являются казанский завод «Шнейдер Электрик Эквипмент Казань», Космодемьянский завод ЗАО «Потенциал» и петербуржский завод «ЭлектроМоноблок (SEZEM)». Благодаря своему широкому ассортименту производимой продукции французская компания Schneider Electric является сильным игроком на рынке, демонстрируя при этом полную конкурентоспособность, так как продукция затрагивает такие сферы как строительство, промышленностью обработка данных сетей и энергетика. [5]

В данной статье необходимо исследовать электронное оборудование релейной защиты электроэнергетического объекта на базе оборудования фирмы Schneider Electric. Объектом исследования электронного оборудования релейной защиты я выбрал микропроцессорный терминал Sepam1000+. Sepam — это микропроцессорное устройство защиты, управления, контроля и измерения. Sepam обеспечивает полный набор функций релейной защиты и автоматики в зависимости от типа присоединения. Целью исследования является ознакомление с техническими характеристиками микропроцессорного терминала Sepam1000+.

SEPAM состоит из:

‒ базового модуля (1);

‒ картриджа (2)

‒ блоков дискретных входов-выходов (3);

‒ блоков температурных датчиков (4);

‒ блоков связи MODBUS (5);

‒ блока аналогового выхода (6).

Рис. 1. Структурная схема SEPAM

Использование цифровых технологий обеспечивает устройствам защиты, контроля и управления, следующие основные преимущества:

Использование передовых методов самотестирования и самодиагностики позволяет осуществлять широкий контроль за состоянием самого устройства релейной защиты. Обслуживающий персонал постоянно получает информацию о состоянии устройства. На случай повреждения имеются средства для эффективного и оперативного вмешательства. Риск эксплуатации установки с неисправной релейной защитой сведен к минимуму. Отпадает необходимость в проведении периодических проверок.

Интеграция в одном блоке Sepam всех функций, необходимых для защиты и управления электроустановкой, дает важные преимущества: более рациональная эксплуатация, оптимизированные технические характеристики и снижение общей стоимости при улучшении качества обслуживания.

При разработке блока Sepam были проведены расчеты безопасности и надежности по самой передовой технологии. Благодаря этим расчетам риск возникновения неисправностей в интегрированном решении Sepam сведен к минимуму.

В Sepam нужно лишь ввести параметры (номинальные данные трансформаторов и общие сведения об электрической сети).

Встроенный в Sepam 1000 программируемый контроллер позволяет адаптировать его ко всем типам логики управления.

Для каждого типа применения электротехнического оборудования имеются реле гаммы Sepam, предназначенные для защиты электрических сетей. [6]

Устройства Sepam используются для следующих видов применения:

‒ защита подстанций (вводы и отходящие фидеры);

‒ защита трансформаторов;

‒ защита двигателей;

‒ защита генераторов;

‒ защита сборных шин;

‒ защита конденсаторов.

К микропроцессорным устройствам реле защит Sepam выдвигаются следующие требования: селективность, быстродействие, чувствительность, надежность.

Для того чтобы проверить все функции и требования, предъявляемые к МУРЗ Sepam на практике, были выполнены следующие опыты: «Имитация максимальной токовой защиты линии электропередач», «Имитация токовой отсечки линии электропередач» и «Автоматическое включение резервного питания нагрузки (АВР)».

Sepam 1000+ полностью совместим со стандартом связи Modbus.

Все данные, необходимые для централизованного дистанционного управления оборудованием с диспетчерского пункта, доступны благодаря порту связи Modbus, поддерживающему следующие функции: считывание: данных измерений, аварийных сообщений, уставок защит и т. д.; запись: команд телеуправления выключателя и т. д.

Устройство позволяет фиксировать 3 типа диагностической информации, что обеспечивает лучшую работу:

‒ диагностика сети и машины (ток отключения, коэффициент небаланса, запись осциллограмм аварийных режимов);

‒ диагностика коммутационного аппарата (кумулятивное значение токов отключения, время работы);

‒ диагностика устройства защиты и его дополнительных модулей (постоянное самотестирование, устройство отслеживания готовности).

Использование в логике управления программируемого контроллера позволяет отказаться от использования вспомогательных реле и дополнительного монтажа.

Человеко-машинный интерфейс

Sepаm 1000+ серии 20 имеет 2 варианта человеко-машинного интерфейса (UMI) для удовлетворения различных запросов пользователя:

Стандартный UMI: обеспечивает экономичное решение, адаптированное ко всем применениям, не требующим местного управления работой (управление с диспетчерского поста);

Стационарный или выносной усовершенствованный UMI: имеет графический жидкокристаллический дисплей (LCD) и 99кнопочную клавиатуру для индикации значений измерения и диагностики, аварийных сообщений и данных о работе установки и для обеспечения доступа к данным регулировок и параметрирования 9 для применений с местным управлением работой.

Программное обеспечение экспертного UMI

Программное обеспечение SFT 2841 на базе персонального компьютера обеспечивает доступ ко всем функциям Sepаm 1000+, предоставляя все средства и возможности, поддерживаемые средой Windows. [2]

Опыт имитации максимальной токовой защиты линии электропередач

В работе были использованы блоки:

‒ однофазный трансформатор А1;

‒ контактор А2;

‒ модель линии электропередачи А3;

‒ блок измерительных трансформаторов тока и напряжения А4;

‒ блок преобразователей напряжения А5;

‒ блок программируемого реле защиты А6;

‒ блок световой сигнализации А7;

‒ кнопочный пост управления А8;

‒ измеритель тока (амперметр) и времени (секундомер) Р1;

‒ источник питания (220В) G1.

Рис. 2. Электрическая схема соединений

Для проведения опыта необходимо собрать логическую схему (рис. 3), задать параметры срабатывания, загрузить схему в контроллер и запустить на исполнение.

Рис. 3. Логическая схема: AI1 — вход аналогового датчика, I1 — контакт кнопки «Пуск», I2 — контакт кнопки стоп, Q1 — выход / контакт контактора, Q2 — выход на красную сигнальную лампу «наличие КЗ», SF001 — аналоговый пороговый выключатель / его контакт, T01 — задержка включения

Рис. 4. Показания измерителя тока и времени: а) при кратковременном КЗ; б) при устойчивом КЗ

После нажатия кнопки «Пуск» поста управления включается контактор А2, после нажатия кнопки «Стоп» контактор отключается. При запущенной схеме после имитации кратковременного (менее двух секунд) КЗ загорается красная лампа «наличие КЗ». С индикаторов снимается значение тока КЗ и время его существования.

При моделировании устойчивого (более двух секунд) КЗ контактор А2 отключается, устраняя КЗ. С индикаторов измерителя так же снимается значение тока КЗ и время работы защиты (рис. 4).

Таким образом, после проведения опыта было выяснено, что используемый в эксперименте модуль Sepam 1000+ полностью удовлетворяет предъявляемым требованиям селективности, быстродействия, чувствительности и надежности и исправно выполняет свои функции.

Опыт имитации токовой отсечки защиты линии электропередач

При проведении опыта использовались те же блоки и та же структурная схема, что и при моделировании максимальной токовой защиты линии электропередач.

Для проведения опыта так же необходимо собрать логическую схему (рис. 5.), задать параметры срабатывания, загрузить схему в контроллер и запустить на исполнение. При имитации КЗ загорается красная лампа «наличие КЗ», контактор А2 отключается, тем самым устраняя КЗ. С индикатора измерителя Р1 считываются значения тока КЗ и время работы защиты.

Рис. 5. Логическая схема

Автоматическое включение резервного питания нагрузки

Рис. 6. Принципиальная электрическая схема, КМ 1, КМ 2 — контакторы, L1, L2 — линии электропередач, KV1 — реле минимального напряжения

Для проведения опыта была собрана логическая схема (рис. 6), заданы параметры срабатывания АВР, схема была загружена в контроллер и запущена на исполнение.

При имитации потери напряжения на одной из линий электропередач (например, на линии L1) один контактор отключается, а другой включается, восстанавливая подачу напряжения.

Рис. 7. Логическая схема: I1 — контакт кнопки «Пуск», I2 — контакт кнопки стоп, I3 — вход наличия напряжения, Q1, Q2– выходы / контакты контакторов, SF001 — RS- триггер, T002 — задержка включения

Вывод

Таким образом, после проведения опытов было выяснено, что используемый в экспериментах микропроцессорное реле защиты Sepam 1000+ полностью удовлетворяет предъявляемым требованиям селективности, быстродействия, чувствительности и надежности, а также исправно выполняет свои функции защиты и управления.

Литература:

1. Гловацкий В. Г., Пономарев И. В. Современные средства релейной защиты и автоматики электросетей 2006 г.
2. Руководство по установке и применению Sepam 1000+ серии 20 Merlin Gerin. 2003 г.
3. Никитин, А. А. Микропроцессорные реле А. А. Никитин. — Чебоксары, 2003.
4. Гуревич, В. И. Микропроцессорные реле защиты. Устройство, проблемы, перспективы / В. И. Гуревич. — Инфра — Инженерия, 2011 г.
5. https://tolsupgrade.com/schneider_electric Schneider Electric — история компании.
6. Каталог реле защит Sepam — защита, контроль и управление серия Sepam Sepam 2000 Sepam 1000+ Sepam 100. 2003 г.