Волоконно-оптические устройства дуговой защиты семейства

Дуговая защита «ОВОД»: итоги эксплуатации и
перспективы дальнейшего совершенствования
В.А. Григорьев, В.Е. Милохин, Б.В. Михайлов, ЗАО «ПРОЭЛ»
В настоящее время быстродействующие устройства дуговой защиты (УДЗ) являются
обязательными компонентами системы РЗА ячеек КРУ (КРУН) высоковольтных электрических подстанций [1]. К быстродействующим УДЗ относятся оптоэлектронные и волоконно-оптические устройства. Волоконно-оптические УДЗ помимо высокого быстродействия
обеспечивают высокую степень гальванической развязки между точкой съема информации
и непосредственно фотоприемником. Последнее обстоятельство гарантирует высокую степень помехозащищенности системы, значительно снижает вероятность отказов и «несанкционированных» отключений, повышает надежность системы.
В конце 1999 года ЗАО «ПРОЭЛ» выпустило первые образцы волоконно-оптических
УДЗ «ОВОД», предназначенных для защиты шкафов комплектных распредустройств электрических подстанций 6 – 35 кВ [2]. Устройство «ОВОД» было разработано по техническому заданию Высоковольтной Сети ОАО «Ленэнерго». Волоконно-оптические датчики
(ВОД), входящие в состав УДЗ, представляют собой широкоапертурную линзу, размещенную на торце двухжильного волоконно-оптического кабеля (ВОК). С другой стороны ВОК
имеет оптические коннекторы для подключения к блоку оптоэлектронной обработки. Максимальное количество ВОД варьировалось от 22 до 34 («ОВОД-СН»). Кроме приема и обработки оптического сигнала от дугового разряда в УДЗ «ОВОД» организована постоянная
диагностика оптоэлектронного тракта устройства и сигнализация об обнаружении неисправности этого тракта.
Таким образом, «ОВОД» представляет собой единственное, по крайней мере отечественное, волоконно-оптическое УДЗ радиального типа, обеспечивающее мониторинг состояния оптоэлектронного тракта вплоть до обмоток выходных реле.
Применение такого метода построения защиты позволяет быстро определить место повреждения и сделать
более селективной и гибкой логику работы УДЗ совместно с РЗА распредустройства.
В начале 2002 г. появилась новая модель волоконно-оптического УДЗ, функциональные особенности
и технические характеристики которого в большей степени стали отвечать требованиям потребителей и современному техническому уровню исполнения подобного рода устройств. «ОВОД-М» – волоконнооптическое УДЗ с использованием промышленного
микроконтроллера фирмы Митсубиши Электрик. Как и
предыдущая модель, устройство «ОВОД-М» представРис. 1. УДЗ «ОВОД-М»
ляет собой стальной шкаф с дверцей (рис. 1). Внутри
шкафа в верхней его части располагаются блоки, входящие в состав устройства (рис. 2):
- блоки детектирования света и тестирования (БДСТ);
- блок микроконтроллера;
- блок дискретных входов;
- блок дискретных выходов;
- блок питания.
Блок индикаций и переключений установлен на внутренней стороне дверцы шкафа и
соединен с блоком микроконтроллера. Органы индикации и управления находятся с внешней стороны дверцы.
1
ВОД (рис. 3), подводятся с нижней стороны шкафа через кабельные вводы и подключаются к соответствующим розеткам ST-типа,
расположенным на передних панелях БДСТ.
Микроконтроллер управляет работой всего
УДЗ в том числе осуществляет постоянный мониторинг работоспособности каналов отключения
вплоть до выходных реле. Работоспособность выходных реле можно проверить при проведении регламентных работ с помощью переключателя
«Тестирование». При захвате каким-либо ВОД излучения электрической дуги сигнал БДСТ поступает на микроконтроллер, который прерывает программу тестирования УДЗ и запускает программу
определения номера ВОД, зафиксировавшего
электрическую дугу. Одновременно посредством
импульсного сигнала длительностью порядка 350
мс осуществляется замыкание контактов соответствующего выходного реле. Для предотвращения
«несанкционированных» отключений в УДЗ
«ОВОД-М» также как и в предыдущей модели,
Рис. 2. Внутреннее расположение составпредусмотрено блокирование отключения сигналяющих блоков УДЗ «ОВОД-М»
лами МТЗ или ЗМН, которое может быть снято с
помощью соответствующего переключателя.
Вспомогательные сигналы (запрет АПВ и АВР, неисправность, отсутствие оперативного тока и индикация отключения) формируются замыканием «сухих» контактов реле и
сохраняются до тех пор, пока не устранена неисправность или не произведен «сброс» УДЗ в
исходное состояние.
Блок индикации и управления предназначен для индикации текущего состояния УДЗ и
управления с помощью клавиатуры режимами
работы устройства. Индикация номера ВОД и
номера выхода отключения осуществляется
двухразрядным семисигментным индикатором.
Остальная индикация производится индикаторными светодиодами зеленого или красного свечения.
Отличительными функциональными осоРис. 3. Волоконно-оптический датчик
бенностями модели «ОВОД-М» являются:
- наличие 5 каналов отключения;
- наличие дополнительных сигналов: запрет АПВ или АВР;
- возможность оперативного вывода (ввода) из действия любого датчика;
- энергонезависимая память о текущем состоянии УДЗ;
- возможность передачи информации о текущем состоянии УДЗ через последовательный порт RS 485 во внешнюю цепь;
- наличие схемы, выполняющей функцию «УРОВ» и формирующей сигнал на отключение вышестоящего выключателя при отказе выключателя ячейки, предназначенной для ввода напряжения питания.
Критерием действия схемы «УРОВ» является длительность сигнала МТЗ или ЗМН.
«Установка» задержки сигнала «УРОВ» осуществляется с помощью переключателей в блоке микроконтроллера и составляет ряд дискретных значений 150, 200 и 300 мс.
Основные характеристики УДЗ «ОВОД-М»:
2
Порог срабатывания в единицах эквивалентного тока короткого замыкания: не более 500А;
Время срабатывания без блокировки: не более 5 мс;
Время срабатывания при блокировке МТЗ или ЗМН (без выдержки времени): 5 мс +ТМТЗ;
Максимальное количество датчиков: 34 шт.;
Рабочий диапазон температур: - 40  + 55С;
Габаритные размеры: 475400250 мм;
Масса: не более 20 кг.
Начиная с октября 2002 г. по август 2003 г. было выпущено более 100 устройств семейства «ОВОД», которые были установлены на высоковольтных подстанциях, ТЭЦ и
ГРЭС различных регионов РФ, а также Республики Беларусь. Суммарное количество ячеек
КРУ, оснащенных датчиками УДЗ «ОВОД» и «ОВОД-М» приблизилось к 1500 шт. Около
16% УДЗ находятся в эксплуатации более 1 года. За это время не было зафиксировано ни
одного отказа в работе УДЗ или «несанкционированного» отключения КРУ. На двух высоковольтных подстанциях имели место отключения, вызванные электродуговым разрядом в
отсеке выключателя вакуумного типа. Отключения произошли столь быстро, что последствия дугового разряда были обнаружены лишь при повторном тщательном осмотре отсеков, идентифицированных при помощи УДЗ.
Постоянное взаимодействие с заказчиками стимулирует модернизацию и совершенствование УДЗ. Уже сейчас «ОВОД-М» может быть укомплектован 40 ВОД (максимальное
число) и имеет 20 выходов отключения, что обеспечивает возможность отключения линейных выключателей, а не всей секции, при возникновении дугового КЗ в отсеке кабельной
сборки.
Применение оптического волокна в конструкции ВОД позволяет пространственно
разносить оптоэлектронный интерфейс устройства (шкаф с электронными блоками) и линзы ВОД. Причем расстояние между ними может составлять многие десятки и сотни метров.
На рис. 4 представлена схема, иллюстрирующая подключение с помощью многожильного
волоконно-оптического кабеля датчиков, находящихся в ЗРУ, к оптоэлектронному интерфейсу «ОВОД-М», расположенному в ОПУ (оперативном пункте управления).
ЗРУ
ОПУ
2
5
НОМЕ
Р
СРАБОТАВШЕГО
ДАТЧИКА
СРАБОТАВШЕГО
ВЫХОДА
ОТКЛЮЧЕНИЯ
НЕИСПРАВНОГО
ДАТЧИКА
НЕИСПРАВНОГО
ВЫХОДА
ОТКЛЮЧЕНИЯ
ВЫВЕДЕННОГО
ДАТЧИКА
СБРОС
СЕТЬ
СРАБАТЫВАНИЕ
ОБРЫВ ВОК ДАТЧИКА
НЕИСПРАВНОСТЬ ДАТЧИКА
НЕИСПРАВНОСТЬ
ВЫХОДА ОТКЛЮЧЕНИЯ
ОБРЫВ ВОК ЛИНИИ СВЯЗ И
НАЛИЧИЕ ВЫКЛЮЧЕННЫХ ДАТЧИКОВ
БЛОКИРОВКА
3
ТЕСТИРОВАНИЕ
ВВЕДЕНА
ВКЛ.
ВЫВЕДЕНА
ВЫКЛ.
УСТРОЙСТВО ДУГОВОЙ З АЩИТЫ
ВЫВОД ДАТЧИКОВ
РАЗ РЕШЕН
З АПРЕЩЕН
ОВОД-М
4
1
Рис.4. Схема подключения УДЗ «ОВОД-М» с использованием волоконно-оптического кабеля
1 – защищаемая секция;
2 – оптические волокна ВОД;
3 – соединительная коробка;
4 – волоконно-оптический кабель;
5 – шкаф УДЗ «ОВОД-М»
Стыковка волокон ВОД и волоконно-оптического кабеля осуществляется с помощью
соединительной коробки, в которой расположены розеточные части оптических соединителей.
3
Волоконно-оптические датчики УДЗ «ОВОД-М» могут устанавливаться в ячейках
КРУ на предприятии-изготовителе (в случае заказа КРУ под УДЗ «ОВОД-М») в соответствии с рис. 5. Подключение встроенных в ячейку датчиков к УДЗ «ОВОД-М» осуществляется с помощью поставляемых в комплекте УДЗ оптических соединительных шнуров, на
концах которых размещены вилки оптического соединителя.
3
5
4
НОМЕ
Р
СРАБОТАВШЕГО
ДАТЧИКА
СРАБОТАВШЕГО
ВЫХОДА
ОТКЛЮЧЕНИЯ
НЕИСПРАВНОГО
ДАТЧИКА
НЕИСПРАВНОГО
ВЫХОДА
ОТКЛЮЧЕНИЯ
ВЫВЕДЕННОГО
ДАТЧИКА
СБРОС
СЕТЬ
СРАБАТЫВАНИЕ
ОБРЫВ ВОК ДАТЧИКА
НЕИСПРАВНОСТЬ ДАТЧИКА
НЕИСПРАВНОСТЬ
ВЫХОДА ОТКЛЮЧЕНИЯ
ОБРЫВ ВОК ЛИНИИ СВЯЗ И
НАЛИЧИЕ ВЫКЛЮЧЕННЫХ ДАТЧИКОВ
2
БЛОКИРОВКА
ТЕСТИРОВАНИЕ
ВВЕДЕНА
ВКЛ.
ВЫВЕДЕНА
ВЫКЛ.
УСТРОЙСТВО ДУГОВОЙ З АЩИТЫ
ВЫВОД ДАТЧИКОВ
РАЗ РЕШЕН
З АПРЕЩЕН
ОВОД-М
1
Рис. 5. Подключение ячейки КРУ со встроенным ВОД к шкафу УДЗ «ОВОД-М»
1 – ячейка КРУ;
2 – ВОД;
3 – розетки оптического соединителя;
4 – оптический соединитель;
5 – шкаф УДЗ
В настоящее время ведется разработка новых модификаций УДЗ по двум основным
направлениям.
Первое из этих направлений основано на использовании принципа «Ведущий – ведомый». УДЗ в этом случае разбивается на блок управления с платами дискретных входов и
выходов и на подключаемые к нему с помощью каналов передачи данных четыре блока по
40 ВОД в каждом. Такая модификация позволит легко наращивать количество датчиков;
устанавливать блок управления в помещении оперативного управления, а блоки датчиков
непосредственно в КРУ; обеспечивать одним устройством защиту четырех секций КРУ.
Второе направление разработок связано с созданием возможности оперативного изменения логики работы устройства непосредственно обслуживающим персоналом подстанций. Такая функциональная особенность УДЗ позволит отказаться от вызова представителей изготовителя при реконструкции или расширении КРУ.
Литература
[1]. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской
Федерации (утв. Приказом Минэнерго РФ от 19 июня 2003 г. № 229).
[2]. В.А. Григорьев, В.Е. Милохин, Э.Л. Палей, - «Волоконно-оптическая дуговая защита ячеек КРУ 6-10 кВ», Энергетик, 2002, №2, стр. 23-24.
4