Дуговая защита «ОВОД-МД» — это устройство нового поколения устройств изготовленных на основе волоконной оптики и микропроцессорной техники, предназначено для защиты шкафов комплектных распределительных электрических подстанций0,4-35 кВ при возникновении в них коротких замыканий, сопровождаемых открытой электрической дугой.
Устройство представляет собой стальной шкаф с передней дверцей.
Устройство состоит из:
- волоконно-оптических датчиков (ВОД) с оптическим кабелем (длина оптического кабеля и количество датчиков зависит от заказа);
- блоков детектирования света и тестирования (БДСТ);
- блока микроконтроллера (БМК);
- блока дискретных входов (БД Вх) (расшифровки вверх) ;
- блока дискретных выходов (БД Вых);
- блока питания (БП);
- шкафа с блоком управления (БУП);
- клеммного шкафа (вариант поставки 01);
- комплекта монтажных частей (состав комплекта зависит от заказа).
Для установки устройства в релейный отсек какой-либо ячейки блок оптоэлектронного преобразования и мониторинга (БПМ-1) поставляется без стального шкафа. В этом случае, он закрывается стальными крышками и имеет угольники для крепления в релейном отсеке. Блок управления крепится на дверце релейного отсека. Длина соединительного кабеля между БУП и БПМ-1 определяется длиной пути прокладки кабеля.
В настоящее время «ОВОД» выпускается в двух модификациях исполнения:
Модификация I — стандартная модификация с формированием команд на отключение двух ступеней силовых электрических цепей;
Модификация II — модификация с формированием команд на отключение трех ступеней силовых электрических цепей
По конструктивному исполнению устройство (обе модификации) имеет четыре варианта исполнения:
Принцип действия:
Волоконно-оптические датчики (линзы), установленные в отсеках высоковольтных шкафов и имеющие практически круговую диаграмму направленности, фиксируют световую вспышку от электрической дуги и передают ее по оптическому волокну в блок детектирования света устройства. При этом устройство дуговой защиты формирует сигнал на отключение высоковольтного выключателя или отключает выключатель ввода (высокого напряжения от распредустройства), тем самым, защищая оборудование от разрушения. В зоне действия электрической дуги находятся только пассивные компоненты (датчик и волоконно-оптический кабель), обладающие абсолютной невосприимчивостью к электромагнитным помехам.
Этим в совокупности с гальванической развязкой дискретных входов, дискретных выходов и питания, обеспечивается высокая помехозащищенность устройства.
УДЗ обеспечивает защиту оборудования не только от разрушения, но и сводит к минимуму или практически исключает повреждения этого оборудования. При этом устройство обеспечивает безопасность обслуживающего персонала.
Для повышения селективности и надежности команда на отключение силовых электрических цепей выдается только при наличии двух факторов – световой вспышки от электрической дуги и работы максимальной токовой защиты (МТЗ) без выдержки времени или защиты минимального напряжения (ЗМН).
Областью применения устройства являются электрические подстанции энергетических компаний, объектов газовой и нефтяной промышленности, промышленных предприятий, метрополитена, тяговых подстанций электрифицированных железных дорог. Устройство предназначено для непрерывной работы в неотапливаемых помещениях.
Основные преимущества по сравнению с другими защитами:
- Тип датчика — оптоволоконный, защита радиального типа , это позволяет максимально быстро определить места повреждения, сформировать более гибкую логику работы устройства совместно с РЗА распредустройства.
- Автоматическая непрерывная проверка работоспособности каждого опто-электронного тракта.
- Фиксация дугового разряда винфракрасном диапазоне, на самом начальном этапе формирования дугового разряда – искровом. Широкая частотная полоса пропускания (порядка 70 кГц) и высокая чувствительность (160А) дают возможность регистрировать не только дуговые, но и искровые разряды, длительность которых от несколькихдо сотен микросекунд, а яркость свечения на три порядка превышает яркость дугового разряда. Эта особенность позволяет УДЗ максимально быстро отключать поврежденный участок от питающего напряжения (в течение 7 — 9 мс при работе без блокировки максимальной токовой защиты), в том числе и при однофазном замыкании на землю элементов ячейки.
- Функция отключения линейного выключателя при дуге в отсеке ввода/вывода отходящей линии.
Устройство формирует сигнал выдачи команд на отключение выключателей трех ступеней силовых электрических цепей при повреждении в пределах распредустройства:
1 ступень – выключатель высокого напряжения;
2 ступень – выключатель ввода или секционный выключатель;
3 ступень – выключатель линейной ячейки.
5. Индикация номера датчика и ячейки, наименование отсека в котором возникла электрическая дуга.
6. Оптоволоконным датчикам не требуется: ориентации датчиков в пространстве при монтаже, протирки от пыли, защиты от солнца и искусственного освещения.
Кроме того устройство дуговой защиты «ОВОД-МД» имеет ряд функциональных особенностей:
- формирование 20 сигналов отключения от 40 групп датчиков и наличие 6 дискретных входов от МТЗ или ЗМН;
- формирование совместно с РЗА распредустройства по заданию заказчика или проектной организации гибкой логики работы устройства, возможно проведение ее коррекции на объекте заказчика;
- наличие пяти дополнительных сигналов «Запрет АПВ» или «Запрет АВР»;
- формирование задержки до 500 мс при выдаче десяти команд на отключение;
- формирование 8 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;
- проверку функционирования и логики работы устройства при проведении пуско- наладочных работ и техническом обслуживании с пульта управления устройством (нет необходимости в имитации светового излучения от электрической дуги с помощью лампы – вспышки);
- наличие связи по стандартным последовательным каналам RS232 с персональным компьютером 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 700 мс, начиная с момента срабатывания датчика;дискретность – 1 мс);
- формирование дискретных сигналов неисправности устройства, пропадания оперативного тока и общего сигнала о срабатывании дуговой защиты.
- индикацию текущего состояния устройства (ВФИ или ЖКИ, светодиодная);
- интуитивный интерфейс во время работы с устройством;
- 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 15 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 в конструкцию ячеек КРУ. Малые габариты датчика не нарушают межфазных и относительно корпуса расстояний токоведущих частей корпуса ячейки. т.к. практически круговая диаграмма направленности ВОД не требует точной ориентации датчиков при установке;
- практически полное отсутствие материальных затрат и потерь при эксплуатации.
При установке устройства к нему можно подключать до 20 ячеек из расчет, что в каждой ячейке устанавливают по 2 датчика.
К устройству максимально можно подключить 40 волоконно-оптических датчиков.
При необходимости длина оптического кабеля может быть увеличена до 500 м. Эта особенность дает возможность заказчику располагать устройство не только непосредственно в подстанции, но устанавливать его в месте, которое будет удобно.
Кроме этого, высокая надежность устройства и компонентов, которые используются при производстве, позволяет ему непрерывно работать при высокой температуре и в не отапливаемых помещениях.
Время срабатывания при работе совместно с МТЗ или ЗМН без выдержки времени составляет 9 мс плюс время срабатывания МТЗ (максимальная токовая защита) и ЗМН.
Устройство не срабатывает ложно и не повреждается:
- при снятии и подаче оперативного тока, а также при перерывах питания любой длительности с последующим восстановлением;
- при подаче напряжения оперативного тока обратной полярности;
- при замыкании на землю цепей оперативного тока.
- при попадании на датчик прямого солнечного света или света от ламп накаливания.
Для удобства эксплуатации дуговая защита оснащена индикациейи формирует следующую светодиодную индикацию:
- наличие оперативного тока;
- срабатывание;
- неисправность;
- контроль по току выведен;
- наличие выключенных датчиков.
Устройство формирует с помощью вакуумно-флуоресцентного индикатора следующую индикацию:
- номера датчика, зафиксировавшего электрическую дугу;
- номер ячейки и наименование отсека, в котором произошла электрическая дуга;
- номер МТЗ и наименование схемы защит, с которой был произведен пуск по току;
- номер выхода отключения и наименование выключателя, на который была подана
- команда на отключение;
- номер выключенного датчика;
- номер неисправного датчика;
- дата и время.
РАЗМЕЩЕНИЕ датчиков в ячейках РУ
В настоящее время промышленностью выпускается широкий спектр ячеек КРУ и КСО.
Ячейки как правило разделены сплошными металлическими и изоляционными перегородками на несколько отсеков, в зависимости от конструкции ячеек устанавливается до 3 датчиков:
- отсек выкатного элемента;
- отсек кабельноговвода;
- отсек верхних разъемных контактов. Кроме того, датчики устанавливаются на сборные шины. 1 датчик на 8 м длины.
В ячейках трансформаторов напряжения и разъединителей обычно устанавливается по одному ВОД.
На рисунках показаны места установки ВОД в ячейке ввода и фидерных ячейках.
Конструктивное исполнение ячеек K-XII и практически круговая диаграмма направленности объектива ВОД позволяет обеспечить защиту отсеков верхних разъемных контактов, ввода/вывода и выкатного элемента одним датчиком . В этом случае селективность сохраняется только в определении ячейки ,в которой возникла электрическая дуга.
Современные камеры КСО выполненные из оцинкованного железа и имеющие прозрачные перегородки между отсеками требуют установки 1 датчика на ячейки.
Исходя из вышеизложенного, определяется количество ВОД.
Общие положения
Устройство предоставляет широкие возможности в формировании логики работы по защите КРУ от дуговых КЗ. 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. В таких случаях 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. Это объясняется тем, что 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 и отпускания МТЗ (устанавливается по заданию проектной организации или Заказчика в диапазоне 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).
Важное преимущество УДЗ на основе ВОД состоит в том, что световое излучение от дуги фиксируется в ближнем инфракрасном диапазоне. Пыль и сажа не служат препятствием для светового излучения в этом диапазоне при высокой чувствительности фотоприемного тракта. В этом случае нет необходимости регулярно протирать датчики.
УДЗ семейства «ОВОД» обеспечивают автоматическую проверку работоспособности с периодичностью 1 раз в 15 с. Световой импульс от светодиода, находящегося в БДСТ, поступает в оптическое волокно кабеля ВОД, отражается от объектива и по второму волокну кабеля ВОД приходит на вход фотодетектора упомянутого блока.
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 1 раза в год на необслуживаемых подстанциях проводить опробования работы устройств РЗА. В случае применения устройств семейства «ОВОД» при опробовании нет необходимостиимитировать дуговой разряд с помощью вспышки, отключая таким образом потребителей от электропитания, так как тестирование работоспособности оптоэлектронного тракта с помощью импульсных оптических сигналов можно проводить и в ручном режиме проверки. Порог срабатывания устройства одинаков для тестового сигнала и для сигнала от дугового разряда, следовательно нет необходимости имитировать световой поток с помощью вспышки. Все можно сделать с пульта управления устройством. Такая эксплуатационная возможность устройства не только ускоряет процесс проведения пуско-наладочных работ, но и обеспечивает снижение затрат на эксплуатацию УДЗ.
Особенности монтажа УДЗ «ОВОД-М» и «ОВОД-МД»:
В комплект поставки устройства входят ВОД с заранее определенными длинами оптических кабелей, которые зависят от места установки шкафа УДЗ.
Место установки УДЗ планируется заказчиком или проектной организацией. Шкаф УДЗ может быть расположен в любом удобном месте: 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 оптических кабелей ВОД внутри высоковольтных отсеков защита с помощью гофрированных труб не обязательна.
Устройства»ОВОД-МД» - серийно выпускаемая продукция ООО «НПФ «Проэл». Они имеют сертификаты соответствия в системе обязательной сертификации ГОСТ Р.
В настоящее время выпущено свыше 2000 УДЗ семейства «ОВОД». Данные устройства эксплуатируются в России (предприятия РАО ЕЭС, нефтяного и газового комплекса), поставляются в Республику Беларусь, на Украину и в Казахстан.
На сегодняшний день уже осуществлена поставка на ряд подстанций «Кубаньэнерго» и др. объекты Южного региона.
НПФ «Электроэнергетика»
