Специалистами ООО «НТЦ «Механотроника» по заказу ОАО «МРСК» проведена НИОКР по разработке устройства защиты батареи статических конденсаторов (БСК) класса напряжений110 кВ.
В результате НИОКР разработан шкаф защиты БСК110-220 кВ «ШЗБК-МТ», содержащего в своем составе блок основной защиты БМРЗ-БСК» и блок резервной защиты и автоматики управления выключателем «БМРЗ-АУВ».
Выбор уставок защит БСК осуществляется в соответствии с разработанными подробными методическими указаниями по расчету уставок защит БСК и по оценке чувствительности.
Предоставляются типовые решения по интеграции шкафов защиты БСК 110-220 кВ «ШЗБК-МТ» в проекты подстанций.
В ходе выполнения работы впервые был проведен детальный анализ процессов, протекающих в БСК110 кВ при переходных процессах и, в частности, при коротких замыканиях. Аналитическая проработка и имитационное моделирование показали, что любой переходной процесс в сети подключенной БСК сопровождается высокочастотными колебательными процессами, определяемыми контуром «емкость БСК» — «индуктивность сети».
Сравнение результатов моделирования и эксперимента включения БСК110кВ
Для типовой БСК110 кВ частота собственных колебаний находится в иапазоне200 – 600 Гц, постоянная времени затухания — от10 до50 мс, а кратность броска тока при включении — от5 до12 (в зависимости от режима питающей сети). Аналогичные процессы протекают и при коротких замыканиях, в том числе и внешних.
Данные факторы приводят к необходимости дополнительной отстройки классических токовых защит, что неизбежно сказывается на их чувствительности или быстродействии.
Оценка чувствительности классических решений защит БСК, проведенная в ходе выполнения НИОКР, показала:
- применяемые токовые защиты, работающие на основе анализа токов ввода БСК, обеспечивают защиту от коротких замыканий на ошиновке ввода и лишь частично — защиту от коротких замыканий в БСК;
- широко применяемая балансная защита обладает необходимой чувствительностью при всех видах коротких замыканий в БСК и частично — при замыканиях внутри конденсаторов, однако возможен отказ небалансной защиты в случае накопления»симметричных» повреждений конденсаторных элементов или повреждении трансформаторов тока, установленных в перемычке БСК;
- ни одна защита не обладает достаточной чувствительностью к повреждениям(коротким замыканиям) в зоне токоограничивающих реакторов, том числе на нейтральных выводах фаз БСК;
- отсутствует резервирование защиты от внутренних повреждений в БСК, что является нарушением пп. 3.2.14, 3.2.15 действующего ПУЭ.
Для решения выявленных проблем в НТЦ»Механотроника» были разработаны дополнительных функции защиты БСК, проведено их программное макетирование и имитационное моделирование их работы.
Также предложены способы значительного повышения чувствительности токовых защит за счет учета особенностей переходных процессов в БСК при цифровой обработке сигналов в устройстве релейной защиты.
Необходимо особо отметить, что решение почти всех вопросов было проведено НТЦ «Механотроника» без необходимости изменения первичного оборудования существующих БСК, без установки дополнительных измерительных трансформаторов и датчиков.
Защита токоограничивающих реакторов и их ошиновки от однофазных коротких замыканий на землю требует особого подхода и возможна только при условии установки дополнительного трансформатора тока нулевой последовательности в месте заземления БСК. В ООО «НТЦ «Механотроника» разработан и реализован высокочувствительный алгоритм продольной дифференциальной защиты нулевой последовательности с торможением (ДЗТ), который обеспечивает защиту всей БСК, в том числе и токоограничивающих реакторов, от коротких замыканий на землю — наиболее вероятного вида повреждений.
Производителям БСК и проектным организациям следует учитывать данную особенность и рассмотреть для ответственных объектов возможность остановки дополнительного трансформатора тока нулевой последовательности месте заземления БСК.
Для выполнения диагностики и контроля состояния батареи в ООО «НТЦ «Механотроника» разработан уникальный алгоритм, осуществляющий накопление информации о частичных пробоях и отключениях отдельных секций конденсаторных элементов. Принцип относительных измерений и длительный мониторинг данных позволяют достичь высокой чувствительности. Данный алгоритм обеспечивает возможность раннего предупреждения о необходимости технического обслуживания БСК, что позволяет избежать тяжелых повреждений оборудования.
