Важливим напрямком енергетичної галузі є вдосконалення живить і розподільних мереж. В даний час по всій Україні розподільні електричні мережі знаходяться у важкому стані, що обумовлено:
високим ступенем фізичної і моральної зношеністю електрообладнання (вік обладнання часто досягає 50 років і вище);
високими втратами електричної енергії
низьким рівнем автоматизації (низький рівень телесигналізації і телекерування)
Поряд з цим зростає вимоги перед енергорозподільними компаніями по:
скорочення часу недоотпуск електроенергії
підвищення переданої потужності
збільшення трансформаторної потужності
Зростання електричних навантажень відзначається не тільки в місцях нової забудови, а й в районах з уже сформованою мережевою інфраструктурою, де будівництво нових підстанцій вкрай важко. Зростання електричних навантажень, особливо в центрах обласних міст, вимагає кардинальних рішень. Досвід європейських країн таких як Польща, Франція і ФРН показує на можливість вирішення шляхом створення нової електричної мережі з підвищеним рівнем напруги. У таких країнах введена і існує електрична мережа з рівнем напруги 20 кВ.
Метою появи електричної мережі 20 кВ є:
підвищення рівня надійності електропостачання;
підвищення якості електропостачання;
зниження втрат електричної енергії;
збільшення пропускної спроможності ліній;
зниження рівня струмів короткого замикання;
Безумовно створення опорної мережі живлення 20 кВ в Україні перш за все в обласних центрах в місцях з високою щільністю електричних навантажень викликає ряд серйозних і складних фінансових, організаційних, технічних, юридичних питань, але в поточних умовах гідна альтернатива цьому рішенню відсутня.
Виходячи з цілей важливою складовою частиною електричної мережі 20 кВ повинно бути побудова релейного захисту та автоматики, засобів телемеханізації і диспетчерського управління на відмінних від мережі 10 кВ принципах і підходах.
Компанія «Київприлад» на виставці Elcom2017 представила нове четверте покоління захистів серії MRZS. Четверте покоління відрізняє модульність конструкції і можливість нарощування апаратних ресурсів за допомогою додаткових легко встановлюваних блоків, істотне поліпшення прикладного програмного забезпечення та розширення спектра підтримуваних протоколів зв’язку.
Серед представлених пристроїв серії MRZS особливо виділяється диференційний захист лінії MRZS-D, перше серед вітчизняних пристроїв в повній мірі відповідає вимогам перед РЗА в мережах 20 кВ.
Пристрій може бути використано при проектуванні нових мереж та реконструкції існуючих підстанцій і трансформаторних пунктів.
MRZS-D – це мікропроцесорний пристрій пофазної двосторонньої диференціального захисту і управління лінії, призначене для захисту повітряних ліній і кабелів живлення в енергосистемах мережевих компаній і енергосистемах промисловості, включаючи радіальні, кільцеві і замкнуті розподільні мережі з розподіленою генерацією або без неї.
MRZS-D адаптовано до роботи в мережах з ізольованою, заземленою через активний опір, компенсованій (заземлення через повний опір), включаючи мережі з поздовжньою компенсацією і глухозаземленою нейтраллю.
Серію MRZS відрізняє реалізація стандарту МЕК 61850 в частині зв’язку і можливості взаємодії обладнання автоматизації підстанцій.
MRZS-D може бути використано для захисту фідерів в мережах з кільцевими лініями. Пристрої диференційного захисту лінії MRZS-D дозволяють вибірково відключити пошкоджену частину мережі і забезпечити розподіл електроенергії в справної частини мережі.
MRZS-D має кілька різних стандартних конфігурацій дозволяють оптимально використовувати наявні можливості.
У пристроях MRZS-D в залежності від конфігурацій можуть бути реалізовані наступні функції:
пофазний диференційний захист лінії, максимальна;
дистанційний захист;
спрямований максимальний струмовий захист;
ненаправлений максимальний струмовий захист;
спрямований захист від замикань на землю;
ненаправлений захист від замикань на землю;
захист від замикань на землю на основі контролю комплексної провідності;
захист від замикань на землю на основі контролю активної потужності;
захист від замикань на землю на основі контролю вищих гармонік;
захист від обриву фаз;
струмовий захист зворотній послідовності з органом напрямку потужності;
захист від перехідних/перемежовуються замикань на землю;
захист від підвищення напруги нульової послідовності;
захист на основі контролю фазної напруги і частоти;
функція трифазного багаторазового АПВ повітряних ліній в тому числі з улавливанием синхронізма;
функція резервування при відмові вимикача (ПРВВ).
Пристрій MRZS-D також може бути використано для диференціального захисту систем з трансформатором в захищеній зоні.
Пристрій забезпечує основний захист з абсолютною селективністю повітряних ліній і кабельних фідерів в розподільних мережах.
MRZS-D також містить функції на базі контролю струму для виконання далекого резервування, а також локальні резервні захисти на додаток до основного диференціального захисту лінії.
До складу функції диференційного захисту лінії входять 2 ступені захисту:
чутлива ступінь з гальмуванням;
швидкодіюча груба ступінь захисту (відсічення).
Чутлива ступінь з гальмуванням забезпечує чутливий диференціальний захист і зберігає стійкість, наприклад, при насиченні трансформатора струму. Для гальмування чутливого ступеня можна використовувати виявлення другої гармоніки, якщо повинен вмикатися силовий трансформатор за межами зони, що захищається.
У разі розташування силового трансформатора в захищеній зоні, при його ввімкненні можливе виникнення значних за величиною кидків струму намагнічування.
Зміст другої гармоніки в диференційному струмі що перевищує вбрання порогове значення блокує вимкнення від захисту. Оскільки функція гальмування при кидках струму намагнічування працює пофазно, то захист повністю працездатна при ввімкненні трансформатора на однофазне пошкодження, коли можливе протікання струму намагнічування в одній з непошкоджених фаз.
Сигнал блокування спрацьовування захисту передається всім пристроям, тим самим забезпечується неспрацювання пристроїв, розташованих на інших кінцях захищається.
Компенсація ємнісного струму, обумовленого ємністю повітряної або кабельної лінії, в свою чергу дозволяє досягти більшої чутливості.
Підключення кіл напруги від трансформатора напруги приєднання дозволяє автоматично компенсувати ємнісні струми.
На підставі номінальних даних трансформаторів струму і величини вимірюваних струмів виробляються розрахунок похибок трансформаторів струму з можливих похибок, що впливає на розрахунок необхідної величини самогальмування.
Завдяки наявності функції самоторможения диференційний захист завжди працює з максимально можливою чутливістю, так як гальмівні величини автоматично змінюються згідно з рівнями наявних похибок. Таким чином, навіть пошкодження, що виникають через велику перехідний опір, в умовах протікання значних струмів навантаження, можуть бути ефективно виявлені.
Швидкодіюча груба ступінь (відсічення) диференціального захисту менш чутлива, але швидко спрацьовує при великих струмах пошкодження. Якщо в захищеній зоні є трансформатор, векторна група автоматично компенсується з урахуванням типів обмоток і значень параметрів групи з’єднань.
Чутлива ступінь може мати незалежну або зворотнозалежну витримку часу.
Поєднання потенціалу GOOSE-повідомлень по станційної шині і передачі дискретних сигналів по каналу зв’язку захисту і передачі дискретних сигналів відкриває нові можливості застосування в порівнянні з традиційним диференціальним захистом лінії в тому числі надає перевагу за швидкістю, селективності і надійності. Пряме телевимкнення гарантує, що обидва кінці завжди вимикаються одночасно незалежно від підживлення струмом КЗ.
Стандартні конфігурації сигналів можуть бути змінені за допомогою матриці сигналів програми «WisiNet 2».
Крім того, програма конфігурації логіки «WisiNet 2» підтримує створення багаторівневих логічних функцій за допомогою різних логічних елементів, в тому числі порогових елементів, таймерів і тригерів. Комбінування функцій захисту з логічними функціональними блоками дозволяє адаптувати конфігурацію пристрою до вимог замовника в залежності від конкретного застосування. Пристрій поставляється від виробника зі стандартними призначеннями настройками і параметрами, описаними в посібнику з експлуатації: призначення дискретних входів, дискретних виходів, зв’язків між функціями і світлодіодів аварійної сигналізації повністю відповідає схемам підключення і схемами організації зв’язку пристроїв.
Обмін даними між пристроями здійснюється по виділеному оптоволоконному каналу. Для диференціального захисту лінії використовується багатомодовий або одномодовий оптоволоконний кабель з роз’ємами типу ST, розрахований на довжину хвилі 1310 нм.
Канал використовується для передачі значень фазних струмів між пристроями. Вектори струму від двох пристроїв MRZS-D, що знаходяться на значній відстані один від одного, повинні бути синхронізованими у часі, щоб алгоритм захисту належним чином обробляв диференціальні струми. Для синхронізації використовується так званий ехометод згідно стандарту IEEE 1588. Тому для передачі даних диференціального захисту не потрібні ніякі зовнішні пристрої, такі як синхронізатор GPS.
Нижче представлена реалізація зазначеного принципу для двухкінцевої лінії.
У разі, коли число кінців лінії більше двох, будується мережа обміну даними і кожне з пристроїв отримує інформацію про суму струмів від відповідних трансформаторів струму в місці їх установки, що втікають в зону, яка захищається.
Мережа передачі даних також може бути замкнута в кільце, що забезпечить резервування передачі даних між пристроями: навіть при відмові одного з каналів зв’язку, система диференційного захисту продовжить правильно функціонувати. Пристрої визначають помилки при передачі даних і автоматично перемикаються на інший доступний канал зв’язку. Також представляється можливим вимкнути один кінець лінії, наприклад, для перевірки, чи вивести місцевий пристрій захисту з роботи. У таких випадках при схемі з’єднання мережі обміну даними в вигляді кільця залишилися в роботі пристрою MRZS-D продовжують правильно функціонувати.
Альтернативою оптоволоконного каналу може виступати гальванічне з’єднання по кабелю управління, що складається з кабелю типу вита пара і модемів на кінцях лінії зв’язку. У порівнянні з традиційними рішеннями поздовжнього диференціального захисту лінії з передачею аналогового сигналу між напівкомплектом по контрольним проводам, пристрої MRZS-D в поєднанні з модемами забезпечують сучасний пофазний подздовжний диференціальний захист лінії з використанням цифрових сигналів вимірювань (можлива передача і допоміжних дискретних сигналів) за існуючим каналом зв’язку.
У модемах передбачена індикація якості обслуговування (QoS), а MRZS-D безперервно контролює канал зв’язку. Модем забезпечує рівень ізоляції 5 кВ (середньоквадратичне) між клемами кабелю управління і землею. Модеми (провідний і ведений) гальванічно з’єднуються з кінцями кабелю управління і оптично з’єднуються з пристроєм короткими одномодовими оптичними кабелями.
Керуючий кабель (вита пара) перетином 0,8 мм2 зазвичай дозволяє підтримувати зв’язок на відстані до 8 км.
Канал зв’язку можна використовувати не тільки для безперервного обміну даними захисту, але і для передачі дискретних сигналів (BST), тобто для передачі користувальницької цифрової інформації між пристроями серії MRZS.
Моніторинг каналів зв’язку дозволяє в реальному часі отримувати інформацію про кожному каналі незалежно. Функція контролю лінії зв’язку діфзахисту безперервно контролює канал обміну даними захисту. При стійкій відмові зв’язку функцій захисту, в пристрої MRZS-D і в АСУ спрацьовує аварійний сигнал. Таким чином, резервування каналу зв’язку підвищує безпеку оперативного персоналу і гарантує наявність всієї необхідної інформації про систему у оператора за умови справності резервного каналу.
Далі за замовчуванням вмикаються дві грубі ступені захисту максимального струму.
Особлива увага була приділена захисту від несанкціонованого доступу.
Для захисту MRZS-D від несанкціонованого доступу і для забезпечення цілісності інформації пристрій має чотирьохрівневу рольову систему аутентифікації з окремими паролями і ряд додаткових інновацій.
MRZS-D як і вся серія MRZS призначена для реалізації стандарту МЕК 61850 в частині зв’язку і можливості взаємодії обладнання автоматизації підстанцій.
Застосування МЕК 61850 забезпечує підтримку всіх функцій моніторингу та управління. Крім того, за допомогою МЕК 61850 забезпечується завдання уставок, зчитування файлів осцилограм даних реєстратора аварійних подій. Файли осцилограм в форматі COMTRADE підтримуються будь-яким Ethernet-додатком, а також програмою «WisiNet_2».
З метою забезпечення взаємодії з пристроями інших виробників і можливістю модернізації архітектури систем РЗА на об’єктах, в пристроях MRZS реалізована ідеологія стандарту МЕК 61850.
MRZS-D може передавати дискретні і аналогові сигнали інших пристроїв по протоколу GOOSE (типове об’єктно орієнтована подія підстанції) стандарту МЕК 61850-8-1. Передача дискретних GOOSE-повідомлень, може використовуватися, наприклад, для схем захисту та оперативних блокувань.
У пристроях четвертого покоління серії MRZS для синхронізації за часом високої точності використовується стандарт IEEE 1588.
Для забезпечення точності оперативних перемикань і щоб уникнути помилок персоналу, управління засноване на принципі двоетапної команди «вибір перед виконанням».
Для пристроїв MRZS-D розроблені типові рішення, схеми прив’язки, готуються рекомендації щодо розрахунку уставок, рекомендації по обслуговуванню і т.п. Фахівці компанії здійснюють гарантійну і післягарантійну технічну підтримку замовників, беруть участь в монтажних та налагоджувальних роботах. Розроблено і проводяться відповідні курси навчання із захисту серії MRZS.
