Оперативный ток подстанций 35–750 кВ: надежность во всем…

Как и в любой другой области экономики, высокая конкуренция наряду с различными  техническими требованиями заказчиков привела к многообразию технических решений и предложений, которые оцениваются зачастую только по цене, не принимая во внимание те или иные качественные характеристики, а главное — показатели надежности.

Практика подтвердила, что оборудование систем оперативного тока (системы переменного и постоянного тока собственных нужд, далее — СОПТ и СН) является важнейшей составной частью системы обеспечения управляемости и живучести подстанций. От надежности СОПТ и СН зависит возможность функционирования цепей управления, защиты, контроля и регулирования основного оборудования подстанций, устройств сигнализации и связи.

Что же оказывает влияние на выбор и реализацию  тех или иных технических решений и инноваций?

ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ОКАЗЫВАЮЩИЕ ВЛИЯНИЕ НА РАЗРАБОТКУ
И ПРОИЗВОДСТВО  ОБОРУДОВАНИЯ СОПТ И СН

1. Научно-техническое обеспечение развития СОПТ. Обновилась нормативно техническая документация в ОАО «ФСК ЕЭС»:
• в 2009 г. утверждена новая редакция стандарта «Нормы технологического проектирования подстанций переменного тока с высшим напряжением 35—750 кВ (далее — НТП ПС)»;
• в 2010 г. принят стандарт «Системы оперативного постоянного тока подстанций. Технические требования».

2. Основное оборудование ПС:
• электромеханические системы защиты вытесняются микропроцессорными терминалами защиты — уменьшается ток постоянной нагрузки, ужесточаются требования по электромагнитной совместимости, в частности, по провалам напряжения и перенапряжениям в СОПТ;
• электромагнитные приводы выключателей с токами в сотни ампер заменяются пружинными приводами на переменном токе или на постоянном, но с единицами ампер. Характер нагрузки СОПТ становится более равномерным, улучшается соотношение между пусковыми токами и токами короткого замыкания.

3. Технические возможности:
• многообразие типов аккумуляторов, отличающихся по условиям эксплуатации и параметрам, в частности, по внутреннему сопротивлению и токам короткого замыкания;
• широкий выбор защитных аппаратов, кроме автоматических выключателей появились новые типы мультиблоков плавких предохранителей, имеющие устройства дистанционного контроля состояния плавких вставок;
• у автоматических выключателей появились рефлексные  расцепители, полупроводниковые расцепители стали менее уязвимы по питанию;
• широкий выбор устройств автоматизированного поиска утечки на землю;
• многообразие регистраторов аварийных процессов, интеграция в АСУ ТП;
• широкий выбор устройств защиты от перенапряжений в СОПТ — лавинные диоды, газоразрядные устройства, варисторы.

Перечисленные факторы привели к определенным этапам развития технологической базы СОПТ и СН. Теперь  производители должны решить, какими усилиями увеличивать свою долю на рынке — модернизировать свои решения, чтобы полностью соответствовать новым стандартам и требованиям и быть одним из многих или найти новые продукты и решения, которые в будущем станут новыми стандартами.

Производственная компания «ЭлектроКонцепт» выбрала для себя золотую середину. Накапливая опыт проектирования и производства оборудования, мы пытаемся смотреть вперед, создавая новые продукты и подходы, которые нацелены на сокращение и упрощение обслуживания, а значит, на минимизацию человеческого фактора и, как следствие, на повышение надежности систем СОПТ и СН.

Приведем наиболее интересные разработки, выполненные компанией в 2010 году.

ЗАРЯДНО-ПОДЗАРЯДНЫЕ УСТРОЙСТВА

Серийной продукцией ПК «ЭлектроКонцепт» является зарядно-подзарядное устройство серии ВТЗП (выпрямитель тиристорный зарядно-подзарядный).

ВТЗП — это устройство постоянного напряжения, предназначенное для питания потребителей и параллельной работы со стационарными свинцово-кислотными аккумуляторными батареями (классическими со свободным электролитом и герметизированными с рекомбинацией газа).

Основными особенностями зарядно-подзарядных устройств серии ВТЗП являются:
• исполнение силового трансформатора по схеме звезда/треугольник, что обеспечивает входной коэффициент мощности не менее 0,87;
• полностью управляемый трехфазный тиристорный преобразователь с регулируемым выходным напряжением 150—270 В;
• сдвоенный выходной фильтр, сглаживающий пульсации выходного напряжения на активной нагрузке до значения не более 0,5% от номинального;
• встроенная функция параллельной работы двух выпрямителей на общую аккумуляторную батарею и нагрузку;
• температурная компенсация выходного напряжения;
• встроенное устройство контроля изоляции сопротивления полюсов;
• функция управления системой вентиляции аккумуляторного помещения;
• конструкция, обеспечивающая естественную вентиляцию устройства в непрерывном режиме работы;
• модульная конструкция силовой части, что обеспечивает высокую ремонтопригодность;
• функция заряда и содержания дополнительных («хвостовых») элементов аккумуляторной батареи на базе трехфазного полностью управляемого тиристорного преобразования с диапазоном регулирования выходного напряжения 12—72 В, что обеспечивает одинаковые уровни пульсаций элементов основной и дополнительной части.

Благодаря указанным особенностям и высокой надежности  классической схемы преобразования зарядные  устройства серии ВТЗП широко применяются в системах постоянного тока электрических подстанций.

Для повышения функциональности зарядных устройств ВТЗП компанией разработана цифровая схема управления тиристорным мостом с графическим сенсорным контроллером DaRCi — ДаРСи (рис. 1).

Благодаря этому ВТЗП с контроллером DaRCi позволяют дополнительно:
• легко конфигурировать  устройства для адаптации к любому типу аккумуляторов;
• с помощью выносного бесконтактного датчика  тока контролировать ток аккумуляторной батареи при ее непосредственном подключении к шинам ЩПТ;
• проводить контроль целостности цепи батареи;
• в цифровой форме задавать параметры и конфигурировать устройство;
• накапливать информацию в журнале событий устройства и передавать ее в АСУ ТП подстанции.

ШКАФЫ ОПЕРАТИВНОГО ПОСТОЯННОГО ТОКА

Широкое использование IGBT-транзисторов в преобразователях  с широтно-импульсной модуляцией (PWM) и высокой частотой преобразования привело к возможности  производства зарядно-выпрямительных устройств модульного типа, имеющих малый вес и габариты по сравнению с тиристорными преобразователями.

Небольшие габариты модулей зарядно-выпрямительного устройства позволяют изготавливать компактные  системы оперативного постоянного тока шкафного исполнения, так называемые шкафы оперативного тока (устройства 3 в 1). Однако за счет своих малых габаритов  выпрямительные модули имеют встроенные вентиляторы, что является существенным недостатком для необслуживаемых подстанций из-за необходимости частой замены фильтров или ремонта из-за перегрева.

Шкафы оперативного тока серии ПСМ-В ПК «ЭлектроКонцепт» (рис. 2) лишены указанного недостатка. В устройствах ПСМ-В использованы модульные выпрямители  с естественным охлаждением серии MaRСi. В систему устанавливается до шести модулей мощностью 1600 Вт, таким образом, мощность системы составляет 9,6 кВт. Возможность «горячей замены» выпрямительных модулей без отключения потребителей и аккумуляторной батареи обеспечивает высочайший коэффициент готовности.  Гальванически изолированные вход и выход исключают  возможность влияния помех электрической сети на потребителей постоянного тока.

Выпрямительные модули управляются системным микропроцессорным контроллером ViDiM, который обеспечивает равномерное распределение нагрузки по выпрямительным модулям с высокой точностью. Контроллер  также проверяет состояния всех функциональных блоков и осуществляет контроль сопротивления изоляции на шинах. Вся информация о режимах и состоянии отображается на экране системного контроллера.

Опция автоматического резервирования по двум вводам питания (АВР) и опция защиты аккумуляторной батареи  от глубокого разряда (LVBD) делают системы максимально надежными.

В отсеке распределения  потребителей установлена коммутационная  аппаратура для подключения нагрузок  постоянного тока. Обязательным условием выбора автоматических  выключателей является обеспечение  селективности срабатывания защит разных уровней. При необходимости дистанционной  передачи информации о состоянии автоматических выключателей они комплектуются контактами состояния (SD/OF).

В отсеке аккумуляторной батареи может быть установлена  герметизированная аккумуляторная батарея с рекомбинацией газа. Для удобства монтажа рекомендуется установка моноблоков 12 В с фронтальным расположением выводов емкостью до 60 Ач. Для контроля температуры в отсеке аккумуляторов установлен термодатчик, что обеспечивает возможность коррекции напряжения подзаряда в зависимости от температуры и гарантирует максимальный срок службы аккумуляторов.

ЩИТЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА (ЩПТ)

Концепция построения ЩПТ определяется основными требованиями: надежность, функциональность, селективность, чувствительность, быстродействие.

Надежность и безопасность ЩПТ ПК «ЭлектроКонцепт» (рис. 3) определяется технологическими решениями при производстве. Все шины имеют изоляцию и проложены таким образом, чтобы исключить возможность короткого замыкания при производстве работ по монтажу и техническому обслуживанию. Соединения от защитных аппаратов  до клемм выполняются кабелем в двойной изоляции FG7 Pecso (Италия), что исключает возможность пробоя и замыкания полюсов на землю. Применение высоконадежных и безопасных клеммных рядов и зажимов сокращает трудозатраты и значительно упрощает монтаж оборудования.

Щиты постоянного тока ЩПТ-П производятся в виде комплекта шкафов одно- и двустороннего обслуживания. В качестве защитных устройств в щитах ЩПТ-П применяются  предохранители с характеристиками, соответствующими ГОСТ 50339 (МЭК 269-1), что гарантированно обеспечивает  селективность и ограничение тока короткого замыкания при правильном расчете номиналов и выборе соответствующих типов плавких вставок. Предохранители устанавливаются в держатели комбинированные с разъединителями,  что существенно упрощает конструкцию, обслуживание и повышает надежность. В то же время эксплуатация щитов на предохранителях связана с обязательным требованием применения плавких вставок определенного номинала, что не всегда выполнимо в труднодоступных районах при отсутствии должного резерва.

По этой и ряду других причин многие специалисты отдают предпочтение щитам постоянного тока на автоматических выключателях. Однако обеспечение необходимой селективности в щитах постоянного тока на автоматических выключателях является сложной, а иногда неразрешимой задачей.

Для решения данной задачи ПК «ЭлектроКонцепт» разработаны щиты серии ЩПТ-А полной селективности с микропроцессорным устройством токовой отсечки DSProtect (рис. 4), которое обеспечивает:
• защиту от токов перегрузки с обратнозависимой выдержкой времени;
• защиту от токов короткого замыкания двумя отсечками с регулировкой времени и тока срабатывания в широких пределах;
• логическую селективность уровней защит с максимальным быстродействием в зоне короткого замыкания;
• встроенную функцию защиты АБ от глубокого разряда;
• защиту нагрузки от воздействия высокого напряжения;
• осциллографирование тока и напряжения аварийного режима присоединения;
• считывание и анализ осциллограмм;
• передачу данных через RS485 интерфейс.

Различные конструктивные и технологические решения ЩПТ позволяют удовлетворить требования как сторонников предохранительных систем, так и приверженцев автоматических выключателей.

ЩИТЫ СОБСТВЕННЫХ НУЖД 0,4 КВ (ЩСН)

В качестве щитов собственных нужд электрических подстанций зачастую применяются низковольтные комплектные устройства (НКУ). Поэтому на рынке представлено многообразие различных конструктивных решений НКУ на базе отечественных и импортных коммутационных аппаратов.

Отметим лишь, что все чаще и чаще встречается понимание  техническими специалистами особенностей конструкции панелей ЩСН и формы секционирования.

Шкафы серии «ВРУ» ПК «ЭлектроКонцепт» (рис. 5) обладают определенными преимуществами и эксплуатируются  на многих электрических подстанциях в качестве щитов собственных нужд 0,4 кВ.

Для обеспечения высокой формы секционирования (3 и выше) нами разработан конструктив металлических шкафов серии «ЭМА» на основе сборных каркасов с разделением  на отсеки по функциональному признаку, что дает возможность минимизировать риск распространения электрической дуги и возникновения пожара.

Применение унифицированных блоков и ячеек в конструкции щитов позволяет устанавливать в одном щите схему из шкафов ввода и секционирования и шкафов отходящих  линий с различными функциональными блоками и схемами.

Отсек сборных шин расположен в верхней части шкафа. Нулевая и защитная шина PE расположены в нижней части шкафа. Соединение сборных шин между шкафами выполняется при помощи медных накладок (стыковочного  комплекта), которые крепятся стальными болтами с самофиксирующимися гайками. Это позволяет исключить  необходимость периодической протяжки болтовых соединений динамометрическим ключом.

Отсек функциональной аппаратуры делится на модули с отдельной дверью, в которых может быть установлена аппаратура коммутации силовых цепей, цепей защиты, управления, автоматики, измерения, регулирования и сигнализации. Конструкция модуля позволяет размещать автоматические выключатели в литом корпусе номиналом  до 3200 А как выкатного, так и стационарного исполнения.  На лицевой стороне двери функционального модуля установлены органы управления коммутационной  аппаратуры, сигнализация и приборы измерения. Для локализации аварии в пределах одного блока и безопасности его обслуживания он огражден со всех сторон перегородками.

Визуальный контроль тока вводных выключателей и напряжения на шинах секций осуществляется с помощью многофункциональных измерителей мощности.

Функция автоматического ввода резерва может быть реализована двумя способами: релейной схемой или на базе программируемого контроллера (PLC).

Сигналы о состоянии вводных и секционного автоматических выключателей, сигналы от измерительных устройств и программируемого контроллера объединены в общую локальную сеть ВРУ для последующей интеграции с системой АСУ ТП подстанции по различным интерфейсам.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной статье авторами сделана попытка вызвать интерес специалистов к нашим новым разработкам. Мы не боимся критики, а только приветствуем ее. В споре рождается истина. Мы не прощаемся с читателем. В следующих номерах мы готовы более детально рассказать о наших разработках и результатах промышленной эксплуатации.

Наш принцип — надежность во всем!