Дослідження мікропроцесорного пристрою релейного захисту та автоматики SEPAM

 

Призначення та мета роботи

Вивчити принцип дії, конструктивне виконання мікропроцесорного пристрою релейного захисту та автоматики SEPAM; дослідити основні характеристики і параметри спрацювання функцій захистів за струмом цього пристрою.

 

Теоретичні відомості

2.1. Призначення пристрою. Функції захисту пристрою мікропроцесорного захисту, автоматики, контролю й керування приєднань 6-110 кВ SEPAM Т81 виробництва Shneider Electric (Франція) [15] приведено в табл. 5.1.

 

Таблиця 5.1.

Код ANSI	Вид захисту
27/27S	захист мінімальної напруги
27D	захист мінімальної напруги прямої послідовності
27R	захист мінімальної залишкової напруги
32P	направлений максимальний захист активної потужності
	захист електричної машини від перегріву
	МСЗ оберненої послідовності (захист від несиметрії живлення)
	захист максимальної напруги оберненої послідовності + контроль напрямку чергування фаз
	захист від перегріву з виміром температури датчиками
49RMS	захист від перегріву на основі математичної моделі
49T	захист трансформатора від перегріву з виміром температури датчиками
50/51	максимальний струмовий захист (МСЗ,СВ)
50BF	резервування відмови вимикача
50G/51G	високочутливий захист від замикань із датчиком в нейтралі
50N/51N	захист від замикань на землю за струмом нульової послідовності
	захист максимальної напруги
59N	захист максимальної напруги нульової послідовності (контроль ізоляції)
64REF	поздовжній дифзахист від замикань на землю
81H	захист максимальної частоти
81L	захист мінімальної частоти
81R	захист максимальної швидкості зміни частоти

 

Технічні характеристики.

2.2.1. Номінальні вхідні аналогові сигнали:

- вхідний змінний струм Iн – 1 А (5 А);

- вхідна змінна лінійна напруга Uн - 100 В;

- частота змінного струму - 50 Гц.

2.2.2. Електроживлення:

- напруга оперативного постійного струму 24-250 (+10, мінус 20%) В;

- потужність, яка споживається по ланцюгам електроживлення в черговому режимі не більше 10-16 Вт;;

- функціонування пристрою не порушується при короткочасних, до 100 мс, провалах напруги живлення до нуля.

2.2.3. Потужність, споживана по ланцюгах змінного струму при номінальному струмі Iн=5 А не більше 0,025 ВА на фазу, Iн=1 А не більше 0,001 ВА на фазу. Потужність, споживана по ланцюгах змінної напруги при номінальній напрузі Uн=100 В не більше 0,015 ВА на фазу.

2.2.4. Припустиме перевантаження по ланцюгах вхідних струмів і напруг:

- тривалий режим роботи - 3 Iн, 240 В;

- струм односекундної термічної стійкості 100 Iн;

- напруга односекундної термічної стійкості 480 В.

2.2.5. Комутаційна здатність контактів реле ланцюгів відключення й включення вимикачів:

- при замиканні й розмиканні ланцюгів змінного струму не більше 250 В, 8 А, 1000 ВА;

- при замиканні ланцюгів постійного струму не більше - 250 В, 8 А, 1000 Вт;

- припустимий струм через контакти реле - 8 А довгостроково.

2.2.6. Комутаційна здатність контактів реле ланцюгів сигналізації:

- при замиканні й розмиканні ланцюгів змінного струму не більше 250 В, 2 А, 200 ВА;

- при замиканні ланцюгів постійного струму не більше - 250 В, 2 А, 200 Вт;

- припустимий струм через контакти реле - 2 А довгостроково.

2.2.7. Номінальні значення кліматичних умов. Граничне значення температури навколишнього повітря мінус 25^ос, верхнє граничне значення температури навколишнього повітря плюс 70^ос.

2.2.9. SEPAM виконує функції самодіагностики, контролю цілісності ланцюгів включення й вимикання вимикача, ланцюгів живлення.

2.2.9.1. Контроль ланцюгів напруги (рис. 5.1).

Функція контролю ТН (трансформатора напруги) дозволяє контролювати весь ланцюг вимірів фазної напруги й напруги нульової послідовності:

- трансформатори напруги;

- лінія приєднання ТН до Sepam;

- аналогові входи напруги Sepam.

Дана функція забезпечує обробку інформації про наступні несправності:

- часткова втрата фазних напруг, яка визначається по наявності напруги зворотної послідовності і відсутності струму зворотної послідовності;

- повна втрата фазних напруг, яка визначається по наявності струму в одній із трьох фаз і відсутності всіх вимірюваних напруг;

- відключення захисту трансформаторів фазної напруги (і/або трансформаторів напруги нульової послідовності), яке визначається по отриманню на логічному вході інформації про перегоряння плавкого запобіжника або блок-контакту вимикача, що забезпечує захист ТН;

- завдяки редактору логічних рівнянь можна проводити обробку інформації про інші випадки несправностей.

Інформація "ушкодження фазної напруги" й "ушкодження напруги нульової послідовності" зникає автоматично при поверненні в нормальний стан, тобто:

- у випадку зникнення причини ушкодження

- і при наявності всіх вимірюваних напруг.

Врахування інформації "вимикач включений".Інформація "вимикач включений" враховується при виявленні втрати одної, двох або трьох напруг, якщо ця інформація видається на логічний вхід. У деяких випадках положення вимикача не досить для визначення наявності напруг. У цій ситуації редактор логічних рівнянь забезпечує більше точне визначення наявності напруги.

При виявлені пошкодження, тобто при спрацюванні функції „Контроль ТН” блокується ряд захистів, які використовують виміряну напругу.

Рис. 5.1 Алгоритм контролю ТН

 

2.2.9.2. Контроль ланцюгів струму (рис. 5.2).

Функція контролю ТС (трансформатора струму) дозволяє контролювати весь ланцюг вимірів фазних струмів:

- трансформатори фазного струму (ТС 1 А / 5 А або ТТНП);

- лінія приєднання трансформаторів фазного струму до Sepam;

- аналогові входи фазного струму Sepam.

Функція представлена у двох варіантах: перший варіант забезпечує контроль ТС основних каналів струму (I), другий варіант забезпечує контроль ТС додаткових каналів струму (I'). Ця функція неактивна у випадку приєднання тільки двох трансформаторів фазного струму. Інформація "Несправність ТС (основні канали)" або "Несправність ТС (додаткові канали)" зникає автоматично при поверненні в нормальний стан, тобто з моменту, коли виміряються три фазних струми і їхнє значення вище 10% In. У випадку втрати фазного струму блокуються наступні функції захисту, щоб уникнути несвоєчасного відключення:

- 21B, 46, 40, 32P, 37P, 32Q, 78PS, 64REF

- 51N й 67N, якщо I0 визначається по сумі фазних струмів.

 

Рис. 5.2 Алгоритм контролю ТС

 

2.2.9.3. Контроль ланцюгів відключення й контроль команд включення/відключення (рис. 5.3-5.5).

Дана функція контролю призначена для наступних ланцюгів відключення:

- ланцюга з котушками відключення при подачі напруги. Функція блокує включення вимикача. Ця функція виявляє:

-розрив в електричній схемі;

- втрату живлення;

- неузгоджене положення контактів.

- ланцюга з котушками відключення при зникненні напруги. Ця функція виявляє неузгоджене положення контактів; у цьому випадку контроль за роботою котушок виконувати непотрібно.

Інформація доступна через матрицю керування (повідомлення «Ланцюг відключення») і за допомогою телесигналу TS1. Схема з’єднання приведена на рис. 3,4. Алгоритм – на рис. 5. О1 – вихідне реле Sepam, І101, І102 – дискретні входи Sepam.

Після команди на включення або вимикання, наприкінці періоду витримки часу 200 мс, виконуэться перевірка зміни положення вимикача. У випадку невідповідності положення вимикача останній переданій команді видається повідомлення «Невідповідність команді», а також телесигнал TS2.

Рис.5.3 Схема приєднання для ланцюга з котушкою відключення при подачі напруги

Рис. 5.4 Схема приєднання для ланцюга з котушкою відключення при зникненні напруги

 

Рис. 5.5 Алгоритм контролю ланцюгів відключення

 

2.2.9.4. Контроль живлення (рис. 5.6)

Живлення ланцюгів керування й захистів є важливою характеристикою, що визначає надійну роботу комірки [4,7]. Дана функція забезпечує контроль живлення за допомогою виміру напруги живлення Sepam і порівняння отриманих значень із нижньою й верхньою межею. Якщо обмірювані значення виходять за межі цих уставок, видається аварійний сигнал. Відповідна інформація надходить у матрицю керування. При втраті напруги дана функція дозволяє ігнорувати зміну стану логічних входів, щоб не враховувати його при оцінці стану напруги живлення. Інформація про стан, що передує зниженню напруги, зберігається до відновлення нормального живлення. Це, зокрема, необхідно, коли використовується загальна схема живлення Sepam і логічних входів, оскільки в цьому випадку при зникненні живлення Sepam продовжує працювати ще протягом 100 мс за рахунок власного резерву енергії, а логічні входи відключені.

Рис. 5.6 Алгоритм контролю ланцюгів живлення

 

 

2.2.10. SEPAM виконує функції реєстрації дискретних й аналогових сигналів.

2.2.10.1. SEPAM здійснює реєстрацію в контексті вимикання наступної інформації:

- струмів вимикання. Дана функція запам’ятовує значення фізичних величин у момент відключення (активація контакту відключення через вихідне реле О1) для забезпечення аналізу причини несправності. Величини наступні:

- струм відключення TRIP_I й TRIP_I’ (максимальне значення діючих значеннь струмів кожної фази в період 30 мс після активації вихідного реле О1);

- струм нульової послідовності I0, I’0, I0Σ і I’0Σ;

- диференціальний струм і струм гальмування;

- лінійна напруга;

- напруга нульової послідовності;

- напруга нейтралі;

- напруга 3-ї гармоніки, нейтралі й нульової послідовності;

- частота;

- активна потужність;

- реактивна потужність;

- повна потужність;

- фазна напруга;

- напруга оберненої послідовності;

- напруга прямої послідовності.

Значення, що відповідають п'яти останнім відключенням, запам'ятовуються із вказівкою дати й часу відключення. Ці значення зберігаються у випадку припинення подачі живлення. Після запам'ятовування 5 контекстів відключення, значення, які відповідають новому відключенню зберігаються в пам'яті, видаляючи при цьому самий ранній контекст відключення.

 

2.2.10.2 SEPAM здійснює реєстрацію аварійних ситуацій із записом миттєвих значень струмів, напруг та дискретних сигналів при аваріях із прив'язкою до поточного часу (режим осцилографування аварійних ситуацій). Реєстрація струмів і напруг виконується протягом 1-20 с в залежності від встановлених параметрів осцилографа. мс до фіксації аварії й протягом 1с після фіксації аварії. Період дискретизації – 12 чи 36 миттєвих значень на період 50 Гц. SEPAM зберігає осцилограми від 1 до 19 останніх аварій (в залежності від заданої довжини осцилограми). При виникненні нової аварії, якщо буфер заповнений, SEPAM виконує реєстрацію нової, а сама стара стирається. У такий спосіб завжди зберігається інформація про останню аварію. Реєструються наступні сигнали:

- аналогові (канали струму - I1, I2, I3, I0, I’1, I’2, I’3, I’0, канали фазної напруги - V1, V2, V3 або U21, U32, каналы напруги нульової послідовності V0 або Vnt);

- дискретні (всі дискретні входи/виходи, сигнали пуску захистів, інформація, зконфігурована редактором логічних рівнянь).

2.2.11. SEPAM виконує функції конфігурування, настроювання, ранжирування всіх систем.

2.2.11.1. Конфігурування SEPAM

У режимі конфігурування SEPAM дозволяє вводити або виводити функції SEPAM.

2.2.11.2. У режимі настроювання SEPAM дозволяє виконувати ранжування дискретних входів, виходів, світлодіодів, задавати тривалість команд вимикання, вводити коефіцієнт трансформації трансформаторів струму й напруги.

2.2.11.3. При завданні параметрів функцій захисту й автоматики за допомогою убудованого пульту або через інтерфейс RS232 SEPAM дозволяє встановлювати:

- уставки спрацювання;

- витримки часу;

- варіанти МСЗ, варіанти характеристик;

- включати, відключати ступені окремих захистів;

- включати, відключати окремі види захисту й автоматики;

- використовувати редактор логічних рівнянь.