АВТОМАТИЧЕСКОЕ ПОВТОРНОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ
К разработке проектного решения по внедрению селективного АПВ КВЛ приступила одна из крупнейших электросетевых компаний Москвы – АО «Объединенная Энергетическая Компания» (АО ОЭК). Сама по себе реализация селективного АПВ не является инновацион- ной, поскольку такие проекты внедрялись ранее другими электросетевыми компаниями. Однако, в свете развития новых технологий, специалистами АО «ОЭК» было предложено заменить традиционные трансформаторы тока, подключаемые в узле перехода «воздушная линия – кабель», на электронные оптические трансформаторы тока (ТТЭО).
В основе действия ТТЭО лежит эффект Фарадея – магнитооптический эффект, заключающийся в том, что при распространении линейно поляризованного света через оптически неактивное вещество, находящееся в магнитном поле, наблюдается вращение плоскости поляризации света, зависящее от величины этого магнитного поля [2, 3]
(рис. 1).
Идея создать волоконно-оптический трансформатор возникла ещё в середине 1970-х, когда разработчики осознали, что с помощью оптоволокна можно измерять электрический ток. Однако возникло много внешних факторов, создающих помехи в оптическом канале.
Прорыв произошел, когда появилось волокно, выдерживающее диапазон температур от – 40 до + 60 °С и не ухудшающее точность измерения в зависимости от температуры. Кроме того, важным шагом для создания ТТЭО был переход к цельноволоконному измерительному интерферометру, состоящему исключительно из элементов в виде отрезков волокна, в котором оптическое излучение распространяется только в кварцевой среде и не выходит в воздушное пространство, как это было при использовании дискретного оптического интерферометра [4]. В 2002 г.
канадская фирма NxtPhase произвела первые оптические трансформаторы и установила их в рамках пилотных проектов на энергетических объектах США. Следует отметить, что первые оптические волокна, используемые для изготовления этих трансформаторов, были произ- ве-дены и закуплены в России. В 2005 г. в России появились первые разработки электронных оптических трансформаторов тока на основе магниточувствительного волокна или spun-волокна. Устройство ТТЭО приведено на рис. 2.
ТТЭО обладают рядом преимуществ перед традицион- ными трансформаторами тока. К ним относятся: отсутствие медных вторичных цепей, а следовательно, и наводок во вторичных цепях, отсутствие феррорезонансов, малые габариты и вес – всего 10 % от веса традиционных транс- форматоров тока (ТТ), сравнительно высокая точность измерений, возможность измерения как постоянного, так и переменного тока. Одними из важнейших эксплуатацион- ных преимуществ ТТЭО являются безопасность персо- нала при работе во вторичных токовых цепях, а также низкие затраты на текущую эксплуатацию [5, 6].
Возникшая в 2010 г. отечественная компания «Профотек»
в кратчайшие сроки становится в один ряд с такими известными производителями трансформаторов, как АВВ, Alstom и Arteche [7]. Появление на российском рынке оте- чественного ТТЭО, конкурентного по цене с оборудова- нием ведущих зарубежных производителей, дало возможность АО «ОЭК» запустить пилотный проект внедрения оптических трансформаторов тока «Профотек»
на подстанции 220 кВ Герцево.
II. РЕАЛИЗАЦИЯ ПИЛОТНОГО ПРОЕКТА НА ПС220 КВ ГЕРЦЕВО
Подстанция 220 кВ Герцево, расположенная на северо- западе Москвы, является самой крупной подстанцией АО
«ОЭК». Общая установленная мощность трансформа- торов составляет 800 МВА, подстанция питает потреби- телей по 13 отходящим кабельно-воздушным линиям 220 и 110 кВ. В связи с наличием кабельной вставки КВЛ в существующей автоматике АПВ не предусматривалось.
Также в связи с конструктивными особенностями КРУЭ и рекомендациями производителя АПВ сборных шин 220 (110) кВ не выполняется. При любом повреждении на КВЛ или шинах КРУЭ 220 (110) кВ происходит отклю- чение без АПВ, что снижает возможность обеспечения устойчивой бесперебойной работы электрической сети.
В ходе предпроектных исследований было решено использовать в качестве терминалов АПВ КВЛ микро- процессорные терминалы ТОР300 производства ООО
«Релематика». В мае 2016 г. компанией «Профотек» были произведены исследовательские испытания по функцио- нальной совместимости терминалов ТОР300, ТТЭО производства ЗАО «Профотек» и устройства сопряжения
Рис. 1 – Распространение линейно поляризованного света в магнитном поле: Е – световой пучок; В – магнитное поле; φ – угол вращения плоскости света
Рис. 2 – Устройство ТТЭО: 1 – измерительный элемент; 2 – чувствительное оптоволокно в кварцевой трубке; 3 – токоведущая шина; 4 – опорный изолятор
с шиной (УСШ) процесса производства ООО «Инже- нерный центр «Энергосервис» в части передачи данных по протоколу МЭК 61850-9-2LE. Проверялась также возможность реализации функции определения короткого замыкания на кабельном участке КВЛ, когда с одной стороны кабельной вставки измерения в терминал поступают от ТТЭО, а с другой – УСШ. В результате испытаний совместимость ТТЭО, терминалов ТОР300 и УСШ была подтверждена, после чего в 2016 г. были проведены закупочные процедуры на строительно- монтажные работы на ПС Герцево. В начале 2017 г.
оптические электронные трансформаторы тока в трех- фазном исполнении типа ТТЭОГ в количестве 13 штук (по числу модернизируемых КВЛ) были доставлены в АО
«ОЭК» и готовы к монтажу.
Терминалы ТОР300 размещаются в восьми шкафах АПВК и ШДА в общеподстанционном пункте управления ПС Герцево. В каждом шкафу установлено оборудование для двух отходящих линий подстанции. Шкаф АПВК содержит два терминала ТОР300 ДЗО740, два блока электронной обработки для приема данных от ТТЭО и два устройства сопряжения с шиной процесса. В шкафу ШДА устанавливаются два микропроцессорных терминала типа ТОР300 РАС715 для анализа и диагностики цифровых потоков и два терминала ТОР300 РАС510 для подклю- чения аналоговых сигналов тока, напряжения и диск- ретных сигналов присоединений. Изображение анало- говых и цифровых связей между трансформаторами тока и терминалами АПВ и ШДА на ПС Герцево, представ- ленное на рис. 3, является схематичным, и показывает состав оборудования для одной КВЛ 220 кВ. Для реали- зации управления разрабатываемой системой АПВ КВЛ 220 (110) кВ применяется терминал ТОР300 ДЗО 740.
В составе логики данного терминала предусмотрен набор
функций, позволяющих фиксировать отключение КВЛ со стороны ПС Герцево и принимать решение о работе или запрете АПВ отключившейся линии. Один терминал реализует логику запрета АПВ одной КВЛ. В составе терминала имеется функция дифференциальной защиты ошиновки (ДЗО) с торможением, а также орган направ- ленности токов (ОНТ). Результирующим действием работы органов ДЗО и ОНТ является сигнал выявления короткого замыкания на кабельном участке КВЛ 220 (110) кВ. Формирование терминалом АПВ КВЛ сигнала запрета АПВ должно осуществляться с контролем отключения КВЛ при помощи сигнала РПО (реле положения отклю- чено). Блокирование органов защиты и формирование сигнала запрета АПВ должно быть также реализовано при потере питания или неисправности терминала АПВ КВЛ.
Для приема данных от оптических трансформаторов тока предусматривается установка в шкафах комплекса РЗА АПВ КВЛ блоков цифровой обработки ТТЭО от каждой линии 220(110) кВ. Для аналого-цифрового преобра- зования цепей тока и напряжения от существующих трансформаторов тока предусмотрены устройства сопряжения с шиной процесса (УСШ). Терминал АПВ КВЛ должен обрабатывать информацию, полученную на выходе блоков электронной обработки в цифровом виде, в соответствии со стандартом МЭК 61850-9-2LE[8].
Для части системы диагностики работы системы АПВ КВЛ, работающей с использованием цифровых потоков и GOOSE-сообщений, предусмотрено использование терминалов ТОР300 РАС715. Данный терминал предназ- начен для регистрации сигналов, поступающих в виде цифровых потоков на терминалы АПВ КВЛ, а также регистрации сигналов срабатывания и неисправности, передаваемых от терминалов АПВ КВЛ по GOOSE- сообщениям [8].
Рис. 3 – Схема аналоговых и цифровых связей между трансформаторами тока и шкафами АПВК и ШДА
С целью контроля системы АПВ КВЛ, работающей со вторичными цепями, предусмотрено использование терминалов ТОР300 РАС510. Данный терминал предназ- начен для регистрации аналоговых сигналов по вторич- ным измерительным цепям, а также для регистрации сигналов срабатывания и неисправности, передаваемых от терминалов АПВ КВЛ по выходным реле [8].
В ближайшие годы планируется внедрение системы АПВ с применением ТТЭО на всех КВЛ, отходящих от подстанций АО «ОЭК». Установка вышеописанных терминалов ТОР300 в существующую схему защиты, автоматики и АСУ ТП позволит обеспечить функциони- рование АПВ КВЛ 220 и 110 кВ, отходящих от ПС Герцево, и тем самым повысит надежность работы электрической сети. Интеграция ТТЭО позволит повысить точность измерений, снизить расходы на эксплуатацию и обеспечить безопасность работы персонала во вторичных цепях.
III. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На сегодняшний день в Российской Федерации практи- чески отсутствует опыт эксплуатации ТТЭО в электри- ческих сетях. Несмотря на немалые капитальные затраты, АО «ОЭК» выступает флагманом в данном вопросе, взяв на себя ответственность за передовой опыт внедрения для наработки статистики эксплуатации волоконно-оптических трансформаторов тока в электрических сетях. Полученный опыт безусловно будет востребован как производителем,
работающим над совершенствованием ТТЭО, созданием новых материалов, удешевлением своей продукции, так и другими электросетевыми компаниями, занимающимися развитием и реконструкцией электрических сетей. Таким образом, ТТЭО уже в ближайшие годы могут составить конкуренцию традиционным ТТ и тем самым воплотить в жизнь идею создания цифровых подстанций и прибли- зить создание полноценных интеллектуальных сетей.
Список литературы
[1] Правила устройства электроустановок. 7-е изд. М.: ДЕАН, 2015.
704 с.
[2] Прохоров А.М. Физическая энциклопедия. М.: Изд-во «Советская энциклопедия», 1990. Т. 2.
[3] Прохоров А.М. Физическая энциклопедия. М.: Изд. «Советская энциклопедия», 1998. Т. 5.
[4] От оптического волокна к электронным трансформаторам. URL:
http://digitalsubstation.com/blog/2017/05/15/ot-opticheskogo-volokna- k-elektronnym-transformatoram/
[5] Гуревич В.И. Оптоэлектронные трансформаторы: панацея или частное решение частных проблем? // Вести в электроэнергетике.
2010. № 2. С. 24–28.
[6] Гуревич В.И. Оптические трансформаторы тока: нужно быть реалистами // Электрические сети и системы. 2010. № 4. С. 73–76.
[7] Волоконно-оптические трансформаторы тока и напряжения.
Презентация ЗАО «Профотек». URL: http://profotech.ru.
[8] П/03/17/1264-ЦСРЗА-17-2-1. ООО «Релематика». Система автома- тического повторного включения кабельно-воздушных линий 220 (110) кВ с функцией контроля состояния ПС №53 Герцево.
Проектная документация. Ч. 5.1.3 «Релейная защита и автоматика».
© IX Международная научно-техническая конференция «Электроэнергетика глазами молодежи – 2018»