116
Автоматическое повторное
включение кабельно-воздушных
линий с применением
электронных оптических
трансформаторов тока.
Пилотный проект на ПС 220 кВ «Герцево»
Горячих
А
.
Д
.,
инженер I категории участка по обслуживанию аппаратуры релейной защиты и автоматики
Южной группы подстанций АО «ОЭК»
На
сегодняшний
день
одной
из
актуальных
проблем
электроэнергетики
московского
региона
является
несовершенство
функционирования
автоматического
повторного
включения
(
АПВ
)
на
кабельно
-
воздушных
линиях
электропередачи
(
КВЛ
).
Для
создания
селективного
АПВ
КВЛ
в
месте
соединения
воздушного
и
кабельного
участков
КВЛ
устанавливаются
трансформаторы
тока
.
Применение
электронных
оптических
трансформаторов
тока
(
ТТЭО
),
обладающих
рядом
преимуществ
перед
традиционными
трансформаторами
тока
—
шаг
к
созданию
цифровых
подстанций
.
АО
«
Объединенная
энергетическая
компания
» (
АО
«
ОЭК
»)
запускает
пилотный
проект
по
внедрению
АПВ
КВЛ
на
базе
ТТЭО
на
ПС
220
кВ
«
Герцево
».
ПРОБЛЕМА
И
СПОСОБ
ЕЕ
РЕШЕНИЯ
С ростом московского региона
в начале XXI века появилась не-
обходимость в глобальном разви-
тии электрической сети Москвы.
В связи со строительством новых
дорог, благоустройством города
и расширением территории Мо-
сквы возникла необходимость
реконструкции воздушных линий
электропередачи, в частности,
переноса некоторых участков воз-
душных линий в кабельные. Ка-
бельно-воздушные линии (КВЛ)
имеют свои эксплуатационные
особенности в части релейной за-
щиты и автоматики, отличные от
традиционных воздушных или ка-
бельных линий. По этой причине
появилась потребность в новых
методах автоматизации, кото-
рые могут позволить объединить
в себе принципы защиты и авто-
матики кабельных и воздушных
линий электропередачи.
В соответствии с требованиями
ПУЭ (п. 3.3.2.), воздушные и ка-
бельно-воздушные линии 110 кВ
и выше должны быть оснащены
устройствами автоматического по-
вторного включения (АПВ), и отказ
от их применения в каждом случае
должен быть обоснован. До недав-
него времени отсутствовали техни-
ческие решения, обеспечивающие
селективное выявление поврежде-
ний на кабельных участках КВЛ, и
поэтому существовала проблема
реализации систем АПВ на КВЛ.
Эта проблема, в свою очередь,
увеличивала риск повреждения
электрооборудования подстанций
и высоковольтных кабелей, следо-
вательно, и риск снижения надеж-
ности электроснабжения потреби-
телей. Наличие такой проблемы
побудило специалистов заняться
созданием так называемого селек-
тивного АПВ, позволяющего с вы-
сокой точностью определять место
повреждения КВЛ, и в зависимости
от места повреждения разрешать
или запрещать АПВ линии после
ее отключения по причине корот-
кого замыкания.
К разработке проектного реше-
ния по внедрению селективного
АПВ КВЛ приступила одна из круп-
нейших электросетевых компаний
Москвы — АО «Объединенная
энергетическая компания». Сама
по себе реализация селективного
АПВ не является инновационной,
поскольку такие проекты внедря-
лись ранее другими электросете-
выми компаниями. Однако в свете
развития новых технологий специ-
алистами АО «ОЭК» было пред-
ложено заменить традиционные
трансформаторы тока, подключа-
емые в узле перехода «воздушная
линия — кабель», на электронные
оптические трансформаторы тока
(ТТЭО).
В основе действия ТТЭО лежит
эффект Фарадея — магнитоопти-
ческий эффект, заключающийся
в том, что при распространении
линейно поляризованного света
через оптически неактивное ве-
щество, находящееся в магнит-
ном поле, наблюдается вращение
плоскости поляризации света, за-
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА
И АВТОМАТИКА
117
висящее от величины этого маг-
нитного поля (рисунок 1).
Идея создать волоконно-оп-
тический трансформатор возник-
ла еще в середине 1970-х, когда
разработчики осознали, что с по-
мощью оптоволокна можно изме-
рять электрический ток. Однако
возникло много внешних факто-
ров, создающих помехи в опти-
ческом канале. Прорыв произо-
шел, когда появилось волокно,
выдерживающее диапазон тем-
ператур от –40°С до +60°С и не
ухудшающее точность измере-
ния в зависимости от темпера-
туры. Кроме того, важным шагом
для создания ТТЭО был переход
к цельноволоконному измери-
тельному интерферометру, со-
стоящему исключительно из эле-
ментов в виде отрезков волокна,
в котором оптическое излучение
распространяется только в квар-
цевой среде и не выходит в воз-
душное пространство, как это
было при использовании дис-
кретного оптического интерфе-
рометра.
В 2002 году канадская фир-
ма NxtPhase произвела первые
оптические
трансформаторы
и установила их в рамках пилот-
ных проектов на энергетических
объектах США. Следует отме-
тить, что первые оптические во-
локна, используемые для изго-
товления этих трансформаторов
были произведены и закуплены
в России. В 2005 году в России
появились первые разработки
электронных оптических транс-
форматоров тока на основе маг-
ниточувствительного волокна или
spun-волокна. Устройство ТТЭО
показано на рисунке 2.
ТТЭО обладают рядом пре-
имуществ перед традиционными
трансформаторами тока. К ним
относятся: отсутствие медных
вторичных цепей, а следователь-
но, и наводок во вторичных цепях,
отсутствие феррорезонансов, ма-
лые габариты и вес — всего 10%
от веса традиционных трансфор-
маторов тока (ТТ), сравнительно
высокая точность измерений, воз-
можность измерения как посто-
янного, так и переменного тока.
Одними из важнейших эксплуата-
ционных преимуществ ТТЭО яв-
ляются безопасность персонала
при работе во вторичных токовых
цепях, а также низкие затраты на
текущую эксплуатацию.
Возникшая в 2010 отечествен-
ная компания «Профотек» в крат-
чайшие сроки становится в один
ряд с такими известными произво-
дителями трансформаторов, как
АВВ, Alstom и Arteche. Появление
на российском рынке отечествен-
ного ТТЭО, конкурентного по цене
с оборудованием ведущих за-
рубежных производителей, дало
возможность АО «ОЭК» запустить
пилотный проект внедрения оп-
тических трансформаторов тока
«Профотек» на подстанции 220 кВ
«Герцево».
РЕАЛИЗАЦИЯ
ПИЛОТНОГО
ПРОЕКТА
НА
ПС
220
кВ
«
ГЕРЦЕВО
»
Подстанция 220 кВ «Герцево»,
расположенная на северо-западе
Москвы, является самой крупной
подстанцией АО «ОЭК». Общая
установленная мощность транс-
форматоров составляет 800 МВА,
подстанция питает потребителей
по 13 отходящим кабельно-воздуш-
ным линиям 220 и 110 кВ. В связи
с наличием кабельной вставки
КВЛ в существующей автоматике
АПВ не предусматривалось. Также
в связи с конструктивными особен-
ностями КРУЭ и рекомендация-
ми производителя АПВ сборных
шин 220(110) кВ не выполняется.
При любом повреждении на КВЛ
или шинах КРУЭ 220(110) кВ про-
исходит отключение без АПВ, что
снижает возможность обеспечения
устойчивой бесперебойной рабо-
ты электрической сети.
В ходе предпроектных исследо-
ваний было принято решение об
использовании в качестве терми-
налов АПВ КВЛ микропроцессор-
ные терминалы TPU L500 произ-
водства ООО «Элеком».
Терминалы TPU L500 разме-
щаются в восьми шкафах АПВК
и ШДА в общеподстанционном
пункте управления ПС «Герце-
во». В каждом шкафу установле-
но оборудование для двух отхо-
дящих линий подстанции. Шкаф
АПВК содержит два терминала
TPU L500, два блока электронной
обработки для приема данных от
ТТЭО и два устройства сопряже-
ния с шиной процесса. В шкафу
ШДА устанавливаются четыре
микропроцессорных терминала
Рис
. 1.
Распространение
линейно
поляризованного
света
в
магнитном
поле
Рис
. 2.
Устройство
ТТЭО
Токовая головка
Зеркальный
отражатель
Оптическое
волокно
Цельнолитая
спиралевидная
оболочка
из силиконовой
резины
Основание
колонны
№
1 (52) 2019
118
типа TPU L500 для анализа и диа-
гностики цифровых и аналоговых
сигналов тока, напряжения и дис-
кретных сигналов присоедине-
ний. Также на щите управления
предусмотрена установка шкафа
сервера синхронизации времени.
Изображение аналоговых и циф-
ровых связей между первичным
оборудованием и терминалами
АПВ и резервных защит на ПС
«Герцево», представленное на
рисунке 3, является схематичным,
и показывает состав оборудова-
ния для одной КВЛ 220 кВ.
Для реализации управления
разрабатываемой системой АПВ
КВЛ 220(110) кВ применяется тер-
минал TPU L500. В составе логики
данного терминала предусмотрен
набор функций, позволяющих
фиксировать отключение КВЛ со
стороны ПС «Герцево» и прини-
мать решение о работе или за-
прете АПВ отключившейся линии.
Один терминал реализует логику
запрета АПВ одной КВЛ. В составе
терминала имеется функция диф-
ференциальной защиты ошиновки
(ДЗО) с торможением, а также ор-
ган направленности токов (ОНТ).
Результирующим действием рабо-
ты органов ДЗО и ОНТ является
сигнал выявления короткого замы-
кания на кабельном участке КВЛ
220(110) кВ. Формирование тер-
миналом АПВ КВЛ сигнала запре-
та АПВ должно осуществляться
с контролем отключения КВЛ при
помощи сигнала РПО (реле поло-
жения отключено). Блокирование
органов защиты и формирование
сигнала запрета АПВ должно быть
также реализовано при потере пи-
тания или неисправности термина-
ла 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 преобразова-
ния цепей тока и напряжения от
существующих трансформаторов
тока предусмотрены устройства
сопряжения с шиной процесса
(УСШ). Терминал АПВ КВЛ дол-
жен обрабатывать информацию,
полученную на выходе блоков
электронной обработки в цифро-
вом виде в соответствии со стан-
дартом МЭК 61850-9-2LE.
Для части системы диагности-
ки работы системы АПВ КВЛ, ра-
ботающей со вторичными цепями,
а также с использованием цифро-
вых потоков и GOOSE-сообщений,
предусмотрено
использование
терминалов TPU L500 в качестве
регистраторов аварийных собы-
тий. В данном случае терминал
предназначен для регистрации
сигналов, поступающих в виде
аналоговых и цифровых сигналов
на терминалы АПВ КВЛ, а также
регистрации сигналов срабаты-
вания и неисправности, переда-
ваемых от терминалов АПВ КВЛ
по выходным реле и GOOSE-
сообщениям.
В ближайшие годы планируется
внедрение системы АПВ с приме-
нением ТТЭО на всех КВЛ, отхо-
дящих от подстанций АО «ОЭК».
Установка вышеописанных терми-
налов TPU L500 в существующую
схему защиты, автоматики и АСУ
ТП позволит обеспечить функцио-
нирование АПВ КВЛ 220 и 110 кВ,
отходящих от ПС «Герцево», и тем
самым повысит надежность рабо-
ты электрической сети. Интегра-
ция ТТЭО позволит повысить точ-
ность измерений, снизить расходы
на эксплуатацию и обеспечить без-
опасность работы персонала во
вторичных цепях.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На сегодняшний день в Россий-
ской Федерации практически от-
сутствует опыт эксплуатации
ТТЭО в электрических сетях. АО
«ОЭК» выступает флагманом
в данном вопросе, взяв на себя
ответственность за передовой
опыт внедрения для наработки
статистики эксплуатации волокон-
но-оптических трансформаторов
тока в электрических сетях. Полу-
ченный опыт, безусловно, будет
востребован как производителем,
работающим над совершенство-
ванием ТТЭО, созданием новых
материалов, удешевлением своей
продукции, так и другими электро-
сетевыми компаниями, занимаю-
щимися развитием и реконструк-
цией электрических сетей. Таким
образом, ТТЭО уже в ближай-
шие годы могут составить конку-
ренцию традиционным ТТ и тем
самым воплотить в жизнь идею
создания цифровых подстанций
и приблизить создание полноцен-
ных интеллектуальных сетей.
Блок электронной
обработки ТТЭО
Шкаф АПВК
Резервные защиты
и АПВ КВЛ
Кабельный
участок
КВЛ 220 кВ
ТТЭО
«Профотек»
ТТ 220кВ ПС
«Герцево»
Линейный
разъединитель
220 кВ
Линейный
выключатель
220 кВ
Шины 220кВ
ПС «Герцево»
Сигнал
«Работа АПВ»
Сигнал
«Блокировка АПВ»
Воздушный
участок
КВЛ 220 кВ
Шины
ПС 220кВ
Ли
н
ейный
выключатель
220 кВ
Линейный
разъединитель
220 кВ
ТТ
220кВ
АПВ
Цепи тока
Сигнал
«Работа АПВ»
Сигнал
«Блокировка АПВ»
Терминал ДЗО
АПВ КВЛ
Терминал резервных
защит линии
Цифровая связь по оптическому волокну
Аналоговая связь по меди
Рис
. 3.
Схема
аналоговых
и
цифровых
связей
между
первичным
оборудованием
и
шкафами
АПВК
и
резервных
защит
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА
И АВТОМАТИКА
На сегодняшний день одной из актуальных проблем электроэнергетики московского региона является несовершенство функционирования автоматического повторного включения (АПВ) на кабельно-воздушных линиях электропередачи (КВЛ). Для создания селективного АПВ КВЛ в месте соединения воздушного и кабельного участков КВЛ устанавливаются трансформаторы тока. Применение электронных оптических трансформаторов тока (ТТЭО), обладающих рядом преимуществ перед традиционными трансформаторами тока — шаг к созданию цифровых подстанций. АО «Объединенная энергетическая компания» (АО «ОЭК») запускает пилотный проект по внедрению АПВ КВЛ на базе ТТЭО на ПС 220 кВ «Герцево».
