Элементы телеуправления во вторичных цепях устройств релейной защиты и электроавтоматики

Ежеквартальный

спецвыпуск

№

2(29),

июнь

2023

Рассмотрена

проблема

оперативных

переключений

во

вто

ричных

цепях

электромеханических

устройств

релейной

защиты

Приведены

примеры

реализации

телеуправления

на

основе

электромеханических

реле

микропроцессор

ных

устройств

их

достоинства

недостатки

Предложено

устройство

сопряжения

вторичной

коммутации

рассмо

трен

алгоритм

его

работы

приведены

технические

требо

вания

Рассмотрен

вопрос

организации

каналов

передачи

данных

команд

телеуправления

между

устройством

со

пряжения

верхним

уровнем

Элементы

телеуправления

во

вторичных

цепях

устройств

релейной

защиты

электроавтоматики

Валерий

НАДЕИН

начальник

службы

РЗА

ЦУС

Архангельского

филиала

ПАО

Россети

Северо

Запад

»,

доцент

кафедры

электроэнергетики

электротехники

САФУ

им

Ломоно

сова

Сергей

АВТУХОВ

ведущий

инженер

службы

РЗА

ЦУС

Архангельского

филиала

ПАО

Россети

Северо

Запад

Виктор

СТРЕЛЬЦОВ

инженер

категории

службы

РЗА

ЦУС

Архангельского

филиала

ПАО

Россети

Северо

Запад

овышение

уровня

оперативно

диспетчерского

управления

мобильности

элек

трических

сетях

является

приоритетной

задачей

энергетических

предприятий

современных

условиях

построения

вертикали

оперативно

технологического

управления

энергообъектами

Надежность

диспетчерского

управления

обес

печивается

дублированием

каналов

связи

переходом

аналоговой

техники

на

микро

процессорную

рядом

других

мероприятий

Традиционный

объем

передаваемой

инфор

мации

объектов

электроэнергетики

(

телесигнализации

)

диспетчерского

управления

коммутационными

высоковольтными

аппаратами

(

телеуправления

)

растет

повышаются

требования

средствам

технологического

управления

Неотъемлемой

частью

ведения

оперативно

технологического

управления

является

необходимость

оперативных

изменений

схемах

релейной

защиты

электроавтомати

ки

например

введение

оперативного

ускорения

устройств

релейной

защиты

на

смежных

энергообьектах

при

производстве

оперативных

переключений

изменений

условий

авто

матического

повторного

включения

линий

электропередачи

Кроме

того

использование

команд

телеуправления

во

вторичных

цепях

дает

следую

щий

ряд

преимуществ

–

сокращение

времени

оперативных

переключений

связанных

переключениями

на

смежных

энергообъектах

;

–

снижение

загруженности

оперативно

выездных

бригад

;

–

минимизация

рисков

ошибочных

действий

при

переключениях

цепях

РЗА

за

счет

исключения

дополнительного

звена

управления

(

дежурного

подстанции

Национальный

стандарт

(

ГОСТ

59948-2021) «

Единая

энергетическая

система

изолированно

работающие

энергосистемы

Оперативно

диспетчерское

управление

Оперативное

управление

Дистанционное

управление

Требования

управлению

электросетевым

оборудованием

устройствами

релейной

защиты

автоматики

»,

утвержденный

Приказом

Федераль

ного

агентства

по

техническому

регулированию

метроло

гии

от

27.12.2021

№

1863-

ст

предусматривает

: «

возмож

ность

выполнения

ДУ

устройствами

РЗА

на

действующих

объектах

электроэнергетики

после

выполнения

отдельных

этапов

модернизации

(

замены

)

устройств

РЗА

определяет

ся

решением

диспетчерского

центра

при

выполнении

ряда

условий

функциональных

требований

устройствам

релейной

защиты

автоматики

для

осуществления

дистан

ционного

управления

» [1].

Основными

условиями

для

реализации

соответствии

указанным

документом

дистанционного

управления

устройствами

релейной

защиты

являются

функции

разграничения

прав

на

осуществление

ДУ

АРМ

оперативного

персонала

объекта

электроэнерге

тики

из

диспетчерских

центров

;

принцип

единовременного

выполнения

команд

дис

танционного

управления

только

из

одного

источника

команд

;

логические

блокировки

исключающие

ошибочные

операции

оперативного

(

или

)

диспетчерского

пер

сонала

при

выполнении

дистанционного

управле

ния

Основными

функциями

которые

возможно

реализовы

вать

при

дистанционном

управлении

устройствами

релей

ной

защиты

будут

[1]:

–

ввод

вывод

функции

основной

защиты

переключение

групп

уставок

;

–

ввод

вывод

оперативного

ускорения

переключение

групп

уставок

резервной

защиты

;

–

ввод

вывод

АПВ

(

однофазное

автоматическое

повтор

ное

включение

трехфазное

автоматическое

повторное

включение

);

–

ввод

вывод

условий

срабатывания

АПВ

Использование

команд

телеуправления

во

вторичных

цепях

дает

ряд

преимуществ

–

сокращение

времени

оперативных

переключений

связанных

переключениями

на

смежных

энерго

объектах

;

–

снижение

загруженности

оперативно

выездных

бригад

;

–

минимизация

рисков

ошибочных

действий

при

переключениях

цепях

РЗА

за

счет

исключения

дополнительного

звена

управления

(

дежурного

подстанции

Для

цифровых

объектов

выполненных

по

III

архи

тектуре

технические

решения

найдены

применяются

для

чего

используется

протокол

МЭК

61850.

Для

тради

ционных

объектов

электроэнергетики

где

устройства

ре

лейной

защиты

выполнены

на

электромеханической

базе

таких

решений

пока

нет

качестве

временной

меры

для

оперативного

реше

ния

проблемы

был

предложен

реализован

вариант

по

мощью

применения

традиционных

электромеханических

реле

средств

телемеханики

Но

при

этом

организация

системы

телеуправления

требует

наличия

надежных

кана

лов

связи

На

рисунках

приведен

пример

реализации

прин

ципиальной

схемы

релейной

защиты

управления

вы

ключателем

110

кВ

которой

параллельно

накладкам

во

вторичных

цепях

релейной

защиты

подключены

контакты

двухпозиционных

реле

РП

-11

РП

-8,

управление

которыми

осуществляется

посредством

телемеханических

сигналов

Рис

. 1.

Оперативные

цепи

SF11

KQT1

QN1

QR2

QN1

AKS1 (

АПВ

)

СШ

KLX2

KLX1

СШ

X2-8

X2-10

X2-13

X2-9

X2-11

X1-6

KCC1

X1-7

КС

ТУ

KL2

схеме

защиты

схеме

защиты

МЕС

Орион

НФ

Питание

АПВ

Раз

вкл

АПВ

20,3

19,1

14,16

0×11

0×13

0×14

0×12

Ежеквартальный

спецвыпуск

№

2(29),

июнь

2023

Рис

. 2.

Цепи

телеуправления

Рис

. 3.

Реализация

комплексе

ОИК

КОТМИ

на

ПС

-214 110/10

кВ

Терентьевская

схему

управления

СМВ

-110

ТУ

АПВ

СШ

ввод

ТУ

АПВ

СШ

ввод

ТУ

АПВ

СШ

вывод

ТУ

АПВ

СШ

вывод

121
122

114
117

112

115

113

116

KLX1

KLX2

оперативный

(

визуальный

)

контроль

производится

на

оперативно

измеритель

ном

комплексе

на

рабочем

месте

диспет

чера

(

ОИК

управлении

которого

нахо

дится

данное

присоединение

Вид

элемента

ОИК

представлен

на

ри

сунке

Данному

варианту

присущи

все

недо

статки

связанные

применением

элек

тромеханических

реле

связи

чем

он

не

имеет

перспектив

Другим

вариантом

реализации

выше

указанного

функционала

явилась

попыт

ка

применения

современных

цифровых

средств

контроля

измерений

управ

ления

Ниже

рассмотрен

пример

передачи

команд

телеуправ

ления

на

подстанциях

без

проводных

каналов

использо

ванием

устройств

ЭНКМ

-3

ЭНМВ

-1 (

ООО

Инженерный

центр

Энергосервис

»).

ЭНКМ

-3 —

устройство

предназначенное

для

работы

составе

систем

сбора

передачи

телемеханической

ин

формации

энергетических

объектов

различного

уровня

выполняет

следующие

функции

–

сбор

данных

устройств

нижестоящего

уровня

;

–

передача

данных

на

вышестоящий

уровень

;

–

прием

команд

телеуправления

вышестоящего

уровня

[2].

ЭНКМ

-3

поддерживает

передачу

данных

сотовых

сетях

организует

каналы

связи

для

опроса

различных

устройств

Модули

ЭНМВ

-1

предназначены

для

применения

со

ставе

автоматизированных

систем

управления

систем

дис

петчерского

управления

систем

телемеханики

[3].

ЭНМВ

-1

имеет

три

релейных

выхода

предназначенных

для

выдачи

управляющих

воздействий

на

внешние

объекты

Схема

организации

передачи

данных

представлена

на

рисунке

Верхний

уровень

представлен

автоматизированной

сис

темой

диспетчерского

управления

КОТМИ

» (

ООО

Энер

гоинжиниринг

»).

Связь

ЭНКМ

-3

вышестоящим

уровнем

осуществляется

посредством

сотовой

сети

так

как

во

локонно

оптические

каналы

реализованы

не

на

каждом

энергообъекте

ЭНКМ

-3

передает

команду

телеуправ

ления

ЭНМВ

-1

по

протоколу

передачи

данных

Modbus.

При

использовании

протокола

МЭК

60870-5-104

ЭНКМ

-3

ретранслирует

команду

телеуправления

верхнего

уров

Оперативное

управление

ЭНКМ-3

RS-485

ЭНМВ-1

RS-485

Верхний уровень

DO1 DO2 DO3

Modbus

РЗА

ня

Поскольку

на

верхнем

уровне

нет

возможности

удержания

коман

ды

(

ТУ

передается

импульсно

вы

ходные

реле

ЭНМВ

-1

замыкаются

кратковременно

Переход

на

про

токол

Modbus

позволяет

решить

эту

проблему

реализовать

удержание

замкнутых

контактов

до

получения

команды

отключения

полной

мере

реализовать

весь

требуемый

функ

ционал

не

представляется

возмож

ным

на

данном

виде

аппаратуры

так

как

недостатком

предложенного

технического

решения

является

не

большое

количество

релейных

кон

тактов

ЭНМВ

-1.

Для

организации

системы

телеуправления

хотя

бы

одного

присоединения

подстанции

требуется

несколько

устройств

что

соответственно

приводит

повы

шению

затрат

усложнению

монтажных

работ

учетом

приведенных

выше

недостатков

было

приня

то

решение

разработать

технические

требования

сделать

устройство

сопряжения

вторичной

коммутации

На

рисунке

представлен

общий

алгоритм

работы

устройства

Рис

. 4.

Схема

организации

передачи

данных

при

применении

цифровых

устройств

теле

управления

Рис

. 5.

Алгоритм

работы

устройства

Верхний

уровень

Канал

связи

Плата

управления

Реле

модуль

Подача

команды

оператором

SCADA-

система

Передача

данных

Получение

обработка

информации

Формирование

управляющего

воздействия

Срабатывание

выходных

реле

Форми

рование

телесигнала

Операционно

информационный

комплекс

(SCADA-

система

)

позволяет

диспетчерскому

персоналу

осуществлять

мониторинг

управление

энергосистемой

. SCADA

организует

процесс

сбора

анализа

данных

управления

энергообъек

том

режиме

реального

времени

Обмен

информацией

меж

ду

устройством

верхним

уровнем

происходит

посредством

организованной

системы

передачи

данных

Под

системой

передачи

данных

подразумевается

совокупность

программ

ных

технических

средств

для

передачи

информации

На

физическом

уровне

она

представлена

виде

оптоволокон

ных

линий

связи

Для

интеграции

систему

АСУ

ТП

связи

верхним

уровнем

устройство

поддерживает

соответствую

щие

протоколы

передачи

данных

(Modbus,

МЭК

60870-104).

При

отсутствии

проводного

канала

связи

также

есть

возмож

ность

передачи

команд

по

сети

GSM.

Технические

требования

устройству

осуществляющему

функцию

приема

команды

пришедшей

от

диспетчера

через

традиционные

средства

телемеханики

связь

электроме

ханическим

устройством

релейной

защиты

на

энергообъекте

должны

быть

уточнены

процессе

реализации

тем

не

менее

минимальном

составе

представлены

таблице

Табл

. 1.

Минимальные

технические

требования

устройству

сопряжения

Наименование

Технические

характеристики

или

параметры

Оперативный

ток

≈

220

Интерфейс

Ethernet

Протоколы

связи

Modbus TCP

МЭК

60870-5-104

Количество

дискретных

выходов

Дисплей

3,2

дюйма

Ежеквартальный

спецвыпуск

№

2(29),

июнь

2023

Питание

устройства

предусматривается

оперативным

током

подстанции

зависимости

от

типа

оперативного

тока

(

постоянный

переменный

)

необходимо

использовать

соответ

ствующий

понижающий

преобразователь

напряжения

(

пита

ние

платы

управления

— 7–12

Для

бесперебойной

работы

при

отсутствии

оперативного

тока

на

подстанции

конструк

ции

устройства

необходимо

учесть

источник

независимого

пи

тания

качестве

первоначального

варианта

предполагается

реализация

устройства

на

микроконтроллере

ATmega328.

Данный

микроконтроллер

основанный

на

AVR-

архитектуре

позволяет

обрабатывать

полученные

данные

выполнять

команды

управления

На

рисунке

представлены

основные

элементы

устройства

вторичной

коммутации

Плата

управле

ния

содержит

микроконтроллер

дискретные

входы

выхо

ды

порт

для

программирования

устройства

разъем

питания

(

таб

лица

2).

Главным

элементом

устройства

является

микро

контроллер

который

(

согласно

заданному

алгоритму

)

обраба

тывает

полученную

информацию

формирует

управляющий

сигнал

выходного

блока

реле

Ethernet-

модуль

позволяет

осуществлять

получение

ко

манд

телеуправления

согласно

сетевой

модели

TCP/IP.

Ин

дикаторное

устройство

(

дисплей

)

информирует

непосред

ственно

на

объекте

состоянии

выходных

реле

Выходные

контакты

блока

реле

должны

удовлетворять

следующим

требованиям

–

возможность

долговременного

замыкания

контактов

выходных

реле

;

–

напряжение

на

разомкнутых

контактах

не

менее

220

Наибольшее

распространение

системах

автомати

ческого

управления

сбора

данных

на

подстанциях

полу

чили

протоколы

Modbus

МЭК

60870-5-104.

качестве

ос

новного

протокола

передачи

данных

используется

Modbus

TCP,

который

позволяет

организовать

передачу

данных

посредством

сети

Ethernet,

что

не

требует

использования

дополнительных

преобразователей

интерфейсов

Согласно

Табл

. 2.

Технические

характеристики

платы

управления

Наименование

Технические

характе

ристики

Количество

цифровых

входов

выходов

Рабочее

напряжение

Напряжение

питания

7–12

Потребляемый

ток

мА

Flash-

память

Кбайт

Оперативная

память

Кбайт

Энергонезависимая

память

Кбайт

Тактовая

частота

МГц

Плата управления

Бл

ок

вых

од

ных

ел

GSM-модуль

Ethernet-

модуль

Индикаторное

устройство

протоколу

Modbus TCP,

оператором

верхнего

уровня

посы

лается

сообщение

содержащее

адрес

устройства

коман

ду

записи

данных

соответствующие

регистры

дискретного

вывода

Блок

полученного

сообщения

со

значениями

FF00

(hex)

устанавливает

состояние

дискретного

выхода

поло

жение

ON (

включен

); 0000 (hex)

соответственно

положе

ние

OFF (

выключен

Плата

управления

зависимости

от

состояния

дискретного

выхода

посылает

сигнал

на

блок

вы

ходных

реле

при

этом

сигнал

потенциала

земли

» (ground)

является

управляющим

(

реле

срабатывает

Управление

устройством

по

беспроводным

сетям

GSM

осуществляется

посредством

AT-

команд

ВЫВОДЫ

Устройство

сопряжения

разработанное

соответствии

техническими

условиями

позволит

–

сократить

время

оперативных

переключений

за

счет

возможности

дистанционного

управления

коммутацион

ными

аппаратами

во

вторичных

цепях

;

–

повысить

эффективность

оперативных

переключений

за

счет

сокращения

количества

оперативного

персонала

задействованного

при

переключениях

Рис

. 6.

Схема

элементов

устройства

вторичной

коммутации

ЛИТЕРАТУРА

ГОСТ

59948-2021.

Единая

энергетическая

система

изолировано

работающие

энергосистемы

Опера

тивно

диспетчерское

управление

Дистанционное

управление

Требования

управлению

электро

сетевым

оборудованием

устройствами

релей

ной

защиты

автоматики

. URL: https://docs.cntd.ru/

document/1200182358.

Устройство

сбора

данных

ЭНКМ

-3.

Руководство

по

эксплуатации

ЭНКМ

.403570.004, 2022.

Модуль

ввода

вывода

ЭНМВ

-1.

Руководство

по

экс

плуатации

ЭНМВ

.423000.001, 2022.

Оперативное

управление

çöêõóööíîöïåĄ
òêéêðĄóúõåòĀ÷õøéå

RUSAFETYWEEK.COM

[email protected]

öêò÷ĄæõĄ

ù÷möíõíøö}

Оригинал статьи: Элементы телеуправления во вторичных цепях устройств релейной защиты и электроавтоматики

Читать онлайн

Рассмотрена проблема оперативных переключений во вторичных цепях электромеханических устройств релейной защиты. Приведены примеры реализации телеуправления на основе электромеханических реле и микропроцессорных устройств, их достоинства и недостатки. Предложено устройство сопряжения вторичной коммутации, рассмотрен алгоритм его работы, приведены технические требования. Рассмотрен вопрос организации каналов передачи данных и команд телеуправления между устройством сопряжения и верхним уровнем.