82
АНАЛИТИКА
СЕТИ РОССИИ
82
р
е
л
е
й
н
а
я
з
а
щ
и
т
а
и
а
в
т
о
м
а
т
и
к
а
релейная защит
а и автома
тика
О
сновными
типами
ГПА
на
КС
в
настоящее
время
являются
агрегаты
с
приводом
от
газотурбинных
установок
(
ГТУ
),
электро
-
приводные
агрегаты
(
ЭГПА
)
и
поршневые
газомотокомпрессоры
(
ГМК
).
В
зависимости
от
типа
устанавливаемых
ГПА
производится
выбор
схемного
построения
системы
электроснабжения
и
релейной
защиты
и
автомати
-
ки
(
РЗиА
)
сетей
6—10
кВ
компрессорной
станции
.
Суммарная
мощность
электрических
нагрузок
КЦ
на
КС
с
газотурбинными
агрегатами
составля
-
ет
1,5—4
МВт
,
с
электроприводными
агрегатами
—
40—80
МВт
.
Такие
мощности
обеспечиваются
цен
-
трализованным
электроснабжением
от
сетевых
электроснабжающих
компаний
или
автономными
источниками
электроснабжения
от
электростанций
собственных
нужд
(
только
для
КС
с
газотурбинными
агрегатами
).
Рассмотрим
алгоритм
работы
релейной
защиты
и
автоматики
на
примере
схемы
электроснабжения
компрессорной
станции
с
электроприводными
га
-
зоперекачивающими
агрегатами
(
рис
. 1) [1].
Как
показано
на
рис
. 1,
электроснабжение
ком
-
прессорного
цеха
осуществляется
от
двух
транс
-
форматоров
220/10/10
кВ
, 63
МВА
с
расщеплён
-
ной
обмоткой
низкого
напряжения
для
снижения
уровней
токов
короткого
замыкания
на
шинах
10
кВ
.
Электрооборудование
для
распределения
10
кВ
размещается
в
ЗРУ
-10
кВ
.
Для
снижения
влияния
на
потребителей
(
цех
,
воз
-
душное
охлаждение
газа
,
ТСН
-
площадки
КС
,
вдоль
-
трассовые
ВЛ
,
сторонние
потребители
)
переходных
режимов
подсекции
подключены
к
основным
сек
-
циям
через
токоограничивающие
реакторы
.
Между
парами
основных
секций
шин
предусмо
-
трено
секционирование
с
устройством
автоматиче
-
ского
ввода
резерва
(
АВР
).
Для
пуска
синхронных
двигателей
в
составе
ЗРУ
-10
кВ
предусмотрены
две
пусковые
секции
шин
,
запитанные
от
основных
сек
-
ций
шин
через
тиристорное
пусковое
устройство
(
ТПУ
).
Частотный
пуск
СД
осуществляется
путём
плав
-
ного
увеличения
частоты
и
напряжения
в
статорной
обмотке
по
закону
U/f
2
=const
до
номинальных
зна
-
чений
за
фиксированный
временной
промежуток
(20—30
с
).
При
этом
пусковой
ток
статора
двигателя
не
превышает
1,5
I
ном
.
Наличие
плавного
пуска
зна
-
чительно
увеличивает
механический
ресурс
ЭГПА
,
позволяет
исключить
необходимость
его
разгрузки
перед
пуском
и
уменьшить
время
восстановления
нормального
режима
работы
ЭГПА
после
перерыва
электроснабжения
.
Работа
сети
10
кВ
предусматривается
с
рези
-
стивно
заземлённой
нейтралью
и
использованием
низкоомных
резисторов
[3].
Релейная
защита
и
автоматика
сети
электро
-
снабжения
компрессорной
станции
с
ЭГПА
характе
-
ризуется
рядом
особенностей
,
связанных
со
специ
-
фичными
режимами
оборудования
,
высокими
требованиями
к
качеству
энергоснабжения
,
ответ
-
ственностью
защищаемых
объектов
.
Остановимся
на
особенностях
РЗА
более
подробно
.
Практический
опыт
применения
цифровых
реле
в
сетях
10
кВ
ОАО
«
Газпром
»
показывает
,
что
при
согласовании
с
обратнозависимыми
времятоковы
-
ми
характеристиками
электромеханических
реле
и
плавких
предохранителей
наиболее
подходящие
параметры
имеет
стандартная
обратнозависимая
характеристика
типа
SIT.
Для
повышения
чувствительности
на
присоеди
-
нениях
вводов
и
СВ
МТЗ
дополняется
измеритель
-
ным
органом
напряжения
,
блокирующим
опреде
-
лённую
ступень
защиты
при
работе
в
максимальном
режиме
и
при
самозапуске
нагрузки
.
Повышение надёжности
станций с применением цифровых
Одними из самых значимых объектов газотранспортной системы ОАО «Газ-
пром» по объёму потребления электрической энергии являются компрес-
сорные станции (КС). Мощность, потребляемая КС, зависит от расчётных
потоков потребляемого газа и типа газоперекачивающего агрегата (ГПА).
Сергей КРУПИН, ведущий инженер,
Ирина РУБЦОВА, главный специалист,
Василий ВОРОНКОВ, начальник отдела,
Виктор КОЛЬЧЕНКО, инженер 2-ой категории,
отдел электроснабжения ОАО «Гипрогазцентр»
83
№ 4 (13), июль-август, 2012
83
Режим
ОЗЗ
является
аварийным
и
должен
сопро
-
вождаться
немедленным
отключением
присоединений
СД
для
исключения
перехода
ОЗЗ
в
многофазное
КЗ
,
представляющее
опасность
для
статора
двигателя
.
Ток
ОЗЗ
составляет
порядка
40
А
,
что
обеспечивает
высо
-
кую
чувствительность
РЗ
при
замыканиях
на
выводах
электродвигателей
и
защиту
большей
части
обмотки
статора
.
Уставки
защиты
от
ОЗЗ
выбраны
из
условий
несрабатывания
при
внешних
замыканиях
на
землю
.
Заземление
через
резистор
уменьшает
бросок
ём
-
костного
тока
в
момент
пробоя
изоляции
вне
защиты
по
сравнению
с
такими
же
повреждениями
в
сетях
с
изолированной
или
компенсированной
нейтралью
.
Фильтры
цифровых
терминалов
также
уменьшают
по
-
грешность
измерения
апериодического
броска
тока
,
что
позволяет
обеспечить
высокую
чувствительность
за
-
щиты
от
ОЗЗ
.
Отдельно
остановимся
на
защитах
синхронных
дви
-
гателей
.
В
связи
с
недостаточной
чувствительностью
токовой
отсечки
в
качестве
основной
защиты
синхрон
-
ных
электродвигателей
применяется
продольная
диф
-
ференциальная
защита
с
торможением
и
блокиров
-
кой
при
насыщении
и
обрыве
фазы
трансформаторов
тока
(ANSI M87).
Роль
уставки
играет
всего
лишь
один
параметр
(
ток
I
s
),
используемый
в
цифровом
реле
для
определения
всех
необходимых
характеристик
сраба
-
тывания
[2].
Несимметрия
токов
статора
при
КЗ
и
других
режи
-
мах
приводит
к
дополнительному
нагреванию
ротора
и
вибрации
.
Она
сопровождается
появлением
в
обмотке
статора
токов
обратной
последовательности
.
Вслед
-
ствие
этого
на
двигателях
применяется
токовая
защита
обратной
последовательности
.
Для
защиты
двигателя
от
повышения
температуры
используется
защита
от
пуска
перегретого
двигателя
(ANSI 49RMS)
с
применением
его
тепловой
модели
,
учитывающей
различие
кривых
нагрева
и
охлаждения
синхронной
машины
,
температуру
окружающей
среды
и
предшествующее
состояние
электродвигателя
.
Систе
-
ма
защиты
,
реализованная
в
ТПУ
,
обеспечивает
режим
отключения
пусковых
секций
шин
при
срабатывании
следующих
защит
:
электроснабжения компрессорных
терминалов РЗиА и систем АСУ ЭС
Рис
. 1.
Схема
электроснабжения
КС
с
ЭГПА
84
СЕТИ РОССИИ
•
от
перенапряжений
относительно
«
земли
»
на
входе
и
на
выходе
ТПУ
;
•
от
перенапряжений
на
шинах
постоянного
тока
выпрямителя
или
инвертора
;
•
от
неравенства
токов
на
входе
и
выходе
ТПУ
—
диф
-
ференциальная
токовая
защита
;
•
от
недопустимо
длительной
перегрузки
по
току
—
интегральная
токовая
защита
;
•
минимального
напряжения
;
•
максимального
напряжения
по
входу
и
по
выходу
ТПУ
;
•
максимального
тока
по
входу
и
по
выходу
ТПУ
;
•
максимальная
защита
по
частоте
.
Алгоритм
работы
АВР
в
РУ
-10
кВ
выполнен
с
пуском
защиты
от
потери
питания
секции
,
по
снижению
напря
-
жения
или
при
появлении
напряжения
обратной
после
-
довательности
,
а
также
при
снижении
частоты
,
с
ожи
-
данием
снижения
напряжения
на
потерявшей
питание
секции
,
с
контролем
наличия
напряжения
нормальной
частоты
и
отсутствия
напряжения
обратной
последова
-
тельности
другой
секции
.
В
качестве
защиты
основных
секций
сборных
шин
ЗРУ
-10 (6)
кВ
электроприводных
КС
применяется
диф
-
ференциальная
защита
шин
с
торможением
(
ДЗШ
).
Она
действует
на
отключение
ввода
,
секционного
вы
-
Тип
присоединения
/
Код
ANSI
50/5
1
32
Р
27
59
81
L
47
50BF
50N/5
1N
M8
7
67N/67NC
46
32Q
49RMS
78PS
27
R
59N
Ввод
10
кВ
+
+
+
+
+
+
Отходящая
линия
10
кВ
+
+
+
Отходящая
линия
к
СД
10
кВ
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
СВ
10
кВ
+
+
+
ТН
10
кВ
+
+
+
+
+
+
ОЛ
к
ЧЗН
10
кВ
+
+
+
Табл
.
Набор
пусковых
органов
РЗиА
присоединений
10
кВ
КС
с
ЭГПА
ключателя
,
синхронных
двигателей
и
их
систем
автоматического
гашения
поля
(
АГП
).
В
качестве
защиты
от
дуговых
замыканий
в
РУ
-10
кВ
используется
быстродействующая
оптическая
ду
-
говая
защита
(
ДГЗ
)
на
базе
устрой
-
ства
«
Овод
-
МД
».
Использование
волоконно
-
оптических
кабелей
для
передачи
светового
сигнала
в
тер
-
минал
позволяет
значительно
повы
-
сить
надёжность
работы
защиты
по
сравнению
с
аналогичными
устрой
-
ствами
,
выполненными
с
примене
-
нием
фототиристоров
.
Блокировка
срабатывания
защиты
по
напряже
-
нию
исключает
возможность
ложных
срабатываний
ДГЗ
.
Для
резервиро
-
вания
работы
терминалов
«
Овод
-
МД
»
предусматривается
клапанная
дуговая
защита
,
поставляемая
в
комплекте
с
ячейками
РУ
-10
кВ
.
В
таблице
приведён
состав
защит
по
присоединени
-
ям
.
Одним
из
несомненных
преимуществ
устройств
РЗиА
на
микропроцессорной
элементной
базе
перед
электромеханическими
является
простота
их
включе
-
ния
в
автоматизированную
систему
управления
элек
-
троснабжением
(
АСУ
ЭС
).
Система
АСУ
ЭС
является
составной
частью
АСУ
ТП
(
автоматизированной
системы
управления
технологи
-
ческими
процессами
)
КС
с
ЭГПА
и
предназначена
для
автоматизированного
управления
объектами
системы
электроснабжения
,
контроля
за
системой
пуска
син
-
хронных
двигателей
,
а
также
технического
учёта
элек
-
троэнергии
на
собственные
нужды
КЦ
.
АСУ
ЭС
обеспечивает
выполнение
следующих
задач
:
•
обеспечение
пуска
ГПА
;
•
оптимальное
управление
распределением
и
потре
-
блением
электроэнергии
с
решением
задачи
повы
-
шения
надёжности
электроснабжения
;
•
улучшение
условий
труда
эксплуатационного
персо
-
нала
;
•
своевременное
предоставление
оперативно
-
му
персоналу
достоверной
информации
о
ходе
85
№ 4 (13), июль-август, 2012
технологического
процесса
,
состояния
оборудова
-
ния
и
средств
управления
;
•
обеспечение
персонала
ретроспективной
техноло
-
гической
информацией
для
анализа
,
оптимизации
и
планирования
работы
оборудования
и
его
ремонта
;
•
повышение
долговечности
,
степени
эксплуатацион
-
ной
надёжности
оборудования
;
•
сокращение
ущерба
от
ошибок
персонала
;
•
достижение
оптимальных
экономических
показате
-
лей
оборудования
;
•
снижение
затрат
на
диагностику
и
ремонт
оборудо
-
вания
;
•
возможность
информационного
взаимодействия
АСУ
ЭС
с
АСУ
ТП
КЦ
и
передачи
данных
на
ЦДП
(
цен
-
тральный
диспетчерский
пункт
).
Предлагаемая
структура
комплек
-
са
технических
средств
(
КТС
)
АСУ
ЭС
КЦ
(
рис
. 2)
базируется
на
следующих
принципах
автоматизированных
си
-
стем
управления
:
•
централизованный
иерархический
контроль
и
управление
объектами
автоматизации
;
•
открытая
архитектура
информаци
-
онного
взаимодействия
компонен
-
тов
системы
;
•
распределённая
структура
сбора
и
обработки
информации
;
•
оптимизация
распределения
функ
-
ций
сбора
информации
,
контроля
и
управления
на
основе
применения
объектно
ориентированного
под
-
хода
;
•
простота
обслуживания
и
высокая
степень
готовно
-
сти
программно
-
технических
средств
(
ПТС
);
•
короткое
время
ремонта
;
•
самодиагностика
компонентов
КТС
.
Открытая
архитектура
позволяет
выполнять
допол
-
нение
системы
новыми
техническими
средствами
либо
замену
морально
устаревших
компонентов
системы
.
Структура
ПТС
системы
автоматизации
обеспечивает
высокую
степень
надёжности
благодаря
применению
принципа
распределённого
управления
и
самодиагно
-
стике
основных
компонентов
.
Рис
. 2.
Структурная
схема
комплекса
технических
средств
АСУ
ЭС
86
СЕТИ РОССИИ
Учёт
потреблённой
электроэнергии
осуществляется
микропроцессорными
многотарифными
счётчиками
электрической
энергии
.
Опрос
счётчиков
осуществляет
-
ся
УСПД
АСТУЭ
по
последовательному
интерфейсу
RS-
485
по
протоколу
МЭК
1107.
Подсистема
контроля
показателей
качества
элек
-
троэнергии
на
вводах
ЗРУ
-10
кВ
на
соответствие
ГОСТ
13109-97
представлена
прибором
для
измерения
по
-
казателей
качества
электроэнергии
сервером
АСУ
ЭС
.
Информация
с
приборов
контроля
качества
электро
-
энергии
передаётся
на
АРМ
энергетика
,
имеющее
специализированное
программное
обеспечение
.
Открытая
архитектура
позволяет
дополнять
систе
-
му
техническими
средствами
либо
заменять
мораль
-
но
устаревшие
компоненты
системы
при
минималь
-
ных
затратах
на
стыковку
с
существующим
ПТК
.
Видеограммы
системы
в
части
электроснабжения
представляют
собой
укрупнённые
однолинейные
элек
-
трические
схемы
,
на
которых
отображаются
положе
-
ния
контролируемых
автоматических
выключателей
,
состояние
объектов
управления
и
аналоговые
пара
-
метры
.
В
случае
аварийной
ситуации
появляется
тексто
-
вая
информации
о
том
,
какая
неисправность
имеет
место
быть
,
параллельно
в
протоколе
событий
появ
-
ляется
соответствующее
сообщение
.
Надпись
стано
-
вится
красной
мигающей
,
после
кавитации
мигание
снимается
.
Информация
предоставляется
оператору
по
прин
-
ципу
от
общего
к
частному
.
На
каждой
видеограмме
,
отображающей
электрооборудование
,
представлен
основной
объём
информации
,
позволяющий
оценить
ситуацию
в
целом
.
Более
детальная
информация
о
со
-
стоянии
оборудования
может
отображаться
в
дополни
-
тельном
объектовом
окне
,
вызываемом
пользовате
-
лем
по
требованию
.
При
эффективном
использовании
автоматизиро
-
ванной
системы
и
правильно
организованном
техни
-
ческом
обслуживании
аппаратуры
затраты
времени
на
все
виды
работ
по
техническому
обслуживанию
составляют
от
2
до
4%
от
продолжительности
её
экс
-
плуатации
.
ВЫВОДЫ
Приведённые
в
данной
статье
технические
решения
по
релейной
защите
и
автоматизации
объектов
энер
-
госнабжения
на
базе
цифровых
систем
могут
находить
применение
как
на
объектах
ОАО
«
Газпром
»,
так
и
на
аналогичных
объектах
других
отраслей
промышленного
производства
.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Д
.
А
.
Аникин
,
И
.
Е
.
Рубцова
,
О
.
В
.
Крюков
,
Н
.
В
.
Кия
-
нов
.
Проектирование
систем
управления
электро
-
приводными
ГПА
//
Газовая
промышленность
,
2009
г
.,
№
2.
2.
А
.
Л
.
Соловьев
.
Методические
указания
по
выбору
характеристик
и
уставок
защиты
электрооборудова
-
ния
с
использованием
микропроцессорных
терми
-
налов
серии
Sepam
производства
фирмы
Шнейдер
Электрик
.
Части
первая
,
вторая
.
ПЭИпк
Минпром
-
энерго
РФ
,
Санкт
-
Петербург
, 2006
г
.
3. Sepam
серии
80.
Измерения
,
защита
,
управление
и
контроль
. Merlin Gerin, 2006
г
.
Рис
. 3.
Видеограмма
«
ЗРУ
-10
кВ
.
Секции
шин
3, 3
а
, 2
п
, 4»
Оригинал статьи: Повышение надежности электроснабжения компрессорных станций с применением цифровых терминалов РЗиА и систем АСУ ЭС
Одними из самых значимых объектов газотранспортной системы ОАО «Газпром» по объёму потребления электрической энергии являются компрессорные станции (КС). Мощность, потребляемая КС, зависит от расчётных потоков потребляемого газа и типа газоперекачивающего агрегата (ГПА).
