72
АНАЛИТИКА
СЕТИ РОССИИ
72
Ц
епи
оперативного
питания
постоянного
тока
являются
важнейшими
системами
подстанций
и
электростанций
,
от
надёж
-
ности
которых
зависит
способность
под
-
станций
и
электростанций
выполнять
свои
функции
в
энергосистеме
.
Поэтому
к
надёжности
этих
систем
предъявляются
особые
требования
,
а
проблемы
и
решения
в
этой
области
обсуждаются
на
междуна
-
родных
научно
-
практических
конференциях
[1].
Одним
из
путей
повышения
надёжности
систем
оперативного
постоянного
тока
(
СОПТ
)
является
её
резервирование
.
Известны
решения
этой
пробле
-
мы
за
счёт
использования
двух
групп
аккумулятор
-
ных
батарей
(
АБ
)
и
зарядных
устройств
(
ЗУ
).
Каждая
из
этих
групп
может
состоять
из
одной
АБ
и
одного
или
двух
зарядных
устройств
(
ЗУ
)
и
быть
включённой
на
свою
секцию
шин
щита
постоянного
тока
(
ЩПТ
).
Секции
объединены
между
собой
через
рубильник
(
переключатель
),
находящийся
в
разомкнутом
со
-
стоянии
в
нормальном
режиме
работы
.
От
этих
секций
шин
получают
питание
сборки
шкафов
рас
-
пределения
оперативного
тока
(
ШРОТ
),
от
которых
питаются
устройства
релейной
защиты
и
автоматики
(
РЗА
).
Согласно
[2]
в
СОПТ
должен
быть
предусмо
-
трен
ручной
ввод
резерва
с
помощью
рубильников
(
или
переключателей
с
ручным
приводом
).
Однако
в
[3]
предусмотрено
также
и
автоматическое
резерви
-
рование
цепей
постоянного
тока
.
Согласно
п
. 8.6 [3]
для
автоматического
включения
резервного
пита
-
ния
устройств
РЗА
сборки
ШРОТ
могут
подключаться
к
секциям
ЩПТ
через
разделительные
диоды
.
Такие
диоды
довольно
редко
применяются
в
России
и
стра
-
нах
СНГ
,
но
широко
используются
в
цепях
питания
РЗА
на
Западе
.
Один
из
вариантов
так
называемого
«
горячего
»
резервирования
цепей
питания
РЗА
с
по
-
мощью
диодов
,
широко
применяющийся
в
некото
-
рых
странах
,
показан
в
упрощённом
виде
на
рис
. 1.
В
этой
схеме
все
устройства
РЗА
(
основная
и
резервная
защита
)
разделены
на
несколько
групп
(
не
более
3—4
на
одной
подстанции
).
Каждая
такая
группа
получает
питание
сразу
от
двух
секций
шин
постоянного
тока
DC1
и
DC2
через
4
диода
,
обе
-
спечивающие
разделение
между
положительными
и
отрицательными
полюсами
этих
двух
секций
шин
СОПТ
.
Такое
техническое
решение
просто
,
эффек
-
тивно
,
не
содержит
коммутационных
аппаратов
и
обеспечивает
надёжное
резервирование
цепей
пи
-
тания
РЗА
.
Однако
,
несмотря
на
все
её
положительные
каче
-
ства
,
эта
схема
оказалась
далеко
не
идеальной
.
Из
практики
её
эксплуатации
известны
неоднократные
случаи
массовых
повреждений
устройств
РЗА
из
-
за
сложения
напряжений
DC1
и
DC2
через
диоды
.
Это
происходит
,
как
правило
,
при
проведении
на
-
ладочных
или
ремонтных
работ
в
СОПТ
или
при
не
выявленном
вовремя
замыкании
на
землю
цепи
,
соединённой
с
одним
полюсом
DC1,
и
последующим
внезапным
замыканием
на
землю
цепи
,
соединён
-
ной
с
противоположным
полюсом
DC2.
При
этом
к
устройствам
РЗА
оказывается
приложенным
напря
-
жение
около
450
В
,
приводящее
к
выходу
из
строя
всех
устройств
,
оказавшихся
под
этим
напряжением
.
Учитывая
высокую
стоимость
современных
микро
-
процессорных
устройств
релейной
защиты
(
МУРЗ
),
а
также
опасность
непредсказуемых
последствий
вне
-
запных
массовых
отказов
многофункциональных
устройств
РЗА
,
становится
понятной
степень
опас
-
ности
,
которой
подвергается
энергосистема
при
ис
-
пользовании
такой
схемы
.
Анализ
массовых
повреждений
МУРЗ
после
оче
-
редного
события
,
описанного
выше
,
показал
,
что
повреждаются
в
основном
модули
источников
пи
-
тания
и
модули
логических
входов
.
В
большинстве
случаев
эти
повреждения
ограничиваются
перего
-
ранием
варисторов
во
входных
цепях
,
подключён
-
ных
к
внешнему
источнику
оперативного
напряже
-
ния
,
но
бывают
и
случаи
повреждения
электронных
компонентов
,
расположенных
за
варисторами
.
Варисторы
—
нелинейные
резисторы
,
сопротивле
-
ние
которых
зависит
от
приложенного
напряжения
,
предназначены
для
защиты
от
коротких
импульсов
перенапряжения
,
возникающих
в
СОПТ
и
поступаю
-
щих
в
цепи
питания
и
на
входы
МУРЗ
.
В
связи
с
тем
,
что
крутизна
вольт
-
амперной
характеристики
(
ВАХ
)
Проблемы повышения
надёжности систем
оперативного питания
РЗА на постоянном токе
Владимир ГУРЕВИЧ, к.т.н.,
начальник сектора Центральной электрической лаборатории
Электрической компании Израиля, г. Хайфа
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
73
№ 2 (11), март-апрель, 2012
73
варисторов
далеко
не
идеальна
,
они
выбираются
таким
образом
,
чтобы
рабочая
точка
при
номинальном
ра
-
бочем
напряжении
была
бы
далека
от
области
высокой
нелинейности
,
а
ток
через
варистор
не
превышал
бы
1
мА
.
При
таких
условиях
мощ
-
ность
,
постоянно
рассеиваемая
на
варисторе
,
не
будет
превышать
мак
-
симально
допустимую
,
варистор
не
будет
разогреваться
и
сохранит
вы
-
сокий
срок
службы
.
По
этой
причине
для
напряжения
оперативного
пита
-
ния
240
В
выбирают
,
как
правило
,
варисторы
класса
431 (
например
,
типа
10D431K)
с
напряжением
сра
-
батывания
(clamping voltage) 710
В
.
При
поступлении
на
вход
электрон
-
ной
схемы
,
защищённой
варисто
-
ром
,
короткого
импульса
с
ампли
-
тудой
напряжения
,
превышающей
710
В
,
он
переходит
в
нелинейную
область
ВАХ
,
его
сопротивление
рез
-
ко
уменьшается
и
он
закорачивает
вход
,
рассеивая
энергию
импульса
.
После
окончания
импульса
,
если
его
энергия
не
превышала
допустимую
для
варистора
энергию
рассеива
-
ния
,
он
полностью
восстанавливает
свои
первоначальные
свойства
.
При
приложении
к
варистору
напряже
-
ния
,
превышающего
его
номиналь
-
ное
значение
,
но
не
достигшего
ве
-
личины
напряжения
срабатывания
,
варистор
«
застрянет
»
на
нелиней
-
ном
участке
характеристики
и
нач
-
нёт
сильно
разогреваться
.
При
этом
электронные
компоненты
,
располо
-
женные
за
варистором
,
будут
под
-
вергаться
воздействию
повышен
-
ного
напряжения
.
В
зависимости
от
мощности
конкретного
варистора
и
его
реальной
ВАХ
в
таком
режиме
варистор
полностью
разрушается
и
переходит
в
режим
постоянного
короткого
замыкания
за
время
от
Рис
. 1.
Упрощённая
схема
резервирования
питания
групп
РЗА
с
помощью
диодов
долей
секунды
до
нескольких
се
-
кунд
.
При
этом
через
него
проходит
ток
,
достаточный
для
срабатывания
автомата
,
отключающего
питание
данной
группы
уже
повреждённых
МУРЗ
.
В
принципе
возникновение
та
-
кого
режима
может
быть
исключено
при
работе
СОПТ
в
режиме
с
посто
-
янно
замкнутым
рубильником
S7,
но
такой
режим
работы
вряд
ли
при
-
емлем
,
поскольку
при
этом
короткое
замыкание
в
цепях
одной
из
секции
шин
DC1
или
DC2
приведёт
к
пол
-
ному
пропаданию
оперативного
пи
-
тания
.
По
этой
причине
в
[2]
парал
-
лельная
работа
двух
аккумуляторных
батарей
запрещена
.
Реально
защитить
устройства
РЗА
от
повреждений
в
такой
схеме
пита
-
ния
можно
с
помощью
специальных
защитных
устройств
PD,
включённых
между
плюсом
и
минусом
входных
цепей
сборок
ШРОТ
,
от
которых
пита
-
ются
группы
устройств
РЗА
(
рис
. 1).
Каждое
защитное
устройство
имеет
очень
простую
конструкцию
и
смон
-
тировано
на
алюминиевой
панельке
с
размерами
80
х
65
мм
(
рис
. 2).
Это
устройство
содержит
тиристор
VS
типа
MCO 100-12io1;
супрессор
VD
типа
1.5KE300A;
ограничитель
тока
на
резисторе
R2
сопротивле
-
нием
10
Ом
и
мощностью
50
Вт
,
а
также
маломощный
резистор
R1
со
-
противлением
200
Ом
в
цепи
управ
-
ляющего
электрода
тиристора
.
Схе
-
му
желательно
дополнить
ещё
одним
небольшим
резистором
сопротивле
-
нием
300
Ом
,
включённым
между
катодом
и
управляющим
электродом
тиристора
,
что
повысит
его
помехо
-
устойчивость
.
При
нормальном
рабочем
напря
-
жении
тиристор
VS
заперт
и
ток
че
-
рез
него
и
через
токоограничиваю
-
щий
резистор
R2
не
протекает
.
При
Рис
. 2.
Схема
и
конструкция
макетного
образца
защитного
устройства
PD
74
СЕТИ РОССИИ
возникновении
двойного
напряже
-
ния
питания
сопротивление
супрес
-
сора
VD
резко
уменьшается
(
при
на
-
пряжении
,
превышающем
300
В
),
в
цепи
управляющего
электрода
тиристора
VS
возникает
ток
,
приво
-
дящий
к
его
отпиранию
.
Тиристор
отпирается
и
включает
низкоомный
резистор
R1
между
плюсом
и
мину
-
сом
входных
цепей
сборок
ШРОТ
,
вызывая
тем
самым
протекание
через
этот
резистор
(
и
через
соответ
-
ствующий
защитный
автомат
СВ
1 —
СВ
4)
тока
порядка
45
А
.
Под
дей
-
ствием
этого
тока
соответствующий
автомат
мгновенно
срабатывает
,
обесточивая
соответствующую
груп
-
пу
устройств
РЗА
,
предохраняя
её
от
повреждений
.
Основной
комму
-
тационный
элемент
—
тиристор
типа
MCO 100-12io1 —
рассчитан
на
мак
-
симальный
ток
156
А
и
импульсный
ток
1400
А
(
в
течение
10
мс
),
а
его
максимальное
выдерживаемое
на
-
пряжение
достигает
1200
В
.
Выбор
типа
тиристора
с
такими
большими
запасами
обусловлен
необходимо
-
стью
обеспечения
высокой
надёж
-
ности
устройства
.
Время
отпирания
тиристора
не
превышает
несколь
-
ких
микросекунд
,
что
обеспечивает
очень
высокое
(
в
интервале
единиц
микросекунд
)
быстродействие
опи
-
санного
защитного
устройства
,
то
есть
его
высокую
эффективность
.
Стоимость
комплекта
элементов
для
этого
устройства
составляет
около
40
долларов
США
.
Описанное
выше
техническое
решение
можно
применять
в
уже
существующих
СОПТ
.
Во
вновь
про
-
ектируемых
системах
СОПТ
реко
-
мендуется
вообще
отказаться
от
использования
разделительных
дио
-
дов
,
являющихся
потенциальным
источником
опасности
,
и
выполнять
её
в
виде
двух
разделённых
секций
шин
,
снабжённых
устройством
АВР
,
например
так
,
как
это
показано
на
рис
. 3.
Предлагаемая
система
АВР
образована
двумя
маломощными
промежуточными
реле
К
2
и
К
4,
а
также
двумя
реле
К
1
и
К
3
с
мощны
-
ми
контактами
,
рассчитанными
на
коммутацию
постоянного
тока
при
напряжении
240
В
.
Схема
выключена
и
потребите
-
ли
обесточены
при
разомкнутых
ру
-
бильниках
S10, S11
и
выключенных
автоматах
CB1 — CB4.
Порядок
вклю
-
чения
питания
потребителей
следую
-
щий
:
СВ
1 — S10 —
СВ
4 — S11 —
СВ
2 —
СВ
3.
При
этом
все
потребители
ШРОТ
будут
запитаны
,
контакторы
К
1
и
К
2
разомкнуты
,
схема
находится
в
нормальном
рабочем
режиме
.
Сиг
-
нальные
лампы
L1
и
L2 (
или
любой
другой
вид
сигнализации
)
включены
,
что
свидетельствует
об
исправности
цепей
контроля
напряжения
,
выпол
-
ненных
на
реле
К
2
и
К
4.
При
пропадании
питания
на
одной
из
секций
(DC1
или
DC2),
от
-
ключении
одного
из
автоматов
(
СВ
1
или
СВ
4)
или
обрыве
проводов
цепи
питания
,
соединяющих
ЩПТ
и
ШРОТ
,
отпускает
соответствующее
реле
К
2
или
К
4,
включая
своими
нормально
замкнутыми
контактами
соответ
-
ствующее
силовое
реле
К
1
или
К
3,
обеспечивающее
резервное
пита
-
ние
всех
потребителей
от
одной
ис
-
правной
секции
шин
.
В
момент
переключения
реле
АВР
возможны
кратковременные
(
в
течение
40 — 60
мс
)
перерывы
электропитания
устройств
РЗА
.
Такой
перерыв
электропитания
МУРЗ
,
как
правило
,
не
приводит
к
выводу
их
из
работы
.
Согласно
международному
стандарту
[4]
МУРЗ
должны
выдер
-
живать
без
сбоев
в
работе
переры
-
вы
электропитания
длительностью
от
10
мс
до
1
сек
(
по
усмотрению
про
-
изводителя
).
Измеренные
нами
фак
-
тические
значения
выдерживаемых
перерывов
питания
для
многих
ти
-
пов
МУРЗ
ведущих
западных
произ
-
водителей
составили
1,2—3,8
сек
.
Да
и
МУРЗ
российского
производства
,
согласно
действующим
техническим
требованиям
,
должны
выдерживать
без
перезагрузки
перерывы
питания
длительностью
до
500
мс
,
что
более
чем
достаточно
для
действия
АВР
.
Однако
от
цепей
постоянного
тока
питается
также
множество
промежу
-
точных
электромагнитных
реле
,
на
-
рушения
в
работе
которых
на
время
действия
АВР
недопустимо
.
Для
пре
-
дотвращения
перерывов
электро
-
питания
в
схеме
АВР
предусмотрен
специальный
блок
С
,
поддерживаю
-
щий
питание
устройств
РЗА
в
тече
-
ние
этого
времени
(
рис
. 4).
Этот
блок
выполнен
на
основе
конденсатора
большой
ёмкости
(3700
мкФ
, 400
В
),
снабжённого
предохранителем
с
высокой
разрывной
способностью
,
резистором
и
диодом
.
В
этой
схеме
заряд
конденсатора
при
включении
его
под
напряжение
происходит
че
-
рез
резистор
,
ограничивающий
за
-
рядный
ток
на
уровне
1—2
ампер
,
а
разряд
—
напрямую
,
через
диод
VD.
Благодаря
такой
схеме
включе
-
ния
конденсатор
не
создаёт
бросков
тока
,
способных
вызвать
срабатыва
-
ние
автоматических
выключателей
,
Рис
. 3.
Предлагаемая
схема
автоматического
включения
резерва
(
АВР
)
в
СОПТ
75
№ 2 (11), март-апрель, 2012
но
в
то
же
время
обеспечивает
до
-
статочно
большой
ток
разряда
,
необ
-
ходимый
для
питания
потребителей
в
течение
нескольких
десятков
мил
-
лисекунд
,
затрачиваемых
на
пере
-
ключение
реле
устройства
АВР
.
В
качестве
силовых
в
устройстве
могут
быть
использованы
широко
распространённые
реле
типа
RXMH-2
(
производство
компании
ABB),
ко
-
торые
имеют
8
массивных
контакт
-
ных
групп
мостикового
типа
(
то
есть
с
двойным
разрывом
)
с
большой
отключающей
способностью
на
по
-
стоянном
токе
.
Длительно
пропускае
-
мый
ток
через
один
замкнутый
кон
-
такт
— 10
А
,
кратковременно
— 135
А
,
ток
включения
индуктивной
нагрузки
на
постоянном
токе
напряжением
250
В
для
двух
параллельно
включён
-
ных
контактов
— 30
А
.
Наличие
боль
-
шого
количества
контактных
групп
в
этом
реле
позволяет
использовать
их
параллельное
и
последовательное
включение
для
ещё
большего
увели
-
чения
коммутационной
способности
(
при
необходимости
).
Диоды
VD1
и
VD2
предотвра
-
щают
подпитку
места
короткого
замыкания
(
КЗ
)
от
резервной
сек
-
ции
шин
при
срабатывании
АВР
,
а
также
разряд
конденсатора
через
КЗ
.
В
устройстве
можно
применить
любые
диоды
на
токи
100—250
А
с
выдерживаемым
обратным
на
-
пряжением
1200
В
,
выполненные
в
корпусах
,
удобных
для
крепления
в
шкафах
и
навесного
монтажа
под
отвертку
(
рис
. 5).
Это
диоды
ти
-
пов
: VSKE196/12, VSKE250/12,
VS-UFL230FA60, HFA200FA120P
(Vishay); MEO450-12DA (IXYS),
T110HF120 (International Recti
fi
er)
и
др
.
Диоды
должны
быть
установле
-
ны
на
внутренней
стенке
металличе
-
ского
шкафа
или
,
если
такой
возмож
-
ности
нет
,
на
алюминиевой
пластине
толщиной
5—6
мм
с
размерами
не
менее
200
х
200
мм
.
В
последнее
время
некоторыми
ведущими
мировыми
производите
-
лями
начато
производство
МУРЗ
с
двумя
независимыми
внутренними
источниками
питания
,
работающи
-
ми
параллельно
в
режиме
горячего
резерва
.
Такие
МУРЗ
могут
быть
за
-
питаны
от
двух
разных
секций
шин
СОПТ
без
всяких
дополнительных
тех
-
нических
ухищрений
.
Однако
коли
-
чество
таких
типов
МУРЗ
ещё
очень
невелико
и
они
заметно
дороже
обычных
.
Кроме
того
,
при
наличии
в
одном
шкафу
релейной
защиты
3—4
МУРЗ
со
сдвоенным
источни
-
ком
питания
каждый
получается
6—8
источников
питания
в
одном
шкафу
.
Возникает
вполне
закон
-
ный
вопрос
о
логичности
и
технико
-
экономической
целесообразности
такого
решения
.
Уж
лучше
выпу
-
скать
МУРЗ
вообще
без
встроенного
источника
питания
и
все
устрой
-
ства
,
расположенные
в
данном
шкафу
,
питать
от
двух
источников
пита
-
ния
повышенной
надёж
-
ности
,
общих
на
весь
шкаф
[5, 6].
Но
это
дело
будущего
,
а
пока
в
энер
-
госистемах
приходится
иметь
дело
с
весьма
разнородным
парком
МУРЗ
,
для
которого
нуж
-
ны
технические
реше
-
ния
сегодняшнего
дня
.
Кроме
того
,
использова
-
ние
специальных
МУРЗ
с
двумя
встроенными
источниками
питания
не
решает
проблему
пита
-
ния
промежуточных
электромагнит
-
ных
реле
.
Предложенные
в
данной
статье
технические
решения
могут
послу
-
жить
основой
для
проектирования
недорогих
систем
оперативного
пи
-
тания
постоянного
тока
повышенной
надёжности
,
пригодных
для
питания
устройств
РЗА
любых
типов
.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Новые
решения
по
построе
-
нию
высоконадёжных
систем
постоянного
тока
для
объектов
энергетики
.
Мировые
тенден
-
ции
. —
Первая
международная
научно
-
практическая
конферен
-
ция
, 17—18
февраля
2005,
Мос
-
ква
.
2.
СТО
56947007-29.120.40.093-
2011.
Руководство
по
проектиро
-
ванию
систем
оперативного
по
-
стоянного
тока
(
СОПТ
)
ПС
ЕНЭС
.
Типовые
проектные
решения
. —
Стандарт
организации
.
ОАО
«
ФСК
ЕЭС
».
Введён
01.06.2011.
3.
СТО
56947007-29.120.40.041-
2010.
Системы
оперативного
постоянного
тока
подстанций
.
Технические
требования
. —
Стан
-
дарт
организации
.
ОАО
«
ФСК
ЕЭС
».
Введён
29.03.2010.
4. IEC 60255-1. Measuring relays and
protection equipment — Part 11:
Voltage dips, short interruptions,
variations and ripple on auxiliary
power supply port.
5.
Гуревич
В
.
И
.
Микропроцессор
-
ные
устройства
релейной
защи
-
ты
:
настоящее
и
будущее
— «
Ве
-
сти
в
электроэнергетике
», 2007,
№
5,
с
. 39—45.
6.
Гуревич
В
.
И
.
Новая
концепция
построения
микропроцессорных
устройств
релейной
защиты
. —
«
Компоненты
и
технологии
»,
2010,
№
6,
с
. 12—15.
Рис
. 5.
Современные
диоды
на
токи
100 — 250
А
и
напряжение
1200
В
,
выполненные
в
корпусах
,
удобных
для
крепления
и
монтажа
в
шкафах
СОПТ
Рис
. 4.
Блок
,
поддерживающий
питание
устройств
РЗА
при
переключениях
АВР
Оригинал статьи: Проблемы повышения надежности систем оперативного питания РЗА на постоянном токе
Цепи оперативного питания постоянного тока являются важнейшими системами подстанций и электростанций, от надежности которых зависит способность подстанций и электростанций выполнять свои функции в энергосистеме. Поэтому к надежности этих систем предъявляются особые требования, а проблемы и решения в этой области обсуждаются на международных научно-практических конференциях.
