СЕТИ РОССИИ
104
р
е
л
е
й
н
а
я
з
а
щ
и
т
а
релейная защит
а
Возможности использования
централизации функций
релейной защиты для защиты
распределительной сети
Алексей ДОЛГОВ, начальник Управления релейной защиты
и автоматики АО «ОЭК»
В
последнее
время
активно
обсужда
-
ется
проблема
дальнейшего
разви
-
тия
централизованных
систем
защи
-
ты
или
так
называемых
«
цифровых
подстанций
».
Целесообразность
централи
-
зации
защит
ставится
под
сомнение
в
свете
неизбежно
падающей
надежности
или
,
точ
-
нее
сказать
,
отказоустойчивости
системы
в
целом
.
Отказоустойчивость
,
как
известно
,
это
свойство
системы
сохранять
свою
рабо
-
тоспособность
после
отказа
одного
или
не
-
скольких
составных
компонентов
.
Для
рас
-
пределенной
системы
данный
показатель
равен
сумме
всех
составных
компонентов
,
в
то
время
как
для
централизованной
систе
-
мы
показатель
равен
количеству
головных
устройств
,
что
за
редким
исключением
будет
превосходить
значение
2.
Однако
,
каждому
,
даже
самому
консервативному
специалисту
релейной
защиты
,
очевидно
,
что
централи
-
зация
отдельных
функций
защиты
является
целесообразным
и
эффективным
техниче
-
ским
решением
.
Она
по
сути
уже
реализова
-
на
в
дифференциальных
защитах
шин
(
ДЗШ
),
устройствах
резервирования
при
отказе
вы
-
ключателя
(
УРОВ
)
и
разных
элементах
про
-
тивоаварийной
автоматики
.
Некоторые
специалисты
опасаются
про
-
цесса
интеграции
релейной
защиты
и
ав
-
томатизированной
системы
управления
,
предполагая
,
что
данный
процесс
приведет
к
полному
сокращению
специальности
«
ре
-
лейная
защита
»,
что
выглядит
весьма
затруд
-
нительно
.
Релейная
защита
—
это
мозговой
центр
электроэнергетики
,
упразднить
или
изменить
который
не
представляется
воз
-
можным
.
Но
также
нелогично
отказываться
от
новых
возможностей
,
которые
открывают
-
ся
с
развитием
технологического
прогресса
и
способны
привести
к
повышению
четырех
основных
функций
релейной
защиты
,
пусть
при
этом
и
смываются
традиционные
гра
-
ницы
ответственности
эксплуатационных
служб
.
При
любой
централизации
функций
защиты
,
каналы
связи
и
используемое
при
этом
коммуникационное
оборудование
не
-
избежно
становятся
частью
системы
релей
-
ной
защиты
,
которая
в
свою
очередь
должна
стать
составным
элементом
интеллектуаль
-
ной
сети
.
Параллельно
в
черте
города
Москвы
идет
строительство
распределительной
сети
клас
-
сом
напряжения
20
кВ
.
Выбор
был
сделан
в
пользу
нового
для
нашей
страны
класса
на
-
пряжения
по
итогам
стратегических
анализов
дальнейшего
развития
мегаполиса
.
Для
стро
-
ительства
многоэтажных
международных
бизнес
-
центров
и
других
подобных
промыш
-
ленных
объектов
,
требуется
повышенный
уровень
нагрузки
,
и
,
соответственно
,
энер
-
гетические
мощности
,
которые
смогут
его
обеспечить
.
Следует
добавить
,
что
планы
по
развитию
сетей
данного
класса
напряжения
имеются
не
только
в
столице
.
Интенсивное
промышленное
развитие
,
которое
пережи
-
вает
наша
страна
,
требует
повсеместных
ин
-
фраструктурных
изменений
.
При
строитель
-
стве
объектов
опорной
распределительной
сети
предусматривается
прокладка
незави
-
симых
каналов
связи
,
которые
используются
для
целей
релейной
защиты
.
Уже
сейчас
на
питающих
кабельных
линиях
АО
«
ОЭК
»
клас
-
105
МТЗ
ТЗНП
МТЗ
ТЗНП
Питающий центр
tсз=0,8
tсз=0,1
tсз=1,7
tсз=1,0
МТЗ
ТЗНП
tсз=1,4
tсз=0,7
МТЗ
ТЗНП
tсз=1,1
tсз=0,4
Нагрузка
tсз=0,5
МТЗ
Рис
. 1.
Традиционная
концепция
РЗ
распределительных
сетей
сом
напряжения
20
кВ
устанавливаются
быстро
-
действующие
дифференциальные
защиты
линий
с
абсолютной
селективностью
,
позволяющие
без
выдержки
времени
отключать
кабельные
ли
-
нии
при
возникновении
на
них
короткого
замыка
-
ния
.
Данное
обстоятельство
наиболее
актуально
в
свете
того
,
что
при
строительстве
опорной
сети
применяется
кабель
с
изоляцией
из
сшитого
поли
-
этилена
,
который
,
несмотря
на
повышенные
заяв
-
ленные
эксплуатационные
характеристики
,
в
силу
своего
строения
подвержен
повышенному
старе
-
нию
,
тем
более
при
протекании
тока
короткого
за
-
мыкания
.
Выглядит
целесообразным
использова
-
ние
силового
кабеля
со
встроенными
оптическими
жилами
,
которые
могут
использоваться
для
целей
релейной
защиты
.
При
повреждении
кабеля
и
ав
-
томатическом
повреждении
оптического
канала
связи
дифференциальная
защита
линии
отключит
поврежденную
линию
электропередачи
.
Наличие
отдельного
оптического
канала
на
каждую
фазу
кабеля
приводит
к
возможности
организации
трой
-
ного
резервирования
каналов
связи
защит
.
Также
нельзя
не
отметить
ускоренный
процесс
развития
автоматизации
вторичных
систем
самого
энергообъекта
.
Стандартизация
систем
в
соответ
-
ствии
с
международным
стандартом
МЭК
61850
заставляет
производителей
оборудования
унифи
-
цировать
имеющиеся
решения
с
целью
предостав
-
ления
возможности
эксплуатационным
компаниям
не
зависеть
от
конкретного
производителя
при
вы
-
боре
микропроцессорных
устройств
.
Появляются
первые
амбициозные
решения
по
объединению
некоторых
вторичных
систем
на
единой
аппарат
-
ной
базе
.
В
компании
АО
«
ОЭК
»
разраба
-
тывается
комплектное
распределительное
устройство
нового
поколения
,
вторичные
системы
которого
,
такие
как
релейная
защи
-
та
,
телемеханика
и
система
автоматизиро
-
ванного
контроля
качества
электроэнергии
,
предполагается
создать
на
базе
новых
мно
-
гофункциональных
микропроцессорных
ин
-
теллектуальных
устройств
(
МФУ
).
Решение
будет
в
полной
мере
соответствовать
стан
-
дарту
информационного
обмена
,
в
качестве
вторичных
цепей
будут
использованы
воло
-
конно
-
оптические
линии
связи
.
Принимая
во
внимание
все
сказанное
выше
,
можно
сделать
вывод
о
имеющихся
возможностях
и
неизбежно
назревающей
потребности
перестроения
существующих
систем
релейной
защиты
.
Перераспределе
-
ние
отдельных
функций
релейной
защиты
и
автоматики
между
уровнями
системы
за
-
щиты
позволило
бы
добиться
наибольшего
результата
.
Ниже
приводится
пример
ис
-
пользования
указанного
подхода
к
защите
опорной
распределительной
сети
20
кВ
.
Иерархия
любой
автоматизированной
системы
,
используемой
в
настоящее
время
на
энергетических
объектах
,
является
трех
-
уровневой
.
Первый
уровень
составляют
полевые
устройства
,
выполняющие
роль
перво
-
начального
преобразователя
получаемой
от
из
-
мерительных
устройств
информации
и
выполняю
-
щие
элементарные
функции
управления
.
Средний
уровень
—
головное
устройство
,
обеспечивающее
сбор
и
обработку
информации
,
поступающей
от
элементов
низшего
уровня
через
телекоммуника
-
ционное
оборудование
построения
сети
,
которое
обеспечивает
требуемый
уровень
безопасности
и
резервирования
информационных
потоков
.
Выс
-
шим
уровнем
является
диспетчерский
пульт
,
ин
-
формация
на
который
стекается
по
защищенным
каналам
от
всех
головных
устройств
эксплуатиру
-
емых
объектов
.
При
такой
конфигурации
самым
очевидным
способом
применения
централизации
отдельных
функций
релейной
защиты
распределительной
сети
выглядит
выделение
и
перенос
на
средний
уровень
таких
изначально
централизованных
функций
как
ДЗШ
и
УРОВ
,
а
также
возможный
перенос
автоматики
ввода
резерва
(
АВР
),
обеспе
-
чивающегося
посредством
действия
защиты
ми
-
нимального
напряжения
(
ЗМН
),
и
защиты
макси
-
мального
напряжения
,
обеспечивающего
контроль
наличия
напряжения
на
шинах
(
КНШ
).
Помимо
это
-
го
,
целесообразно
рассматривать
возможность
создания
на
верхнем
уровне
дополнительных
ин
-
струментариев
,
позволяющих
диспетчеру
опре
-
делять
поврежденный
участок
сети
посредством
сбора
и
переработки
информации
от
устройств
среднего
и
нижнего
уровня
.
Следует
также
отметить
,
что
применение
цен
-
трализованного
устройства
среднего
уровня
для
№
5 (38) 2016
106
СЕТИ РОССИИ
защиты
секции
шин
КРУ
позволяет
избежать
не
-
селективного
отключения
в
случае
каскадного
действия
защит
отходящих
присоединений
,
при
возникновении
двух
коротких
замыканий
на
отхо
-
дящих
присоединениях
одной
секции
с
разницей
во
времени
менее
выдержки
времени
на
работу
первой
защиты
.
Добиться
данного
эффекта
мож
-
но
,
просто
внеся
дополнительный
алгоритм
в
дан
-
ное
устройство
.
Информации
для
создания
подоб
-
ного
алгоритма
в
нем
будет
достаточно
.
Сегодня
эта
проблема
является
нерешенной
,
лишь
при
на
-
личии
параллельных
фидеров
в
наиболее
грамот
-
ные
технические
решения
включают
дополнитель
-
ное
ускорение
защит
отходящих
параллельных
присоединений
,
но
даже
подобные
решения
при
-
водят
к
нарушению
селективности
в
случае
пита
-
ния
через
секционный
выключатель
.
На
рисунках
1
и
2
приводятся
сравнительные
схемы
традиционной
концепции
релейной
защиты
распределительных
сетей
и
предлагаемого
ре
-
шения
,
учитывающего
централизацию
отдельных
функций
.
Суть
предлагаемого
решения
заключается
в
применении
отдельного
многофункционального
устройства
среднего
уровня
для
выполнения
изна
-
чально
централизованных
функций
(
ДЗШ
,
УРОВ
,
АВР
,
ЗМН
)
и
передачи
необходимой
информации
на
верхний
уровень
.
Таким
образом
,
получаем
быстродействующую
защиту
на
каждом
элементе
распределительных
сетей
в
отличие
от
последовательности
ступен
-
ДЗЛ
ДЗШ
УРОВ
АВР, ЗМН
ДЗШ
УРОВ
АВР, ЗМН
МТЗ
ТЗНП
МТЗ
ТЗНП
ДЗЛ
Нагрузка
Питающий центр
tсз=0,3
tсз=0
МТЗ
ТЗНП
tсз=0,6
tсз=0,3
tсз=0,9
tсз=0,6
Рис
. 2.
Предлагаемое
решение
с
использованием
централи
-
зации
отдельных
функций
РЗ
чатых
токовых
защит
.
В
качестве
резервных
защит
используются
ступенчатые
токовые
за
-
щиты
,
выдержку
времени
которых
предлага
-
ется
сократить
за
счет
отсутствия
двух
про
-
межуточных
ступеней
:
защиты
секционного
выключателя
и
защиты
питающего
ввода
.
При
повреждении
составных
элементов
централи
-
зованной
защиты
шин
обеспечить
селектив
-
ность
при
коротких
замыканиях
на
секции
шин
возможно
посредством
правильного
действия
оптической
дуговой
защиты
шин
,
срабатыва
-
ние
которой
разрешается
токовым
контролем
,
остающимся
в
устройствах
нижнего
уров
-
ня
,
или
сохранением
горизонтальных
связей
между
устройствами
нижнего
уровня
,
остав
-
ляя
в
работе
логическую
защиты
шин
.
Также
при
помощи
устройства
среднего
уровня
и
его
взаимодействия
с
дифференциальными
за
-
щитами
питающих
линий
возможно
организо
-
вать
полноценный
УРОВ
всех
выключателей
,
имеющихся
в
сети
.
На
нижнем
уровне
остаются
следующие
защиты
:
–
ступенчатые
токовые
с
сокращенными
выдержками
по
времени
(
МТЗ
,
ТЗНП
),
–
токовый
контроль
оптической
дуговой
защи
-
ты
(
ОДЗ
),
–
логическая
защита
шин
(
ЛЗШ
)
на
случай
необходимости
резервирования
ЦЗШ
при
выводе
централизованного
МФУ
в
ремонт
,
–
дифференциальная
защита
линий
(
ДЗЛ
).
На
среднем
уровне
предлагается
организовать
:
–
централизованную
защиту
шин
(
по
принципу
ДЗШ
),
–
УРОВ
всех
выключателей
в
границах
секции
шин
,
–
взаимодействие
между
устройствами
ЦЗШ
сосед
-
них
шин
и
устройствами
ДЗЛ
,
–
функциональный
алгоритм
отстройки
от
каскад
-
ного
действия
на
отходящих
фидерах
.
На
верхнем
уровне
:
–
система
определения
поврежденного
участка
(
система
определения
ОЗЗ
для
сети
с
изолиро
-
ванной
нейтралью
),
–
комплексный
мониторинг
технологического
про
-
цесса
электроснабжения
потребителей
.
Остановимся
более
подробно
на
возможно
-
стях
,
которые
позволяет
реализовать
использо
-
вание
централизованного
многофункционального
устройства
защиты
среднего
уровня
.
•
Применение
в
распределительных
сетях
диф
-
ференциальных
защит
с
абсолютной
селектив
-
ностью
позволяет
сократить
отключение
по
-
вреждения
в
сети
до
минимальных
значений
,
ограниченных
временем
отключения
выключа
-
теля
.
•
Реализовать
режим
двухстороннего
питания
при
комплексной
оценке
всех
составляющих
данно
-
го
режима
работы
сети
и
обязательной
установ
-
ке
специального
оборудования
,
исключающего
перетоки
мощности
в
магистральные
электриче
-
ские
сети
.
Вопрос
является
актуальным
в
свете
107
активного
развития
распределенной
генерации
малой
мощности
,
предполагаемой
к
подклю
-
чению
непосредственно
в
распределительные
сети
.
•
Подготовить
базу
для
внедрения
делительной
противоаварийной
автоматики
,
необходимой
для
режима
двухстороннего
питания
.
•
Увеличить
ресурс
силового
оборудования
,
пу
-
тем
сокращения
времени
протекания
тока
ко
-
роткого
замыкания
по
сети
.
•
Создать
полноценный
инструмент
мониторинга
повреждения
в
сети
с
указанием
поврежден
-
ного
участка
и
контролем
состояния
силового
оборудования
.
•
На
базе
многофункционального
устройства
среднего
уровня
разработать
защиту
от
каскад
-
ного
отключения
отходящих
присоединений
.
На
рисунке
3
представлена
подробная
схема
взаимодействия
на
функциональном
уровне
всех
устройств
,
задействованных
при
защите
отдель
-
ной
секции
КРУ
20
кВ
с
указанием
выполняемых
ими
функций
.
Идея
применения
дифференциальных
защит
шин
в
распределительных
сетях
не
является
инно
-
вационной
.
В
настоящее
время
похожие
технические
решения
активно
применяются
в
распределитель
-
ных
сетях
11, 20, 33
кВ
города
Лондона
.
Их
примене
-
ние
обусловлено
нормальным
режимом
работы
сети
с
замкнутым
секционным
выключателем
и
возни
-
кающим
при
этом
многосторонним
питанием
по
тре
-
бителей
.
Уникальным
является
способ
ор
ганизации
этой
защиты
.
Применяя
возможную
трех
уровневую
иерархию
построения
центра
лизованной
систе
-
МФУ
МФУ
МФУ
Централи-
зованное
МФУ
МФУ
МФУ
МФУ
РЗА: ДЗШ,
УРОВ, ЗМН,
АВР.
+ ТМ, АИИСКУЭ,
РАС:
Комплексный
мониторинг
РЗА: ДЗЛ, МТЗ,
ТЗНП, ОДЗ, ЛЗШ
АИИСКУЭ
ТМ (ТС, ТИ, ТУ)
Верхний уровень
ЦМФУ другой секции
(приём/передача УРОВ,
КНШ)
РЗА: МТЗ, ТЗНП, ОДЗ
АИИСКУЭ
ТМ (ТС, ТИ, ТУ)
РЗА: МТЗ,
ТЗНП, ОДЗ
АИИСКУЭ
ТМ (ТС,
ТИ, ТУ)
РЗА: МТЗ,
ТЗНП, ОДЗ
АИИСКУЭ
ТМ (ТС,
ТИ, ТУ)
РЗА: МТЗ,
ТЗНП, ОДЗ
АИИСКУЭ
ТМ (ТС,
ТИ, ТУ)
РЗА: МТЗ,
ТЗНП,
ОДЗ, ЛЗШ
АИИСКУЭ
ТМ (ТС,
ТИ, ТУ)
Коммутаторы
построения сети
МЭК 61850
Рис
. 3.
Схема
взаимодействия
устройств
в
предлагаемой
архитектуре
мы
защиты
,
ее
можно
реализовать
функцией
про
-
граммного
обеспечения
в
устройстве
среднего
уров
-
ня
системы
защиты
и
автоматики
.
В
данном
контексте
выглядит
целесообразным
рассматривать
централизацию
отдельных
функций
релейной
защиты
в
рамках
отдельного
элемента
создаваемых
вторичных
интеллектуальных
сетей
.
В
таком
случае
является
крайне
важным
преду
-
смотреть
возможность
дополнительной
интеграции
всех
вторичных
систем
,
имеющихся
на
электро
-
энергетических
объектах
.
На
схеме
взаимодействия
рассмотрен
случай
с
использованием
многофунк
-
циональных
интеллектуальных
устройств
,
в
задачи
которых
входит
преобразование
получаемой
пер
-
вичной
информации
как
от
обмоток
трансформато
-
ров
тока
классом
точности
10
Р
для
функций
релей
-
ной
защиты
,
так
и
обмоток
0,2S
и
0,5S
для
функций
АИИСКУЭ
и
телемеханики
соответственно
.
Так
-
же
следует
рассмотреть
возможность
интеграции
технологических
датчиков
,
позволяющих
контро
-
лировать
наличие
частичных
разрядов
и
ресурс
силового
оборудования
,
используемого
в
распреде
-
лительных
сетях
,
интеграция
которых
в
настоящий
момент
выглядит
трудной
задачей
.
На
рынке
су
-
ществуют
только
задумки
по
объединению
данных
функций
мониторинга
и
автоматизации
.
Выполненная
таким
образом
концепция
защиты
распределительной
сети
позволит
ускорить
создание
комплексной
системы
защиты
,
автоматики
и
мониторинга
электроснабжения
потребителей
и
позволит
приблизиться
к
созданию
полноценных
интеллектуальных
сетей
на
территории
города
Москвы
.
№
5 (38) 2016
Оригинал статьи: Возможности использования централизации функций релейной защиты для защиты распределительной сети
В последнее время активно обсуждается проблема дальнейшего развития централизованных систем защиты или так называемых «цифровых подстанций». Целесообразность централизации защит ставится под сомнение в свете неизбежно падающей надежности или, точнее сказать, отказоустойчивости системы в целом.
