СЕТИ РОССИИ
118
р
е
л
е
й
н
а
я
з
а
щ
и
т
а
релейная защит
а
Возможность сбора
и использования данных
о коротких замыканиях в сети
с использованием систем
телемеханики
Ян АРЦИШЕВСКИЙ, к.т.н., доцент, заместитель заведующего
кафедрой РЗиАЭ НИУ «МЭИ»
Андрей КУЗИН, ассистент кафедры РЗиАЭ НИУ «МЭИ»
К
ак
известно
,
основная
цель
объедине
-
ния
ПАО
«
ФСК
ЕЭС
»
и
ПАО
«
Холдинг
МРСК
»
под
флагманом
ПАО
«
Россети
»,
обозначенная
в
указе
Президента
[1], —
координация
работы
по
управлению
электро
-
сетевым
комплексом
и
сдерживание
роста
тарифов
для
конечных
потребителей
электро
-
энергии
с
переходом
к
регулированию
цен
на
услуги
по
передаче
электрической
энергии
на
основе
таких
параметров
,
как
надежность
и
ка
-
чество
обслуживания
потребителей
,
эффектив
-
ность
операционной
и
инвестиционной
деятель
-
ности
сетевых
компаний
.
При
строительстве
новых
электросете
-
вых
кластеров
либо
целых
районов
обычно
принимаются
единые
технические
решения
по
концепции
реализации
вторичных
систем
,
в
первую
очередь
,
системы
ССПИ
,
с
целью
воз
-
можности
создания
решения
диспетчеризации
и
автоматизации
данного
электросетевого
узла
в
пределах
одного
диспетчерского
пункта
.
При
этом
зачастую
прибегают
к
внедрению
новей
-
ших
технологий
и
информационных
моделей
(
например
, CIM-
модели
),
с
целью
решения
за
-
дач
автоматизации
вопросов
обслуживания
оборудования
(
ремонт
,
замена
,
изменение
уставок
РЗА
и
т
.
д
.),
функций
автоматического
управления
,
определения
мест
повреждения
,
выявления
вида
КЗ
,
ОЗЗ
и
т
.
д
.
В
ряде
публикаций
[2]
рассмотрен
дости
-
жимый
вклад
вторичных
систем
(
РЗА
,
ССПИ
)
в
сокращение
капитальных
и
эксплуатацион
-
ных
затрат
в
сочетании
с
повышением
надеж
-
ности
и
качества
электроснабжения
потребите
-
лей
6–20/0,4
кВ
,
общей
энергоэффективности
,
снижением
материалоемкости
и
созданием
щадящих
условий
эксплуатации
электрообору
-
дования
вновь
вводимых
в
эксплуатацию
энер
-
гообъектов
.
Однако
на
сегодняшний
день
зачастую
во
-
просы
перспектив
нового
строительства
и
вво
-
да
оборудования
рассматриваются
в
отрыве
от
действительной
ситуации
с
уже
действующим
оборудованием
,
находящимся
в
активной
экс
-
плуатации
.
Эксплуатируемое
оборудование
одной
эксплуатирующей
электросетевой
орга
-
низации
и
даже
ее
части
представляет
собой
ряд
объектов
,
которые
могут
быть
как
недавно
введенными
современными
подстанциями
,
так
и
весьма
старыми
,
где
возможности
информа
-
ционного
обмена
ограничены
.
В
подобном
контексте
очень
сложно
гово
-
рить
о
применении
единых
требований
к
объ
-
ему
передаваемой
информации
на
диспетчер
-
ский
пункт
и
максимально
эффективного
ее
использования
.
И
все
же
задача
максимизации
полезной
передаваемой
информации
с
объектов
диспет
-
черу
должна
искать
свои
наиболее
эффектив
-
ные
решения
при
минимизации
финансовых
вложений
.
Результаты
тенденции
совместить
функции
РЗА
,
телемеханики
,
счетчика
электроэнергии
на
сегодняшний
день
объективно
зашли
в
тупик
.
Например
,
часто
предлагается
использовать
терминал
РЗА
в
качестве
источника
информа
-
ции
о
значениях
токов
и
напряжений
,
при
этом
,
как
известно
,
подключаемые
к
устройствам
РЗА
обмотки
трансформаторов
тока
класса
точ
-
ности
10
Р
не
предназначены
для
использова
-
ния
в
цепях
измерений
либо
учета
.
Подобные
варианты
возможных
результатов
интеграции
функций
ССПИ
в
устройства
РЗА
были
рас
-
смотрены
в
работе
[3],
где
была
показана
не
-
эффективность
подобных
решений
в
контексте
современной
нормативной
базы
и
особенностей
эксплуатации
оборудования
.
Таким
образом
,
объединение
функций
различных
систем
в
од
-
ном
устройстве
не
приводит
к
желаемым
техни
-
ко
-
экономическим
эффектам
.
Однако
иным
вариантом
является
ввод
до
-
полнительных
функций
в
различные
системы
,
которые
с
одной
стороны
,
не
являются
прямым
совмещением
функций
,
а
с
другой
—
являются
119
источником
дополнительной
информации
о
работе
сети
.
В
настоящей
статье
предлагается
рассмотреть
технические
возможности
реализации
дополнитель
-
ных
функций
на
базе
комплекса
технических
средств
системы
телемеханики
,
при
этом
поставленную
зада
-
чу
целесообразно
решать
при
отсутствии
каких
-
либо
дополнительных
технических
устройств
,
а
в
качестве
исходной
информации
использовать
уже
существую
-
щие
данные
,
входящие
в
систему
ССПИ
,
на
примере
оборудования
6–20
кВ
распредсетей
.
В
качестве
при
-
мера
рассмотрим
реализацию
предлагаемых
реше
-
ний
на
оборудовании
ПТК
TOPAZ
серии
HVD3-RTUx
(
рисунок
1).
Для
начала
необходимо
определить
основные
и
вспомогательные
технические
средства
,
которые
используются
для
реализации
комплексов
ТМ
на
уровне
УСО
.
В
качестве
классической
системы
ССПИ
объек
-
тов
6–20
кВ
в
целях
экономии
кабельной
продукции
и
типизации
решений
предпочтение
обычно
отдается
распределенной
архитектуре
по
принципу
«
одно
при
-
соединение
—
один
контроллер
».
Данный
контроллер
выбирается
исходя
из
объема
и
вида
возможного
объ
-
ема
собираемой
информации
о
работе
присоедине
-
ния
(
измерение
токов
и
напряжений
присоединения
,
а
также
расчетных
параметров
электроэнергии
,
теле
-
сигнализация
положения
коммутационных
аппаратов
,
срабатывания
устройств
РЗА
и
т
.
д
.),
возможности
те
-
леуправления
.
Ниже
рассмотрен
основной
объем
те
-
леинформации
с
учетом
особенностей
нормативных
документов
и
возможной
технической
реализации
.
•
Для
целей
телемеханики
и
технического
учета
ис
-
пользуются
трансформаторы
тока
класса
точно
-
сти
0,5.
В
соответствии
с
ГОСТ
7746-2001
обмотки
трансформаторов
тока
,
используемых
для
учета
и
измерения
,
нормируются
в
пределах
до
120%
от
номинального
тока
.
Данные
обмотки
не
пред
-
назначены
для
измерения
токов
в
режиме
корот
-
кого
замыкания
.
•
Также
имеется
возможность
измерения
токов
нулевой
последовательности
присоединений
.
Устройство
телемеханики
HVD3-RTU7
подключа
-
ется
непосредственно
к
обмотке
трансформатора
тока
нулевой
последовательности
.
•
Есть
возможность
снятия
сигналов
с
указателей
протекания
токов
короткого
замыкания
(
УТКЗ
).
Сами
УТКЗ
срабатывают
при
протекании
токов
,
существенно
превышающих
рабочие
токи
.
Воз
-
вращение
УТКЗ
в
исходное
состояние
может
вы
-
полняться
по
принудительному
сбросу
,
либо
спу
-
стя
определенную
заранее
указанную
выдержку
времени
.
•
Сигналы
положения
коммутационных
аппаратов
также
заводятся
на
модуль
телемеханики
.
При
этом
для
верификации
сигналов
используется
двубитное
подтверждение
:
заводятся
информа
-
ционные
контакты
как
включенного
,
так
и
отклю
-
ченного
положения
коммутационного
аппарата
.
Соответственно
,
сигнал
считается
достоверным
,
если
одно
и
только
одно
положение
выключателя
приходит
со
значением
логической
«1».
•
Терминалы
релейной
защиты
контролируются
за
счет
приема
устройством
телемеханики
HVD3-
RTUx
сигналов
типа
«
сухой
»
контакт
.
Как
правило
,
обеспечивается
прием
двух
сигналов
: «
срабатыва
-
ние
РЗА
»
при
подаче
команды
на
отключение
вы
-
ключателя
от
любой
из
защитных
функций
терми
-
нала
РЗА
,
а
также
«
неисправность
РЗА
»,
который
принимает
значение
«1»
при
выявлении
внутрен
-
ней
неисправности
самим
терминалом
,
либо
при
пропадании
питания
терминала
РЗА
.
Также
допол
-
нительно
собираются
сигналы
о
положении
авто
-
матов
цепей
управления
,
автоматов
цепей
опера
-
тивного
тока
,
автоматов
цепей
напряжения
и
т
.
п
.
•
На
модуль
телемеханики
заводятся
сигналы
кон
-
троля
наличия
напряжения
на
отходящей
линии
.
Соответствующий
датчик
/
делитель
напряжения
может
выдавать
как
дискретный
сигнал
при
на
-
личии
напряжения
выше
определенного
значения
(
обычно
от
процентов
до
десятков
процентов
от
U
НОМ
),
либо
аналоговое
значение
,
пропорцио
-
нальное
напряжению
.
Данный
тип
информации
воспринимается
как
дискретный
сигнал
и
имеет
первостепенное
значение
при
определении
воз
-
можности
оперативных
переключений
или
пред
-
варительной
оценки
возможности
проведения
ра
-
бот
на
участке
сети
.
•
Также
при
телемеханизации
объектов
,
не
оборудо
-
ванных
ранее
системой
телемеханики
,
либо
экс
-
плуатирующихся
в
течение
длительного
периода
,
что
привело
к
выходу
из
строя
ранее
установлен
-
ных
устройств
телемеханики
,
целесообразно
орга
-
низовать
минимально
необходимый
перечень
сиг
-
налов
,
например
открывания
дверей
,
измерение
токов
,
хотя
бы
по
одной
фазе
на
некоторых
присо
-
единениях
,
сигналы
о
срабатывании
АВР
или
кон
-
такторных
станций
,
что
позволит
автоматически
идентифицировать
перерывы
электроснабжения
абонентов
данных
электросооружений
.
•
Отдельно
в
контексте
особенностей
реконструк
-
ции
уже
существующего
оборудования
и
оснаще
-
ния
его
комплексом
ССПИ
,
стоит
отметить
,
что
подобный
подход
к
контролю
наличия
напряжения
часто
используется
также
и
в
сетях
0,4
кВ
,
где
на
отходящих
линиях
установлены
предохранители
Рис
. 1.
Многофункциональные
микропроцессорные
устройства
(
контроллеры
ячеек
) TOPAZ
серии
HVD
и
TM
№
6 (39) 2016
120
СЕТИ РОССИИ
вместо
автоматических
выключателей
.
Соответ
-
ственно
,
подобным
образом
осуществляется
кос
-
венный
контроль
целостности
предохранителя
.
Далее
рассмотрены
некоторые
дополнительные
функции
и
дана
оценка
возможности
их
реализации
исходя
из
технических
и
программных
возможностей
комплекса
ССПИ
.
Автоматическое
определение
неисправных
участков
электросети
при
коротких
замыканиях
Для
реализации
указанной
задачи
могут
исполь
-
зоваться
следующие
группы
сигналов
:
сигнал
сра
-
батывания
устройства
протекания
тока
короткого
замыкания
(
УТКЗ
) («
сухой
»
контакт
),
сигнал
общего
срабатывания
устройства
РЗА
(«
сухой
»
контакт
),
сиг
-
налы
срабатывания
конкретных
функций
РЗА
(
циф
-
ровой
сигнал
—
при
возможности
снятия
информа
-
ции
).
Данные
о
срабатывании
указанных
устройств
отображаются
на
АРМ
диспетчера
рассматриваемо
-
го
района
(
рисунок
2).
При
этом
,
при
наличии
нете
-
лемеханизированных
объектов
,
диспетчер
на
осно
-
вании
отображаемых
данных
не
может
однозначно
понять
,
на
каком
присоединении
произошло
повреж
-
дение
,
однако
он
может
определить
группу
смежных
объектов
,
в
сторону
которой
необходимо
направлять
бригаду
ОВБ
для
устранения
неисправности
и
пере
-
вода
режима
питания
.
Чем
выше
степень
оснащения
объектов
электросетевого
комплекса
локальными
системами
ССПИ
,
тем
выше
точность
определения
поврежденного
участка
и
тем
меньше
время
локали
-
зации
и
ликвидации
повреждения
.
можности
телеуправления
оборудование
имеет
настолько
высокий
физический
износ
,
что
диспет
-
чер
принимает
решение
для
произведения
опера
-
тивного
переключения
—
направить
ОВБ
к
объек
-
ту
предполагаемого
управления
.
Таким
образом
,
режим
автоматического
управления
стоит
рассма
-
тривать
лишь
при
новом
комплексном
строитель
-
стве
,
либо
при
капитальной
реконструкции
объек
-
тов
целого
энергорайона
.
Определение
факта
и
направления
междуфазных
коротких
замыканий
Данная
дополнительная
функция
может
рас
-
сматриваться
как
частный
случай
функции
авто
-
матического
определения
неисправных
участков
электросети
при
коротких
замыканиях
,
которая
рассмотрена
выше
.
В
дополнение
стоит
отметить
возможности
использования
информации
,
полу
-
ченной
от
фазных
трансформаторов
тока
.
Несмо
-
тря
на
то
,
что
используемые
обмотки
классом
точ
-
ности
0,5
не
предназначены
для
измерения
токов
КЗ
,
они
все
же
могут
давать
информацию
о
резком
повышении
тока
выше
номинального
,
что
позволя
-
ет
получить
информацию
о
наличии
КЗ
в
сети
.
Определение
факта
и
направления
однофазных
замыканий
на
землю
Определение
факта
однофазных
замыканий
на
землю
осуществляется
за
счет
измерения
модулем
HVD3-RTU7
токов
нулевой
последовательности
по
фидерам
секции
и
рассмотрения
соотношений
этих
токов
.
Факт
наличия
на
секции
однофазного
замыкания
на
землю
определяется
по
срабатыва
-
нию
соответствующего
реле
напряжения
в
ячейке
ТН
,
реагирующего
на
3
U
0
.
Однако
вопросы
вы
-
явления
однофазных
замыканий
на
землю
пред
-
ставляют
собой
огромный
объем
частных
реше
-
ний
в
зависимости
от
топологии
сети
,
варианта
заземления
нейтрали
и
величин
токов
замыкания
на
землю
[5].
Защиты
от
однофазных
замыканий
на
землю
,
как
правило
,
даже
не
интегрируются
в
устройства
РЗА
присоединений
,
а
представляют
собой
централизованное
решение
.
Соответствен
-
но
,
в
задачи
ССПИ
могут
входить
вопросы
пере
-
дачи
информации
о
фактических
токах
нулевой
последовательности
присоединений
,
а
также
пе
-
редачи
информации
от
устройств
защит
от
замы
-
каний
на
землю
при
наличии
соответствующей
технической
возможности
.
Определение
места
повреждения
при
междуфазных
коротких
замыканиях
Для
определения
места
повреждения
по
пара
-
метрам
аварийного
режима
(
ПАР
),
то
есть
по
то
-
кам
и
напряжениям
поврежденной
линии
в
проме
-
жутке
времени
от
появления
повреждения
до
его
ликвидации
релейной
защитой
,
должны
исполь
-
зоваться
трансформаторы
тока
,
позволяющие
из
-
мерять
аварийные
токи
соответствующей
кратно
-
сти
,
то
есть
обмотки
класса
точности
10
Р
.
Данные
обмотки
трансформаторов
тока
не
используются
в
комплексах
ССПИ
,
поэтому
функцию
ОМП
по
ПАР
реализовать
,
используя
информацию
,
полу
-
Рис
. 2.
АРМ
TOPAZ SCADA
с
отображением
участка
«
умной
»
сети
10
кВ
Режимы
автоматического
управления
и
локализации
аварийного
участка
Вопросы
автоматического
управления
в
рас
-
пределительных
сетях
рассматривался
много
-
кратно
и
имеет
множество
технически
обоснован
-
ных
решений
,
например
,
применение
реклоузеров
или
централизованной
релейной
защиты
[4].
Одна
-
ко
в
рассматриваемых
существующих
сетях
слиш
-
ком
высок
процент
выключателей
,
не
имеющих
моторизированных
приводов
,
что
исключает
воз
-
можность
удаленного
,
в
том
числе
автоматическо
-
го
управления
.
Зачастую
даже
при
наличии
воз
-
121
чаемую
контроллерами
телемеханики
присоединений
,
невозможно
.
Более
того
,
учитывая
особенности
проте
-
кания
токов
КЗ
в
кабельных
линиях
,
даже
при
использовании
информации
релейных
обмоток
трансформаторов
тока
,
определить
точное
место
по
-
вреждения
практически
невозможно
.
Для
этого
используются
различные
методы
,
в
том
числе
индукционный
,
акустический
,
импульсный
,
метод
ко
-
лебательного
разряда
и
т
.
п
.,
но
все
эти
методы
применимы
на
уже
отклю
-
ченных
от
сети
присоединениях
и
не
оперируют
данными
о
параметрах
аварийного
режима
.
В
настоящее
время
в
документации
на
некоторые
устройства
телемеханики
сообщает
-
ся
об
алгоритмах
,
якобы
позволяю
-
щих
получать
точную
информацию
о
КЗ
.
Очевидно
,
данные
сообщения
являются
,
как
минимум
,
инструментом
недобросовестного
мар
-
кетинга
.
Определение
места
повреждения
при
однофазных
замыканиях
на
землю
Определить
место
замыкания
на
землю
в
сетях
с
изолированной
либо
заземленной
через
дугогася
-
щий
реактор
нейтралью
по
параметрам
режима
не
-
возможно
:
величина
емкостного
тока
не
зависит
от
удаленности
места
повреждения
от
источника
пита
-
ния
,
а
зависит
от
суммарной
емкости
сети
относи
-
тельно
земли
(
рисунок
3).
Так
,
в
частном
случае
,
при
количестве
присоединений
на
секции
,
равном
двум
,
ток
нулевой
последовательности
поврежденного
присоединения
будет
равен
току
нулевой
после
-
довательности
неповрежденного
присоединения
.
А
в
сетях
большой
суммарной
протяженности
,
где
емкостной
ток
компенсируется
включением
ДГР
,
по
-
нятие
«
емкостной
ток
поврежденного
присоедине
-
ния
»
теряет
всякий
смысл
.
Для
определения
места
повреждения
при
однофазных
замыканиях
обычно
используют
акустический
,
петлевой
методы
,
метод
колебательного
разряда
и
другие
.
Все
методы
опре
-
деления
места
повреждения
применяются
только
на
отключенных
от
сети
линиях
.
Запись
и
просмотр
осциллограмм
аварийных
режимов
Как
было
указано
ранее
,
обмотки
трансформа
-
торов
тока
классом
точности
0,5
не
предназначены
для
измерения
параметров
аварийных
режимов
.
Поэтому
значения
токов
и
напряжений
,
которые
передаются
на
контроллер
телемеханики
,
нель
-
зя
использовать
для
анализа
аварий
в
сети
.
Од
-
нако
контроллер
HVD3-RTU7
имеет
возможность
скачивать
осциллограммы
аварийных
режимов
из
терминала
РЗА
соответствующего
присоединения
и
передавать
их
по
каналам
связи
телемеханики
на
диспетчерский
пункт
.
При
этом
действует
меха
-
низм
поэтапной
передачи
осциллограмм
частями
для
того
,
чтобы
не
«
забивать
»
каналы
связи
с
сер
-
вером
ССПИ
и
диспетчерским
пунктом
.
ВЫВОДЫ
В
настоящей
статье
произведен
анализ
объема
теле
-
механической
информации
,
собираемой
с
присоеди
-
нений
существующих
распредсетей
6–20
кВ
,
и
дана
оценка
возможности
использования
этой
информа
-
ции
для
реализации
дополнительных
функций
,
кото
-
рые
могут
повысить
эффективность
диспетчерского
управления
.
Очевидно
,
что
,
с
одной
стороны
,
интеграция
ин
-
формации
от
различных
устройств
и
приборов
в
си
-
стему
телемеханики
позволяет
получать
более
ком
-
плексную
информацию
о
состоянии
сети
и
нештатных
ситуациях
.
С
другой
стороны
,
на
волне
импортозаме
-
щения
и
внедрения
инноваций
появляется
некоторое
количество
недобросовестных
продавцов
и
маркето
-
логов
,
приписывающих
своим
системам
физически
невыполнимые
свойства
,
что
требует
от
персонала
заказчиков
,
проектных
организаций
и
пр
.
повышенно
-
го
внимания
к
технической
документации
и
техниче
-
ских
знаний
.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Указ
Президента
Российской
Федерации
от
22.11.2012
г
.
№
1567 «
Об
открытом
акционерном
обществе
«
Российские
сети
».
2.
Арцишевский
Я
.
Л
.,
Вострокнутов
С
.
А
.,
Земцов
А
.
А
.,
Мухин
В
.
С
.
Интеллектуальная
технология
управ
-
ления
в
системе
электроснабжения
с
источником
распределенной
когенерации
для
Новой
Москвы
//
Энергетик
, 2013,
№
6.
С
. 50–54.
3.
Кузин
А
.
С
.
Особенности
интеграции
устройств
РЗА
и
комплексов
телемеханики
в
распределительных
сетях
6–20
кВ
//
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ
.
Передача
и
распределение
, 2016,
№
1(34).
4.
Арцишевский
Я
.
Л
.,
Вострокнутов
С
.
А
.,
Земцов
А
.
А
.
Обеспечение
надежности
и
качества
электроснаб
-
жения
//
Электроэнергия
.
Передача
и
распределе
-
ние
, 2010,
№
3.
С
. 14–17.
5.
Борковский
С
.
О
.,
Горева
Т
.
С
.,
Горева
Т
.
И
.
Пробле
-
ма
диагностики
однофазных
замыканий
на
землю
в
сетях
с
малыми
токами
замыкания
на
землю
//
Фундаментальные
исследования
, 2014,
№
9–5.
С
. 954–959.
Рис
. 3.
Распределение
токов
при
однофазном
замыкании
на
землю
в
сети
с
изолированной
нейтралью
№
6 (39) 2016
Оригинал статьи: Возможность сбора и использования данных о коротких замыканиях в сети с использованием систем телемеханики
В настоящей статье произведена попытка анализа объема телемеханической информации, собираемой с присоединений существующих распредсетей 6–20 кВ, и дана оценка возможности использования этой информации для реализации дополнительных функций, которые могут повысить эффективность диспетчерского управления.
