8
Март
–
апрель
2015
www.tdworld.com, www.tdwr.ru
Защита линий со
смешанным оборудованием
Red El
é
ctrica de Espa
ñ
a устанавливает системы
дифференциальной релейной защиты на воздушные
и кабельные линии электропередачи высокого
напряжения со смешанным оборудованием.
Франциско Хавьер Мартин Эррера (Francisco Javier Martin Herrera),
Red E
lé
ctrica de Espa
ñ
a
В
ысоковольтная
система
электропередачи
Red
Eléctrica de España (REE)
включает
в
себя
элек
-
трические
сети
,
которые
состоят
в
основном
из
воздушных
линий
с
короткими
участками
под
-
земных
кабелей
.
Из
соображений
соответствия
эколо
-
гическим
и
эстетическим
аспектам
число
соединений
существующих
и
предполагаемых
к
сооружению
высо
-
ковольтных
линий
электропередачи
с
воздушными
и
подземными
кабельными
линиями
возрастает
.
В
случае
короткого
замыкания
на
высоковольтных
линиях
электропередачи
автоматическое
повторное
включение
(
АПВ
)
является
одной
из
основных
функций
защиты
.
Большинство
коротких
замыканий
на
воздуш
-
ных
линиях
электропередачи
является
неустойчивым
,
поэтому
АПВ
,
как
правило
,
ликвидирует
короткое
замы
-
кание
и
восстанавливает
работоспособность
системы
.
Однако
КЗ
,
происходящие
на
подземных
кабелях
,
в
ос
-
новном
устойчивы
,
и
последовательное
АПВ
потенци
-
ально
может
увеличить
ущерб
.
Поэтому
на
высоковольтных
смешанных
линиях
предъявляются
повышенные
требования
к
схемам
за
-
щиты
,
так
как
эти
линии
содержат
участки
с
подземны
-
ми
кабелями
.
Важно
уметь
идентифицировать
короткое
замыкание
,
произошедшее
на
участке
с
подземным
ка
-
белем
,
для
предотвращения
срабатывания
АПВ
.
Наи
-
более
надёжным
средством
является
применение
схем
дифференциальной
защиты
на
участках
с
кабелями
,
но
это
может
быть
дорого
и
зачастую
неосуществимо
на
практике
.
Приоритетная
технология
В
результате
анализа
ограниченного
числа
техно
-
логических
решений
,
доступных
для
приобретения
,
REE,
испанский
оператор
систем
передачи
электро
-
энергии
(TSO),
нашёл
технологию
в
достаточной
сте
-
пени
пригодную
для
применения
на
практике
,
способ
-
ную
существенно
улучшить
качество
распознавания
коротких
замыканий
,
происходящих
на
кабельных
участках
имеющихся
и
будущих
воздушных
линий
электропередачи
.
Для
решения
этой
задачи
REE
выбрал
технологию
,
разработанную
ARTECHE
и
осуществляемую
на
ос
-
нове
применения
пассивных
оптических
датчиков
для
измерения
токов
в
дифференциальной
схеме
обнару
-
жения
коротких
замыканий
между
концами
кабельного
участка
.
Все
установленные
сенсоры
контролируются
одним
прибором
—
устройством
обработки
сигнала
и
обнаружения
короткого
замыкания
в
кабеле
(CFD),
располагаемым
на
ближайшей
доступной
подстанции
.
Соединение
датчиков
тока
с
CFD
осуществляется
по
-
средством
стандартного
одномодового
волоконно
-
оп
-
тического
кабеля
.
Одной
из
главных
задач
проекта
являлось
обеспе
-
чение
функциональности
CFD
без
изменения
суще
-
9
Март
–
апрель
2015
www.tdworld.com, www.tdwr.ru
10
Март
–
апрель
2015
www.tdworld.com, www.tdwr.ru
НАЗЕМНЫЕ
НАЗЕМНЫЕ
Объекты
Объекты
Оптический
датчик
,
установленный
на
подземный
кабель
под
его
вводом
.
Для
полевых
испытаний
использовали
ЛЭП
220
кВ
Saladas – Novelda.
ствующей
инфраструктуры
предприятия
и
создания
помех
уже
существующим
функциям
релейной
защиты
и
управления
.
В
результате
потребовалось
создание
системы
,
максимально
интегрированной
в
существую
-
щее
оборудование
,
установленное
на
линии
электро
-
передачи
,
и
снижающей
негативное
воздействие
на
это
оборудование
.
Предлагаемое
решение
Токи
измеряются
пассивными
оптическими
сен
-
сорами
,
действие
которых
основано
на
использова
-
нии
эффекта
Фарадея
.
Факт
того
,
что
датчики
тока
являются
пассивными
,
по
существу
является
ключом
к
системе
.
Они
могут
быть
установлены
в
желаемую
точку
измерения
и
не
требуют
питания
,
в
отличие
от
других
датчиков
тока
,
таких
как
пояс
Роговского
.
Это
качество
вкупе
с
фактом
того
,
что
соединение
сенсоров
с
CFD
осуществляется
с
помощью
обык
-
новенного
оптоволокна
,
предоставляет
возможность
применения
системы
дистанционных
измерений
,
при
этом
снижается
количество
необходимого
оборудо
-
вания
.
Оптоволокно
существующего
оптического
молние
-
защитного
троса
(OPGW)
используется
для
подсоеди
-
нения
сенсоров
к
CFD.
Так
как
оптоволокно
в
OPGW
является
ресурсом
дефицитным
,
система
проектиро
-
валась
таким
образом
,
чтобы
требовалось
только
две
пары
оптоволоконных
кабелей
для
функционирования
всей
системы
.
К
тому
же
TSO
для
облегчения
установки
регулярно
использует
в
OPGW
кабельные
коробки
для
помещения
в
них
оптических
цепей
и
сопутствующего
крепёжного
оборудования
.
Каждый
оптический
датчик
имеет
гибкую
измери
-
тельную
катушку
,
установленную
на
полностью
ди
-
электрический
кабель
,
которая
предназначается
для
навития
её
вокруг
высоковольтного
кабеля
под
конце
-
вой
муфтой
точки
перехода
воздушной
линии
в
подзем
-
ный
кабель
.
Заземляющая
катушка
должна
окаймлять
высоковольтный
кабель
,
а
также
заземляющий
экран
кабеля
в
точке
его
заземления
.
Этот
экран
также
протя
-
нут
через
ввод
,
таким
образом
система
способна
обна
-
руживать
короткие
замыкания
как
кабеля
,
так
и
ввода
,
что
является
достаточно
распространённым
местом
КЗ
для
подземных
кабельных
линий
.
Дополнительным
преимуще
-
ством
пассивной
дистанционной
системы
измерения
токов
является
отсутствие
необходимости
её
об
-
служивания
или
рекалибровки
по
-
сле
ввода
в
эксплуатацию
.
Также
система
непрерывно
осуществляет
самоконтроль
уровня
мощности
оп
-
тического
сигнала
всех
волоконно
-
оптических
линий
связи
,
поэтому
о
любом
перебое
связи
будет
немед
-
ленно
сообщено
соответствующим
контактом
линии
сигнализации
.
Раздельными
измерениями
фаз
-
ных
токов
,
проводимыми
шестью
установленными
датчиками
,
устрой
-
ство
CFD
осуществляет
классиче
-
ский
дифференциальный
алгоритм
.
В
случае
короткого
замыкания
кабе
-
ля
или
концевой
муфты
система
ре
-
агирует
на
это
и
в
CFD
активируется
цифровое
устройство
вывода
ана
-
логично
блоку
АПВ
для
реле
защи
-
ты
,
устанавливаемых
на
воздушных
линиях
.
Для
полноценного
использова
-
ния
данной
системы
требуется
сле
-
дующее
оборудование
:
11
Март
–
апрель
2015
www.tdworld.com, www.tdwr.ru
НАЗЕМНЫЕ
НАЗЕМНЫЕ
Объекты
Объекты
Вид
снизу
на
опору
перехода
воздушной
линии
в
кабельную
,
пока
-
зывающий
установленные
оптические
датчики
.
•
шесть
оптических
датчиков
,
а
именно
по
три
на
каж
-
дую
точку
перехода
воздушной
линии
в
кабельную
;
•
две
пары
стандартных
одномодовых
оптоволокон
имеющегося
OPGW;
•
одно
устройство
обработки
сигнала
и
обнаружения
коротких
замыканий
.
Лабораторная
установка
была
использована
для
проведения
заводских
приёмочных
испытаний
,
требуе
-
мых
REE
для
установления
работоспособности
систе
-
мы
до
проведения
полевой
приёмки
.
Для
генерации
ис
-
пытательных
токов
было
использовано
испытательное
оборудование
СМС
-356,
предоставленное
OMI
С
RON.
Токовые
выходы
подсоединялись
к
трансформаторам
тока
,
которые
выступали
в
роли
усилителей
для
симу
-
ляции
реальных
коротких
замыканий
вплоть
до
4000
А
,
а
также
однофазных
сквозных
коротких
замыканий
до
6000
А
.
Для
учёта
распределения
параметров
линии
по
длине
реальной
линии
использовались
две
оптоволо
-
конные
катушки
— 5,2
и
6,2
км
в
длину
.
Цифровой
вывод
блока
АПВ
-
устройства
CFD
при
-
соединялся
обратно
к
СМС
-356
в
качестве
ввода
сиг
-
нала
запуска
для
оценки
результатов
испытаний
.
Для
целей
мониторинга
REE
требовала
дополнительный
выходной
интерфейс
,
состоящий
из
цифрового
вывода
для
оценки
измеренных
значений
токов
в
форме
дис
-
кретных
значений
согласно
протоколу
шины
обработки
данных
IEC 61850-9-2LE.
Интеграция
датчиков
Решение
было
разработано
в
соответствии
с
научно
-
исследовательскими
проектными
требованиями
REE
по
применению
на
ЛЭП
220
кВ
между
Saladas
и
Novelda
для
утверждения
схемы
защиты
и
применения
её
в
CFD
вы
-
соковольтной
смешанной
линии
передачи
.
Расстояние
между
подстанцией
Saladas
и
наиболее
удалённой
точ
-
кой
участка
подземной
кабельной
линии
длиной
680
м
составляет
5,88
км
.
Токовые
датчики
были
установле
-
ны
на
опоры
№
34
и
35
линии
Saladas — Novelda
в
точках
перехода
воздушной
линии
в
ка
-
бельную
,
навиты
на
подземный
кабель
прямо
под
вводом
,
что
не
потребовало
внесения
каких
-
либо
изменений
на
сами
опоры
.
После
установки
датчиков
соот
-
ветствующие
волоконно
-
оптиче
-
ские
кабели
соединили
сенсоры
с
выделенными
волоконно
-
оп
-
тическими
линиями
связи
в
ка
-
бельной
коробке
оптического
молниезащитного
троса
.
Устройство
CFD,
установ
-
ленное
на
подстанции
Saladas,
измеряет
все
токи
,
получае
-
мые
от
шести
установленных
датчиков
.
В
итоге
сигнал
блока
АПВ
CFD
соединяется
со
схе
-
мой
релейной
защиты
линии
.
В
случае
короткого
замыкания
подземного
кабеля
защита
ли
-
нии
обнаруживает
его
,
и
стар
-
тует
последовательное
АПВ
.
В
то
же
время
CFD
замечает
КЗ
и
посылает
сигнал
защите
линии
,
отменяющий
последова
-
тельное
АПВ
,
а
также
посылает
блокировочный
сигнал
на
микроустройство
логического
управления
для
информирования
центра
управления
.
Полевые
монтажные
работы
Полевые
монтажные
работы
проходили
в
течение
трёх
дней
,
на
них
были
использованы
следующие
мате
-
риальные
и
людские
ресурсы
:
•
два
монтёра
-
линейщика
с
опытом
установки
OPGW
для
выполнения
установки
датчиков
и
сращивания
оптоволокна
;
• 40-
метровый
башенный
кран
для
подъёма
линейщи
-
ков
на
концевые
кабельные
муфты
;
•
стандартное
устройство
для
сращивания
оптоволокна
;
•
стандартные
инструменты
для
производства
работ
с
оптоволокном
и
тросом
OPGW.
Отсутствовала
необходимость
установки
в
точках
измерения
какого
-
либо
актив
-
ного
оборудования
,
требую
-
щего
электропитания
,
и
цепь
находилась
под
напряжением
в
течение
установки
.
Также
не
было
необходимости
при
производстве
полевых
работ
изменять
установки
или
про
-
водить
настройку
,
модифици
-
ровать
установленную
REE-
защиту
и
систему
управления
.
Несмотря
на
то
что
для
полевых
испытаний
была
вы
-
брана
линия
высоковольтной
воздушной
ЛЭП
с
всего
одним
кабельным
участком
,
данная
система
защиты
может
быть
применена
и
на
линиях
высо
-
ковольтных
ЛЭП
с
нескольки
-
ми
кабельными
участками
.
На
сегодняшний
день
ли
-
ния
220
кВ
не
испытывала
ко
-
ротких
замыканий
в
кабелях
,
поэтому
недавно
смонтиро
-
ванная
система
релейной
за
-
щиты
не
срабатывала
.
Тем
не
менее
для
подтверждения
её
работоспособности
REE
вскоре
установит
регистра
-
Технический
персонал
из
люльки
крана
производит
установку
трёх
датчиков
на
опору
№
34
перехода
ВЛ
в
КЛ
.
12
Март
–
апрель
2015
www.tdworld.com, www.tdwr.ru
НАЗЕМНЫЕ
НАЗЕМНЫЕ
Объекты
Объекты
тор
внешних
помех
,
соединив
его
с
цифровым
выво
-
дом
устройства
CFD
в
соответствии
с
протоколом
IEC
61850-9-2LE
шины
обработки
данных
,
а
также
с
обыч
-
ной
защитой
для
обеспечения
сопоставимых
резуль
-
татов
при
возникновении
внешних
коротких
замыканий
кабелей
.
Перспективная
оптимизация
Основной
задачей
системы
является
обеспечение
полной
надёжности
схемы
релейной
защиты
линии
.
Од
-
нако
при
разработке
преследовались
цели
оптимизации
требуемого
монтажного
оборудования
,
максимальной
интеграции
в
существующие
объекты
,
существенного
снижения
капитальных
затрат
,
упрощения
процесса
установки
и
снижения
длительности
срока
пуско
-
нала
-
дочных
работ
.
Более
того
,
система
не
требует
техни
-
ческого
обслуживания
при
эксплуатации
и
ремонте
,
что
увеличивает
долговременную
экономическую
эффек
-
тивность
данного
технического
решения
.
Результатом
этого
научно
-
исследовательского
проекта
является
си
-
стема
,
которая
обеспечит
полную
надёжность
и
макси
-
мальную
интеграцию
при
минимальных
затратах
.
Технология
оптических
измерений
токов
предостав
-
ляет
возможность
улучшить
защитные
возможности
электрических
сетей
.
Тем
не
менее
REE
указала
на
трудную
задачу
,
на
которую
до
сих
пор
не
обращалось
внимания
,
а
именно
определение
места
короткого
за
-
мыкания
в
подземном
кабеле
.
По
факту
это
было
одним
из
дополнительно
установленных
требований
,
что
мог
-
ло
бы
позволить
REE
иметь
достоверную
информацию
о
месте
повреждения
кабеля
для
оптимизации
восста
-
новления
линии
.
Задачей
REE
на
долгосрочную
перспективу
являет
-
ся
замещение
дистанционной
защиты
новой
техноло
-
гией
,
способной
обнаруживать
короткие
замыкания
в
подземных
кабелях
.
В
данный
момент
REE
тестирует
аналогичное
решение
от
альтернативного
разработ
-
чика
,
которое
сравнивается
с
технологией
ARTECHE
перед
утверждением
нового
стандарта
.
Из
-
за
того
что
кабели
были
проложены
до
применения
оптоволокон
-
ных
каналов
связи
,
возникнут
проблемы
с
внедрением
данной
формы
защиты
на
все
существующие
высоко
-
вольтные
смешанные
линии
.
Благодарности
Этот
проект
стал
возможен
благодаря
научно
-
ис
-
следовательскому
проекту
при
поддержке
REE.
Автор
хочет
поблагодарить
ARTECHE
за
поддержку
в
разра
-
ботке
технологии
и
в
подготовке
этой
статьи
.
Франциско
Хавьер
Мартин
Эррера
(Francisco
Javier Martin Herrera
получил
степень
бакалавра
электротехники
в
Universidad Carlos III
в
Ма
-
дриде
в
2001
году
и
начал
работать
в
Red Eléctrica de
España
в
2002.
Он
осуществлял
координацию
защит
в
испанской
высоковольтной
энергосистеме
и
в
дан
-
ный
момент
занимается
изучением
защит
для
проекта
INELFE
и
высоковольтной
межсистемной
линии
между
Францией
и
Испанией
.
Он
принимал
участие
в
рабочих
группах
CIGRE B5
по
теме
защиты
шунтирующего
реак
-
тора
и
является
членом
CENELEC CLC/TC8X
по
той
же
теме
.
Более
того
, Martin Herrera
является
профессором
электротехники
в
Universidad Ponti
fi
cia Comillas — ICAI,
Мадрид
,
где
он
преподаёт
дисциплины
,
касающиеся
электрической
защиты
.
Применение
автомати
-
ческого
по
-
в т о р н о г о
в к л ю ч е н и я
(
АПВ
)
на
кабельно
-
воздушных
ли
-
ниях
(
КВЛ
)
возможно
только
при
коротких
замыканиях
на
воздуш
-
ных
участках
,
так
как
изоляция
кабеля
не
восстанавливается
за
время
бестоковой
паузы
АПВ
.
Однако
отказ
от
АПВ
на
КВЛ
при
-
водит
к
снижению
надёжности
энергоснабжения
.
К
решению
этой
проблемы
актив
-
но
подключились
ведущие
энер
-
гокомпании
.
Например
,
в
нашей
стране
такая
работа
ведёт
-
ся
в
ОАО
«
МОЭСК
» (
см
.
журнал
«
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ
.
Передача
и
распределение
»,
№
6(27), 2014).
Для
реализации
АПВ
КВЛ
необхо
-
димо
в
первую
очередь
выявить
повреждённый
участок
.
Компания
Red Electrica de Espana
использу
-
ет
для
этого
апробированный
дифференциальный
токовый
принцип
,
причём
в
сочетании
с
самой
современной
технологией
измерения
тока
—
посредством
применения
оптических
транс
-
форматоров
тока
.
Основное
преимущество
такого
подхода
—
возможность
изме
-
рить
ток
и
передать
результат
измерения
на
достаточно
боль
-
шое
расстояние
посредством
оптоволокна
без
применения
электроники
и
тяжёлого
обору
-
дования
в
промежуточных
точках
перехода
«
кабель
—
воздух
».
Ещё
одна
важная
особенность
предло
-
женного
технического
решения
—
возможность
правильного
реаги
-
рования
на
короткие
замыкания
в
кабельных
муфтах
,
несмотря
на
то
что
оптическая
обмотка
наматывается
на
вводе
кабеля
в
муфту
.
Благодаря
указанной
осо
-
бенности
исключаются
проблемы
с
установкой
дополнительного
оборудования
в
высоковольтной
части
КВЛ
.
Следует
отметить
,
что
дан
-
ный
метод
реализован
на
отно
-
сительно
простой
ЛЭП
с
тремя
участками
.
Существует
большое
число
более
сложных
КВЛ
,
содер
-
жащих
большее
число
как
кабель
-
ных
вставок
,
так
и
отпаек
от
магистральной
линии
.
На
вопрос
,
возможно
ли
экономически
оправ
-
данное
применение
предложен
-
ного
метода
на
более
сложных
КВЛ
,
данная
статья
не
даёт
от
-
вета
.
Вместе
с
тем
следует
от
-
метить
,
что
предложен
новый
,
интересный
подход
к
реализации
АПВ
КВЛ
.
Наш
журнал
намерен
и
впредь
вни
-
мательно
следить
за
развитием
методов
АПВ
КВЛ
.
КОММЕНТАРИЙ
Михаил Линт, член секции «Технологии и оборудование
подстанций» ОАО «Россети», к.т.н., главный научный редактор
«Transmission & Distribution World. Russian Edition»
Оригинал статьи: Защита линий со смешанным оборудованием
Red Eléctrica de España устанавливает системы дифференциальной релейной защиты на воздушные и кабельные линии электропередачи высокого напряжения со смешанным оборудованием.
Комментарий к статье:
Михаил Линт, к.т.н., член секции «Технологии и оборудование подстанций» ОАО «Россети», главный научный редактор «Transmission & Distribution World. Russian Edition».
