Шляхи вдосконалення релейного захисту та автоматики сучасних ВЕУ

В даний час спостерігається тенденція зростання споживання електричної і теплової енергії в світі, що призведе до скорочення запасів традиційного викопного палива, як наприклад, кам’яне вугілля, газ, торф, нафта. Одним з виходів із ситуації, що проблеми є активне використання відновлюваних джерел енергії (ВДЕ), таких як вітрові, сонячні, біогазові електростанції та ін. З метою оптимізації управління електроенергетичних систем (ЕЕС) з великою часткою ВДЕ активно впроваджується концепція Smart grid (інтелектуальні ЕЕС) [ 1-3]. Вітроенергетичні установки (ВЕУ) є одними з найбільш перспективних альтернативних джерел, номінальна одинична потужність яких досягає 10 МВт. Як релейного захисту та автоматики (РЗіА) ВЕУ як правило використовується стандартна логіка, рекомендована ПУЕ або стандартами МЕК і ANSI (Американський національний інститут стандартизації).Найчастіше подібні системи РЗіА не в змозі правильно і своєчасно ідентифікувати і відключити аварійні і Анормальні режими роботи, як наприклад, несиметричні режими, виткові замикання в одній фазі обмотки статора і ін. Тому завдання подальшого вдосконалення релейного захисту та автоматики сучасних вітроенергетичних установок є актуальною.

Результати досліджень. Сучасна ВЕУ є складною електромеханічну систему, що дозволяє перетворювати енергію вітрового потоку в електричну. З електричної точки зору ВЕУ складається з блоку електричний генератор-підвищує блоковий трансформатор-кабельна лінія-закритий розподільний пристрій високої напруги. Схеми головних електричних з’єднань представлені на рис.1. Як генератор найбільш поширеними є асинхронні машини подвійного живлення (АГДП) і синхронні генератори, як з класичною системою збудження, так і з системою збудження з з використанням постійних магнітів.

 рис.1 - схеми головних електричних з'єднань сучасних веу

Рис.1 - Схеми головних електричних з’єднань сучасних ВЕУ

В даний час існує декілька рішень в області РЗіА ВЕУ, заснованих на мікропроцесорної платформі виробництва компаній Siemens®, SEL®, Schneider Electric, General Electric. Найбільш повний функціональний пакет РЗіА мається на терміналі General Electric W650 призначений для захисту вітрогенератора номінальною потужністю до 8 МВт [4]. Система захисту ВЕУ W650 була розроблена в якості базового пристрою захисту і управління вітрогенератором включає в себе спектр функцій раніше виконуваних окремими пристроями РЗіА. Компактний і багатофункціональний термінал забезпечує багатофункціональне рішення не тільки для потреб існуючих систем, а й для зростаючих потреб майбутньої інфраструктури, що кардинально відрізняє його від попередників. Даний модуль спрощує управління системами генерації вітряних турбін за рахунок розширеного комплекту захисту, управління, контролю, вимірювання і доступності функції запису звітів і осцилограм.

Слід виділити основні переваги, їх вплив на вітрогенератор:

1. Розширений комплекс захисту вітрогенератора, контроль, вимір і моніторинг в єдиному пристрої. Подібна технологія досить поширена для терміналів захисту зарубіжного виробництва, але, навіть відштовхуючись від традиційних систем захисту генератора, стає ясно, що багато щаблі не враховані, а вже наявні повинні бути виправдані поруч досліджень.

2. Високоточну вимір для розширеного контролю за потужністю (активної і реактивної), навіть при низьких навантаженнях і присутності гармонік.

3. Максимальна сумісність і екологічні показники відповідно до стандартів IEC / ANSI, що дозволяють використання вітрових турбін в навколишньому середовищі, в тому числі для офшорних вітропарків.

4. Зменшення часу на аналіз системних подій і витрати на інтегрування звітів послідовності подій, запис осциллограмм аналіз тенденцій файлів.

5. Гнучкий і економічно ефективний контроль для складних систем за рахунок використання IEC 61131, сумісна програмована логіка для налаштування роботи реле.

6. Скорочення непродуктивної витрати часу за рахунок використання надійних оптоволоконних портів зв’язку Ethernet.

Термінал W650 включає в себе наступні захисту: максимальна струмовий захист (МТЗ), струмовий захист від замикань на землю без витримки часу, спрямована струмовий захист, пристрій резервування при відмові вимикача (ПРВВ), захист від підвищення напруги, пристрій регулювання підвищення і зниження частоти т . Е. автоматичне частотне розвантаження (АЧР), захист мінімальної напруги, пристрій виявлення плавки запобіжника трансформаторів напруги та ін.

Миттєва і максимальна струмовий захист з витримкою часу встановлені на фазах і поблизу землі, передбачають контроль значення і тривалості струму. Передбачено різноманітність кривих часу (що входять до стандартів IEC, IEEE / ANSI, IAC, I2t) поряд з можливістю використання кривих FlexCurves для створення визначених користувачем параметрів навантаження по струму. Елементи МТЗ мають функцію обмеження напруги, що, може використовуватися для забезпечення більш високої чутливості за умов, які викликають вимірюється напруга, знижується до рівня нижче номінальної.

Спрямовані пристрої передбачені для визначення напрямку струму і контролю або блокування роботи струмових елементів, таким чином, допускаючи належну координацію між внутрішніми і зовнішніми короткими замиканнями. Направлений захист максимального струму доступні для струмів нульової послідовності, замикань на землю (струм повернення через землю).

Термінал W650 забезпечує захист зворотній послідовності, яка може бути налаштована на відключення миттєво при досягненні заздалегідь визначених рівнів струму зворотної послідовності, або з витримкою спрацьовування за рахунок використання безлічі доступних кривих IEEE, IEC і ANSI.

Захист від пошкоджень напружень. Пристрої реагування по перенапруження і зниження напруги передбачені для того, щоб генератор забезпечував потужність при номінальному рівні напруги, а також для ізоляції генератора, коли порушення стабільності роботи системи викликають аномальні напруги, які індукуються на генератор.

Несиметрія напруги. Блоки W650 включають певну функцію часу напруги несиметрії, що працюють на співвідношенні між прямою і зворотній послідовності напруги. Пристрій несиметрії напруги може бути використано для захисту безпосередньо підключених турбін від надмірних несиметричних напруг і пов’язаних з ними несиметричних струмів, які призводять до пошкодження і нагрівання ротора. Для електронного регулювання вітрових турбін, елемент дисбалансу напруги може виступати в якості резервного захисту для працюючих зі збоями регуляторів напруги в турбіні.

Спрямована потужність. Пристрій спрямованої потужності забезпечує реверс потужності для безпосередньопідключених вітрових турбін, тим самим запобігаючи випадкам прокрутки генератора (перекидання вала) і пов’язаного з ними пошкодження турбіни.

Автоматизація. Термінал W650 включає в себе розширені можливості автоматизації, включаючи програмовану логіку, спеціальну мережу зв’язку, а також можливість ручного управління за допомогою фронтальної панелі. Поєднання цих інструментів дозволяє користувачеві створювати власні схеми управління, такі як передача відключення або блокування додатків, які використовують зв’язку для передачі сигналів між реле.

Моніторинг та система вимірювань. W650 включає в себе високоточну систему вимірювань і цифрової реєстрації всіх ключових сигналів. Особливості діагностики, такі як осцилографія і запис події, в поєднанні з EnerVista програмних засобів, дозволяє значно скоротити час пошуку несправностей і спростити генерацію звітів в разі збою системи.

……..

Ознайомитися зі статтею в повному обсязі можна на нашому офіційному сайті: https://es-cad.ru/article_about_WEPS_relay_protection/



ЩЕ ПОЧИТАТИ