ei_2004_03_s032.pdf

(228 KB) Pobierz
automatyka zabezpieczeniowa
automatyki przeciwawaryjne
i poawaryjne
nowoczesne rozwiązania
mgr inż. Jacek Floryn – Zakład Energetyczny Wrocław SA
W artykule zaprezentowano aktualnie stosowane, nowoczesne rozwiązania w za-
kresie automatyk samoczynnego załączania rezerwy (SZR), samoczynnego ponow-
nego załączania (SPZ) i samoczynnego częstotliwościowego odciążania (SCO) i w
stacjach elektroenergetycznych oraz wskazano kierunki ich dalszego rozwoju.
A utomatyki przeciwawaryjne i
wane i dopracowane w każdym
szczególe. Niemniej jednak postęp
technologiczny umożliwia realiza-
cję funkcji dotychczas trudnych do
wykonania lub też wcześniej nie-
osiągalnych. Odpowiednie zastoso-
wanie nowoczesnych urządzeń po-
zwala również na zwiększenie nie-
zawodności działania automatyki
zabezpieczeniowej.
automatyka samoczynnego często-
tliwościowego odciążania (SCO)
poziom, ale i szybkość jej zmian.
W celu realizacji automatyki SCO,
wystarczy zidentyfikować obniże-
nie się poziomu częstotliwości oraz
ewentualnie jej gradient i w odpo-
wiednim czasie doprowadzić do
wyłączenia części odbiorów. Nasta-
wienie liczby i poziomów progów
częstotliwości, określenie koniecz-
nych do ograniczenia w danym pro-
gu odbieranych mocy, wybór odbio-
rów przewidzianych do wyłączenia,
wynika z przyjętej przez operatora
systemu przesyłowego oraz opera-
torów systemów rozdzielczych stra-
tegii w zakresie odciążania. W Pol-
sce system automatyki SCO jest sys-
temem rozproszonym, tzn. pomiar
częstotliwości i decyzje sterowni-
cze związane z SCO odbywają się
na poziomie poszczególnych stacji
elektroenergetycznych. Systemy
centralne, których działanie może
być bardziej precyzyjne, bo oparte
na większej ilości informacji o pra-
cy systemu elektroenergetycznego.
Wymagają one jednak rozbudowa-
nej sieci teletransmisyjnej, a konse-
kwencje ewentualnej nieprawidło-
wej pracy centralnego SCO mogą
okazać się bardzo poważne.
Technika cyfrowa daje moż-
liwość zaimplementowania szyb-
kich, dokładnych i mniej wrażli-
wych na zakłócenia algorytmów
pomiaru częstotliwości i jej zmian
w czasie (d f /d t ). Przykładowo w star-
szych przekaźnikach podczęstotli-
wościowych pomiar był fałszowany
podczas obniżenia się poziomu na-
pięcia pomiarowego. Znikają rów-
nież ograniczenia techniczne i eko-
nomiczne, co do możliwych do zre-
alizowania liczby grup SCO.
Podczas realizacji automatyki
SCO na stacji coraz częściej rezygnu-
je się z tradycyjnego układu SCO, w
którym przekaźniki podczęstotlio-
ściowe montowane były w polach
pomiaru napięcia rozdzielni śred-
niego napięcia i w przypadku za-
działania wysyłały impulsy wyłącza-
jące do poszczególnych pól odejścio-
wych (liniowych), za pomocą obwo-
dów okrężnych SCO. Niektórzy pro-
ducenci zabezpieczeń [2] proponu-
ją rozwiązanie upraszczające obwo-
dy wtórne stacji, gdzie informacja o
zadziałaniu funkcji podczęstotliwo-
ściowej z zabezpieczenia zainstalo-
wanego w polu pomiaru napięcia
wysyłana jest za pomocą cyfrowego
łącza wykorzystywanego dla realiza-
cji telemechaniki do komputera sta-
cyjnego (koncentratora) i rozsyłana
dalej kanałami cyfrowymi do zabez-
pieczeń pól liniowych porównują-
cych kod otrzymanej informacji z
nastawieniami w zakresie SCO (rys.
1). Jeśli informacja o poziomie ob-
niżenia się częstotliwości odpowia-
da nastawieniom, następuje otwar-
cie wyłącznika w polu. Dostępność
funkcji w zabezpieczeniach cyfro-
poawaryjne spełniają bardzo
istotną rolę w pracy systemu elek-
troenergetycznego, w aspekcie bez-
pieczeństwa jego funkcjonowania i
ciągłości dostaw energii. Natomiast
ich ewentualne nieprawidłowe
działanie może być przyczyną po-
wstania znacznych strat. Automa-
tyka samoczynnego częstotliwo-
ściowego odciążania (SCO) jest au-
tomatyką prewencyjną, zapobiega-
jącą pogłębieniu się niezbilansowa-
nia mocy generowanej i pobieranej,
co w konsekwencji może prowadzić
do wystąpienia poważnej awarii
systemowej. Natomiast automaty-
ki: samoczynnego załączania rezer-
wy (SZR) i samoczynnego ponow-
nego załączania (SPZ) należą do gru-
py automatyki zabezpieczeniowej
restytucyjnej, przywracającej stan
normalnej pracy sieci po wyelimi-
nowaniu lub usunięciu przyczyny
wywołującej zakłócenie. Ich znacze-
nie jest szczególnie istotne pod
względem wielkich awarii systemo-
wych, które miały miejsce w Sta-
nach Zjednoczonych i w Europie.
Środowisko elektroenergetyków,
odpowiedzialne za właściwą pracę
elektroenergetycznej automatyki
zabezpieczeniowej (EAZ), stosunko-
wo ostrożnie wprowadza nowe roz-
wiązania w tym zakresie. Oczekiwa-
ne są rozwiązania niezawodne, w
coraz większym stopniu przetesto-
W sytuacji wystąpienia deficy-
tu mocy w obszarze systemu elek-
troenergetycznego, automatyka sa-
moczynnego częstotliwościowego
odciążania ma za zadanie dopro-
wadzić do odpowiednio szybkiego
wyłączenia części odbiorów, dzięki
czemu ma zostać przywrócona rów-
nowaga mocy generowanej i odbie-
ranej. Umożliwia to utrzymanie w
sytuacji krytycznej pracy generato-
rów synchronicznych i zachowa-
nie zasilania najważniejszych od-
biorów, w tym potrzeb własnych
elektrowni. Przywracanie równo-
wagi przez zwiększenie mocy wy-
twarzanej, w przypadku znacznego
niezbilansowania mocy, może oka-
zać się zbyt powolne lub też wręcz
niedostępne.
Miarą niezbilansowania się
mocy generowanej i odbieranej
jest obniżenie się częstotliwości,
przy czym istotny jest nie tylko
www.elektro.info.pl
nr 3/2004
32
946964702.051.png 946964702.062.png 946964702.073.png 946964702.079.png 946964702.001.png 946964702.002.png
automatyka zabezpieczeniowa
wych umożliwia jeszcze inne podej-
ście do realizacji automatyki SCO.
Mianowicie pomiar częstotliwości
i decyzje sterownicze wykonywane
są w każdym polu liniowym śred-
niego napięcia w stacji głównego za-
silania, przez co zwiększa się nieza-
wodność układu i ogranicza skutki
tomatykę SPZ jedno- i trójfazową, a
w zależności od liczby łączeń jedno-
i wielokrotną. Skuteczność automa-
tyki SPZ zależy od wielu czynników.
Część z nich jednocześnie determi-
nuje prawdopodobieństwo wystę-
powania zwarć przemijających. Na
skuteczność SPZ w sposób istotny
automatyki. Znikają również w ta-
kim przypadku bariery w uzyskaniu
wymaganego algorytmu działania
SPZ – możliwości nastawcze są za-
zwyczaj bardzo szerokie. Duża ela-
styczność urządzeń cyfrowych wy-
wołuje uzależnienia działania au-
tomatyki SPZ od rodzaju zwarcia.
I tak w sieciach średniego napięcia
można wykonywać większą liczbę
prób załączenia linii w przypadku
zadziałania zabezpieczeń ziemno-
zwarciowych, a poprzestać na jed-
nokrotnym SPZ w przypadku wy-
stąpienia zwarć wielobiegunowych,
których prawdopodobieństwo prze-
minięcia jest mniejsze. Dzięki temu
możliwe jest podniesienie skutecz-
ności automatyki SPZ, nie naraża-
nie wyłączników na częstsze przery-
wanie prądów zwarciowych, a także
ograniczenie liczby zapadów napię-
cia wywołanych zwarciami. Zdecy-
dowanemu uproszczeniu, przy za-
stosowaniu zabezpieczeń cyfro-
wych, ulega układ obwodów wtór-
nych pola linii wysokiego napięcia,
gdzie z reguły stosowany jest układ
jednofazowej i trójfazowej automa-
tyki SPZ. Złożony jest on z wielu
przekaźników i skomplikowanych
obwodów i dlatego zostaje zastąpio-
ny zintegrowanym urządzeniem re-
alizującym funkcje zabezpieczenio-
we, wybór faz i logikę SPZ. Wyko-
rzystując jego bogate funkcje, moż-
na łatwo realizować kontrolę syn-
chronizmu lub obecności napięcia
na linii, przy załączaniu w cyklu
automatyki SPZ. Podobnie, dzięki
logice wewnętrznej zabezpieczeń,
można blokować załączenie w cy-
klu SPZ, w przypadku obecności na-
pięcia na linii SN współpracującej z
elektrownią lokalną. W celu przy-
spieszenia i zwiększenia selektyw-
ności pracy zabezpieczeń linii wy-
sokich napięć coraz częściej wyko-
rzystuje się łącza telekomunikacyj-
ne do realizacji funkcji telezabez-
pieczeń. Nowoczesne terminale, bo
tak coraz powszechniej nazy-
Rys. 1 Idea rozwiązania układu SCO z wykorzystaniem magistrali cyfrowej kanału telemechaniki
ewentualnego błędnego zbędnego
zadziałania SCO. Wymaga to jednak
instalacji przekładników napięcio-
wych w każdym polu lub rozpro-
wadzenia obwodów napięciowych
z pól pomiaru napięcia do wszyst-
kich pól liniowych.
wpływa czas wyłączenia zwarcia bę-
dący sumą czasu działania zabezpie-
czeń i czasu własnego wyłącznika.
Dla przykładu: obserwowana sku-
teczność SPZ w sieci 110 kV ZE
Wrocław SA mieści się w granicach
72...78 %, natomiast w sieci napo-
wietrzno - kablowej z punktem ze-
rowym uziemionym przez rezystor
wynosi ona ok. 50% dla zwarć wie-
lobiegunowych i ok. 90% dla zwarć
doziemnych [1]. Stosowanie auto-
matyki SPZ powoduje zwiększenie
ciągłości i pewności zasilania od-
biorców, zmniejsza prawdopodo-
bieństwo wypadnięcia z synchro-
nizmu generatorów pracujących w
połączonym systemie elektroener-
getycznym oraz umożliwia skraca-
nie czasów trwania zwarć.
Współcześnie automatykę SPZ
realizuje się najczęściej w zabezpie-
czeniu cyfrowym, które integruje
funkcje zabezpieczeniowe auto-
matyki i często telemechaniki. Roz-
wiązanie takie znacznie upraszcza
układ obwodów wtórnych w polu
liniowym i w związku z tym pozy-
tywnie wpływa na niezawodność
34
automatyka samoczynnego
ponownego załączania (SPZ)
Automatyka SPZ, stosowana w
polach linii napowietrznych i napo-
wietrzno-kablowych, gdzie oczekuje
się występowania zwarć przemijają-
cych, ma powodować ponowne za-
łączenie linii po jej wcześniejszym
wyłączeniu przez jej zabezpiecze-
nia. Ponowne załączenie w cyklu
automatyki SPZ następuje po upły-
wie krótkiego czasu, zwanego cza-
sem przerwy beznapięciowej. Czas
ten wynosi 0,4…1,2 sekundy (tzw.
SPZ szybki) lub kilka (kilkaset) se-
kund (SPZ powolny) i jest niezbęd-
ny dla dejonizacji przestrzeni połu-
kowej, ustania przyczyny wywołują-
cej zwarcie, zadziałania automatyk
w głębi sieci. W zależności od sposo-
bu impulsowania, rozróżnia się au-
33
946964702.003.png 946964702.004.png 946964702.005.png 946964702.006.png 946964702.007.png 946964702.008.png 946964702.009.png 946964702.010.png 946964702.011.png 946964702.012.png 946964702.013.png 946964702.014.png 946964702.015.png 946964702.016.png 946964702.017.png 946964702.018.png 946964702.019.png 946964702.020.png 946964702.021.png 946964702.022.png 946964702.023.png 946964702.024.png 946964702.025.png 946964702.026.png 946964702.027.png 946964702.028.png 946964702.029.png 946964702.030.png 946964702.031.png 946964702.032.png 946964702.033.png 946964702.034.png 946964702.035.png 946964702.036.png 946964702.037.png 946964702.038.png 946964702.039.png 946964702.040.png 946964702.041.png 946964702.042.png 946964702.043.png 946964702.044.png 946964702.045.png 946964702.046.png 946964702.047.png 946964702.048.png 946964702.049.png 946964702.050.png 946964702.052.png 946964702.053.png 946964702.054.png 946964702.055.png 946964702.056.png 946964702.057.png 946964702.058.png 946964702.059.png 946964702.060.png 946964702.061.png 946964702.063.png 946964702.064.png 946964702.065.png 946964702.066.png
automatyka zabezpieczeniowa
wa się zabezpieczenia integrujące
bogate funkcje zabezpieczeniowe
i automatyki z funkcjami sterow-
niczymi oraz telemechaniki i reje-
stracji, dają bardzo elastyczną moż-
liwość programowania działania au-
tomatyki SPZ, w powiązaniu z logi-
ką wspomnianych układów teleza-
bezpieczeń.
nętrzną, spełniających jednocze-
śnie inne funkcje zabezpieczenio-
we (np. zabezpieczeń nadprądo-
wych w polu sprzęgła).
Komputera stacyjnego z zaprogra-
mowaną sekwencją łączeniową, w
powiązaniu z sygnałami z zabez-
pieczeń napięciowych.
nia. Dla układów zasilania silników
elektrycznych dostępne są urządze-
nia SZR wybierające najkrótszy z
możliwych bezpiecznych dla ma-
szyn wirujących momentów załą-
czenia rezerwy. Wykonuje się rów-
nież automatyki adaptacyjne, któ-
rych logika działania jest uzależnio-
na od warunków pracy układu zasi-
lania. Głównym celem tych nowych
układów SZR jest skracanie czasów
opóźnienia załączania zasilania za
źródła rezerwowego.
Układ automatyki SZR z wy-
korzystaniem zabezpieczeń cyfro-
wych, zainstalowanych w polach
łączników szyn, w polach pomia-
ru napięcia i transformatorów za-
silających, które można nazwać
układem rozproszonym, ma tą za-
letę, że upraszcza obwody wtórne
i nie wymaga dedykowanego urzą-
dzenia SZR. Nową jakość mogą za-
oferować układy SZR współpracują-
ce z łącznikami energoelektronicz-
nymi. Wyeliminowanie łączników
z klasycznymi stykami daje możli-
wość przełączania zasilania w cza-
sie zaledwie kilku milisekund. Łącz-
niki takie są budowane dla napięć
nie przekraczających kilkudziesię-
ciu kilowoltów.
liwe stało się też wykonywanie
funkcji, których realizacja w prze-
szłości była niemożliwa lub bardzo
kosztowna. Integracja wielu funk-
cji w zabezpieczeniach doprowadzi-
ła do znacznego uproszczenia ukła-
dów automatyk w obiektach energe-
tycznych. Wciąż jeszcze istnieją wy-
zwania wynikające z implementa-
cji techniki mikroprocesorowej w
automatyce elektroenergetycznej,
ponieważ wiele rozwiązań wyma-
ga udoskonalenia, czego wyrazem
są poglądy środowiska naukowców
oraz specjalistów związanych z eks-
ploatacją EAZ, że technika cyfrowa
nie do końca spełniła związane z
nią oczekiwania [4].
literatura
33
automatyka samoczynnego
załączania rezerwy (SZR)
Automatyka SZR odgrywa bar-
dzo istotną rolę w zakresie zwięk-
szania pewności zasilania odbior-
ców – przerwa związana z cyklem
przełączania jest zazwyczaj krót-
ka. Automatyka SZR pozwala na
utrzymywanie bezpieczniejszych
układów sieciowych, choćby pod
względem mocy zwarciowych. Jej
funkcją jest załączenie źródła re-
zerwowego w przypadku zaniku
zasilania ze źródła podstawowego.
Przy załączaniu źródła rezerwowe-
go musi być uwzględniony fakt, że
załączenie pewnych odbiorów po-
winno być poprzedzone spełnie-
niem pewnych warunków lub też
w ogóle jest niedopuszczalne. Do-
tyczy to kilku ciągów technologicz-
nych, które nawet po bardzo krót-
kiej przerwie nie mogą być ponow-
nie samoczynnie załączane, a tak-
że maszyn wirujących. Automa-
tykę SZR realizuje się obecnie za
pomocą:
Wyspecjalizowanych automatów
SZR, które identyfikują potrzebę
działania SZR i wykonują założo-
ną logikę przełączeń. Często po-
siadają one możliwość dowolnej
konfiguracji, czyli elastycznego
ustalania przez projektanta logiki
działania układu.
Terminali zabezpieczeniowych
wyposażonych w funkcje zabez-
pieczeń napięciowych wraz z bo-
gatą programowalną logiką wew-
1. Floryn J., Zabezpieczenia ziemno-
zwarciowe w sieci średniego na-
pięcia uziemionej przez rezystor –
doświadczenia eksploatacyjne, VI
Konferencja Naukowo - Technicz-
na Automatyzacja Sieci rozdziel-
czej Krajowego Systemu Elektro-
energetycznego - zbiór referatów,
Zamość 2002.
2. Zabezpieczenie Ex-BEL_Z2U, Do-
kumentacja techniczna, Elkom-
tech S.A. 2000.
3. Głowocz R., Poprawa niezawod-
ności zasilania odbiorów poprzez
wykorzystanie nowych funkcji
skracających czas działania urzą-
dzeń SZR, I Konferencja Nauko-
wo - Techniczna Diagnostyka w
sieciach elektroenergetycznych
zakładów przemysłowych, Płock
2000.
4. Kockot MJ, Experiences In The Al-
location And Grouping of Func-
tions In Integrated Protection And
Control Systems: Lessons Ler-
ned, Trends, And Future Require-
ments, CIGRE Study Committee
34 Colloquium And Meetig, Flo-
rence, Italy 1999.
Rys. 2 Zabezpieczenia cyfrowe integrują w
sobie wiele funkcji w tym automa-
tykę SPZ
Typowych sterowników progra-
mowalnych.
Wybór rozwiązania zależny jest
od wymagań stawianych układowi
SZR, w tym dotyczących niezawod-
ności, oczekiwanej logiki działania i
jej złożoności. Często istotną rolę w
wyborze odgrywają względy eksplo-
atacyjne i przyzwyczajenia persone-
lu obsługi. Dedykowane urządzenia
pozwalają na realizację bardzo wy-
ra nowanych układów SZR. Prze-
łączanie między kilkoma źródłami,
kontrola obecności napięcia reszt-
kowego, wybór optymalnego cza-
su załączenia źródła rezerwowego
przestały być problemem. Realizuje
się przełączenia quasi synchronicz-
ne i poszukuje się nowych kryte-
riów działania automatyki SZR [3].
Proponuje się sterowniki SZR, któ-
rych kryterium działania, oprócz
obniżenia poziomu napięcia i kry-
terium wyłącznikowego, jest szyb-
kość obniżenia się napięcia zasila-
wnioski
Automatyki SCO, SPZ, SZR
mają istotne znaczenie dla obro-
ny systemu elektroenergetyczne-
go przed awarią systemową oraz
wpływają na pewność i jakość do-
staw energii. Idea wielu algoryt-
mów realizacji tych automatyk po-
została od dziesięcioleci niezmie-
niona. Zastosowanie techniki cy-
frowej, która dziś nie jest niczym
nowym w układach elektroenerge-
tycznej automatyki zabezpieczenio-
wej, pozwoliło na prostszą i precy-
zyjniejszą realizację funkcji zabez-
pieczeniowych i automatyk. Moż-
www.elektro.info.pl
nr 3/2004
34
946964702.067.png 946964702.068.png 946964702.069.png 946964702.070.png 946964702.071.png 946964702.072.png 946964702.074.png 946964702.075.png 946964702.076.png 946964702.077.png 946964702.078.png
 
Zgłoś jeśli naruszono regulamin