Nowe funkcje w zespołach zabezpieczeń
Transkrypt
Nowe funkcje w zespołach zabezpieczeń
AUTOMATYKA ELEKTROENERGETYCZNA Nowe funkcje w zespołach zabezpieczeń MiCOM platformy P10 Andrzej Juszczyk W ostatnich dwóch latach, Schneider Electric Energy w Świebodzicach wprowadził na rynek nowe typy zespołów zabezpieczeń elektroenergetycznych – MiCOM P111Enh oraz MiCOM P116, należących do platformy MiCOM P10. Oba produkty zostały opracowane przez konstruktorów w Świebodzicach, z zamiarem ich wprowadzenia do globalnych sieci dystrybucyjnych Schneider Electric. W związku z tym, przy ich opracowaniu brano pod uwagę wymagania i potrzeby klientów z różnych regionów świata. Działanie na tak szerokim rynku pozwala na wzbogacanie rozwiązań technicznych wiedzą i doświadczeniem inżynierów z globalnej wioski, jaką jest współczesny świat. Ze względu na fakt, że zostały opracowane w Polsce, uważny obserwator może doszukać się w nich wielu rozwiązań wynikających z doświadczeń polskiej energetyki. Przyczyniły się one do sukcesu tych przekaźników na wielu rynkach zagranicznych. Pomimo że produkty zostały wprowadzone stosunkowo niedawno, konstruktorzy ciągle uzupełniają je o nowe funkcje. MiCOM P111Enh oraz MiCOM P116 łączy przede wszystkim fakt, że należą do tej samej platformy – P10, stąd struktura menu oraz funkcje są bardzo zbliżone do siebie. Jednak ze względu na różną aplikację, warstwa sprzętowa bardzo się różni. MiCOM P111Enh MiCOM P111Enh (rys. 1) jest przeznaczony do sieci średniego napięcia jako atrakcyjne rozwiązanie dla obiektów elektroenergetycznych, wymagających ekonomicznych rozwiązań (optymalnego stosunku – cena/funkcje). Całość sprzętu P111Enh jest zamknięta w bardzo małej obudowie (107×107×113 mm). Może to sugerować, że mamy do czynienia z prostym przekaźnikiem nadprądowym. USB Funkcje rejestracji RS485 t Port do port do podłączenia komunikacji z z PC systemem DCS (S1 Studio ) 3Uo Wyłącznik Rys. 1. Przekaźnik P111Enh Jednak dzięki graficznemu wyświetlaczowi LCD i oprogramowaniu komunikacyjnemu MiCOM S1 Studio zauważa się mnogość funkcji i elastyczność w jego konfiguracji (rys. 2 przedstawia dostępne funkcje w P111Enh). Co ważne, nie odbywa się to kosztem skomplikowania jego obsługi. Osoba, niepasjonująca się zbytnio automatyką zabezpieczeniową, jest w stanie w krótkim czasie przeprowadzić jego parametryzację poprzez panel przedni, a po jego instalacji może – bez odwoływania się do instrukcji obsługi – prowadzić jego eksploatację. Ci, którzy chcą zabezpieczyć obiekt energetyczny w bardziej skomplikowany sposób, natrafią w nim wiele ciekawych funkcji (np. blokowanie od 2. harmonicznej zabezpieczenia nadprądowego ziemnozwarciowego). Niektóre funkcje wynikają bezpośrednio z doświadczeń polskiej energetyki, np. zabezpieczenia admitancyjne. Zabezpieczenia te coraz częściej znajdują uznanie poza granicami Polski. Co ważne Wejścia /wyjścia Rejestr wyłaczeń: 20 Przekaźniki : RL1-RL4 Rejestr alarmów : 5 Diody LED : 8 Rejestr zdarzeń : 200 Przyciski załącz/ wyłącz wyłącznik Liczniki Przekaźniki : RL5-RL6 Rejestr zakłóceń : do 4s Wej. dwustanowe : L1-L4 Rejestr pobudzeń : 5 Wej. dwustanowe : L5-L6 50/51 50N 51N 67 N 50BF 49 46 BC 46 Dr inż. Andrzej Juszczyk – REFA Zakład Automatyki i Systemów Elektroenergetycznych, Schneider Electric Energy Poland Sp. z o.o., Świebodzice 74 POMIARY - 2 grupy nastaw - Diagnostyka sporzętu - Prądy fazowe - Prąd doziemny - Napięcie Uo - Liczniki wyłączeń, alarmów, pobudzeń - Blokowanie zabezpieczeń - 4 Pomocnicze liczniki czasu - Załączanie na zwarcie - Synchronizacja czasu poprzez wejście dwustanowe - Blokada od 2. harmonicznej - Logika selektywna blokady - Tryb testowy - Sterowanie lokalne/zdalne - Nadzór wyłącznika - Licznik operacji mechanicznych wyłącznika - Przełączalny w menu prąd znamionowy In (Ion) 1A/5A - Liczniki SPZ - Składowa przeciwna i zgodna Graficzny wyświetlacz LCD MiCOM P111Enh Model E 86 I , Io FUNKCJE POMOCNICZE 79 Rys. 2. Prezentacja funkcji MiCOM P111Enh Rok LXXX 2012 nr 9 AUTOMATYKA ELEKTROENERGETYCZNA – użytkownik nie będzie za bardzo ograniczony przy jego konfiguracji. Ciekawym rozwiązaniem jest zasilanie P111Enh z PC poprzez port USB. Nie trzeba podłączać do P111Enh napięcia pomocniczego, aby się z nim skomunikować lub przejrzeć menu. Przełączanie prądu znamionowego 1 A/5 A odbywa się przez nastawę w menu. Protokół komunikacyjny: Modbus lub IEC 103 jest również wybieralny w menu. W P111Enh są dostępne następujące funkcje zabezpieczeniowe: − 3 stopnie zabezpieczenia nadprądowego, − 2 stopnie zabezpieczenia ziemnozwarciowego nadprądowego, kierunkowego lub admitancyjnego, − zabezpieczenie przed asymetrią (składowa przeciwna), − lokalna rezerwa wyłącznikowa z kryterium podprądowym, − przeciążenie (model cieplny), − uszkodzony przewód (składowa przeciwna do zgodnej), − automatyka SPZ. Przy opracowaniu P111Enh zwrócono uwagę na elementy rejestracji, które obecnie stają się coraz ważniejsze. Szybka diagnoza w czasie awarii jest podstawą ograniczenia czasu niezbędnego do przywrócenia zasilania – co ma bezpośredni wpływ na wyniki ekonomiczne firmy, zasilanej z zabezpieczanego obiektu. MiCOM P116 MiCOM P116 (rys. 3) jest zespołem zabezpieczeń nadprądowych, który oprócz zasilania się z napięcia pomocniczego (AC lub DC), zasila się z przekładników prądowych. We wnętrzu obudowy znaj- Rys. 3. Przekaźnik P116 dują się zasobniki kondensatorowe ładowane zarówno z napięcia pomocniczego jak i przekładników prądowych. Zasobniki te ładują się do napięcia 24 V i dzięki zaawansowanemu sterowaniu zasobnikami, mogą współpracować z czułymi cewkami wyłącznika w zakresie 12–24 V dc/0,1 J. Takie cewki można zamówić jako wyposażenie nowoczesnych wyłączników SN i czasami WN. Co ciekawe uruchomienie się urządzenia po podaniu źródła zasilania (napięcie lub prąd) oraz czas naładowania zasobników energią z przekładników prądowych jest bardzo krótki, stąd czas gotowości do wyłączenia wyłącznika w przypadku załączania go na zwarcie, po dłuższej przerwie w jego zasilaniu, wynosi ok. 70 ms. Oznacza to, że dodatkowy czas wynikający z faktu, że przekaźnik nie ma pewnego napięcia pomocniczego – w najgorszym przypadku (opisanym powyżej) wynosi tylko ok. 30 ms. Nie ma znaczenia czy P116 jest zaRok LXXX 2012 nr 9 silany z baterii stacyjnej czy z napięcia pobranego z szyn zbiorczych – wyłączenie wyłącznika i tak będzie dostatecznie szybkie i pewne. Na panelu przednim ma programowalne wskaźniki elektromagnetyczne, które wskazują przyczynę zadziałania, nawet jak P116 nie ma żadnego źródła zasilania. MiCOM P116 ma wszystkie funkcje zabezpieczeniowe dostępne w P111Enh i dodatkowo zabezpieczenie podprądowe. Wyposażony jest tak samo w port USB, przez który jest zasilana elektronika P116. Zalety P116 to m.in.: − bardzo krótki czas bootowania po zaniku zasilania (tylko ok. 25 ms). Przy zasilaniu P116 z przekładników prądowych, po czasie bootowania oraz po realizacji pomiarów jest gotowy do wyłączenia wyłącznika poprzez czułą cewkę napięciową wyłącznika (całkowity czas od podania prądu na zaciski do rozpoczęcia wyłączania wynosi typowo 65–70 ms), − próg zasilania elektroniki z przekładników prądowych wynosi 0,2 In(Ion ) dla prądu w jednej fazie, − pobór mocy z przekładników prądowych wynosi ok. 3 VA (przy In ), a więc zwykle dla typowej aplikacji w rozdzielnicy SN w przemyśle, wystarczy zastosować przekładniki 5P20 5 VA – jest to istotne dla producentów rozdzielnic. Należy zauważyć, że dobór przekładników zawsze powinien być poprzedzony obliczeniami, tak aby przekładniki uwzględniały moc zwarciową na rozdzielni (wymagana liczba przetężeniowa) oraz rzeczywiste obciążenie. Wytyczne oraz wzory do obliczeń są przedstawione w instrukcji obsługi, − liczne funkcje: zabezpieczeniowe nadprądowe, ziemnozwarciowe (w tym zabezpieczenia kierunkowe), admitancyjne, asymetrii, model cieplny, załączanie na zwarcie, uszkodzony przewód, układ LRW z kryterium podprądowym, blokada zabezpieczeń, SPZ, blokada od 2. harmonicznej itd., − 6 wejść binarnych i 7 wyjść przekaźnikowych, − protokół jest wybieralny w menu: IEC 103 oraz MODBUS RTU (zasilanie portu – z przekładników prądowych i napięcia pomocniczego – brak zaburzeń w procesie komunikacji podczas zwarcia), − zaawansowane funkcje diagnostyczne (w tym diagnostyka wyłącznika) oraz rejestracji (rejestracja zdarzeń, zakłóceń, wyłączeń – wszystko z cechą czasu i nawet, jeśli P116 jest zasilany przez jakiś czas wyłącznie z przekładników prądowych – rozwiązanie unikatowe na świecie), − funkcje obsługi sterowania lokalnego/zdalnego, blokowania SPZ, liczniki itp., − niezwykle elastyczna, a jednocześnie przyjazna konfiguracja z panelu przedniego, jak i oprogramowania komunikacyjnego MiCOM S1 i S1 Studio. Nowe funkcje w MiCOM P116 oraz P111Enh W celu ułatwienia przeprowadzania testów funkcjonalnych podczas instalacji jak i eksploatacji wprowadzono funkcję testów w kolumnie menu – uruchomienie. Okienka menu związane z testami funkcjonalnymi pojawią się po wprowadzeniu P116 czy P111Enh w tryb testowy. Można wówczas zdefiniować, co zakończy procedurę testu funkcjonalnego – wyłączenie wyłącznika czy upływ czasu (nastawa maksymalnej długości trwania testu). Następnie należy wybrać element zabezpieczeniowy, który będzie testowany (np. I >, I >> itp.). Po parametryzacji funkcji testu, można rozpocząć testowanie poprzez okno menu – wykonaj test. Zespół zabezpieczeń zachowa się dokładnie tak, jakby wielkość kryterialna 75 AUTOMATYKA ELEKTROENERGETYCZNA USB port Tylny port Komuniacja z S1 lub Studio Port RS485 do systemu DCS Wyjście do czułej cewki napięciowej wyłącznika (szybko ładowana pojem .) Wyjście do zewnętrznego wskaźnika zadziałania (szybko ładowana pojem .) Wyłacznik Napięcie pomocn. (Vx ) Wewnętrz energia zasilając . elektron . Zasil. z przekładn . 79 I , Io 50/51 Funkcje rejestracji Wejścia /wyjścia Rejestr wyłącz .: 20 Przekaźnik : RL1 Rejestr Alarmu: 5 Wskaźnik zadział .: Wył.+4 opcja. Zdarzenia : 200 Przekaźniki : RL2-RL6 Rejestrator zakłóceń do 7,5s Diody LED: 8 Liczniki Wejścia dwustanowe : 6 Rejestr pobudzeń : 5 Przyciski załącz i wyłącz Pomiary - Załączanie na zwarcie - Wartości max i średnie - Watchdog - Zapamiętywanie LEDs i zatrzask przekaźnik . (86) - Prądy fazowe - Prądy doziemne - Liczniki wyłączeń , pobudzeń - Liczba operacji wyłącznika - Blok. zabezpieczeń - Zimny rozruch - Logika selektywna - 4 zabezpieczenia zewn . - Sterow . Lokalne /Zdalne - Nadzór wyłącznika - Synchronizacja czasu - Suma wyłączeń wyłacznika - Tryb testów funkcjonalnych - Zdalne sterowanie wyjściami - Nadzór cewki wyłacznika - Licznik SPZ 16x2 alfanumeryczny wyświetlacz LCD Funkcja dostępna dla prądu powyżej0.2In (Ion) lub gdy obecne napięcie pomocniczeVx Funkcja dostępna jeśli IA+IB+IC+Io jest powyżej 0.6A (np.. 0.25In + 0.25In + 0.25In + 0Ion) lub gdy jest Vx 86 50 N 51 N Funkcje pomocnicze 49 46 46 BC 50 BF 37 Funkcja dostępna nawet jeśli P116 zasila się tylko z prądu ale wejścia napięciowe musza zasilać się z zewnętrznego źródła zasilania Funkcja dostępna jeśli jest napięcie pomocnicze Vx Rys. 4. Prezentacja funkcji MiCOM P116 przekroczyła nastawę wybranego elementu zabezpieczeniowego. Dzięki tej procedurze można sprawdzić prawidłowość wykonania konfiguracji zespołu zabezpieczeń i obwody zewnętrzne. Jeśli jakiś element zabezpieczeniowy nie został aktywowany, to po wykonaniu testu nie będzie reakcji, co oznacza, że jest odstawiony lub został źle skonfigurowany. Funkcja testu jest tak przemyślana, zaprojektowana i zrealizowana w P116, że można bez wymuszalnika prądowego dokonać pełnego testu przekaźnika i obwodów wtórnych. Na końcu po przeprowadzeniu testów funkcjonalnych, należy załączyć wyłącznik i porównać mierzone wartości w P116 z wartościami wskazanymi przez amperomierz z cęgami. Jeśli pomiar jest prawidłowy i testy funkcjonalne też wykazały prawidłowość konfiguracji oraz działania, oznacza to, że przekaźnik jest sprawny i działa prawidłowo (procedura testu nie różni się niczym od tej wykonywanej podczas normalnej pracy P116). Dodatkowo można wysterować osobno każde wyjście przekaźnikowe – co ułatwia znalezienie potencjalnego uszkodzenia w obwodach wtórnych – jest to bardzo dobra wiadomość szczególnie dla producentów rozdzielnic oraz służb eksploatacji. Innowacyjnym rozwiązaniem w P111Enh oraz P116 jest wprowadzenie do funkcji zabezpieczeniowej od przerwanego przewodu (46BC) nastawialnego progu blokady. Dzięki takiej zmianie można zacząć używać tej funkcji z konfiguracją na wyłączenie wyłącznika. Funkcja uszkodzonego przewodu działa, wykorzystując kryterium stosunku składowej przeciwnej do składowej zgodnej prądów fazo- wych (Is2/Is1). Pozwala ona wykrywać przerwę w torze prądowym jednej z faz sieci. Takie uszkodzenie pozornie nie stanowi żadnego zagrożenia, jednak w przypadku urwania się przewodu jednej z faz i doziemieniu po stronie odbiorów (rys. 5), zabezpieczenia ziemnozwarciowe mogą mieć poważne problemy z lokalizacją takiego doziemienia. Skuteczność wyłączenia przez zabezpieczenia ziemnozwarciowe będzie zależała m.in. od impedancji obciążenia linii. Utrzymywanie się takiego doziemienia jest szczególnie groźne dla istot żywych, mogą bowiem zostać porażone prądem. Jeśli linia jest obciążona to wówczas zabezpieczenie od uszkodzonego przewodu będzie miało szansę działania. Dotychczasowym problemem w stosowaniu tej funkcji była jej nadwrażliwość w przypadku występowania asymetrii, szczególnie przy małych wartościach prądu. Wielu użytkowników tej funkcji ustawiało ją na sygnalizację. Po wprowadzeniu nastawialnej blokady podprądowej tego kryterium, ustawionej powyżej występujących dla małych prądów asymetrii, nie ma obawy, że dojdzie do nieselektywnego (nadmiarowego) wyłączenia linii. Podsumowanie Zakład Schneider Electric Energy w Świebodzicach potrafił odnaleźć się w nowej rzeczywistości powszechnej globalizacji. Znakomita większość zespołów zabezpieczeń jest eksportowana do krajów na całym świecie. Rocznie produkuje się ok. 20 tys. zabezpieczeń serii P10 i ta liczba z roku na rok znacznie się zwiększa. Pozwala to na ciągłą rozbudowę działu rozwoju (R&D), jakości wyrobów oraz procesów produkcyjnych w zakładzie w Świebodzicach. Nowe opracowania oraz wdrożenia są tego znakomitym potwierdzeniem. Schneider Electric Energy Poland Sp. z o.o. Rys. 5. Funkcja detekcji uszkodzenia przewodu 76 ul.Strzegomska 23/27 58-160 Świebodzice tel. 74 854 88 77 www.schneider-energy.pl Rok LXXX 2012 nr 9