Проект реконструкции противоаварийной автоматики подстанции 500 кВ (Реконструкция ОРУ-500 кВ ПС 500 кВ). Стадия П, ИОС 3

Описание существующей системы противоаварийной автоматики на ПС 500 кВ

1.1.1 Автоматика разгрузки узла

В настоящее время установлены и функционируют на ПС следующие устройства ПА образующие АРУ:

- устройство дозировки управляющих воздействий (АДВ). Данное устройство выполнено с помощью модульной панели контроля мощности предшествующего режима (УКПР). Выбор управляющих воздействий осуществляется по контролируемой суммарной мощности по ВЛ 526 и 527 к шинам ПС двумя ступенями – 350 и 400 МВт. Срабатывание соответствующих ступеней УКПР осуществляется через 5 - 5,5 сек после достижения пеpетоком величины уставки и удерживается в течение этого же времени после снижения мощности. Это обеспечивает однозначное действие автоматики в переходных режимах. На выходе устройства формируются две ступени отключения нагрузки ОН-2Т =65 МВт, ОН-3Т=100 МВт;

- пусковыми органами для АДВ являются аварийные сигналы с локальных устройств ПА района управления - ФОЛ и ФОТ. Фиксация отключения ВЛ (ФОЛ) выполнена но положению выключателей с обеих сторон ВЛ 500 кВ. Аварийные сигналы о срабатывании устройств ФОЛ с ПС 500 кВ Ново-Анжерская и ПС 500 кВ Итатская передаются на ПС 500 кВ Томская по ВЧ каналам. Устройства ФОЛ ВЛ 500 кВ Итатская - Томская, ВЛ 500 кВ Ново-Анжерская - Томская также используются в качестве пусковых устройств ЦПА ПС 500 кВ Итатская. Фиксация отключения автотрансформаторов (ФОТ) выполнена по положению выключателей автотрансформатора на стороне 220кВ и контролем положения выключателя ОВ-220 при замене В-220 АТ на ОВ-220;

- устройство фиксации разрыва электропередачи 500 кВ ПС Томская - ОЭС Сибири (АРРП-500) выполнено по факту одновременного отключения ВЛ 526 и ВЛ 527, при отключении одной из ВЛ и ремонте другой, по факту одновременного отключения двух АТ 500/220 кВ на ПС Томская, при отключении одного из АТ 500/220 кВ и ремонте другого;

- устройства отключения нагрузки (УОН). В качестве исполнительных устройств используются устройства отключения нагрузки на ПС 220 кВ Восточная, ПС 220 кВ Асино, ПС 220 кВ Чажемто, ПС 220 кВ Володино и на ПС 110 кВ ЛПК Партнер-Томск. Команды на отключение нагрузки передаются с ПС Томская по высокочастотным каналам противоаварийной автоматики (КПА), образованным по ВЛ 220 кВ на ПС Восточная, ПС Асино, ПС Володино, ПС ГПП-220кВ, ПС Чажемто;

- устройства приема и передачи сигналов-команд РЗ и ПА по ВЛ-526, 527 (см. ИОС3.02).

1.1.2 Подсистема АЛАР

Автоматика ликвидации асинхронного режима предназначена для выявления асинхронного режима в контролируемом сечении энергосистемы и формирования управляющих воздействий, направленных на его ликвидацию. Нарушение синхронной работы генератора (или энергосистемы) происходит при нарушении статической или динамической устойчивости. Наиболее вероятно нарушение устойчивости и возникновение асинхронного режима по линиям связи электростанций с энергосистемой или линиям, связывающим отдельные энергосистемы.

Асинхронный режим характеризуется:

• устойчивыми глубокими колебаниями напряжения, токов и мощностей;
• изменением взаимного угла ЭДС генераторов хотя бы с одной из электростанций по отношению к ЭДС генераторов любой другой электростанции энергосистемы на угол, превышающий 360 град;
• возникновением разности частот между частями синхронной зоны, вышедшими из синхронизма, при сохранении электрической связи между ними.

Асинхронные режимы могут возникать вследствие:

• перегрузки линий электропередачи по условиям статической устойчивости;
• нарушений динамической устойчивости в результате аварийных возмущений;
• несинхронного включения линий электропередачи и генераторов.

Особый асинхронный режим возникает при потере возбуждения генератора.

Асинхронный режим в ЭС может приводить к повреждению оборудования электростанций, массовому нарушению электроснабжения потребителей в связи с:

• возможностью расширения аварийной зоны, возникновением более двух несинхронно работающих частей энергосистемы с дополнительным нарушением устойчивости и полной потерей контроля режима энергосистемы;
• перемещением ЭЦК по системе, сопровождающимся самоотключением групп энергопринимающих установок потребителей, оказавшихся вблизи ЭЦК, отключением ответственных механизмов собственных нужд электростанций;
• работой оборудования электростанций в режиме периодических изменений действующих значений токов и напряжений от минимальных до максимальных значений, возникновении дополнительных токов в замкнутых контурах ротора, вызывающих перегрев ротора и пр.

На ПС 500 кВ реализованы:

1. Автоматика ликвидации асинхронного режима (АЛАР) включает в себя:

Первая ступень фиксирует АР на своей линии по скорости снижения сопротивления (ФССС) и срабатывает после реверса мощности при первом асинхронном провороте (±Р). Скорость снижения сопротивления, отличающая АР от короткого замыкания, оценивается по интервалу времени между срабатыванием чувствительного и грубого реле сопротивления, который должен превышать уставку реле времени. Вторая ступень фиксирует АР по периодическому срабатыванию реле сопротивления, сочетающемуся с реверсом активной мощности (±Р), и срабатывает после фиксации счетчиком циклов (ФЦ) заданного количества циклов АР (2 и более). При этом контролируется длительность циклов (tц) АР: при превышении заданной длительности цикла устройство блокируется. Резервное устройство АЛАР - (АЛАР резервный). Фиксация АР производится путем фиксации колебаний фазного тока по последовательным срабатываниям грубого и возвратам чувствительного реле фазного тока с контролем длительности периода АР (tц) и с выдержкой времени (tв) на срабатывание устройства.

При срабатывание АЛАРр или АЛАРо происходит отключение ВЛ-526 с запретом ТАПВ и пуском команды №1 ТО (телеотключение). На ПС Томская АЛАР выполнена на микропроцессорной базе на ВЛ-526 (см. Таблица 1).

1.1.3 Подсистема АОПН

Автоматика ограничения повышения напряжения предназначена для ограничения длительности воздействия повышенного напряжения, опасных для высоковольтного оборудования, вызванных избытком реактивной мощности.

АОПН контролирует напряжение на линии (каждую фазу) и имеет две ступени срабатывания по напряжению - чувствительную и грубую. Первая ступень (грубая) срабатывает при превышении напряжения выше 1,4∙Uном и действует на отключение ВЛ-526 с запретом ТАПВ и пуском команды №1 ТО(телеотключение).

Вторая ступень фиксирует превышение напряжения более 1,2∙Uном и действует с первой выдержкой времени на включение ШР-500, а со второй на отключение ВЛ-526 с запретом ТАПВ и пуском команды №1 ТО (телеотключение), при условии стока реактивной мощности от линии к шинам выше заданной.

На ПС 500 кВ Томская так же реализовано устройство резервирования отказа выключателя при действии АОПН (УРОВ АОПН). УРОВ АОПН предназначен для фиксации отказа любого из выключателей ВЛ-526 при действии АОПН. При работе АОПН на отключение линии запускается логика работы алгоритма УРОВ АОПН. В случае отказа выключателя (факт отказа фиксируется отдельно для каждого выключателя по наличию тока через выключатель) УРОВ АОПН с выдержкой времени производит отключение АТ-1 и АТ-2 с запретом АПВ. На ПС Томская АОПН, УРОВ АОПН выполнены на микропроцессорной базе на ВЛ-526 (см. Таблица 1).

1.1.4 Подсистема АОСН

АОСН предназначены для предотвращения снижения напряжения в узлах энергосистемы в послеаварийных режимах до значений, недопустимых по условиям устойчивости нагрузки, и возникновения лавины напряжения.

Для ликвидации дефицита реактивной мощности устройства АОСН уменьшают ее потребление путем отключения шунтирующего реактора. При снижении напряжения ниже 0,96∙Uном срабатывает АОСН и отработав выдержку времени отключает ШР-500. На ПС Томская АОСН выполнена на микропроцессорной базе (см. Таблица 1).

Технические решения по реконструкции системы противоаварийной автоматики на ПС 500 кВ

1. На ПС 500 кВ  ранее была проведена модернизация части существующих устройств ПА, а остальная часть устройств выполнена на электромеханической базе и физически устарела. На конец 2012 года срок службы рассмотренных устройств составит от 3 до 32 лет. В  результате выявлена необходимость замены морально и физически устаревших устройств на II этапе (см. Таблица 1).

Модернизированные устройства выполнены на современной микропроцессорной элементной базе – микропроцессорные комплексы противоаварийной автоматики (МКПА), производства ООО «Прософт-системы». По данным производителя нормативный срок службы устройств МКПА составляет не менее 20 лет, это означает, что замена данных устройств может потребоваться только после 2029 года, и только при их неудовлетворительном состоянии. Поэтому в настоящей работе вопросы замены данных устройств не рассматриваются и должны решаться в перспективе 2029 года, с учетом фактического технического состояния оборудования.

2. Техническое состояние оборудования приема и передачи сигналов и команд РЗ и ПА на ПС 500 кВ Томская удовлетворительное. Реконструкция данных каналов выполнялись: в 2003 г. и в 2005 годах. Поэтому в настоящей работе вопросы замены данных устройств не рассматриваются.

3. Согласно [1] требуется установка устройств АЛАР и АЛАР ЗНПФ на всех ВЛ 500 кВ.

В следствии чего необходимо дооснастить ВЛ 500 кВ  – Ново-Анжерская (ВЛ-527) устройствами с функциями АЛАР и АЛАР ЗНПФ со стороны ПС Томская на II этапе (см. Таблица 4). Для обеспечения надежности ликвидации асинхронного режима необходимо установить на защищаемой ВЛ основной и резервный комплект АЛАР, защита от асинхронного режима при неполнофазной работе линии. Также необходимо дооснастить ВЛ 500 кВ Томская – Итатская (ВЛ-526) ПА с функцией АЛАР ЗНПФ и третью ступень АЛАР со стороны ПС Томская на II этапе, для более надежного функционирования АЛАР ВЛ 500 кВ Томская – Итатская.

4. Реконструкция существующей АРУ на ПС 500 кВ Томская в объем данного титула не входит, в результате чего замена данных устройств входящих в подсистему АРУ необходимо выполнить по другому титулу.

5. В соответствии с решениями принятыми по титулу «ВЛ 500 кВ с расширением ПС 220 кВ  (сооружение 500 кВ)» в части ВЛ 500 кВ и ВЛ 500 кВ Ново-Анжерская – Томская со стороны ПС Томская необходимо установить устройства ФОЛ, для нужд подсистемы АПНУ, данное устройство предусмотрено к установке по настоящему титулу на II этапе (см. Таблица 4).

6. В соответствии с выводами, сделанными ранее, возникает необходимость в реконструкции устройств ПА на 500 кВ Томская, а также возникает необходимость подключения цепей незаменяемых устройств ПА к реконструируемым выключателям ПС 500 кВ Томская и устройствам РЗ, АСУ ТП и т.д.

7. В результате расчетов режимов работы сети и статической устойчивости  необходимость к применению дополнительных устройств ПА не выявлена, в том числе и устройств АОПН и УРОВ АОПН на ВЛ 500 кВ – Ново-Анжерская. А так же в применение АОСН во вновь устанавливаемых шкафах ПА ВЛ-527 нет необходимости, так как увеличивает функциональную наполненность шкафов ПА ВЛ-527, что повлияет на эксплуатацию, и в соответствии с [1] требования по резервированию выполнены.

В соответствии с выводами, сделанными выше, по данному титулу на II этапе необходимо установить устройства АЛАР, АЛАР ЗНПФ, ФОЛ на ВЛ 500 кВ Томская – Ново-Анжерская (ВЛ-527), третью ступень АЛАР, АЛАР ЗНПФ, ФОЛ на ВЛ 500 кВ Томская – Итатская (ВЛ-526) со стороны ПС Томская. Описание устанавливаемых устройств приведено ниже.

Подсистема АЛАР

Автоматика ликвидации асинхронного режима предназначена для выявления асинхронного режима в контролируемом сечении энергосистемы и формирования управляющих воздействий, направленных на его ликвидацию.

На ПС 500 кВ Томская устанавливаются:

1. Трехступенчатая автоматика ликвидации асинхронного режима (АЛАРо).

Первая ступень АЛАРо срабатывает в первом цикле АР при смене знака мощности и при выполнении пусковых условий по значению сопротивления. По направлению смены знака мощности определяется характер асинхронного режима (с ускорением или торможением).

Вторая ступень АЛАРо действует по завершению заданного количества полных циклов АР. Направление переключения органа направления мощности в момент срабатывания выявляет направление скольжения и формирует сигналы «Ускорение» или «Торможение», которые, при необходимости, могут быть использованы для выбора УВ. Срабатывание ступени происходит при превышении числом зафиксированных циклов заданного значения уставки. Устройство контролирует длительность полных циклов АР, предельная продолжительность которых задается уставкой.

Третья ступень АЛАРо действует по завершении заданного количества срабатываний счетчика циклов второй ступени (обычно двух) с дополнительной выдержкой времени.

2. Автоматика ликвидации асинхронного режима с контролем частоты колебаний тока и выдержкой времени (АЛАРр)

АЛАРр включается на ток присоединения ВЛ-527 с помощью токового реле (органа) с регулируемым коэффициентом возврата. Фиксация АР производится путем фиксации колебаний фазного тока с помощью токового реле (органа) с контролем длительности периода АР (tц) и с выдержкой времени (tв) на срабатывание устройства.

3. Защита от асинхронного режима при неполнофазной работе линии (ЗНПФ).

ЗНПФ предназначена для ликвидации АР в условиях неполнофазной работы линии в связи с неполнофазным отключением или включением одного из ее выключателей.

Фиксация неполнофазного отключения выключателей производится по положению блок-контактов выключателей.

ЗНПФ выявляет АР по колебаниям действующего значения тока 3I0. Устройство действует с заданной выдержкой времени, контролируя при этом длительность полных циклов АР (см. Таблица 2).

Ориентировочная настройка устройств ЗНПФ на ПС 

Таблица 2.

Устройство фиксации отключения линии (ФОЛ)

Устройство ФОЛ предназначено для контроля схемы подключения линии электропередач и фиксации её электрического отделения от остальной схемы подстанции (распредустройства). ФОЛ является составной частью подсистемы АПНУ. Сигналы, выдаваемые УФОЛ, могут быть использованы в качестве аварийных сигналов и сигналов состояния схемы сети.

В соответствии с СТО 56947007-33.040.20.142-2013 устройство ФОЛ в месте его установки должно фиксировать:

-        трехфазное отключение линии до ТАПВ;

-        трехфазное отключение линии после неуспешного ТАПВ;

-        включенное состояние линии в том месте, где установлено устройство ФОЛ;

-        отключение одной фазы линии в цикле ОАПВ;

-        состояние «Ремонт линии»;

-        состояние «Работа линии».

Устройство ФОЛ должно предусматривать возможность передачи сигналов о состоянии линий как по каналам ТМ (длительно), так и по каналам устройств передачи аварийных сигналов и команд РЗ и ПА (УПАСК).

Контроль состояния линии в устройствах ФОЛ каждой стороны линии должен реализовываться посредством обмена информацией по каналам связи между устройствами ФОЛ, установленными на противоположных сторонах линии:

- состояние «Работа линии» должно фиксироваться в устройствах ФОЛ при включении линии как минимум с двух сторон;

- состояние «Ремонт линии» должно фиксироваться в устройствах ФОЛ при трехфазном отключении линии с любой стороны с выдержкой времени, отстроенной от времени неуспешного ТАПВ.

В устройствах ФОЛ должна быть предусмотрена возможность фиксации ремонта линии при помощи режимного ключа, а также при фиксации отключенного положения трех фаз линейного разъединителя линии.

В устройстве ФОЛ должны быть предусмотрены:

- контроль исправности блок-контактов линейного разъединителя и соответствующая сигнализация;

- сигнализация несоответствия положения режимного ключа ремонта фактическому состоянию линии.

Устройство ФОЛ получает сигналы от устройств автоматики выключателей линии электропередач, линейного разъединителя, а также устройств релейной защиты и преобразует их в выходные дискретные сигналы двух типов:

- аварийные сигналы - об отключении линии выключателями как аварийном событии;

- сигналы состояния - о длительном включенном или отключенном состоянии линии.

Аварийный сигнал «Отключение линии» выдается с максимальным быстродействием, обеспечиваемым ускоренным запуском УФОЛ от устройств фиксации отключения выключателей (УФОВ) до того, как выключатели или их приводы перешли в положение «Отключено».

Выходной аварийный сигнал ограничивается по времени, что обеспечивает возможность его передачи с использованием любой аппаратуры передачи команд с любым приоритетом.

Аварийный сигнал «Отключение линии» выдается при любом – аварийном (автоматическом) или плановом («ручном») отключении и только в том случае, если выключатели линии получили команду отключения трех фаз, независимо от того, произошло отключение выключателей или был отказ в отключении какой-либо одной или всех фаз какого-либо выключателя.

Аварийный сигнал «Отключение линии» не выдается при неуспешном включении линии (опробовании линии или замыкании транзита), когда ее первый включаемый выключатель после включения отключается релейной защитой или из-за собственной неисправности.

При трехфазном отключении линии релейной защитой с неуспешным ТАПВ сигнал «Отключение линии» выдается только один раз при первом отключении.

При манипуляциях с находящимися в ремонте выключателями линии и при ремонте линии (отключенном линейном разъединителе) устройство игнорирует любые операции с ее выключателями.

Устройство ФОЛ формирует два сигнала состояния — «Работа» и «Ремонт».

Изменение сигналов состояния не происходит при кратковременных изменениях положения коммутационных аппаратов линии. Отстройка обеспечивается выдержками времени.

Для предотвращения ложного определения состояния присоединения при ремонтных работах в цепях вторичной коммутации присоединения предусмотрена принудительная и приоритетная фиксация состояний «Ремонт» выключателей и линии.

Перечень устройств ПА, предусмотренных к установке

Производителя и тип микропроцессорных устройств ПА выбирает заказчик во время проведения конкурсных процедур по выбору поставщика. В одном микропроцессорном устройстве ПА возможна реализация нескольких видов ПА. При этом должно быть обеспечено резервирование (дублирование) устройств ПА.

При определении возможности совмещения в одном микропроцессорном устройстве ПА нескольких видов локальной ПА необходимо учитывать общие для этих видов ПА аналоговые и дискретные сигналы. Рекомендуется при наличии технической возможности (определяемой производителем оборудования) объединять в одном микропроцессорном устройстве несколько видов локальной ПА на объекте установки по данному титулу на II этапе (см. Таблица 4).

Объем поставки устройств ПА и требования к их исполнению (микропроцессорное, на базе электромеханических реле и т.д.) представлены в ИОС13.

Технические требования к устройствам ПА приведены в ИОС13.

Перечень устанавливаемых устройств ПА по данному титулу на II этапе

Таблица 4.

^(* - предусмотрена модернизация существующих устройств МКПА, с подключением к ним необходимых входных, выходных сигналов и перепрограммирование, для обеспечения функционирования логики АЛАР ЗНПФ, ФОЛ и третьей ступени АЛАР.