Автоматика ограничения перегрузки оборудования (АОПО) – это устройство противоаварийной автоматики, предназначенное для предотвращения недопустимой по величине и длительности токовой нагрузки линий электропередачи и электросетевого оборудования.
Возникновение недопустимых токовых загрузок сетевых элементов может быть обусловлено отключением нагруженных шунтирующих связей, отключением генераторов в дефицитной или сбросом нагрузки в избыточной части ЭЭС, изменение топологии электросети. Возникновение перегрузки сетевых элементов может привести к следующим последствиям:
- перегрузка провода линий электропередачи по току вызывает недопустимый нагрев провода, последствиями чего могут быть необратимые деформации провода, перегрев соединительных зажимов с возможным разъединением, провисание провода с опасностью возникновения пробоя;
- перегрузка по току (авто)трансформаторов вызывает износ изоляции и снижает срок эксплуатации трансформаторного оборудования.
Необходимость установки устройств АОПО определяется на этапе выполнения расчетов установившихся режимов работы. В некоторых случаях (например, при необходимости организации большого числа каналов ПА) вместо установки АОПО целесообразнее провести замену первичного оборудования, ограничивающего аварийно-допустимую токовую нагрузку АДТ (ТТ, ВЧЗ, разъединители или выключатели).
Применение: Установка устройств АОПО не требуется, если допустимая длительность перегрузки составляет 20 минут и более. В данном случае устранение перегрузки будет выполняться оперативно-диспетчерским персоналом.
Подключение к ТТ и ТН
Измерительные цепи по току устройства АОПО должны подключаться к цепям измерения измерительных ТТ с обмоткой класса точности не хуже 0,5, но при этом допускается использование обмоток ТТ с классом точности 10Р (5Р) при наличии обоснований (ГОСТ Р 55105-2019).
Примечание: Основная проблема подключения АОПО к измерительным кернам ТТ заключается в том, что существующая НТД не регламентирует погрешность измерительных кернов ТТ при токе, который превышает номинальный ток. В результате автоматика АОПО с уставками срабатывания выше номинального тока (>1,2∙Iном) в случае подключения к измерительным кернам ТТ окажется в неработоспособном состоянии, так как измерительные керны ТТ могут уйти в насыщение. Метрологические характеристики различных кернов ТТ представлены в ГОСТ 7746-2015 (Трансформаторы тока. Общие технические условия).
Измерительные цепи по напряжению устройства АОПО должны подключаться к измерительному ТН на защищаемом элементе, также допускается измерение действующего напряжения на системе (секции) шин, к которой подключен защищаемый элемент. Следует отметить, что в НТД (ГОСТ Р 55105-2019) класс точности, к которым подключается устройство АОПО, не представлен.
Схема подключения АОПО к ТТ и ТН представлена на рисунке.
Рис.1. Схема подключения АОПО к ТТ и ТН
Логика работы
Устройство АОПО должно иметь возможность задания несколько групп уставок. Группы уставок используются в случае необходимости смены уставок срабатывания:
- в зависимости от сезона года (лето/межсезонье/зима),
- в зависимости от состояния электросетевого оборудования, которая может оказывать влияние на токовую нагрузку линий электропередачи и электросетевого оборудования (выключателей, линий электропередачи или трансформаторного оборудования).
Каждая группа уставок должна предусматривать не менее трех ступеней с контролем величины и длительности токовой нагрузки защищаемого элемента.
Каждая ступень срабатывания автоматики АОПО должна контролировать превышение фазного тока в любой из трех фаз защищаемого элемента при заданной температуре окружающей среды. По факту превышения тока заданной уставки срабатывания формируется управляющее воздействие с заданной выдержкой времени. При этом для каждой ступени должна быть предусмотрена возможность задания нескольких выдержек времени на срабатывание.
Примечание: В зависимости от устройства контроль тока мог проводится не в трех фазах, а только в одной фазе (электромеханические устройства АОПО) или контролировался ток прямой последовательности (старые микропроцессорные версии алгоритмов АОПО).
Принципиальная схема ступени АОПО представлена на рисунке.
Рис.2. Принципиальная схема ступени АОПО
Формирование управляющих воздействий выполняется с контролем направления перетока активной мощности по защищаемому элементу. В зависимости от направления перетока активной мощности формируются различные управляющие воздействия:
- отключение генерации (ОГ) в избыточной части энергосистемы;
- длительная разгрузка турбины (ДРТ) или кратковременная разгрузка турбины (КРТ) с последующей длительной разгрузкой турбины (ДРТ) энергоблоков в избыточной части энергосистемы;
- автоматическая загрузка генераторов (АЗГ) в дефицитной части энергосистемы;
- отключение нагрузки (ОН) в дефицитной части энергосистемы;
- отключение защищаемого элемента с запретом АПВ без контроля перетока активной мощности;
- изменение режима работы и эксплуатационного состояния управляемых элементов электрической сети (вставок и передач постоянного тока);
- изменение топологии электрической сети: включение и отключение сетевого оборудования, которое не относится к защищаемому элементу электрической сети.
Характеристики срабатывания тока от температуры устройства АОПО может быть задана (выполнена) одним из трех способов:
П.1. Автоматика АОПО, в которой задана характеристика с оперативным выбором уставок срабатывания. Изменение уставок срабатывания АОПО выполняет оперативный персонал в соответствии с указаниями инструктивных документов.
П.2. Автоматика АОПО, в которой задана характеристика с автоматическим выбором уставок в зависимости от температуры окружающей среды. В данном случае на объекте электроэнергетики установлена метеорологическая будка с датчиками температуры, которые передают информацию о температуре окружающей среды в устройство АОПО. При этом характеристика срабатывания данного АОПО может быть задана в виде:
- ступенчатой функции;
- кусочно-линейной функции.
Рис.3. Характеристика срабатывания устройства АОПО
Обозначения на рисунке.
П.1- характеристика с оперативным выбором уставок срабатывания
П.2- ступенчатая функция в устройстве с автоматическим выбором уставок в зависимости от температуры окружающей среды
П.3- кусочно-линейная функция в устройстве с автоматическим выбором уставок в зависимости от температуры окружающей среды
Передача данных о значениях температуры от датчиков температуры осуществляется с помощью аналогового интерфейса, который обеспечивает передачу информации с помощью тока в диапазоне 4÷20мА (токовая петля), где 4 мА представляет наименьшее значение сигнала, а 20 мА представляет максимальное значение сигнала. В случае применения промежуточных преобразователей аналогового сигнала в цифровой сигнал передача информации может быть выполнена в цифровом формате (протокол IEC 61850-8-1 GOOSE).
Методика выбора параметров настройки (уставок) устройства АОПО
В зависимости от сезона года в автоматике АОПО должна быть задано несколько групп уставок: минимум две сезонные группы – летние и зимние. Для каждой сезонной группы уставок с целью обеспечения селективности автоматика АОПО должна выполняться многоступенчатой: иметь несколько ступеней срабатывания по току и выдержкам времени.
В связи с отсутствием методики выбора уставок, рассмотрим один из возможных вариантов параметрирования уставок срабатывания АОПО.
Первая ступень АОПО.
Уставка срабатывания выбирается по данным длительно-допустимой токовой нагрузки (ДДТН) и аварийной-допустимой токовой нагрузки (АДТН) оборудования. Уставка по току первой ступени АОПО должна задаваться равной:
В.1. либо значению тока ДДТН с коэффициентом 0,95, в случае если допускается перегрузка линии (ДДТН не равна АДТН);
В.2. либо значению тока АДТН, в случае если не допускается перегрузка линии (ДДТН равна АДТН).
Выдержка времени первой ступени АОПО должна быть отстроена от времени:
В.1. цикла (циклов при использовании многократного АПВ) АПВ ЛЭП (электросетевого оборудования), аварийное отключение которой может привести к недопустимой токовой нагрузке защищаемого элемента;
В.2. действия резервных защит и УРОВ защищаемого элемента, а также прилегающей электрической сети, короткое замыкание в которой приводит к увеличению токовой нагрузки защищаемого элемента выше уставки по току первой ступени АОПО.
По описанным критериям выдержка времени первой ступени будет находится в диапазоне 5-10 секунд.
Действие от первой ступени должно быть направлено на сигнал. Ступень обеспечивает сигнализацию оперативному персоналу объекта о превышении тока по оборудованию уставки срабатывания сигнальной ступени.
Вторая ступень АОПО
Уставка срабатывания второй ступени АОПО должна задаваться исходя из перегрузочной способности оборудования. Уставка по току второй ступени АОПО должна задаваться равной значению тока ДДТН.
Выдержка времени второй ступени определяться доступными управляющими воздействиями, обеспечивающими снижение токовой нагрузки защищаемого элемента. Первая выдержка времени второй ступени АОПО должна быть не менее 10 секунд, а последняя выдержка времени второй ступени АОПО не должна превышать разрешенное время работы с токовой нагрузкой, превышающей ДДТН (обычно 1200 секунд или 20 минут).
Действием второй ступени АОПО с первой и промежуточными выдержками времени должно быть направлено на реализацию управляющих воздействий (ОН, ОГ, ДРТ и т.д.).
Последующие ступени АОПО
В соответствии с информацией, предоставленной владельцем объекта электроэнергетики, АДТН для оборудования может быть задана в диапазоне от 1 минуты до 20 минут. В данном случае в логике работы АОПО появляются промежуточные ступени срабатывание. Уставки срабатывания для таких ступеней задаются равной значению тока АДТН, допустимой на время от 20 минут до 1 минуты. Выдержка времени выбирается ступенчатой от значения не менее 10 секунд, а последняя выдержка времени не должна превышать разрешенное время работы с токовой нагрузкой, превышающей АДТН. Количество выдержек времени i-й ступени АОПО должно определяться доступными управляющими воздействиями, обеспечивающими снижение токовой нагрузки защищаемого элемента.
Третья ступень. Уставка срабатывания должна задаваться равной значению тока АДТН, допустимой на время 20 минут
Четвертая ступень. Уставка срабатывания должна задаваться равной значению тока АДТН, допустимой на время 10 минут
Последняя ступень АОПО
Уставка по току последней ступени АОПО должна задаваться равной значению тока АДТН.
Выдержка времени последней ступени АОПО должно обеспечивать отстройку от цикла АПВ элемента электрической сети, отключение которого обусловило возникновение перегрузки, но не более 20 секунд.
Действие последней ступени АОПО должно быть направлено на отключение оборудования. При этом следует обратить внимание, что действие АОПО на отключение оборудование может вызвать последующую перегрузку на других элементах сети, которые остались в работе.
