Promelectro_#5_2014

ПРОЕКТУВАННЯ. БУДIВНИЦТВО. МОНТАЖ. ЕКСПЛУАТАЦIЯ. РЕМОНТ

“Тяжпроэлектропроект”. В частности, для выполнения проектов электроснабжения и подстанций была разработана нормаль проектной документации Н183-74, которая состоит из трех частей. Вторая часть этой нормали посвящена расчетам релейной защиты, а именно расчету дифференциальной защиты трансформатора с использованием реле ДЗТ-11 и реле РНТ-565.

С появлением в нашей жизни современных цифровых устройств релейной защиты у проектировщиков, которые выполняют проекты электроснабжения и подстанций, остро возник вопрос о том, каким образом выполнять соответствующий раздел проекта — расчет релейной защиты. Ведь существующие требования к расчету дифзащиты, описанные в нормали Н183-74, применяются к электромеханическим реле, а релейщики на подстанции требуют расчет дифзащиты к цифровой защите. Ко всему прочему можно добавить и тот факт, что зачастую проектные организации вообще не имеют соответствующей документации по расчету той или иной защиты. К тому же, данная документация является сугубо индивидуальной для конкретного цифрового терминала и имеется в наличии той организации, которая обеспечи­ вает наладку данной подстанции.

В результате всего этого, зачастую данный раздел проекта либо не выполнялся, либо выполнялся как с использованием на электромеханических реле, что в общем случае является не верным.

К сожалению, в связи с ограниченностью доступа к данной информации, удалось проанализировать лишь некоторые руководства к цифровым терминалам, которые удалось найти в отрытых источниках. В результате проведенного анализа были выявлены основные сходства в расчетах при настройке того или иного цифрового терминала, что и побудило высветить те общие моменты, характерные для любых микропроцессорных устройств.

Поэтому в данной статье сделана первая попытка осуществить унификацию расчета дифференциальной защиты силового трансформа­ тора, выполненной на основе современного циф­ рового терминала, выпущенного тем или иным производителем, что послужит огромной помощью проектировщикам электрикам.

Основные положения

Дифференциальная защита обеспечивает быстрое и надежное отключение внутренних повреждений силовых трансформаторов (междуфазные повреждения, межвитковые повреждения и замыкания на землю).

Основными характеристиками дифференциальных реле являются: быстродействие, стабильность при внешних повреждениях и чувстви-

тельность к повреждениям в зоне защиты. Для обеспечения надежной работы дифференциальной защиты особое внимание следует уделять расчету уставок и проверке трансформаторов тока.

Алгоритм функции дифференциальной защиты основан на сравнении токов соответствующих фаз на обеих сторонах защищаемого объекта. Если дифференциальный ток в любой из фаз превышает значение тока срабатывания на соответ­ ствующем участке рабочей характеристики, функция генерирует сигнал отключения.

Сутью расчета дифференциальной защиты, выполненной на микропроцессорных терминалах, является расчет характерных точек рабочей характеристики, которые фактически определяют вид кривой на рис. 1 и задания определенных коэффициентов в цифровой терминал.

На рис. 1 показана обобщенная рабочая характеристика дифференциальной защиты.

Данная кривая характерна для большинства видов защит, выполненных на цифровых терминалах разных фирм производителей (Sepam, Areva, ABB, Siemens и т.д.). Несомненно, для каждого цифрового терминала существуют свои нюансы и требования к выполнению расчетов дифзащиты, что отражается в руководстве по расчету уставок конкретного реле. Однако, вид рабочей характеристики и расчет ее основных параметров для всех устройств является идентичной, что позволяет в некоторой степени унифицировать расчеты и разработать единую форму подачи материала.

На рис. 1 схематически представлена рабочая характеристика микропроцессорной диф­ ференциальной защиты. Условно рабочую характеристику можно разделить на 4 части:

•  прямой участок — задает максимальную чувствительность срабатывания дифзащиты, фак-

Рис. 1. Вид рабочей характеристик дифференциаль-

ной защиты

№5 (89) 2014 жовтень • Промислова електроенергетика та електротехніка		41

ПРОЕКТУВАННЯ. БУДIВНИЦТВО. МОНТАЖ. ЕКСПЛУАТАЦIЯ. РЕМОНТ

тически определяет начальный ток срабатывания реле;

•  первый излом (первая наклонная прямая) —

первая часть тормозной характеристики, задает начальный коэффициент торможения. Этот участок характеристики характеризуется наличием малых токов КЗ, когда погрешность трансформаторов тока минимальна. При возникновении КЗ в зоне защиты тормозной ток равен половине дифференциального, а при внешнем КЗ — равен дифференциальному.;

•  второй излом (вторая наклонная прямая) —

вторая часть тормозной характеристики, задает начало участка характеристики с постоянным коэффициентом торможения равным 100%;

•  прямой участок — зона срабатывания диф­ ференциальной отсечки.

Рабочая характеристика строится в относительных единицах:

•  ось абсцисс — отношение тормозного тока (It) к номинальному первичному току трансформатора (In1);

•  ось ординат — отношение дифференциального тока (Id) к номинальному первичному току трансформатора (In1);

Таким образом, выполнение расчета дифзащиты можно свести к следующим основным пунктам, которые детально будут показаны в следующем разделе.

Расчет основных этапов дифзащиты трансформатора

1. Определение базовых величин — рас-

чет номинальных токов трансформатора для первичной и вторичной обмоток, определение номинальных коэффициентов трансформации трансформаторов токов, задание группы соединений обмоток трансформатора.

В качестве базисной мощности (Sбаз) для всех сторон принимается номинальная мощность защищаемого трансформатора (рис. 2). Если обмотки трансформатора имеют разную

мощность, то в качестве базисной для всех сторон принимается мощность наиболее мощной обмотки трансформатора.

В качестве номинального напряжения (Uном) принимаются номинальные напряжения сторон А, B. Базисная мощность, номинальные напряжения сторон трансформатора задаются в качестве уставок.

2. Определение нормированной чувстви-

тельности — определяет максимальную чувствительность защиты на холостом ходу трансформатора.

Уставка Basic setting определяет максимальную чувствительность защиты в режиме холостого хода трансформатора (рис. 3). В номинальном режиме работы силового трансформатора потери холостого хода не превышают 1% номи­ нальной мощности. Однако, при внезапном увели­- чении напряжения с питающей стороны, вызванном коммутационными процессами в системе, ток намагничивания может значительно увеличиваться. Причем увеличение напряжения на несколько процентов вызывает увеличение тока намагничивания на десятки процентов. Это явление должно быть учтено при выборе уставки

Basic setting.

Так как первый наклонный участок рабочей характеристики с начальным коэффициентом торможения (Starting ratio) начинается от значения тормозного тока Ibias=0,5 · In, а также, учитывая потери холостого хода трансформатора, расчет уставки базовой чувствительности сводится к следующему:

Basic setting = 0,5 × Starting ratio + P’,

где P’ — представляет потери холостого хода трансформатора при максимальном напряжении. Обычно P’=10%, если реальные значения потерь неизвестны.

Например, пусть уставка Starting ratio = 19% и потери холостого хода примем не более 10%. Тогда значение уставки равно:

Basic setting = 0,5 × 19% + 10% = 19,5%.

	Iбaз,A =	Sбaз		Iбaз,B =		Sбaз
		3·Uнoм,A				3·Uнoм,B

Рис. 2. Схема дифзащиты трансформатора

Рис. 3. Уставка базовой чувствительности характе-

ристики

42	Промислова електроенергетика та електротехніка • №5 (89) 2014 жовтень

ПРОЕКТУВАННЯ. БУДIВНИЦТВО. МОНТАЖ. ЕКСПЛУАТАЦIЯ. РЕМОНТ

3. Определение начального коэффициен-

та торможения. Теоретически, в режиме нормальной нагрузки, дифференциальный ток равен нулю. Однако, из за погрешности ТТ и наличия регулятора РПН (силовые трансформаторы с РПН), значение дифференциального тока в нормальных условиях отличается от нуля. Увеличение тока нагрузки вызывает пропорциональное изменение дифференциального тока.

Уставка начального коэффициента торможе­ ния (Starting ratio) определяет рабочую характеристику защиты на участке между первой (фиксированная точка =0,5 · In) и второй (уставка Turn-point 2) точками рабочей характеристики (рис. 4). На этом участке увеличение тока нагрузки вызывает увеличение значения дифференциального тока, необходимого для срабатывания защиты.

Уставка начального коэффициента торможения (Starting ratio) рассчитывается как сумма погрешностей ТТ на обеих сторонах трансформатора, диапазона регулирования РПН (если не компенсируется автоматически), рабочей погрешности реле (4%) и запаса (обычно 5%)

Например, пусть на обеих сторонах трансформатора применяются ТТ класса 5P10 (т.е. максимальная полная погрешность равна 5%) и РПН с диапазоном ±9 · 1,67%.

Тогда расчет уставки выглядит следующим образом:

Starting ratio = 5% (ТТ на стороне ВН) +

+ 5% (ТТ на стороне НН)+ 9 × 1,67% (РПН) + + 4% (реле) + 5% (запас) = 34%.

Если используется автоматическая компен­ сация небаланса вносимого РПН (на вход функционального блока диф. защиты подведена инфор­мация о положении переключателя РПН), то уставка

Starting ratio = 5% + 5% + 4% + 5% = 19%.

4. Нахождение второй точки излома рабо-

чей характеристики. Вторая точка излома определяет начало участка характеристики с постоян-

ным коэффициентом торможения равным 100%. Т.е. за этой точкой, увеличение дифференциального тока равно соответствующему увеличению стабилизирующего тока (рис. 5).

Определение уставок дифференциальной защиты всегда является альтернативой между стабильностью и чувствительностью. Чем меньше значение уставки второй точки излома, тем более стабильна, но менее чувствительна защита. И наоборот, большее значение уставки соответствует увеличению чувствительности и ухудшению стабильности защиты.

5. Определение уставки дифференциаль-

ной отсечки Idiff>>. Дифференциальная отсечка (Inst. setting) рекомендуется к использованию совместно с стабилизированной ступенью дифференциальной защиты. Основное назначение диф. отсечки — быстрое отключение внутренних повреждений с большим током. С точки зрения нечувствительности к броскам тока намагничивания уставка дифференциальной отсечки выбирается достаточно большой и поэтому она не блокируется по второй гармонике. Пиковое значение асимметричного тока намагничивания трансформатора значительно выше, чем пиковое значение симметричного тока намагничивания. Обычно, амплитуда составляющей основной частоты в токе намагничивания составляет только половину пикового значения тока намагничивания. Таким образом, уставка по току дифференциальной отсечки может быть ниже пикового значения тока намагничивания.

Рекомендуемое значение уставки диф­- ференциальной­ отсечки обычно находится в пределах 6–10.

Назначение этой уставки — блокировка дифференциальной защиты в режимах внезапного повышения напряжения (или падения частоты). Причиной блокировки является возрастание тока намагничивания протекающего по первичной обмотке, что влияет на увеличение дифференциального тока. Явления, связанные с внезапными

Рис. 4. Рабочая характеристика защиты с торможением

Рис. 5. Вторая точка излома характеристики

№5 (89) 2014 жовтень • Промислова електроенергетика та електротехніка		43

ПРОЕКТУВАННЯ. БУДIВНИЦТВО. МОНТАЖ. ЕКСПЛУАТАЦIЯ. РЕМОНТ

изменениями напряжения и частоты характерны для применений в условиях электростанций и поэтому блокировка по пятой гармонике не применяется в схемах защиты сетевых трансформа-

торов. Уставка 5.harm.block = Not in use.

Согласно многим исследованиям пятая гармоника тока намагничивания наиболее подходит для контроля намагничивания силовых трансформаторов. Существует две основных причины для этого. Во-первых, составляющая пятой гармоники увеличивается, когда магнитопровод начинает насыщаться. Во-вторых, в других случаях, например при насыщении трансформаторов тока составляющая пятой гармоники не такая значительная.

6.Коррекция трансформаторов тока (компенсация векторной группы). Так как вторичные токи ТТ на стороне низшего напряжения защищаемого трансформатора отстают от вторичных токов ТТ на стороне его высшего напряжения на угол, соответствующий группе соединения обмоток защищаемого трансформатора, в обычно применяемых дифзащитах компенсируют токи путем включения вторичных обмоток в схему соответствующую группе соединений. На стороне трансформатора соединенной в звезду вторичные обмотки соединяют в треугольник, а на стороне треугольника трансформаторы тока собирают в звезду.

В основном в микропроцессорных термина­ лах защиты данная коррекция производится на программном уровне путем выбора соответству­ ющих параметров и не требует дополнительных расчетов.

7.Исключение тока нулевой последова-

тельности. Для предотвращения ложного срабатывания дифференциальной защиты, при внешних КЗ на землю, из-за попадающих в защиту токов нулевой последовательности, протекающих

кместу КЗ через заземленную нейтраль обмотки трансформатора, подключенной к сети с КЗ (рис. 6), необходимо из вторичных фазных токов, подаваемых на защиту вычитать эти токи нулевой последовательности (выполнять компенсацию фазных токов током нулевой последователь­ ности).

Рис. 6. Ток однофазного замыкания на землю

Уставка согласования групп соединений осуществляется путем задания номера группы соединения­ обмоток защищаемого трансформатора при условии стандартного подключения фазных токов на сторонах высшего и низшего напряжения — включение по схеме звезды с нормальной фазировкой трансформаторов тока

Данная коррекция производится на програм­ мном уровне путем выбора соответствующих групп соединения обмоток высшего и низшего напряжения трансформатора и не требует допол­ нительных расчетов.

8. Блокировка по второй гармонике (блокировка от тока намагничивания). При включе-

нии ненагруженного трансформатора, ток включения может принимать значения, в несколько раз превышающие номинальный ток трансформатора. Для предотвращения ложного срабатывания дифференциальной защиты от броска тока намагничивания используется блокировка по току 2-й гармоники, так как ток включения трансформатора содержит значительную часть высших гармоник с двойной частотой сети. При этом в дифференциальном токе определяются составляющие основной гармоники If и второй гармоники I2f0. Если отношение I2f0/If00хотя бы в одной измерительной системе дифзащиты превышает определенное выставляемое значение, то производится блокировка срабатывания реле. Блокировка не выполняется, если дифференци­ альный ток превышает установленный порог. Ука­ занная величина устанавливается в виде уставки

Idiff>>Для. некоторых микропроцессорных устройств рекомендуемая уставка по содержанию второй гармоники для блокировки дифференциальной защиты силового трансформатора равна

I2f0/If0=15%.

Также следует иметь ввиду что, если трансформатор длительное время находился в обесточенном состоянии (например, после хранения на складе), остаточное намагничивание сердечника может быть очень малым, что может привести к несрабатыванию блокировки при первом включении. Поэтому, при первом включении трансформатора, уставка уровня содержания второй гармоники может быть уменьшена до 10%.

9. Блокировка по пятой гармонике (блокировка от насыщения сердечника трансформатора при перенапряжениях). При эксплуатации трансформатора с напряжением выше номинального возникает насыщение сердечника трансформатора, что может привести к появлению дифференциального тока превышающего уставку дифзащиты, а значит к ложному срабатыванию дифференциальной защиты. Возможность устранения ложного срабатывания дифференциальной защиты основана на том, что ток при насыщении

44	Промислова електроенергетика та електротехніка • №5 (89) 2014 жовтень

ПРОЕКТУВАННЯ. БУДIВНИЦТВО. МОНТАЖ. ЕКСПЛУАТАЦIЯ. РЕМОНТ

защищаемого трансформатора содержит значительную часть высших гармоник с пятикратной частотой сети. При этом в дифференциальном токе определяются составляющие основной гармоники If0 и пятой гармоники I5f0. Если отношение I5f0/If0 превышает установленное значение и величина дифференциального тока меньше, чем 4Iбаз, происходит блокирование срабатывания реле. Блокировка не выполняется, если величина дифференциального тока превышает уставку Idiff>>.

Общие рекомендации

1.При защите силовых трансформаторов, значение уставки Turn-point 2 обычно принимается в диапазоне 1,5–2. При выборе значения 1,5, защита более стабильна к внешним повреждениям, в то время как при выборе уставки равной 2,0 обеспечивается более высокая чувствительность к внутренним повреждениям.

2.Силовые трансформаторы являются ферромагнитным устройством. В момент постановки трансформатора под напряжение происходит намагничивание сердечника трансформатора, что сопровождается большим потреблением тока цепи намагничивания — явление известное как бросок тока намагничивания. Дифференциальная защита воспринимает ток намагничивания как чистый дифференциальный ток. Поэтому для предотвращения ложной работы защиты при постановке трансформатора под напряжение необходимо принимать дополнительные меры.

3.Так как трансформаторы являются нели­ нейным­ элементом сети, ток намагничивания характеризуется наличием высших гармоник. Содер­жание второй гармоники в токе намагничивания зависит от конструкции трансформатора, материалов и остаточного намагничивания стали сердечника. Поэтому уставка по уровню второй гармоники для блокировки защиты не может быть рассчитана непосредственно. На практике для определения содержания второй гармоники в токе намагничивания используют запись процесса постановки трансформатора под напряжение.

4.Рекомендуемая уставка по содержанию второй гармоники для блокировки дифференциальной защиты силового трансформатора равна

I2f/I1f>=15%.

5. Следует помнить, что если трансформатор длительное время находился в обесточенном состоянии (например, после хранения на складе), остаточное намагничивание сердечника может быть очень малым, что может привести к несрабатыванию блокировки при первом включении. Поэтому, при первом включении трансформа­ тора, уставка уровня содержания второй гармоники может быть уменьшена до 10%.

6.Основной проблемой при задании уствок является то, что зависимость составляющей 5-й гармоники от перенапряжения для конкретного трансформатора должна быть известна. Максимальные уровни напряжения и параметры магнитопровода зависят от конструкции трансформатора. Только производитель знает как перенапряжение или коэффициент U/f влияет на уровень составляющей 5-й гармоники. Значение, часто используемое для блокировки, равно 35%, но допустимость данного значения в каждом случае тяжело определить без наличия реальных кривых, которые должен обеспечить производитель.

7.Также необходимо отметить, что снятие блокировки по 5-й гармонике или при достижении лимита деблокировки или снижения уровня составляющей 5-й гармоники при значительном повышении напряжения, не является гарантией срабатывания реле. Срабатывание защиты произойдет только в случае, если значение тока намагничивания (дифференциального тока, с точки зрения реле) будет находиться в зоне срабатывания защиты и следовательно, например, ток нагрузки будет определяющим для срабатывания защиты.

8.Как заключение можно утверждать, что если функция блокировки/деблокировки по пятой гармонике используется, кривые намагничивания трансформатора должны быть известны, так как при увеличении напряжения, уровень насыщения и уровень составляющей пятой гармоники зависит от конструкции трансформатора. Если известны кривые намагничивания или форма кривой тока при росте напряжения была записана

ипроанализированы гармонические составляющие, значения уставок можно определить.

Пример расчета

Возьмем в качестве примера выполнение расчета дифференциальной защиты масляного­ трансформатора ТМ-4000/35/6 кВ, на базе микропроцессорного терминала RET 615 (рис. 7).

1. Определение исходных данных для рас­чета (табл. 1)

Рис. 7. Поясняющая схема подключения трансфор­ матора

№5 (89) 2014 жовтень • Промислова електроенергетика та електротехніка		45

ПРОЕКТУВАННЯ. БУДIВНИЦТВО. МОНТАЖ. ЕКСПЛУАТАЦIЯ. РЕМОНТ

Таблица 1

№		Расчетная	Числовое обозначение для обмоток
	Наименование величин			трансформатора
п/п		формула
			37 кВ	6,3 кВ

1Первичный номинальный ток на сторонах

защищаемого трансформатора, соответству-

Int = Snt / (√

4000 / (√

3·35) = 66

4000 / (√

3·6,3) = 366,6

3·Un)

ющий его номинальной мощности, А

2

Схема соединений обмоток силового транс-

—

Yн

D

форматора

3

Схема соединений вторичных обмоток транс-

—

Yн

Yн

форматоров тока

4

Группа соединений обмоток трансформа-

—

0

11

тора

5

Расчетные коэффициенты трансформации

nm = Int / 5

66 / 5 = 13

—

трансформаторов тока

nm = √

3 · Int / 5

—

(√

3 · 366,6) / 5 = 127

6

Номинальный первичный ток трансформа-

Ip

300

2000

торов тока

2.Компенсация векторной группы. Ком­ пенсация векторной группы силового трансформатора выполняется при помощи уставок:

HV сonnection = YN; LV сonnection = d; Clock number = 11; CT connection = Type I; I0 elimination = Not in use.

3.Исключение тока нулевой последова-

тель­ности. Для принятой группы соединений обмоток силового трансформатора исключение тока нулевой последовательности не производится:

I0 elimination = Not in use.

4.Коррекция коэффициентов трансфор­ мации трансформаторов тока (табл. 2). Рас­ считываем коэффициент масштабирования для стороны 37 и 6,3 кВ:

Scaling = Ip / Int.

Таблица 2

Сторона ВН	Сторона НН
уставка	уставка
Scaling = 300 / 65,98 =	Scaling = 2000 / 366,6 =
= 4,547	= 4,456

5. Начальный коэффициент торможения

(табл. 3). Уставка начального коэффициента торможения (Starting Ration) рассчитывается как сум­ ма погрешностей ТТ на обеих сторонах трансформатора, диапазона регулирования РПН, рабочей погрешности реле (4%) и запаса (обычно 5%).

Таблица 3

Погрешность ТТ стороны ВН, %	10
Погрешность ТТ стороны НН, %	10
Диапазон регулирования РПН, %	0
Рабочая погрешность реле, %	4
Запас, %	5
Итого Starting Ratio, %
	29

6.Определение базовой чувствительно­ сти. Уставка Basic setting определяет макси­ мальную чувствительность защиты в режиме холостого хода трансформатора:

Basic setting = 0,5 × Starting ratio + P’,

где P’ — потери ХХ трансформатора. Поскольку потери ХХ неизвестны, принимаем

P’=10%:

Basic setting = 0,5 × Starting ratio + P’ =

=0,5 × 29 + 10 = 24,5.

7.Первая точка излома рабочей характе­ ристики. Первая точка излома определяется как:

Turn-Point 1 = 0,5 × Int = 0,5 × 66 = 33.

8.Вторая точка излома рабочей характе-

ристики. Для микропроцессорных защит на реле RET615 вторая точка излома Turn-point 2 принимается равной в диапазоне от 1,5 до 2 (согласно рекомендации завода-изготовителя).

При выборе значения 1,5, защита более стабильна к внешним повреждениям, в то время как при выборе уставки равной 2,0 обеспечивается более высокая чувствительность к внутренним повреждениям.

Принимаем значение уставки равной 1,75. Turn-Point 2 = 1,75

9.Блокировка тока по второй гармонике.

Блокировка тока по второй гармонике производится для блокировки срабатывания дифзащиты при возникновении тока намагничивания трансформатора. Данная уставка задает минимальное отношение величины второй гармоники к первой

вдифференциальном токе.

Рекомендуемая уставка по содержанию второй гармоники для блокировки дифференциальной защиты силового трансформатора равна

I2f/I1fПринимаем≥15%. значение уставки равной 15%: I2f : I1f = 15%.

46	Промислова електроенергетика та електротехніка • №5 (89) 2014 жовтень

ПРОЕКТУВАННЯ. БУДIВНИЦТВО. МОНТАЖ. ЕКСПЛУАТАЦIЯ. РЕМОНТ

10.Дифференциальная отсечка (Inst. set­ ting). Дифференциальная отсечка (Inst.setting) рекомендуется к использованию совместно со стабилизированной ступенью дифференциальной защиты. Основное назначение диф. отсечки — быстрое отключение внутренних повреждений с большим током.

Рекомендуемое значение уставки диффе­ ренциальной отсечки обычно находится в преде-

лах 6–10.

Принимаем значение уставки равной 7. Inst.setting = 7.

11.Блокировка тока по пятой гармонике

(5.harm.block). Назначение этой уставки — блокировка дифференциальной защиты в режимах внезапного повышения напряжения (или падения частоты). Причиной блокировки является возрастание тока намагничивания протекающего по первичной обмотке, что влияет на увеличение дифференциального тока. Явления связанные с внезапными изменениями напряжения и частоты характерны для применений в условиях электростанций и поэтому блокировка по пятой гармонике не применяется в схемах защиты сетевых трансформаторов.

Принимаем уставку: 5.harm.block = Not in use.

12.Определение минимальной уставки срабатывания защиты. Ток срабатывания диф-

ференциальной защиты тормозной характерис­ тики выбирается по условию отстройки от соот-

ветствующего расчетного тока небаланса по выражению:

Ids > Котс. Iнб.р = 1,1 × 0,120 = 13,200 × 100% = 13,20%,

где Котс=1,1 — коэффициент отстройки, учиты­ вающий погрешность реле, ошибки расчетов, запас; Iнб.р — расчетный ток небаланса, определяется выражением:

Iнб.р = Iнб1 + Iнб2 + Iнб3 = 0,120,

где Iнб1=0,1 — ток небаланса, обусловленный погрешностью трансформаторов тока; Iнб2=0,0

— ток небаланса, обусловленный регулированием напряжения; Iнб3=0,02 — ток небаланса, обусловленный погрешностью выравнивания плеч, погрешностью преобразования АЦП и т.п.;

Iнб1=Кпер × Кодн × EPS = 1,0 × 1,0 × 0,10 = 0,1 А

где Кпер=1,0 — коэффициент, учитывающий пере­ ходный режим; Кодн=1,0 — коэффициент однотипности трансформаторов тока; EPS=0,1 — полная погрешность трансформаторов тока;

Iнб2 = dU / (1 – dU) = 0,0 / (1 – 0,0) = 0,0 A,

где dU=0,0 — коэффициент учитывающий регулирование напряжения;

Iнб3 = Кнб3 = 0,02 A,

где Кнб3=0,02 — по данным фирмы производителя.

Поскольку Ids=13,20% < Ids=30%, то принимаем минимальную уставку срабатывания за­-

щиты Ids=30%.

Литература

1.Нормаль проектной документации Н183-74. Электроснабжение и подстанции. Расчеты (в трех частях). Часть 2. Релейная защита. — М: ВНИПИИ “Тяжпроэлектропроект”, 1974.

2.Дифференциалная защита Diff6T в составе терминалов RET54. Руководство по применению и выборов уставок. ABB.

3.АББ Автоматизация. Рекомендации по применению и выбору уставок функции дифференциальной защиты трансформаторов терминала RET521 / Под ред. А.М. Дмитренко. — М., 2003. — 30 с.

4.АББ Автоматизация. Рекомендации по применению и выбору уставок функции дифференциальной защиты трансформаторов терминала RET670.

5.Areva. Методические рекомендации по выбору уставок дифференциальной защиты трансформатора на реле серии MiCOM P63x.

6.Техническая коллекция Schneider Electric. Выпуск № 9. Методика расчета уставок дифференциальной защиты трансформаторов (Sepam T87).

№5 (89) 2014 жовтень • Промислова електроенергетика та електротехніка		47

применение преобразователя частоты со встроенными интеллектуальными сервисами

сцелью увеличени времени готовности

кработе системы электропривода

На международном форуме Hannover Messe, проходившем в Германии в апреле 2014 года,

компания Schneider Electric — мировой эксперт в управлении энергией — представила Altivar® Process — линейку преобразователей частоты для электродвигателей мощностью от 0,75 кВт до 1,5 МВт. Это первый на рынке преобразователь частоты со встроенными интеллектуальными сервисами.

Преобразователи частоты появились на рынке сравнительно давно и с тех пор широко применяются

вразнообразных отраслях промышленности. Не смотря на текущую популярность преобразователей частоты, остаётся ещё множество нереализованных возможностей их использования с целью создания высокоэффективных производственных условий.

Сейчас феномен преобразователей частоты можно сравнить с использованием автомобилей в 1960-х годах. Несмотря на то, что многие семьи в высокоразвитых странах с высоким уровнем доходов уже владели автомобилями

вто время, безопасность их использования не была приоритетом. В течение последних пятидесяти лет на различных уровнях постепенно появилось множество нововведений

вобласти автомобильной безопасности. Обучение водителей стало более формализованным и основательным; появились ремни и подушки безопасности, краш-тесты; были снижены ограничения скорости; компьютеризированные автомобильные технологии, такие как круиз-контроль, упростили управление автомобилем; стали более строгими требования относительно употребления алкоголя за рулём; радары и вибро-звуковая разметка предотвращают увлечение водителей высокими скоростями; повысилось качество дорожных покрытий, разметки и знаков; а усовершенствованные системы торможения и рулевого управления сделали вождение ещё более безопасным.

Врезультате этих нововведений количество погибших по причине ДТП в развитых странах существенно снизилось.

Аналогично ситуации с автомобилями в 1960-х, хотя количество установленных преобразователей частоты в настоящее время велико, способы их использования и обслуживания ещё далеки от совершенства. В результате, пользователи преобразователей частоты не могут в полной

Рис. 1. Текущая стратегия обслуживания в промышленности

мере воспользоваться возможными преимуществами — экономией энергии и минимизацией времени простоя оборудования. Эта статья поясняет, как использовать преобразователи часты с целью контроля над производительностью системы, а также показывает, как эти устройства могут выполнять функцию “преобразователя частоты с интеллектуальными сервисами”.

Большинство преобразователей частоты устанавлива­ ются в цепочке с другими электромеханическими (транс­ форматоры, автоматические выключатели, двигатели) и механическими (муфты, механические передачи) устройствами. Все вместе они составляют так называемую “систему электропривода”. Однако преобразователи частоты существенно отличаются от своих партнёров по системе электропривода. Преобразователи частоты — это электронные устройства и только они в системе обладают встроенными вычислительными возможностями. Эти вычислительные возможности позволяют воплотить концепцию преобразователя частоты с интеллектуальными сервисами. Концепция преобразователя частоты с интеллектуальными сервисами позволяет не только уменьшить время простоя самого преобразователя частоты, но и использовать его в качестве интеллектуального датчика для всей системы электропривода, например, для контроля момента, температуры, напряжения и потребляемой мощности.

В настоящее время общепринятым считается, что из всех работ по обслуживанию 60% являются реактивными, 30% — превентивными, а 10% — прогнозирующим. Реак­ тивное или корректирующее обслуживание — результат возникновения неожиданной проблемы или аварийной ситуации. Превентивное обслуживание представляет собой систематические проверки и выявление потенциальных проблем до их возникновения. Прогнозирующее обслуживание — это разновидность превентивного обслуживания, которое заключается в оценке и прогнозировании состояния оборудования с течением времени при помощи математической оценки вероятностей с целью оценки рисков повреждений и простоев оборудования. Концепция преобразователя частоты с интеллектуальными сервисами позволяет менеджерам на производстве и обслуживающему персоналу увеличить долю прогнозирующего обслуживания за счёт других видов.

Сигнализация

Для того, чтоб преобразователь частоты мог полноценно выполнять свои функции своевременного автоматического информирования персонала о приближающейся и или уже случившейся неполадке в режиме реального

48	Промислова електроенергетика та електротехніка • №5 (89) 2014 жовтень

времени, он должен быть подключён должным образом. Преобразователи частоты с интеллектуальными сервисами используют для связи как локальные сетевые протоколы, так и WEB-сервисы. Приводы могут управляться как локально по месту установки, так и дистанционно в зависимости от топологии системы автоматизации. Для информирования оператора об отклонениях в функционировании оборудования могут использоваться автоматические сообщения по электронной почте или короткие текстовые сообщения (СМС). Необходимо подчеркнуть, что функциональность преобразователя частоты с интеллектуальными сервисами состоит не только в рассылке предупреждений о проблемах с преобразователем частоты, но и в контроле состояния всей системы электропривода.

Удалённая техническая поддержка

Малое количество отказов частотных преобразователей, а также частая смена персонала на производствах приводят к тому, что всё более актуальным становится передача на аутсорсинг работ по диагностике и устранению неполадок. Сертифицированные технические эксперты и специалисты по обслуживанию в настоящее время постоянно готовы к общению по телефону или онлайн.

В своей работе по диагностике и обслуживанию преобразователей частоты эксперты используют такие инструменты как QR (quick response)–код для преобразователей частоты, не интегрированных в коммуникационные сети предприятия, и удалённый контроль для преобразователей частоты, которые имеют доступ к сети Интернет. Такие специалисты обучаются и сертифицируются для решения таких задач как введение в эксплуатацию, диагностика, подбор запасных частей, устранение неполадок и превентивное/ прогнозирующее обслуживание.

Для иллюстрации работоспособности такого процесса приведём пример:

“Один из регионов среднего запада США пострадал от мощного торнадо. Крыша машинного зала одного из производств была полностью разрушена. В результате

Рис. 2. Сканирование QR-кода с лицевой панели преобразователя частоты

сильного дождя из строя вышли пять насосов, управляемых преобразователями частоты. На следующий же день новые приводы были доставлены от поставщика и готовы к установке.

Однако оказалось, что никто из обслуживающего персонала компании не имеет опыта запуска таких преобразователей частоты в работу, т.к. они прежде работали без неполадок и остановок. К счастью, преобразователи были снабжены QR-кодом. С его помощью сотрудники связались непосредственно со службой поддержки производителя преобразователей частоты. Менее чем через полчаса эксперты службы поддержки смогли запустить в работу преобразователи частоты согласно их точно определённым характеристикам и соответствующим техническим требованиям.”

Для организации удалённой технической поддержки необходимо предварительное согласование условий между пользователями и провайдером услуг Интернет, особенно если речь идёт о критически важных процессах.

Простой доступ к документации

С точки зрения обслуживания и технической поддержки для улучшения производственной эффективности одним из ключевых факторов является простой доступ к необходимой документации. Внедрение преобразователей частоты с интеллектуальными сервисами включает в себя простой доступ онлайн как к основным стандартным документам, таким как инструкции по эксплуатации или руководства по программированию, так и к полезной специфической информации — инструкциям по обслуживанию или файлам параметров.

Ниже перечислены некоторые инструменты, применяемые при внедрении процесса:

•  Статический QR-код — сканирование метки преобразователя частоты с интеллектуальными сервисами предоставляет доступ к руководствам и часто задаваемым вопросам.

•  Динамический QR-код — сканирование терминала преобразователя частоты с интеллектуальными сервисами предоставляет доступ к прямым ссылкам на соответствующие разделы документации по устранению проблем.

•  Специализированное сервисное программное обеспечение — позволяет специалистам по обслуживанию получить доступ к ключевым параметрам.

•  Облачное хранилище данных — это обширное и экономичное хранилище может содержать всю информацию о продукте, начиная от чертежей и заканчивая сертифи­ катами, условиями гарантии, инструкциями по обслуживанию, инструкциями по введению в эксплуатацию и запуску, отчётами об устранении неполадок.

Нижеприведенный пример из реальной жизни иллюстрирует, как информационные технологии помогают в решении производственных проблем:

“В результате выхода из строя по неизвестным причинам дробилки, производство на предприятии было остановлено. Устройство человеко-машинного интерфейса индицировало: “Главный автоматический выключатель выключен”. Оператор обнаружил, что в результате короткого замыкания повреждён преобразователь частоты мощностью 500 кВт.

№5 (89) 2014 жовтень • Промислова електроенергетика та електротехніка		49

При помощи сканирования QR-кода на лицевой панели преобразователя, оператор связался с центром поддержки клиентов производителя этого преобразователя и пригласил инженера по обслуживанию. Инженер заменил повреждённую плату управления преобразователя частоты и при помощи того же QR-кода загрузил из облачной базы данных необходимый файл конфигурации преобразователя. В короткие сроки дробилка была снова запущена в работу. В завершение, отчёт о неполадке и проведенных работах был сохранён в той же базе данных”.

Упрощение ремонтов и обеспечение постоянного контроля

В зависимости от важности производства необходимо определиться с необходимостью создания склада запасных частей. Преобразователь частоты с интеллектуальными сервисами обладает свойством “разработан для лёгкого обслуживания”, что позволяет сократить время, необходимое­ для устранения неполадок, а следовательно, и время простев. Архитектура преобразователей частоты с интеллектуальными сервисами подразумевает простые и быстрые процедуры устранения неполадок.

Также в преобразователи частоты с интеллектуальными сервисами включена система постоянного контроля. Эта система генерирует предупреждающие сообщения в случае, если вероятен скорый износ оборудования, что зависит от срока его работы и условий окружающей среды, или при приближении срока окончания гарантии.

Ввод в эксплуатацию

Корректный запуск и ввод в эксплуатацию преобразователя частоты не является тривиальной задачей и результатом неправильного выполнение этих операций может быть незапланированный простой оборудования. Специалисты, имеющие большой опыт запуска систем элек-­ тропривода, применяют различное диагностическое и измерительное оборудование и могут сделать этот процесс плавным и безболезненным. При этом сокращается время пуско-наладки технологических линий и минимизируются риски некорректной работы нового оборудования.

Использование преобразователей частоты с интеллектуальными сервисами предлагает высокоэффективный механизм ввода в эксплуатацию. Обратная связь, предос­ тавляемая вычислительной частью преобразователя, отражает информацию о соответствии работы системы техническим требованиям. Кроме того, обеспечивается мгновенный доступ к необходимой информации. С самого начала работы оборудования создаётся отчёт по обслуживанию и таким образом история его работы и обслуживания документируется с первого дня.

Планирование

превентивного и предсказывающего обслуживания

Электромеханические и механические устройства, такие как трансформаторы, автоматические выключатели, двигатели, муфты и механические передачи, отличаются

предсказуемым поведением, что позволяет планировать их обслуживание. Существуют математические модели, учитывающие время работы, нагрузку и момент, температурные условия и т.п., и вычисляющие закономерности, по которым можно делать выводы о вероятности выхода оборудования из строя.

Поскольку преобразователи частоты являются электронными устройствами, в противоположность упомянутым ранее электромеханическим и механическим, аналогичные закономерности для них не являются такими же чёткими.

Преобразователь частоты с интеллектуальными сервисами может выступать в качестве “интеллектуального датчика” и собирать данные обо всех основных параметрах, влияющих на систему электропривода, таких как время работы, температуры, момент, напряжение, токи. В результате такого контроля, преобразователь частоты с интеллектуальными сервисами может вычислять возможные результаты для тех компонентов системы электропривода, которые являются предсказуемыми, и выполнять статистический анализ для тех компонентов, которые предсказуе-

мыми не являются.

Недавние исследования показали, что глобальные потери в промышленности в результате незапланированных простоев оборудования составляют около 20 млрд. долл. ежегодно, что составляет, примерно 5% от оборота (Hollywood, Paula, ARC Advisory Group, “Predictive maintenance survey reveals drivers, obstacles and the future”, Plant Services, 2012). Эти потери существенно влияют на эффективность и прибыльность производств. Во многих отраслях промышленности стремятся сократить влияние простоев путём перехода на технологии, специально разработанные для увеличения времени готовности оборудования к работе.

Преобразователь частоты с интеллектуальными сервисами представляет новое поколение устройств, в которых встроенные сервисные функции позволяют сократить время простоев. При помощи встроенных функций преобразователей частоты с интеллектуальными сервисами путём объединения основных устройств и передачи цифровой информации увеличивается доля превентивных действий и облегчается переход к будущим «интеллектуальным» производствам.

В ближайшем будущем использование преобразователей частоты с интеллектуальными сервисами позволит сделать реактивное и превентивное обслуживание ещё более эффективным. В более длительной перспективе, возможности сбора и анализа данных позволят сделать прогнозирующее обслуживание реальностью.

Концепция преобразователя частоты с интеллектуальными сервисами инициирует переход от реактивного обслуживания к «предвидению», которое является ключом во всех стратегиях обслуживания оборудования.

50	Промислова електроенергетика та електротехніка • №5 (89) 2014 жовтень