Релейная защита и автоматика ячеек 6 кВ

Разработка рабочей документации раздела РЗА для реконструкции воздуходувной станции ГОКС. Ячейки КРУ-6 кВ №10, 12, 15, 18

Реконструкция воздуходувной станции ГОКС. Релейная защита и автоматика.

Разработан полный комплект рабочей документации раздела «Релейная защита и автоматика» (шифр 158/24-2024-РЗ) для ООО «Самарские коммунальные системы». Проект выполнен в рамках реконструкции воздуходувной станции ГОКС и обеспечивает подключение нового технологического оборудования — одноступенчатой центробежной воздуходувки Next Turbo GTH-T50-XY (производительность 43 000 нм³/ч, электродвигатель 1000 кВт, 6 кВ) взамен демонтируемой воздуходувки Н 750-23-6, а также организацию питания и защиты вводов и секционного выключателя.

Проектом применены микропроцессорные терминалы «Сириус» ЗАО «РАДИУС Автоматика»: «Сириус-2-В» (яч. №10, №15), «Сириус-21-С» (яч. №12), «Сириус-21-Д» (яч. №18). Устройства предназначены для выполнения функций релейной защиты, автоматики, управления и сигнализации при напряжении 3–35 кВ и обеспечивают все необходимые виды защит и автоматики.

Контекст и задача

Проблема: Существующие релейные отсеки ячеек КРУ-6 кВ не рассчитаны на подключение нового оборудования повышенной мощности и не обеспечивают требуемый объём защит и автоматики. Требуется модернизация в условиях действующей станции с минимизацией строительных работ и сохранением габаритов ячеек (900 × 570 × 1670 мм по осям).

Технологическая задача

Обеспечить питание и защиту новой воздуходувки №6 (1000 кВт), а также вводов 1 и 2 и секционного выключателя. Увязать решения раздела РЗА с технологическим разделом (ТХ) и разделом электроснабжения (ЭС), обеспечить интеграцию в существующую систему АСУ ТП станции.

Инженерная задача

Разработать принципиальные схемы, схемы подключений клеммников, общие виды и развёртки релейных отсеков. Выполнить расчёт трансформаторов тока по условиям термической и динамической стойкости, проверить 10 % погрешность по методу Шабада, разработать карту уставок защит и выполнить конфигурирование терминалов под конкретный объект.

Цель проекта: Создать полный, готовый к монтажу и наладке комплект рабочей документации раздела РЗА, отвечающий требованиям технологии, безопасности и действующих нормативных документов Российской Федерации.

Процесс разработки вёлся по классическим этапам проектирования:

Анализ исходных данных. Изучение технического задания, опросных листов, разделов ТХ и ЭС, согласование основных проектных решений с заказчиком и генпроектировщиком.
Разработка принципиальных схем. Поясняющие схемы первичной коммутации, схемы цепей оперативного тока =220 В, схемы управления выключателями, схемы сигнализации и блокировок, схемы УРОВ и ЛЗШ.
Расчёты и обоснования. Расчёт трансформаторов тока по условиям термической и динамической стойкости, проверка 10 % погрешности по методу Шабада, выбор уставок защит и их сведение в карту уставок.
Рабочая документация (РД). Схемы подключений клеммников X01, X02, X1, X2, X3, X4, X5, общие виды и развёртки релейных отсеков, спецификация оборудования и материалов, кабельные журналы, таблицы конфигурирования терминалов.

Полный пакет документов включал: общие данные, схему однолинейную РУ-6 кВ, принципиальные схемы ячеек №10, №15, №12, №18, схему УРОВ, схему ЛЗШ, схемы подключений, общие виды релейных отсеков, расчёты трансформаторов тока для ячеек №10, №15 и №12, карту уставок РЗА, спецификацию оборудования и материалов, кабельные журналы, а также лист модернизации организации питания яч. №12 от ТСН (блок АВР).

Релейный отсек является ключевым элементом ячейки КРУ-6 кВ, обеспечивающим управление, защиту и контроль работы силового высоковольтного оборудования. В его составе размещаются микропроцессорные терминалы РЗА, блоки питания, испытательные блоки, клеммники, органы управления и сигнализации.

Состав выполненных работ по ячейкам:

Ячейка №10 — Ввод 1

Релейный отсек ячейки ввода 1, I секция 6 кВ. Терминал «Сириус-2-В». Функции: МТЗ, УРОВ, АВР, ЛЗШ, АПВ, ЗМН.

Ячейка №15 — Ввод 2

Релейный отсек ячейки ввода 2, II секция 6 кВ. Терминал «Сириус-2-В». Функции: МТЗ, УРОВ, АВР, ЛЗШ, АПВ, ЗМН.

Ячейка №12 — Секционный выключатель

Релейный отсек ячейки секционного выключателя (СВ). Терминал «Сириус-21-С». Функции: МТЗ, УРОВ, АВР, ЛЗШ, АПВ.

Ячейка №18 — Питание агрегата №6

Релейный отсек ячейки питания агрегата №6 (новая воздуходувка). Терминал «Сириус-21-Д». Функции: МТЗ, МТО, ЗМН, дифференциальная защита, УРОВ, АЧР.

Терминалы «Сириус»

Микропроцессорные устройства защиты ЗАО «РАДИУС Автоматика» с функциями СПЛ и поддержкой протокола Modbus RTU (исполнение «И1»: USB-A, USB-B, 2xRS485).

Блоки питания «Орион-БП-5»

Комбинированные блоки питания микропроцессорных терминалов и цепей оперативного тока =220 В.

Испытательные блоки КСС1, КСТ1, К2

Для проверки защит и испытаний без отключения первичного высоковольтного оборудования.

Реле и кнопки

Реле промежуточные РП-23, указательные РУ-21, кнопки КУ серии, переключатели SA с ключом, автоматические выключатели OptiDin BM63.

Функции защит и автоматики, реализованные в терминалах «Сириус»:

Функции защиты:

Максимальная токовая защита (МТЗ) от межфазных повреждений с контролем двух или трёх фазных токов.
Автоматический ввод ускорения любых ступеней МТЗ при любом включении выключателя.
Защита от обрыва фазы питающего фидера (ЗОФ).
Защита от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) по сумме высших гармоник.
Защита от однофазных замыканий на землю по току основной частоты.
Выдача сигнала пуска МТЗ для организации логической защиты шин (ЛЗШ).

Функции автоматики:

Операции отключения и включения выключателя по внешним командам с защитой от многократных включений.
Возможность подключения внешних защит (дуговой, от ОЗЗ).
Формирование сигнала УРОВ при отказах своего выключателя.
Одно- или двукратное АПВ.
Исполнение внешних сигналов АЧР и ЧАПВ.

Терминалы «Сириус» содержат функции свободно программируемой логики (СПЛ), что позволяет расширить функциональные возможности и адаптировать работу терминала под конкретный объект. Установка редактора СПЛ доступна при обновлении ПО «Старт-3». Устройства имеют основное исполнение «И1» (USB-A, USB-B, 2xRS485 с протоколом обмена Modbus RTU).

Расчёты и обоснования:

Для вводных ячеек №10 и №15 выполнен расчёт трансформаторов тока типа ТПОЛ-10-1-3 с коэффициентом трансформации 1500/5. Трансформатор содержит три обмотки: измерительную класса 0,5S мощностью 10 ВА, обмотку питания цепей оперативного тока класса 10Р мощностью 30 ВА (для питания соленоидных приводов вакуумных выключателей) и защитную обмотку класса 10Р мощностью 15 ВА для подключения к токовым цепям терминала «Сириус-2-В».

Для ячейки секционного выключателя №12 выполнен расчёт трансформатора тока типа ТПОЛ-10-1-2 с коэффициентом трансформации 1000/5, класс точности 0,5 (10 Вт) / 10Р (15 Вт).

Проверка 10 % погрешности защитной обмотки ТТ выполнена по методу Шабада. Расчётная кратность тока КЗ для ячеек №10, №15: К_расч = 8,24 ≤ K₁₀(Z_факт) = 12,86 — условие выполняется. Для ячейки №12: К_расч = 12,36 ≤ 12,86 — условие также выполняется.

Проверка термической и динамической стойкости ТТ при КЗ выполнена для тока КЗ 12,36 кА. Ударный ток КЗ составляет 31,46 кА, что меньше тока динамической стойкости выбранных ТТ (68,7 кА и 100 кА). Импульс квадратичного тока КЗ B_к = 76,38 кА²·с меньше допустимого значения I_тер²·t_тер = 2187 кА²·с — условие выполняется.

Суммарная мощность нагрузки станции: S_сум = 11 970 кВА. Суммарная мощность шести двигателей: S_дв = 6 650 кВА. Ток КЗ на шинах: I_кз = 12,36 кА. Вторичная нагрузка ТТ: Z_2факт = 0,124 Ом, S₂ = 3,1 ВА ≤ 10 ВА.

Применённые трансформаторы тока:

Ячейка	Тип ТТ	Кт	Класс точности и мощности обмоток
№10, №15 (вводы)	ТПОЛ-10-1-3	1500/5	0,5S (10 ВА) / 10Р (30 ВА) / 10Р (15 ВА)
№12 (СВ)	ТПОЛ-10-1-2	1000/5	0,5 (10 ВА) / 10Р (15 ВА)
№18 (агрегат №6)	ТПЛ-10-М	150/5	0,5S (10 ВА) / 10Р (15 ВА)

Важное техническое решение: для вводных ячеек №10 и №15 применён трансформатор тока с тремя обмотками. Дополнительная обмотка класса 10Р мощностью 30 ВА предназначена для питания цепей оперативного тока соленоидными приводами вакуумных выключателей. Это позволило отказаться от отдельных трансформаторов питания цепей оперативного тока и упростить схему РУ-6 кВ.

Карта уставок РЗА: для яч. №10 МТЗ — уставка 2000 А, время 0,5 с; для яч. №15 МТЗ — 2400 А, 0,5 с; для яч. №12 МТЗ — 2000 А, 0,5 с, АВР — 1,5 с; для яч. №18 МТЗ — 180 А (0,1 с), МТО — 1680 А (0,1 с), ЗМН — 60 А (1,0 с).

Состав выпущенной рабочей документации:

Лист	Наименование	Шифр / примечание
1	Общие данные	РЗ_Р1
2	Схема однолинейная РУ-6 кВ	РЗ_Р2
3	Ячейка №18. Схема электрическая принципиальная	РЗ_Р3
4	Ячейка №10. Схема электрическая принципиальная	РЗ_Р4
4В	Ячейка №15. Схема электрическая принципиальная	РЗ_Р4В
5	Ячейка №12. Схема электрическая принципиальная	РЗ_Р5
6	УРОВ. Схема электрическая принципиальная	РЗ_Р6
7	ЛЗШ. Схема электрическая принципиальная	РЗ_Р7
8	Ячейка №18. Схема подключений	РЗ_Р8
9	Ячейка №10. Схема подключений	РЗ_Р9
9В	Ячейка №15. Схема подключений	РЗ_Р9В
10	Ячейка №12. Схема подключений	РЗ_Р10
11	Ошиновка РУ-6 кВ. Схема подключений	РЗ_Р11
12	Модернизация. Организация шинки нейтрали ШНн	РЗ_Р12
13	Релейный отсек ячеек №10, 12, 15, 18. Общий вид	РЗ_Р13
14	Схема питания терминалов РЗА ячеек №10, 12, 15, 18	РЗ_Р14
15	Расчёт ТТ для ячеек №10, №15 (вводы)	РЗ_Р15
16	Расчёт ТТ для ячейки №12 (СВ)	РЗ_Р16
17	Модернизация. Организация питания яч. №12 от ТСН (блок АВР)	РЗ_Р17

Конфигурирование терминалов:

Для каждого терминала «Сириус» в составе проекта разработаны таблицы конфигурирования:

Таблица 1 — конфигурирование дискретных входов (назначение, точка подключения, активный уровень, задержки, имя на ЖКИ).
Таблица 2 — конфигурирование выходных реле (назначение, точка подключения, режим фиксации).
Таблица 3 — конфигурирование электронных ключей на лицевой панели терминала (функциональное назначение, состояние, цвет светодиода).
Таблица 4 — конфигурирование светодиодов на лицевой панели (назначение, фиксация, мигание, цвет).
Таблица 5 — индикаторы на корпусе блока питания «Орион-БП-5».

Например, для терминала «Сириус-2-В» (яч. №10) вход №1 (6-1) сконфигурирован как РПО, вход №19 (EWBT1 СВ) — как блок ЛЗШ 2 (СВ), вход №24 (EWT1) — как пуск УРОВ, вход №27 (8-21) — как контроль а/выключателей, вход №28 (8-23) — как группа уставок А1. Выходное реле №22 (8-6) — команда «Включить», реле №23 (8-10) — команда «Отключить», реле №21 — сраб. УРОВ-выход.

Особенность проекта: для организации питания ячейки №12 (СВ) предусмотрена отдельная модернизация — организация питания от ТСН через блок АВР (лист РЗ_Р17). Это решение обеспечивает резервирование питания цепей оперативного тока секционного выключателя.

Особенности и технические решения:

Разделение цепей по функциональному назначению: измерительные цепи (X01, X02) — от ТТ и ТН; цепи внутренних соединений (X1) — связь между аппаратами внутри отсека; цепи внешних соединений (X2) — связь с другими ячейками и общестанционными цепями; дополнительные цепи X3, X4, X5 (яч. №18) — связь с системами ЛСР/ПТУ агрегата №6 и контроля тока в схеме управления воздуходувным агрегатом.
Учёт реконструкции: проект предусматривает доработку существующих дверей релейных отсеков с сохранением габаритов ячеек, что позволяет минимизировать объём строительных работ в условиях действующей станции.
Испытательные блоки: КСС1, КСТ1, К2 обеспечивают возможность проверки защит и испытаний без отключения первичного оборудования.
Увязка с технологическим разделом (ТХ): ячейка №18 непосредственно обеспечивает питание и защиту новой воздуходувки Next Turbo GTH-T50-XY (43 000 нм³/ч, 1000 кВт), устанавливаемой взамен демонтируемой Н 750-23-6.
Интерфейсы связи: терминалы «Сириус» оснащены интерфейсами USB-A (экспорт архива), USB-B (Modbus-RTU) и двумя RS485 (Modbus-RTU) с встроенным резистором, что обеспечивает интеграцию в АСУ ТП станции.
Кабельная продукция: применены провода ПУГВ различных сечений и цветов (сигнальные цепи, питание, измерительные цепи, заземление), кабели КВВГнг(А)-LS 4×2,5, 10×2,5, 14×2,5, клеммы Klemsan WGO 3 (измерительные с размыкателем), AVK 2,5 (проходные), AVK 4 CEA (с размыкателем).
Заземление: с целью выполнения мероприятий по защитному заземлению оболочки проектируемых микропроцессорных терминалов присоединяются к существующей системе управления потенциалом.

Разработка рабочей документации стала критически важным этапом в реализации проекта реконструкции воздуходувной станции ГОКС. Мы превратили технические требования в точные инженерные решения, готовые для монтажа и наладки, что открывает путь к надёжной и безопасной эксплуатации обновлённого объекта.

Ключевые компетенции, продемонстрированные в проекте:

Проектирование РЗА ячеек 6 кВ

Разработка принципиальных схем, схем подключений и общих видов релейных отсеков с микропроцессорными терминалами «Сириус».

Расчётный аппарат

Расчёт трансформаторов тока по условиям термической и динамической стойкости, проверка 10 % погрешности по методу Шабада, выбор уставок защит, определение вторичной нагрузки ТТ.

Реконструкция действующего объекта

Увязка электрических и технологических решений, минимизация строительных работ, работа с существующими кабельными трассами и ячейками КРУ.

Конфигурирование терминалов

Разработка таблиц конфигурирования дискретных входов, выходных реле, электронных ключей и светодиодов под конкретный объект.

Обсудить проект

Заполните форму, чтобы наш специалист связался с Вами и подробно проконсультировал