Новая модификация устройства дуговой защиты семейства ОВОД- «ОВОД-Л»

Дуговые защиты семейства ОВОД применяются для защиты ячеек КРУ, КСО электрических подстанций 0,4-35кВ при возникновении коротких замыканий, сопровождаемых открытой электрической дугой.
Устройства дуговой защиты более 10 лет устанавливаются как на новых объектах, так и используются при реконструкции существующих подстанций объектов энергетики.

Отличительной особенностью и важным преимуществом дуговых защит семейства ОВОД является волоконно- оптический датчик, представляющий собой приемник оптического излучения на основе объектива и двух-волоконного оптического кабеля. Объектив – это линза специальной формы и конструкции .
Волоконно-оптические датчики (ВОД), установленные в отсеках высоковольтных шкафов и имеющие практически круговую диаграмму направленности, фиксируют световую вспышку от электрической дуги и передают ее по оптическому волокну в блок детектирования света устройства. Устройство формирует сигнал на отключение высокого напряжения от распредустройства, защищая оборудование от разрушения. В зоне действия электрической дуги находятся только пассивные компоненты (объектив ВОД и оптоволокно), обладающие абсолютной невосприимчивостью к электромагнитным помехам.



Устройства ОВОД относятся к защитам радиального типа, это позволяет быстро определить место повреждения и сделать гибкой логику работы устройства совместно с РЗА распредустройства.

В настоящее время выпущено свыше 5000 устройств дуговой защиты модификаций «ОВОД-М» и «ОВОД-МД». Централизованный принцип построения и максимальное количество датчиков 40 штук на устройство позволяют обеспечить защиту одной или двух секций КРУ или КСО, имеющих в своем составе не более 20 ячеек ( из расчета установки 2 датчиков в ячейке). Если секция КРУ насчитывает более 20 ячеек, то при использовании модификации «ОВОД-МД» на сегодняшний день необходимо использовать дополнительное устройство, что увеличивает удельную стоимость дуговой защиты из расчета на одну ячейку.

Дуговые защиты семейства «ОВОД-МД» имеют ряд преимуществ и особенностей, основные из которых перечислены ниже.
Основные преимущества :
• Тип датчика -оптоволоконный .
• Автоматическая непрерывная проверка работоспособности .
• Фиксация дугового разряда в инфракрасном диапазоне, на самом начальном этапе формирования дугового разряда – искровом. Широкая частотная полоса пропускания (порядка 70 кГц) и высокая чувствительность (160А) дают возможность регистрировать дуговые и искровые разряды, длительность которых от нескольких до сотен микросекунд, а яркость свечения на три порядка превышает яркость дугового разряда. Это позволяет быстро отключать поврежденный участок от питающего напряжения (7 - 9 мс при работе без блокировки МТЗ) . Пыль и сажа не являются препятствием для светового излучения в этом диапазоне, поэтому нет необходимости регулярно протирать датчики.
• Функция отключения линейного выключателя при дуге в отсеке ввода/вывода отходящей линии.
Функциональные особенности:
• формирование 20 сигналов отключения и наличие 6 дискретных входов от МТЗ или ЗМН;
• наличие 5 дополнительных сигналов «Запрет АПВ» или «Запрет АВР»;



• формирование задержки до 500 мс при выдаче десяти команд на отключение;
• формирование 8 сигналов резервного отключения вышестоящего выключателя
при отказе выключателя более низкой ступени по длительности сигнала от МТЗ;
• сохранение информации в памяти устройства при пропадании питающего напряжения ;
• сохранение работоспособности не менее 2 секунд с момента пропадания оперативного тока;
• ввод/вывод из действия любого количества ВОД;
• наличие связи по стандартным последовательным каналам RS232 или RS485 ;
• автоматическая фиксация временной диаграммы всех активированных дискретных сигналов при срабатывании;
• индикация текущего состояния устройства , ведение журнала событий, часы реального времени;
• интуитивный интерфейс ;
• одновременная защита двух секций;
• защита от ложных срабатываний ;
• минимум затрат при монтаже без изменений в конструкцию ячеек . Малые габариты датчика не нарушают межфазных расстояний относительно корпуса и токоведущих частей корпуса ячейки, так как ВОД не требует точной ориентации датчиков при установке.

Монтаж устройств дуговой защиты можно проводить на объектах, куда поставляется новое оборудование, а также устанавливать по месту на ячейки КРУ и КСО, которые уже эксплуатируются. На сегодняшний день более 70 % устройств семейства ОВОД поставляется на заводы-изготовители ячеек КРУ и КСО, от которых заказчики оборудования требуют монтажа УДЗ непосредственно на заводе.

Исходя из вышесказанного, было разработано микропроцессорное распределенное УДЗ «ОВОД-Л» с волоконно-оптическими датчиками радиального типа.
Устройство представляет собой набор функциональных блоков, соединенных последовательной шиной цифровой связи со скоростью передачи информации 0,5 Мбит/с. Внешний вид устройства приведен на рис. 1.

В состав устройства входят:
1. Блок детектирования света и тестирования (БДСТ), имеющий четыре варианта исполнения:
- БДСТ-1 – два датчика, один выход отключения;
- БДСТ-2 – один датчик, один выход отключения;
- БДСТ-3 – два датчика, нет выхода отключения;
- БДСТ-4 – один датчик, нет выхода отключения;
2. Блок дискретных выходов (БДВых):
- БДВых -1 – два выхода отключения, контакты реле нормально разомкнуты:
- БДВых-2 – один выход отключения, контакты реле нормально разомкнуты;
- БДВых-3 – два выхода отключения, контакты реле нормально замкнуты;
- БДВых-4 – один выход отключения, контакты реле нормально замкнуты;
- БДВых-5 – два выхода отключения, контакты одного реле нормально разомкнуты, второго реле нормально замкнуты;
3. Блок дискретных входов (БДВх):
- БДВх-1 – два дискретных входа;
- БДВх-2 – один дискретный вход;
4. Блок управления (БУП);
5. Блок выпрямления и контроля напряжения (БВКН);
6. Блок питания (БП);
7. Волоконно-оптические датчики (ВОД);
8. Резистор терминирующий;
9. Комплект монтажных частей.
Выбирая функциональные блоки из выше перечисленных, можно оптимизировать материальные затраты, необходимые для обеспечения дуговой защитой ячеек КРУ.
Структурная схема устройства приведена на рис. 2.




Рис. 2. Структурная схема устройства

Блок управления конструктивно выполнен на основе панели Bopla CF200, а БДСТ, БДВых, БДВх и БВКН в корпусе Phoenix Contact MEMAX 22,5. Блок питания используется покупной фирмы Phoenix Contact. Все блоки, кроме БУП, устанавливаются на DIN-рейку. БУП крепится на передней дверце релейного отсека.
Соединение блоков с линией связи осуществляется с помощью специального Т-образного разъема. Соединение блоков, находящихся в релейных отсеках соседних ячеек осуществляется с помощью экранированного кабеля, мультиштекерных винтовых систем, подключаемых к Т-образным разъемам. При установке двух или более блоков в одном релейном отсеке Т-образные разъемы соединяются непосредственно друг с другом. После установки блок или группа блоков фиксируется фиксаторами.
В зависимости от конструкции КРУ в релейном отсеке каждой ячейки устанавливается один или два блока БДСТ, имеющие выход отключения.
БДВх устанавливаются в релейных отсеках тех ячеек, из схем РЗА которых берется сигнал МТЗ.


БДВых устанавливается в тех ячейках, где необходимо сформировать дополнительный сигнал отключения или обеспечить запрет действия схем АПВ или АВР.
БУП, БВКН И БП устанавливаются в наиболее свободных релейных отсеках. Обычно это ячейки ТН или секционного разъединителя.

Для примера, рекомендованна установка датчиков дуговой защиты «ОВОД-Л»:
Для вводной ячейки 4 датчика -2 бока:
-датчик отсека сборных шин,
-датчик выкатного отсека силового выключателя,
-датчик кабельного отсека,
-датчик шинного ввода:
Для секционной ячейки 4 датчика- 2 блока ( аналогично ячейки ввода);
Для ячейки ТН – 3 датчика (2 блока):
-датчик отсека сборных шин,
-датчик отсека ТН (отсек аналогичен отсеку силового выключателя),
-датчик кабельного отсека,
Для ячейки ТСН 2 датчика – 1 блок:
-датчик отсека сборных шин,
-датчик отсека ТСН;
Для линейной ячейки 3 датчика – 2 блока:
-датчик отсека сборных шин,
-датчик отсека силового выключателя,
-датчик кабельного отсека.

Алгоритм работы устройства такой же , как и у УДЗ «ОВОД-МД».
Устройство обеспечивает:
• подключение 112 функциональных блоков при длине линии связи 100 м;
• полный автоматический контроль работоспособности оптоэлектронного тракта (ВОД, блоков и электрического кабеля линии связи);
• выдачу команд на отключение выключателей трех ступеней силовых электрических цепей:
1 ступень – выключатель высокого напряжения;
2 ступень – выключатель ввода или секционный выключатель;
3 ступень – выключатель отходящей линии;
• определение места возникновения электрической дуги (номер ячейки и отсек);
• формирование по заданию Заказчика или проектной организации гибкой логики работы устройства, возможно проведение ее коррекции на объекте Заказчика;
• формирование сигналов запрета АПВ и АВР;
• включение программируемой функции резервного отключения вышестоящего выключателя при отказе нижестоящего выключателя по длительности сигнала от МТЗ или ЗМН;
• формирование регулируемой задержки при выдаче любой команды на отключение;



• проверку функционирования и логики работы устройства при проведении пуско-наладочных работ и техническом обслуживании с блока управления устройством (нет необходимости в имитации светового излучения от электрической дуги с помощью лампы-вспышки);
• ввод/вывод из действия любого количества ВОД;
• формирование выходных сигналов неисправности устройства, пропадания оперативного тока и общего сигнала о срабатывании дуговой защиты;
• сохранение работоспособности не менее одной секунды с момента пропадания оперативного тока;
• сохранение в памяти устройства при пропадании оперативного тока информации о текущем состоянии и последующее приведение устройства в исходное состояние после подачи питающего напряжения;
• ведение журнала событий с привязкой к энергонезависимым часам реального времени;
• передачу журнала событий на ПК пользователя через встроенный интерфейсный порт USB;
• подключение к координированным системам контроля и АСУ ТП по шине ANSI/TIA/EIA-485-A-98;
• простоту установки блоков устройства в релейных отсеках ячеек на DIN-рейку;
• малую длину оптических кабелей ВОД и контрольных кабелей от устройства к схемам РЗА ячеек КРУ;
• высокую помехозащищенность линии связи за счет применения промышленной шины данных CAN;
• защиту от ложных срабатываний при освещении ВОД лампой мощностью 60 Вт с расстояния не ближе 15 см и при выходе из строя электрических компонентов в цепях формирования сигналов отключения;
• сохранение работоспособности при появлении сажи и пыли на линзе ВОД;
• минимум затрат при быстром и простом монтаже устройства без внесения изменений в конструкцию КРУ.

Для обмена информацией с внешними источниками информации устройство оснащено:
- одним интерфейсным портом шины ANSI/TIA/EIA-485-A-98;
- одним интерфейсным портом шины USB.
Порт шины ANSI/TIA/EIA-485-A-98 служит для интеграции в координированные системы контроля или АСУ ТП. Устройство содержит стеки протокола MODBUS.
Порт шины USB предназначен для подключения ПК пользователя. Через это соединение возможно:
- считывание журнала событий;
- задание алгоритма работы устройства;
- считывание текущего алгоритма работы устройства;
- установка параметров устройства (часы, уставки и др.).

Исполнение дуговой защиты «ОВОД-Л» на основе многопроцессорной распределенной системы дает следующие преимущества:
- монтаж устройства можно проводить на заводе-изготовителе ячеек, т.к. прокладка и крепление ВОД осуществляется в пределах одной ячейки, а подключения к схемам РЗА осуществляется в пределах релейного отсека этой ячейки;
- одним устройством можно обеспечить защиту большого количества ячеек (более 35 ячеек);
- простота наращивания блоков УДЗ, при установке дополнительных ячеек. Алгоритм работы УДЗ корректируется с помощью пульта блока управления;
- удельная стоимость дуговой защиты на одну ячейку снижается при организации дуговой защиты секции КРУ с количеством ячеек менее 7, более 20 или двухсекционного КРУ;
- при организации дуговой защиты КРУ исключаются затраты на покупку контрольного кабеля и монтажные работы по прокладке этого кабеля;
- в комплект поставки будут входить волоконно-оптические датчики с 3 стандартными длинами оптического волокна от 1м до 4м;
- на работу устройства «ОВОД-Л» не влияет выход из строя блоков УДЗ, кроме блоков питания и БВКН. Их можно зарезервировать, установив дополнительные БП и БВКН, т.к. БП обеспечивают возможность их параллельной работы.

В «Правилах технического обслуживания устройств релейной защиты и электроавтоматики электрических сетей 0,4 – 35 кВ» (РД 153-34.3-35.613-00) рекомендуется не реже 1 раза в год на необслуживаемых подстанциях проводить опробования работы устройств РЗА. В устройствах семейства ОВОД , независимо от модификации, тестирование работоспособности с помощью импульсных оптических сигналов можно проводить и в ручном режиме проверки, нет необходимости отключать потребителей от электропитания. Порог срабатывания устройства одинаков для тестового сигнала и для сигнала от дугового разряда, следовательно нет необходимости имитировать световой поток с помощью вспышки. Это ускоряет процесс проведения пуско-наладочных работ и обеспечивает снижение затрат на эксплуатацию УДЗ.