В настоящее время наблюдается тенденция роста потребления электрической и тепловой энергии в мире, что приведет к сокращению запасов традиционного ископаемого топлива, как например, каменный уголь, газ, торф, нефть. Одним из выходов из сложившейся проблемы является активное использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ), таких как ветровые, солнечные, биогазовые электростанции и др. С целью оптимизации управления электроэнергетических систем (ЭЭС) с большой долей ВИЭ активно внедряется концепция Smart grid (интеллектуальные ЭЭС) [1-3]. Ветроэнергетические установки (ВЭУ) являются одними из наиболее перспективных альтернативных источников, номинальная единичная мощность которых достигает 10 МВт. В качестве релейной защиты и автоматики (РЗиА) ВЭУ как правило используется стандартная логика, рекомендуемая ПУЭ или стандартами МЭК и ANSI (Американский национальный институт стандартизации). Зачастую подобные системы РЗиА не в состоянии правильно и своевременно идентифицировать и отключить аварийные и анормальные режимы работы, как например, несимметричные режимы, витковые замыкания в одной фазе обмотки статора и др. Поэтому задача дальнейшего совершенствования релейной защиты и автоматики современных ветроэнергетических установок является актуальной.
Результаты исследований. Современная ВЭУ представляет собой сложную электромеханическую систему, позволяющую преобразовывать энергию ветрового потока в электрическую. С электрической точки зрения ВЭУ состоит из блока электрический генератор-повышающий блочный трансформатор-кабельная линия- закрытое распределительное устройство высшего напряжения. Схемы главных электрических соединений представлены на рис.1. В качестве генератора наиболее распространёнными являются асинхронные машины двойного питания (АГДП) и синхронные генераторы, как с классической системой возбуждения, так и с системой возбуждения с с использованием постоянных магнитов.
В настоящее время существует несколько решений в области РЗиА ВЭУ, основанных на микропроцессорной платформе производства компаний Siemens®, SEL®, Schneider Electric, General Electric. Наиболее полный функциональный пакет РЗиА имеется в терминале General Electric W650 предназначенный для защиты ветрогенератора номинальной мощностью до 8 Мвт [4]. Система защиты ВЭУ W650 была разработана в качестве базового устройства защиты и управления ветрогенератором включающий в себя спектр функций ранее исполняемых отдельными устройствами РЗиА. Компактный и многофункциональный терминал обеспечивает многофункциональное решение не только для нужд существующих систем, но и для растущих потребностей будущей инфраструктуры, что кардинально отличает его от предшественников. Данный модуль упрощает управление системами генерации ветряных турбин за счёт расширенного комплекта защиты, управления, контроля, измерения и доступности функции записи отчётов и осциллограмм.
Следует выделить основные преимущества, их влияние на ветрогенератор:
1. Расширенный комплекс защиты ветрогенератора, контроль, измерение и мониторинг в едином устройстве. Подобная технология довольно распространена для терминалов защиты зарубежного производства, но, даже отталкиваясь от традиционных систем защиты генератора, становится ясно, что многие ступени не учтены, а уже имеющиеся должны быть оправданы рядом исследований.
2. Высокоточное измерение для расширенного контроля за мощностью (активной и реактивной), даже при низких нагрузках и присутствии гармоник.
3. Максимальная совместимость и экологические показатели в соответствии со стандартами IEC/ANSI, позволяющих использования ветровых турбин в окружающей среде, в том числе для офшорных ветропарков.
4. Уменьшение времени на анализ системных событий и затраты на интегрирование отчетов последовательности событий, запись осциллограмм и анализ тенденций файлов.
5. Гибкий и экономически эффективный контроль для сложных систем за счёт использования IEC 61131, совместимая программируемая логика для настройки работы реле.
6. Сокращение непроизводительной затраты времени за счет использования надежных оптоволоконных портов связи Ethernet.
Терминал W650 включает в себя следующие защиты: максимальна токовая защита (МТЗ), токовая защита от замыканий на землю без выдержки времени, направленная токовая защита, устройство резервирования при отказе выключателя (УРОВ), защита от повышения напряжения, устройство регулирования повышения и понижения частоты т.е. автоматическая частотная разгрузка (АЧР), защита минимального напряжения, устройство обнаружения плавки предохранителя трансформаторов напряжения и др.
Мгновенная и максимальна токовая защита с выдержкой времени установлены на фазах и вблизи земли, предусматривают контроль значения и длительности тока. Предусмотрено разнообразие кривых времени (входящих в стандарты IEC, IEEE/ANSI, IAC, I2t) наряду с возможностью использования кривых FlexCurves для создания определяемых пользователем характеристик перегрузки по току. Элементы МТЗ имеют функцию ограничения напряжения, что, может использоваться для обеспечения более высокой чувствительности при условиях, которые вызывают измеряемое напряжение, снижается до уровня ниже номинального.
Направленные устройства предусмотрены для определения направления тока и контроля или блокировки работы токовых элементов, таким образом, допуская надлежащую координацию между внутренними и внешними короткими замыканиями. Направленная защита максимального тока доступны для токов нулевой последовательности, замыканий на землю (ток возврата через землю).
Терминал W650 обеспечивает защиту обратной последовательности, которая может быть настроена на отключение мгновенно при достижении заранее определенных уровней тока обратной последовательности, или с выдержкой срабатывания за счет использования множества доступных кривых IEEE, IEC и ANSI.
Защита от анормальных напряжений. Устройства реагирования по перенапряжению и понижению напряжения предусмотрены для того, чтобы генератор обеспечивал мощность при номинальном уровне напряжения, а также для изоляции генератора, когда нарушения стабильности работы системы вызывают аномальные напряжения, которые индуцируются на генератор.
Несимметрия напряжения. Блоки W650 включают определенную функцию времени напряжения несимметрии, работающих на соотношении между прямой и обратной последовательности напряжения. Устройство несимметрии напряжения может быть использовано для защиты непосредственно подключенных турбин от чрезмерных несимметричных напряжений и связанных с ними несимметричных токов, которые приводят к повреждению и нагреву ротора. Для электронной регулировки ветровых турбин, элемент дисбаланса напряжения может выступать в качестве резервной защиты для работающих со сбоями регуляторов напряжения в турбине.
Направленная мощность. Устройство направленной мощности обеспечивает реверс мощности для непосредственно подключенных ветровых турбин, тем самым предотвращая случаи прокрутки генератора (опрокидывание вала) и связанного с ними повреждения турбины.
Автоматизация. Терминал W650 включает в себя расширенные возможности автоматизации, включая программируемую логику, специальную сеть связи, а также возможность ручного управления с помощью фронтальной панели. Сочетание этих инструментов позволяет пользователю создавать собственные схемы управления, такие как передача отключения или блокирования приложений, которые используют связи для передачи сигналов между реле.
Мониторинг и система измерений. W650 включает в себя высокоточную систему измерений и цифровой регистрации всех ключевых сигналов. Особенности диагностики, такие как осциллография и запись события, в сочетании с EnerVista программных средств, позволяет значительно сократить время поиска неисправностей и упростить генерацию отчётов в случае сбоя системы.
........
Ознакомиться со статьей в полном объеме можно на нашем официальном сайте: https://es-cad.ru/article_about_WEPS_relay_protection/