Электромагнитная совместимость подстанции Помары 110/10

Массовый перевод систем релейной защиты и автоматики на микропроцессорную аппаратуру остро поставил вопрос о решении проблем электромагнитной совместимости. Долгие годы единственным подходом к решению подобных задач были экспериментальные методы, которые хоть и позволяли устранить такие дефекты, как неисправности заземляющего устройства подстанции, что существенно улучшало электромагнитную обстановку в конкретном случаи, но явно показало, что зачастую источники неблагоприятной электромагнитной установки были заложены ещё на стадии проектирования и большинство из них невозможно исправить на эксплуатируемом объекте.

Явным примером подобных проблем на подстанции «Помары 110/10 кВ» является прокладка кабельных трасс вторичных цепей в непосредственной близости от мачты молниеотвода, соответственно при разряде молнии резко возрастает вероятность электромагнитных наводок или пробой изоляции вторичных цепей, и как следствие неправильная работа и повреждении микропроцессорных устройств. Кроме того, молниеотводы располагаются в непосредственной близости от общеподстанционного пункта управления, что может способствовать незапланированному воздействию импульсом магнитного поля на аппараты защиты и автоматики.

Всё вышесказанной вызывает необходимость использования специальных средств помехозащиты микропроцессорной аппаратуры.

Различные исследования [1, с. 3-10] на данную тематику показывает, что существенной снижение уровня импульсных помех может добиться путём применения экранированных кабелей с двухсторонним заземлением экрана. При этом в тех случаях, когда этого недостаточно, рекомендуется использовать устройства защиты от импульсных перенапряжений, созданных на основе нелинейных элементом, наиболее распространёнными из которых являются варисторы. Значительно улучшает помехозащищенность использование в качестве вторичных цепей оптоволоконных кабелей, разумеется, с выполнением требований по защите от электромагнитного влияния входящих цепей и источников полезных сигналов.

К сожалению, у подобных подходов существует ряд, порой критических, недостатков. В первую очередь они существенно увеличивают стоимость проекта по реконструкции или модернизации подстанции. К примеру, даже если устройства защиты от импульсных перенапряжений установить только в цепях измерительных трансформаторов тока и напряжения, то в условиях рассматриваемой подстанции «Помары 110/10 кВ» их количество составит сотни штук, что по капиталовложениям превысит стоимость самих микропроцессорных устройств. Во-вторых, столь значительное усложнении электрической схемы неизбежно скажется на её надежности. Кроме того, для эффективной работы защитных устройств следует выполнить мероприятия по уравниванию потенциалов на всей территории подстанции, так как игнорирование этого может привести к повреждению экранов кабелей или выходу из строю самих устройств защиты от импульсных перенапряжений при коротких замыканиях, когда приложенная к устройству разность потенциалов может превысить порог срабатывания и вывести его из строя. Связно это с тем, что протекание даже доли тока короткого замыкания по двухсторонне заземленному экрану кабеля может привести к его термическому повреждению.

К сожалению, эффективное уравнивание потенциала вдоль всей трассы прокладки вторичных цепей не всегда реализуемо, так как значительно зависит от компоновки объекта, особенно от длины кабельных линий.

С другой стороны, существуют значительные трудности в экранировании магнитных полей, создаваемых токами низкой частоты, создаваемые на подстанции «Помары 110/10 кВ» открытыми шинопроводами и токоограничивающими реакторами. Единственным решение данной проблемы на сегодняшний день, является применение сплошных металлических экранов, что также повысит капиталовложения в реконструкцию подстанции.

Таким образом, наиболее разумных представляется воспользоваться концепцией «распределённого релейного щита» [2, с. 134-146] на открытом распределительном устройстве, что позволит снизить разность потенциалов на изоляции кабелей вторичных цепей либо без применения дополнительных средства помехоподавления, либо их применение будет значительно облегчено по сравнению с классическим способом компоновки.

В отличии от классической компоновки, когда линии вторичных цепей собираются в едином центре – общеподстанционном пункте управления, концепция «распределённого релейного щита» предполагает установку нескольких отдельных релейных блоков непосредственно на территории открытого распределительного устройства, в которых размещены микропроцессорные устройства защиты нижнего уровня, обеспечивающие работы одного или нескольких устройств первичного оборудования. При этом передача информации на аппараты верхнего уровня, которые могут располагаться на прежнем месте в общеподстанционном пункте управления, осуществляет на базе оптоволоконных линий связи. Таким образом, значительно уменьшается длина вторичных цепей, что уменьшает воздействие на них, а следовательно, и на подключенные к ним устройства, опасных перенапряжений при коротких замыканиях или разрядах молний.

Разумеется, размещение микропроцессорных блоков в непосредственной близости от первичного оборудования приводит к росту уровня магнитных помех как в штатном режиме работы первичного оборудования, так и в аварийных режимах. Соответственно необходимо обеспечить достаточный уровень экранирования самого оборудования.

Особенностью концепции также является отказ от централизованного питания релейных блоков, так как это требует организацию проводных цепей для связи между соседними блоками, что лишает систему преимущества в части защиты вторичных цепей.

Оптимальным является вариант, когда каждая ячейка распределительного устройство имеет собственный релейный щит, расположенный от неё на расчётном расстоянии, которое позволяет снизить уровень электромагнитного воздействия до оптимального уровня и избежать повышенной разности потенциалов. Разумеется, данное решение должно быть реализовано совместно с работами по организации заземления, питания, молниезащиты и изменению структуры автоматической системы защиты и управления подстанцией.

Также необходимо по максиму использовать возможности, которые предоставляют естественные средства подавления помех, а именно:

• применение заземляющих устройств, оптимизированных по условиям электромагнитной совместимости;
• использование металлической обшивки здания, шкафов аппаратов, металлических кабельных коробов и прочие элементы, обладающие экранирующими свойствами;
• установки источников бесперебойного питания переменного и постоянного тока, снабженными помехоподавляющими элементами;
• использование кабелей, оснащенных металлическими оболочками, включая экраны, броню и прочее.

На сегодняшний день в филиале ОАО «МРСК Центра и Приволжья» Йошкар-Олинские электрические сети многие подстанции подвергаются комплексной технической реконструкции, что создало благоприятный момент для внедрения описываемой технологии. Разумеется, чтобы полноценно ею воспользоваться, необходим правильный учет вопросов электромагнитной совместимости на этапе проектирования.

Несмотря на наличие обширного перечня расчётных и программных средств, позволяющих оценить значительную часть параметров электромагнитной обстановки с крайне высокой точностью, возникает проблемы с получением достоверных исходных данных. К примеру, для определения разности потенциалов, приложенных ко вторичным цепям, необходимо иметь данные о схеме заземляющего устройства, место расположения матч молниеотводов и карту трассы прокладки кабельных линий, то есть иметь на руках уже разработанную рабочую документацию, что подразумевает окончательность компоновочных решений, исключающих внесение в них каких-либо рекомендаций на данном этапе.

Соответственно рекомендации по электромагнитной совместимости должны быть даны ещё на стадии проектирования, а следовательно, должны быть известны основные параметры электромагнитной обстановки:

• разность потенциалов между элементами заземляющего устройства;
• разность потенциалов между элементами системы молниезащиты объекта;
• уровни магнитных полей промышленной частоты в нормальном режиме и в режимах короткого замыкания;
• оценку импульсных магнитных полей, от ударов молний;
• уровни электростатических потенциалов;
• значения коммутационных перенапряжений;
• уровень помех от неизменных при реконструкции электромеханических устройств;
• параметры сетей гарантированного питания.

Следовательно, решение проблемы электромагнитной совместимости на подстанции «Помары 110/10 кВ» предполагает не только значительные проектные работы, но и проведение экспериментальных работ непосредственно на самой подстанции.