Рисунок 1. Рынок цифровых устройств релейной защиты в российской энергетике по [3]

Защищаемое присоединение или электрооборудование	Блок БМРЗ:
	Тип	Количество исполнений
Аварийный ввод секции 0,4 кВ	БМРЗ-АВ-0,4	4
Рабочий ввод секции 0,4 кВ	БМРЗ-ВВ-0,4	4
Ввод 6 (10) или 35 кВ	БМРЗ-ВВ	13
Воздушная линия 6 (10) и 35 кВ	БМРЗ-ВЛ	?
Синхронный или асинхронный электродвигатель	БМРЗ-ДА	7
Дифференциальные защиты электродвигателей	БМРЗ-ДД	4
Дистанционная защита воздушных линий 6-35 кВ	БМРЗ-ДЗ	1
Специальные защиты электродвигателей	БМРЗ-ДС	?
Кремниевый выпрямительный агрегат	БМРЗ-КВА	1
Кабельная или воздушная линия 6 (10)или 35 кВ	БМРЗ-КЛ	16
Защита трансформатора и регулирование напряжения под нагрузкой	БМРЗ-КН	4
Защита блока «линия-трансформатор»	БМРЗ-ЛТ	1
Системная линия 35 кВ с двухсторонним питанием	БМРЗ-СЛ	1
Секционный выключатель 6(10) или 35 кВ	БМРЗ-СВ	12
Ступенчатая разгрузка дизель-генератора	БМРЗ-СГА	1
Дифференциальная защита трансформатора	БМРЗ-ТД	1
Резервная защита и автоматика трансформатора	БМРЗ-ТР	2

Род тока	Постоянный, переменный, выпрямленный
Уровень пульсаций выпрямленного напряжения	Не ограничен

88 – 264 В	при U ном=220 В
88 – 132 В	при U ном=110 В

при U ном=220 В	0,5 с
при U ном=110 В	0,2 с

В определенном смысле рассмотренные характеристики цепей питания блоков БМРЗ стали ориентиром для других производителей (перечень см. на рис. 1) устройств релейной защиты и автоматики и могут служить основой для разработки общих технических требований к цепям питания цифровых устройств релейной защиты и автоматики.

 

КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

 

         Все блоки серии БМРЗ и другие цифровые устройства релейной защиты и автоматики, выпускаемые НТЦ «Механотроника», рассчитаны на следующие условия эксплуатации:

 

 

Устройства серии БМРЗ могут выпускаться в одном из двух исполнений по рабочей температуре. Если выбранное Вами серийное устройство рассчитано для рабо-ты в других, чем требуется, температурных условиях, то в карте заказа нужно указать требуемую рабочую температуру (минус 10 или минус 40 ºC).

 

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЕ КАНАЛЫ СВЯЗИ

 

Все цифровые устройства релейной защиты и автоматики серии БМРЗ в обязательном порядке имеют порт для подключения ПЭВМ (интерфейс RS-232).

По отдельному заказу могут быть поставлены жгуты для подключения блока к ПЭВМ длиной 3 м с соединителем D-Sub c 9-ю контактами (ДИВГ.685621.015-00) или с соединителем D-Sub c 25-ю контактами (ДИВГ.685621.015-01), а также длиной 5 м с соединителем D-Sub c 9-ю контактами (ДИВГ.685621.015-02).

Для подключения устройства БМРЗ в систему АСУ потребитель может выбрать  один из двух физических стандартов:

- изолированный интерфейс RS-485 для связи по экранированной витой паре проводов;

- интерфейс ТТЛ для подключения электронно-оптических преобразователей типа ПЭО-ТТЛ ДИВГ.426439.008 (поставляются НТЦ «Механотроника» по отдельному заказу), подключаемых к волоконно-оптической линии связи.

В карте заказа устройства серии БМРЗ (даже при выборе серийного исполнения блока) должна быть приведена информация о каналах связи для подключения его к АСУ (RS-485 или ВОЛС).

Во всех устройствах, выпускаемых НТЦ «Механотроника», используется стандартный протокол связи Modbus, направляемый потребителям по запросу. Если учесть, что далеко не все производители цифровых устройств релейной защиты представляют протоколы обмена, наличие открытого протокола обмена является еще одним преимуществом устройств, выпускаемых НТЦ «Механотроника».

В протоколе реализован принцип "Ведущий - Ведомый" ("Master – Slave"). Блок всегда выполняет функции "Ведомого". В одну линию связи можно включать как любые устройства производства НТЦ "Механотроника" (БМРЗ, БМПА, БММРЧ, БМЦС и др.), так и цифровые устройства других производителей, использующих протокол Modbus.

Во всех блоках серии БМРЗ предусмотрено две программы уставок. В выбранном серийном блоке может отсутствовать возможность подачи команды на переключение программы уставок по каналам связи с АСУ. Поэтому при заказе блока серии БМРЗ в карте заказа должно быть указано:

Выбор программы уставок по последовательному каналу связи (есть или нет)

Одновременно для выбранного исполнения блока БМРЗ можно заказать обору-дование, выпускаемое НТЦ «Механотроника» (преобразователи интерфейсов, конвер-теры, блоки питания, функциональные контроллеры и др.), необходимое для организации АСУ.

 

АНАЛОГОВЫЕ ВХОДЫ

 

Одним из важных моментов выбора цифрового устройства релейной защиты и автоматики является согласование характеристик его входов с характеристиками трансформаторов тока и напряжения. При заказе устройства выбранного типа следует учитывать, что не изменяя алгоритмов защит и автоматики блока серии БМРЗ , можно выбрать одно из шести исполнений токовых входов. Такая возможность позволяет при реконструкции электроустановки не заменять установленные трансформаторы тока.

Все токовые входы блоков серии БМРЗ при номинальном токе потребляют не более 0,2 Вт и имеют следующие характеристики:

 

 

Входы ВхТ-120, ВхТ-60 и ВхТ-30 предназначены для подключения к трансформаторам тока с номинальным вторичным током 5 А и рассчитаны на длитель-ную работу при трехкратном номинальном токе. Выбор между ВхТ-120, ВхТ-60 и ВхТ-30 производится в зависимости от возможной кратности тока в аварийных ситуациях и загрузки трансформатора тока (ТТ) в рабочем режиме. При протекании по первичной обмотке ТТ в аварийных режимах тока, не превышающего 5Iном, целесообразно выбрать ВхТ-30. Для токов, значения которых не превышают 10Iном, – ВхТ-60, а для токов, не превосходящих 20Iном, – ВхТ-120.

Если при кратности тока в аварийных режимах равной 20Iном, ток в нормальных режимах работы не превышает 50% номинального, целесообразнее выбирать вместо входа ВхТ-120 вход ВхТ-60.

Для трансформатора тока с номинальным вторичным током 1А в зависимости от кратности тока в аварийных режимах и степени загрузки в номинальных режимах рекомендуется использовать входы ВхТ-5 и ВхТ-3.

Для аналоговых входов, подключаемых к источнику сигнала 3I₀ в сетях с изолированной нейтралью, предназначены входы ВхТ-5, ВхТ-3 и ВхТ-0,3. При выборе токового входа для сигнала 3I₀ в сетях с компенсированной или заземленной нейтралью следует учитывать возможность протекания в аварийных режимах токов, значительно превышающих 5А.

Наличие нескольких исполнений токовых входов для данного сигнала позволяет в максимальной степени использовать возможности устройств серии БМРЗ.

В устройствах серии БМРЗ предусмотрено четыре исполнения входов по напряжению. Входы любого исполнения потребляют при номинальном напряжении мощность не более 0,9 Вт и имеют следующие характеристики:

 

 

        Вход ВхН-380 рекомендуется применять для защит в сетях напряжением 0,4 кВ, так при этом не требуется использовать трансформаторы напряжения.

        Вход ВхН-240 предназначен для применения в алгоритмах защит от повышения напряжения на выводах конденсаторных батарей различного назначения при использовании трансформаторов с номинальным вторичным напряжением 100 В.

        Вход ВхН-120 применяют при подключении к линейному напряжению, вход ВхН-80 – при подключении к фазному напряжению при использовании трансформа-торов с номинальным вторичным напряжением 100 В. Оба этих входа применяют также в алгоритмах защит, использующих сигнал 3 U ₀. Выбор между ними определяется характеристиками защищаемого объекта.

        В любом случае, после выбора входов для аналоговых сигналов, информация о них для серийного или заказного блока БМРЗ в карте заказа

оформляют так:

 

 

Помимо номенклатуры и количества аналоговых входов при заказе серийных и новых блоков серии БМРЗ можно в некоторых пределах изменить диапазон уставок по тем или иным параметрам, не выходя при этом за пределы рабочего диапазона. Общее количество аналоговых входов не может быть более восьми.

 

ДИСКРЕТНЫЕ ВХОДЫ

 

        В зависимости от исполнения в блоке серии БМРЗ может быть установлено до 23 дискретных входов, отличающихся назначением, родом тока и входным напряжением:

 

 

Как правило, напряжение дискретных входов выбирают таким же, как и напряжение оперативного питания. Однако сигналы от некоторого оборудования могут формироваться от источников с другим номинальным напряжением. Например, во мно-гих устройствах серии БМРЗ для железных дорог (в схемах управления разъеди-нителями, короткозамыкателями и т.п.), применяют оперативное напряжение 110 В, тогда как оперативное питание блоков БМРЗ обеспечивается от источника напряжением 220 В.

Поэтому в карте заказа устройства серии БМРЗ необходимо указать количество входов и их номинальное напряжение

[24 В (   шт), 110 В (   шт), 220 В (   шт)].

Рассмотренные выше дискретные входы имеют пороговый элемент, защищающий их от ложных срабатываний при замыканиях и утечках в цепях оперативного тока

        Также в карте заказа должен быть приведен перечень входных дискретных сигналов, например:

 

 

По заказу в блоке могут быть установлены и другие дискретные входы:

- “ДУ” (дистанционное управление). При высоком уровне сигнала на входе “ДУ” блок переходит в режим дистанционного управления, а при низком

уровне – в режим местного управления. В блоке, имеющим дискретный вход “ДУ”, переключение режима управления выключателя кнопками с лицевой панели невозможно.

- “Квитирование” – для подключения удаленной кнопки или соответствующего вы-хода системы телеуправления.

- «Разрешение МТЗ» - для пуска МТЗ по напряжению по сигналу от внешнего реле напряжения или по сигналам от других блоков релейной защиты.

 

ПОРОГОВЫЕ ВХОДЫ

 

Помимо аналоговых входов, позволяющих непрерывно получать информацию о сигналах, в блоках серии БМРЗ возможно использование дискретных входов для получения дискретного сигнала, применяющегося в алгоритмах защит и автоматики для блокирования, торможения или ускорения действия алгоритма. Таким образом, в блоках серии БМРЗ с помощью дискретных пороговых входов можно значительно модифицировать алгоритм защиты или автоматики без изменения количества аналоговых входов.

В общем случае на такой пороговый дискретный вход поступает напряжение отличное от напряжения, поступающего на остальные дискретные входы устройства:

 

 

Коэффициент возврата порогового дискретного входа – 1,03 – 1,05 (при срабатывании на понижение) или 0,95 – 0,98 (при срабатывании на повышение).

При заказе блока серии БМРЗ необходимо указать номинальное напряжение, напряжение срабатывания, количество входов и их назначение.

 

СЧЕТНЫЕ ВХОДЫ

 

Устройства серии БМРЗ могут при необходимости комплектоваться счетными входами (до 4-х штук), обеспечивающими технический учет электроэнергии, потребляемой защищаемым электрооборудованием или присоединением. К счетному входу подключается телеметрический выход счетчиков электрической энергии и источник выпрямленного или постоянного напряжения не более 14 В.

В устройствах серии БМРЗ устанавливаются счетные ячейки, принимающие входные импульсы с длительностью не менее 15 мс и частотой не более  25 Гц. Для проектанта необходимо знать еще три характеристики счетных ячеек:

 

 

Для того, чтобы в выбранном Вами устройстве серии БМРЗ можно было бы в соответствующем кадре меню указать тип счетчика, в карте заказа следует указать для каждого счетного входа:

 

 

ДИСКРЕТНЫЕ ВЫХОДНЫЕ СИГНАЛЫ

 

В зависимости от модификации в блоке серии БМРЗ может быть установлено до 23 дискретных релейных выходов с замыкающими, размыкающими и переключающими контактами. В карте заказа указывают их перечень и тип контакта (З - замыкающий,

Р – размыкающий), например:

 

       

Дополнительно к перечисленному выше, в блоки БМРЗ могут быть установлены дискретные выходные сигналы “АПВ”, бистабильное реле фиксации команд управления выключателем «РФК», а также реле, повторяющие выходные сигналы от пусковых органов алгоритмов защиты и автоматики или от любой из ступеней многоступенчатых защит (см. разделы «Алгоритмы защит» и «Алгоритмы автоматики»). Общее количество выходных дискретных сигналов – 23.

 

КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ. ЗИП. УСТАНОВКА

 

        Все блоки серии БМРЗ выполняются в одинаковом корпусе (рис. 2), но могут состоять из модулей разных типов.

Специальный ЗИП к блокам серии БМРЗ не предусмотрен, но возможна постав-ка отдельных модулей, замена которых производится специалистами эксплуатирующей организации. При заказе модулей центрального процессора МЦП и аналого-цифрового преобразователя МАЦП необходимо указывать обозначение программного обеспечения ПрО, используемого в выбранном блоке (указано в паспорте на устройство).

       

 

        Установка блоков серии БМРЗ на месте эксплуатации производится по рекомен-дациям, приведенным в руководстве по эксплуатации и в соответствии с размерами, указанными на рис. 3.

 

 

Если глубина релейного отсека не позволяет установить устройство серии БМРЗ, возможен заказ проставки, устанавливаемой между лицевой панелью блока и панелью релейного отсека. При этом монтажная глубина устройства уменьшается на величину L, равную ширине проставки. В этом случае устройство серии БМРЗ крепят с помощью заказных шпилек, длина которых равна (L + 25) мм. Винты, крепящие блок за основание, не должны входить в корпус устройства на длину более 10 мм.

Рассмотренные выше изменения относятся к аппаратной платформе блоков серии БМРЗ. Однако при заказе серийных исполнений блоков БМРЗ возможно внесе-ние изменений и в программное обеспечение: алгоритмы защиты и автоматики, состав регистрируемых параметров.

 

АЛГОРИТМЫ ЗАЩИТЫ

 

Даже при заказе серийного блока серии БМРЗ возможно некоторое уточнение алгоритмов защиты. Поэтому при заказе блока необходимо указывать их перечень и привести краткую характеристику, например:

 

 

Алгоритм МТЗ в серийных исполнениях блоков БМРЗ может быть сокращен пу-тем исключения одной или двух ступеней защиты, отказа от пуска МТЗ по каким-либо сигналам, исключения ускорения МТЗ и т.п., а также дополнен выходными дискрет-ными сигналами о срабатывании пусковых органов или ступеней защиты.

При модификации стандартного или разработке нового алгоритма словесного описания защит может оказаться недостаточным. В этом случае потребуется разработка и согласование функциональных схем алгоритмов.

 

АЛГОРИТМЫ АВТОМАТИКИ

 

В серийных блоках БМРЗ возможно некоторое уточнение и алгоритмов автома-тики. Поэтому при заказе необходимо указать их перечень и привести краткую характеристику, например:

 

 

Необходимо отметить, что переключение программ уставок по направлению мощности не может использоваться совместно с алгоритмом направленной МТЗ. Все способы смены программ являются взаимоисключающими.

Невозможно также одновременное применение двух способов выполнения команд устройств частотной автоматики, они также являются взаимоисключающими.

Как и алгоритмы защиты, алгоритмы автоматики могут быть дополнены выходными дискретными сигналами от пусковых органов или от частей алгоритма.

При значительной модификации стандартного, тем более при разработке нового алгоритма его словесного описания может оказаться недостаточно и потребуется согласование функциональных схем алгоритмов.

 

РЕГИСТРИРУЕМЫЕ СИГНАЛЫ

 

        Все блоки серии БМРЗ  обеспечивают для одного аварийного процесса регистрацию действующих значений пяти аналоговых сигналов и восьми дискретных сигналов (входных и выходных) с дискретностью 10 мс. Длительность регистрируемого процесса составляет 10 с, из них 1 с отводится записи предыстории аварии (до пуска защиты) и 9 с – записи аварийного процесса.

Чтение записи аварийного процесса возможно только по последовательному каналу с помощью ПЭВМ или АСУ с помощью программы «Реле – Монитор», поставляемой по заказу бесплатно.

Состав регистрируемых аналоговых сигналов зависит от исполнения БМРЗ и может уточняться при заказе блока, но в любом случае количество записываемых аналоговых сигналов не может быть более пяти.

Сигнал реле “Откл” во всех исполнениях блоков серии БМРЗ регистрируется обязательно. Перечень остальных регистрируемых дискретных сигналов, в который  могут быть включены сигналы пуска и срабатывания алгоритмов защит и автоматики, уточняется при заказе блока. Общее количество дискретных сигналов не может быть более восьми.

Третью группу образуют устройства релейной защиты и автоматики, разработанные на аппаратной платформе БМРЗ, но в которых реализованы новые алгоритмы защит и автоматики, не использовавшиеся в ранее выпущенных устройствах

Примерами таких разработок, выполненных НТЦ «Механотроника» может служить новая серия блоков БМРЗ для электрифицированных железных дорог, успешно эксплуатирующаяся на железных дорогах России и Белоруссии, и в метрополитенах Минска, С-Петербурга, Казани [6, 7], а также разработанные по заказу Ленинградской атомной станции устройства сопряжения с объектом УСО-МТ и регистраторы аварийных процессов и событий РАПС-МТ.

 

Литература

 

1. Правила устройства электроустановок. М., Госэнергонадзор России, 1998, 608 с.

2. Пуляев В.И. Итоги работы устройств релейной защиты и автоматики ОАО «ФСК ЕЭС». .//сб. докладов «Релейная защита и автоматика энергосистем 2004» 18-21 мая 2004. М., 2004, с. 3

3. Владимиров А.Н. Релейная защита в период реформирования. Вопросы и проблемы. //сб. докладов «Релейная защита и автоматика энергосистем 2004» 18-21 мая 2004. М., 2004, с. 324

4. Цифровые устройств релейной защиты. Каталог продукции 2004. СПб: НТЦ «Механо-троника», 2004, 152 с.

5. Коновалова Е.В. Основные результаты работы устройств РЗА в энергосистемах Российской Федерации. Особенности сбора и анализа информации по устройствам РЗА в новых условиях. .//сб. докладов «Релейная защита и автоматика энергосистем 2004» 18-21 мая 2004. М., 2004, с. 168

6. Эксплуатация микропроцессорных терминалов на тяговой подстанции «Олехновичи». //сб. докладов «Релейная защита и автоматика энергосистем 2004» 18-21 мая 2004. М., 2004, с. 104

7. Защита электротяговых сетей переменного тока на основе интеллектуальных терминалов. Учебное пособие/А.И. Бурьяноватый, А.Д. Кондаков, А.В. Мизинцев, А.Ю. Попов, Н.И. Ячкула – СПб.: Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2003, 111 с.

Примечания

1.   Сокращенный вариант

2.   Цифровые блоки релейной защиты БМРЗ