LABORATORIUM AUTOMATYKI ELEKTROENERGETYCZNEJ CYFROWEJ

POLITECHNIKA WARSZAWSKA WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY INSTYTUT ELEKTROENERGETYKI LABORATORIUM AUTOMATYKI ELEKTROENERGETYCZNEJ CYFROWEJ BADANIE CYFROWEGO URZĄDZENIA REL511 DO ZABEZPIECZANIA LINII WYSOKIEGO NAPIĘCIA Instrukcja laboratoryjna Ćwiczenie: Z.11 Warszawa 2012

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową, zasadą działania, właściwościami eksploatacyjnymi, charakterystykami oraz metodami badań funkcji zabezpieczeń odległościowych. Przedmiotem badania będzie funkcja zabezpieczenia odległościowego linii WN urządzenia REL511 wykonanego w technice cyfrowej. Sprawdzeniu poddane zostaną funkcje przekaźników podimpedancyjnych znajdujących się w urządzeniu REL511: przekaźnika odległościowego pomiarowego pięciostrefowego Z< oraz przekaźnika podimpedancyjnego rozruchowego GFC. Badania zostaną przeprowadzone za pomocą testera mikroprocesorowego CMC 56 firmy OMICRON electronics. 1. Wprowadzenie Przed przystąpieniem do wykonania ćwiczenia należy powtórzyć z wykładu wiadomości dotyczące zabezpieczeń linii wysokiego napięcia (WN) lub przestudiować odpowiednie rozdziały w [1,2,3,4]. Jednym z najbardziej rozpowszechnionych zabezpieczeń linii WN jest zabezpieczenie odległościowe. Dzięki pomiarowi odległości punktu zwarciowego od miejsca zainstalowania zabezpieczenia odległościowego może być ono bardzo szybkim zabezpieczeniem podstawowym odcinka, na którym jest zainstalowane i jednocześnie z dostateczną czułością rezerwować zabezpieczenia odcinków sąsiednich zachowując przy tym wybiórczość. Zabezpieczenia odległościowe charakteryzują się tym, że czas ich działania jest funkcją odległości miejsca zwarcia od miejsca zainstalowania zabezpieczenia. Miarą tej odległości w zabezpieczeniach odległościowych jest impedancja Z p widziana z miejsca zainstalowania (punktu przekaźnikowego) zabezpieczenia odległościowego. Charakterystyka czasowo-impedancyjna t = f(z) zabezpieczenia jest tak skonstruowana, aby większym impedancjom pętli zwarciowej (odleglejszym zwarciom) odpowiadały dłuższe czasy działania przy czym wartość impedancji podzielona jest na strefy o zasięgach Z I, Z II, Z III, Z IV, Z V, którym przyporządkowuje się odpowiednie czasy działania t I, t II, t III, t IV, t V. Każda strefa ma właściwości kierunkowe. Jako zabezpieczenie rezerwowe (rezerwa lokalna) w stosunku do zabezpieczeń odległościowych stosuje się zabezpieczenie zerowoprądowe kierunkowe (zwykle dwustopniowe). Zabezpieczenie to reaguje przy zwarciach jednofazowych, które są najczęściej występującymi zwarciami w sieciach WN. 2. Opis badanego urządzenia Przekaźnik REL511 (rys. 1) jest uniwersalnym urządzeniem zawierającym w sobie funkcje zabezpieczenia linii, kontroli i nadzoru, które może być zastosowane w liniach rozdzielczych oraz przesyłowych, napowietrznych i kablowych, uziemionych bezpośrednio, jak również izolowanych lub uziemionych przez dużą impedancję [5,6]. Urządzenie stanowi podstawową jednostkę systemu PYRAMID. System ten zawiera komplet urządzeń powiązanych i współpracujących ze sobą (nazywanych przez firmę ABB terminalami) oraz oprogramowanie potrzebne do kontroli i nadzoru nad urządzeniami stacji elektroenergetycznych za pomocą mikrokomputerów. Rys. 1. Urządzenie REL511, wg [5] Poszczególne jednostki systemu PYRAMID mogą być stosowane zarówno jako samodzielne urządzenia zabezpieczeniowe lub jako jednostki w kompletnych systemach SMS (Substation 2

Monitoring System - system nadzoru stacji), SCS (Substation Control System - system sterowania stacji) i/lub RTS (Relay Testing System - system testowania przekaźników). 2.1. Funkcje urządzenia REL511 W tabeli 1 zmieszczono zestawienie funkcji dostępnych w przekaźniku REL511. Tabela zwiera nazwę angielską funkcji, nazwę polską oraz adnotację o występowaniu danej funkcji w przekaźniku REL511 znajdującym się w Laboratorium Cyfrowej Elektroenergetycznej Automatyki Zabezpieczeniowej Instytutu Elektroenergetyki PW. Tab. 1. Funkcje dostępne w przekaźniku REL511, X- dostępność funkcji w przekaźniku znajdującym się w laboratorium, opracowano wg [5] Angielska nazwa funkcji Polska nazwa funkcji Dostępność funkcji Impedance (5 Zones With GFC) Zabezpieczenie odległościowe (5 stref z GFC) X (BASIC) Independent Time Overcurrent Niezależne zabezpieczenie nadprądowe X (BASIC) Mean Values Pomiar wartości średnich X (BASIC) Configurable Logic Logika programowalna X (BASIC) Trip Function Funkcja wyłączająca X (BASIC) Fuse Failure Supervision (Contact) Kontrola stanu bezpieczników (stykowo) X (BASIC) Scheme Communications Logic + Current Reversal Logika współpracy z łączem + logika rewersji prądu Phase Preference Logic Logika wyboru fazy X Single Phase Tripping Wyłączenie jednofazowe X Automatic Switch Onto Fault Logic Fuse Failure Supervision (zero+neg.) Logika układu zabezpieczenia przed załączeniem na zwarcie Wykrywanie uszkodzenia w obwodach napięciowych (przepalenie bezpieczników przekładników napięciowych) Power Swing Blocking Blokada przeciwkołysaniowa X Autoreclosing, 3 Phase Automatyka SPZ 3- fazowego Autoreclosing, 1 and/or 3 Phase Automatyka SPZ, 1 i/lub 3-fazowego X Breaker Failure Protection Funkcja rezerwy wyłącznikowej X Earth Fault Overcurrent, Nondirectional Earth Fault Overcurrent, Directional System Supervision Functions Funkcja przekaźnika nadprądowego bezkierunkowego Funkcja przekaźnika ziemnozwarciowego kierunkowego Funkcje nadzorujące system po stronie wtórnej i pierwotnej przekładników Fault Locator Lokalizator miejsca zwarcia X Event Recorder Rejestrator zdarzeń X Disturbance Recorder Rejestrator zakłóceń X Remote Communications Zdalna komunikacja X Synchrocheck Under/Over Voltage Protection Simulation Logic On-line Control (10 signals) Funkcja kontroli napięcia i synchronizmu Funkcja przekaźnika pod/nadnapięciowego Logika symulacyjna Funkcje sterujące X X X X X X 3

Na rysunku 2 przedstawiono funkcje dostępne w przekaźniku REL511 znajdującym się w laboratorium. Poniżej opisano podstawowe właściwości tych funkcji. Funkcje podstawowe Główną funkcją urządzenia REL511 jest funkcja przekaźnika podimpedancyjnego (odległościowego) z pięcioma strefami pomiarowymi (Zone 1, Zone 2, Zone 3, Zone 4, Zone 5) o charakterystykach w kształcie czworoboku. Na rysunku 4 przedstawiono charakterystyki impedancyjne w urządzeniu dla zwarć międzyfazowych (rys. 4a) i doziemnych (rys. 4b). Dla zwarć jednofazowych nastawy rezystancyjne mogą być odmienne, a oznacza się je jako RFNZ1, RFNZ2 itd. W urządzeniu zastosowano odrębne procesory sygnałowe DSP (Digital Signal Processor) do równoległych obliczeń algorytmów (rys. 3): dla zwarć jednofazowych w zakresie wszystkich stref (jeden procesor) oraz zwarć wielofazowych w zakresie wszystkich stref (drugi procesor) oraz określenia kierunku wystąpienia zwarcia dla zwarć jedno- i wielofazowych (trzeci procesor). Rys. 2. Przegląd funkcji dostępnych w przekaźniku REL511 z poziomu programu CAP 540 Procesor DSP nr 1 Procesor DSP nr 2 Procesor DSP nr 3 Rys. 3. Układ procesorów DSP odpowiedzialnych za przetwarzanie sygnałów w przekaźniku REL511, wg [5] 4

Nastawienia dla poszczególnych stref są niezależne dla parametrów: zasięgu reaktancyjnego i rezystancyjnego, zasięgu rezystancyjnego dla zwarć wielofazowych i jednofazowych, kierunkowości stref, blokowania przez blokadę przeciwkołysaniową PSB (Power Swing Block), zablokowania wysłania impulsu wyłączającego. a) X Z L X1GFCFw X1Z5 Zone 5 GFC X1Z4 X1 Z2 X1 Z1 Zone 1 Zone 2 Zone 4 25deg ARGLd R RFNZ3 RFN Z1 RFN Z2 RFN Z4 RFN Z5 RLd RFNGFC Zone 3 X1Z3 15deg X1GFCRv ` b) X Z L X1GFCFw X1Z5 X1Z4 Zone 4 X1 Z2 Zone 2 X1 Z1 Zone 1 Zone 5 GFC 25deg 15deg R RFZ3 Zone 3 X1Z3 RFZ1 RFZ2 RFZ4 RFZ5 RFGFC X1GFCRv Rys. 4. Charakterystyki impedancyjne przekaźnika REL511 dla zwarć: a) doziemnych, b) międzyfazowych Ponadto w urządzeniu znajduje się oddzielna i niezależna funkcja przekaźnika podimpedancyjnego rozruchowego (osobny procesor DSP, procesor nr 4) nazwana GFC (General Fault Criteria). Element GFC posiada odpowiednio ukształtowaną charakterystykę (rys. 4) zapewniającą prawidłowe działanie całego urządzenia przy zwarciach charakteryzujących się dużą rezystancją przejścia. 5

Kombinacja wielkości wejściowych powodująca zadziałanie jest inna dla funkcji GFC i inna dla stref pomiarowych (Zone 1,, Zone 5) przekaźnika odległościowego. W ten sposób w urządzeniu REL511 funkcja GFC stanowi rezerwę dla funkcji przekaźnika podimpedancyjnego. Przekaźnikiem rezerwowym od zwarć doziemnych jest przekaźnik nadprądowy zwłoczny (Time Delayed Residual Overcurrent Protection). Ponadto w podstawowej wersji urządzenia REL511 znajdują się następujące funkcje: funkcja zabezpieczenia przed załączeniem na zwarcie (Switch Onto Fault Logic); możliwość wyłączania trójfazowego (3-Phase Tripping), możliwość pomiaru średnich wartości prądu, napięcia, mocy czynnej i biernej, częstotliwości (Mean Values), prezentowanych razem z aktualnym stanem wejść dwustanowych oraz wszystkich wewnętrznych sygnałów dwustanowych, szerokie możliwości konfiguracyjne (Configurable Logic) możliwe dzięki użyciu wbudowanych bramek logicznych, zegarów oraz tworzenie przez użytkownika powiązań między różnymi funkcjami, wejściami i wyjściami dwustanowymi. Typowy czas pomiaru impedancji przez przekaźnik REL511 wynosi 32 ms. Cyfrowa filtracja sygnałów wejściowych oraz cyfrowa technika pomiarowa zapewniają właściwe działanie urządzenia zabezpieczeniowego w stanach przejściowych przekładników prądowych i napięciowych oraz podczas nasycenia się przekładników prądowych (z pewnymi ograniczeniami [5]). Lokalny pulpit kontrolny MMI (Man Machine Interface) umieszczony w urządzeniu, posiada port do podłączenia komputera PC oraz dwa (opcjonalnie) wbudowane porty szeregowe ułatwiające użytkownikowi obsługę urządzenia niezależnie od miejsca sterowania (budynek stacji, centrum kontrolne podstacji, biuro). Urządzenie posiada funkcję samokontroli z możliwością wykrywania zakłócenia lub uszkodzonego elementu. Wynik testu pojawia się na pulpicie MMI. Funkcje dodatkowe Logika współpracy z łączem (Scheme Communications Logic, Communication) Przekaźnik REL511 posiada wbudowaną, programowalną przez użytkownika, funkcję współpracy z łączem (do wymiany informacji pomiędzy zabezpieczeniami zainstalowanymi na obu końcach chronionej linii). Dostępne są różne warianty współpracy urządzenia z łączem: zezwolenie na wyłączenie (Premissive): ze strefy wydłużonej (Permissive Overreaching Transfer Trip, Zone Extension), ze strefy skróconej (Permissive Underreaching Transfer Trip), wyłączenie natychmiastowe po otrzymaniu sygnału z drugiego końca chronionej linii (Intertrip), blokowanie wyłączenia (Blocking). Dostępna jest również logika rewersji prądu (Current Reversal Logic), stosowana do zapobiegania zbędnym wyłączeniom w liniach wielotorowych oraz wewnątrz złożonych konfiguracyjnie systemów przesyłowych. W funkcję współpracy z łączem wbudowana jest również logika słabego zasilania (Weak Infeed Logic) miejsca zwarcia z przeciwległego końca chronionej linii. W celu zapewnienia szybkiej eliminacji zwarć w linii przy braku kanału komunikacyjnego można wykorzystać logikę lokalnego przyspieszania działania (Local Acceleration Logic). Logika ta może być sterowana przez automatykę SPZ lub przez prąd odpowiadający utracie obciążenia (Loss of Load). 6

Wyłączanie jednofazowe (Single Phase Tripping, Trip) Urządzenie daje możliwość wysyłania do wyłącznika impulsu otwierającego tylko w jednej fazie przy zwarciach jednofazowych z ziemią. Logika wyboru fazy (Phase Preference Logic, High Imp Net) REL511 jest urządzeniem, które można stosować do ochrony linii przesyłających energię elektryczną zarówno w sieciach z punktem neutralnym uziemionym bezpośrednio (linie WN i NN), jak i izolowanym (sieci SN) lub z kompensacją (sieci SN). W tych dwóch ostatnich przypadkach należy zastosować oddzielny filtr oraz logikę wyboru fazy uszkodzonej. Ma to na celu wyeliminowanie niepotrzebnych wyłączeń mogących występować w przypadkach przejściowych, w początkowym stadium zwarć jednofazowych z ziemią (tzw. doziemień). Logika wyboru fazy zapewnia selektywne wyłączenie doziemionej linii. Logika układu zabezpieczenia przed załączeniem na zwarcie (Automatic Switch Onto Fault Logic, Switch Onto Fault) Logika ta może być aktywowana zewnętrznie (spoza urządzenia REL511) lub wewnętrznie. Zewnętrzna aktywacja może nastąpić, gdy na odpowiednim wejściu dwustanowym urządzenia pojawi się wybrany wcześniej sygnał informujący o podaniu impulsu na zamknięcie wyłącznika (z układu sterowania wyłącznika). Wewnętrzna aktywacja następuje na podstawie zmian prądów fazowych i napięć. Logika jest aktywowana, gdy przynajmniej jedno z napięć fazowych obniży się (poniżej nastawionej wartości progowej) i prąd w tej samej fazie spadnie poniżej 10% I N i jednocześnie wybrana wcześniej strefa przekaźnika podimpedancyjnego jest niepobudzona. Oba te kryteria muszą być spełnione przynajmniej przez 200 ms, aby nastąpiła wewnętrzna aktywacja funkcji. Po aktywacji logiki (zewnętrznie lub wewnętrznie) wybrana strefa funkcji przekaźnika podimpedancyjnego (nastawiona w logice), gdy impedancja ruchowa znajdzie się w obszarze jej działania daje bezzwłoczny sygnał na OW (bez uwzględniania kierunku). Strefa ta powinna pokrywać całą zabezpieczaną linię. Bezzwłoczne bezkierunkowe wyłączenie w tej strefie jest możliwe jedynie przez 1 s od momentu zamknięcia wyłącznika. Uaktywnienie logiki jest możliwe jedynie wtedy, gdy nie stwierdzone jest uszkodzenie przekładników napięciowych. Blokada przeciwkołysaniowa (Power Swing Blocking, Power Swing Block) Działanie blokady przeciwkołysaniowej oparte jest na pomiarze szybkości zmian impedancji ruchowej pomiędzy dwoma koncentrycznymi wielobokami umieszczonymi na płaszczyźnie impedancyjnej. Funkcja przekaźnika nadprądowego (Earth Fault Overcurrent Directional/ Non-directional) Dostępne w urządzeniu REL511 wielobokowe (czworoboczne) charakterystyki przekaźnika podimpedancyjnego zapewniają prawidłowe eliminowanie zwarć charakteryzujących się dużą rezystancją przejścia. Jednak w przypadku wykrywania zwarć o bardzo dużej rezystancji należy stosować przekaźniki nadprądowe. Opcjonalnie w przekaźniku REL511 dostępne są funkcje przekaźnika nadprądowego ziemnozwarciowego kierunkowego (Earth Fault Overcurrent Directional) lub bezkierunkowego (Earth Fault Overcurrent Non-directional). Obydwie wersje posiadają charakterystyki z nastawialną zwłoką czasową: 4 zależne charakterystyki oraz jedną niezależną. Charakterystyki zależne mają możliwość nastawienia minimalnego prądu oraz czasu działania. 7

Funkcja czułego przekaźnika ziemnozwarciowego (Sensitive Earth Fault Overcurrent) W sieciach z izolowanym punktem neutralnych lub uziemionym przez dużą impedancję (sieci SN) funkcję przekaźnika podimpedancyjnego można uzupełnić funkcją czułego przekaźnika ziemnozwarciowego. W urządzeniu REL511 można zastosować jedną z dwóch dostępnych wersji sprzętowych modułu spełniającego funkcję czułego przekaźnika ziemnozwarciowego. Lokalizator miejsca zwarcia (Fault Locator) Ta funkcja zawiera lokalizator miejsca zwarcia wraz z informacjami o bieżących wartościach fazorów prądów i napięć, po stronach pierwotnej i wtórnej przekładników, występujących w punkcie przekaźnikowym. Dostępne są również zarejestrowane wartości tych fazorów odnoszące się do chwili tuż przed oraz powstania zwarcia (dla ostatnich 10 zakłóceń). Rejestrator zdarzeń (Event Recorder) Rejestrator zapisuje do pamięci do 150 zdarzeń dla każdego z dziesięciu ostatnich zakłóceń. Odczyt może odbyć się za pomocą komputera klasy PC przyłączony do pulpitu MMI lub portu szeregowego dla SMS lub portu szeregowego dla SCS. Synchronizacja czasu dokonywana jest przez podawanie impulsów (co 1 min.) na określone wejście dwustanowe lub przez wbudowany port dla potrzeb zdalnej komunikacji (opcja). Rejestrator zakłóceń (Disturbance Recorder) Funkcja rejestratora zakłóceń jest ważną częścią systemu nadzoru stacji, pozwalającą na szczegółową ocenę różnych zakłóceń zachodzących w systemie elektroenergetycznym. Rejestrator może zapamiętać: do 10 sygnałów analogowych oraz do 48 sygnałów dwustanowych (wejściowych zewnętrznych lub wewnętrznych). Dowolnie wybrane sygnały mogą pobudzać rejestrator przy zadanej zmianie swoich wartości. Odczyt zapisanych w pamięci przebiegów może być dokonany za pomocą komputera PC przyłączonego do pulpitu MMI oraz zdalnie przez SMS. Do analizy używany jest program REVAL działający w środowisku Windows. Automatyka SPZ (Autoreclosing, Autorecloser) Funkcja automatyki SPZ dostępna jest w dwóch rodzajach: SPZ trójfazowy wielokrotny; jeden cykl może zawierać 1, 2, 3 lub 4 impulsy zamykające wyłącznik. Czas pierwszej przerwy nastawia się w granicach (0,2 60) s. Z krokiem 10 ms (dla szybkiego SPZ). Pozostałe przerwy mogą realizować tylko SPZ wolny. Funkcja SPZ może być dostarczona z lub bez opcjonalnego modułu sprawdzającego napięcia oraz ich synchronizm (Synchrocheck) po obu stronach wyłącznika (SPZ sekwencyjny). Dostępne są 4 różne programy wykonania cyklu SPZ; SPZ jedno- i/ lub trójfazowy, pojedynczy lub wielokrotny. Funkcja może wykonać jedno- lub trójfazowy cykl SPZ zaprogramowany według jednego z 8 dostępnych programów wykonania pełnego cyklu. SPZ trójfazowy może być szybki lub wolny z lub bez sprawdzania napięć i ich synchronizmu (Synchrocheck) po obu stronach wyłącznika (opcja). Funkcja kontroli napięcia oraz synchronizmu (Synchrocheck) Funkcja sprawdzająca synchronizm napięć posiada możliwość nastawiania w szerokich granicach następujących parametrów: dopuszczalnej różnicy częstotliwości, 8

dopuszczalnej różnicy napięć, dopuszczalnej różnicy faz dwóch napięć. Funkcja sprawdzająca obecność napięć pozwala na kontrolowane załączenie linii lub szyn pod napięcie. Rezerwa wyłącznikowa (Breaker Failure Protection, Breaker Failure) Funkcja ta nadzoruje prąd płynący przez lokalny wyłącznik na otwarcie którego działa dane urządzenie REL511. Ma ona dwa niezależne człony czasowe: odmierzający czas t 1 (powinien on być dłuższy niż czas działania funkcji zabezpieczeniowych urządzenia REL511 działających na otwarcie lokalnego wyłącznika), po upływie którego wysyłany jest ponownie impuls na otwarcie lokalnego wyłącznika, odmierzający czas t 2, po upływie którego pobudzane jest odpowiednie wyjście dwustanowe urządzenia REL511 przyłączone do układu lokalnej rezerwy wyłącznikowej (LRW) całej stacji. Pobudzenie każdej funkcji zabezpieczeniowej urządzenia REL511 powoduje pobudzenie rezerwy wyłącznikowej. Jest także możliwe, aby funkcja rezerwy wyłącznikowej urządzenia REL511 była pobudzana sygnałem podawanym na wejście dwustanowe urządzenia. Funkcja przekaźnika pod/nadnapięciowego (Under/Over Voltage Protection, Undervoltage) Funkcja mierząca napięcie, która może działać w trybie przekaźnika pomiarowego podnapięciowego lub nadnapięciowego, nastawianego i działającego niezależnie dla każdego z przypadków, również jako zwłocznego. Funkcje nadzorujące system po stronie wtórnej i pierwotnej przekładników (System Supervision Functions) Nadzór nad obwodami pierwotnymi (Power System Supervision), działanie tych funkcji opiera się na: pomiarze prądu płynącego w chronionej linii - zabezpieczenie przeciążeniowe (Over Load), różnicy w prądach fazowych - zabezpieczenie od uszkodzenia przewodu fazowego (Broken Conductor), wykrywaniu utraty obciążenia (Loss Of Voltage). Nadzór nad obwodami wtórnymi (Secondary System Supervision), działanie tych funkcji opiera się na: działaniu funkcji nadzorującej stan bezpieczników w obwodach przekładników napięciowych (Fuse Failure Supervision). Działanie funkcji opiera się na zasadzie pojawienia się składowej zerowej napięcia o wartości przekraczającej zadaną wartość dopuszczalną, przy jednoczesnym braku składowej zerowej prądu (Fuse Failure Supervision zero). Inny możliwy do wyboru tryb działania tej funkcji jest oparty na istnieniu składowej przeciwnej napięcia przy braku tej składowej w prądzie (Fuse Failure Supervision negative). Możliwa jest też kontrola stanu bezpieczników stykowo (Contact), a więc poprzez otrzymanie (na odpowiednie wejście dwustanowe przekaźnika REL511) informacji o ciągłości obwodów napięciowych, np. z przekaźnika kontroli ciągłości obwodów napięciowych; kontroli obwodów prądowych (Current Transformer Supervision). Funkcja porównuje moduł sumy prądów z 3 faz ΣI faz. (wejścia prądowe I1, I2 i I3) z modułem prądu odniesienia I ref (prąd z wejścia I5) pochodzącym z innego przekładnika prądowego. 9

Funkcje sterujące (On-line Control) Funkcje te umożliwiają sterowanie (w czasie rzeczywistym) do dziesięciu sygnałów dwustanowych. Dzięki temu za pomocą SCS lub SMS można zdalnie sterować wyłącznikami oraz różnymi funkcjami urządzenia REL511. Logika symulacyjna (Simulation Logic) Logika symulacyjna (bramki logiczne, timery) służy do programowania przez użytkownika chwili powstania i czasu trwania różnych wewnętrznych sygnałów logicznych. W ten sposób testuje się prawidłowość działania różnych funkcji rejestrujących zakłócenia, przesyłających zdarzenia wewnątrz systemów SMS oraz SCS i sprawdza się przepływy sygnałów w obrębie danej stacji elektroenergetycznej. 2.2. Instrukcja obsługi urządzenia Oprogramowanie SMS-Base System nadzoru stacji SMS (Substation Monitoring System) jest systemem stworzonym w celu szybkiego i prostego pozyskiwania, przechowywania i obróbki danych znajdujących się w urządzeniach zabezpieczeniowych i rejestratorach zakłóceń firmy ABB. Platforma SMS, stworzona zarówno sprzętowo jak i programowo, przeznaczona jest do obsługi oprogramowania wspomagającego sterowanie i nadzór urządzeń stosowanych w systemach: średniego (sieci rozdzielcze) i wysokiego napięcia (sieci przesyłowe). Wszystkie informacje mieszczące się w urządzeniach zabezpieczeniowych serii SPACOM, Rex 100 oraz Rex 500 firmy ABB mogą być dostępne z lokalnego komputera PC w stacji (za pośrednictwem złącza umieszczonego na MMI) lub poprzez modemy telefoniczne. Konstrukcja oprogramowania SMS jest modułowa tzn. zawiera moduły bloków sprzętowych i programowych. Struktura taka umożliwia rozbudowę systemu SMS wraz ze zwiększającymi się wymaganiami użytkownika. W wykorzystywanym w laboratorium oprogramowaniu SMS 010 (1997) każdy z modułów jest dedykowany do danego obiektu (linia rozdzielcza, linia przesyłowa, szyny stacji WN). Na rysunku 5 przedstawiono ekran na którym pokazano wybór urządzenia REL511 w oprogramowaniu SMS. Jednym z programów systemu SMS jest SMS-Base (ver. 2.1). Program ten jest platformą programową dla wszystkich aplikacji systemu nadzoru SMS i może obsługiwać każdą z nich. Program zawiera: zapis struktury stacji, obiektów i jednostek organizacyjnych, numer telefoniczny do każdej ze stacji, program obsługi modemu, nastawienia parametrów komunikacyjnych, hasła dostępu, korektę błędów komunikacji. Do platformy programowej SMS-Base dostępne są odpowiednie moduły (programowe) np. SM/SPA_, SM/SACO, SM/SPTO, SM/SPCR, SM/REL 511 (moduł wyboru urządzenia REL511). Posiadając programy SMS-Base oraz SM/REL511 można za pośrednictwem komputera PC odczytywać oraz zmieniać nastawienia urządzenia zabezpieczeniowego REL511 dostępnego w laboratorium. W tym celu należy uruchomić oprogramowanie SMS-Base za pomocą pliku smsbase.exe. Po wejściu do programu należy odpowiednio wybrać z hierarchii urządzenie REL511 wg procedury przedstawionej na rys. 5. Po wybraniu urządzenia pojawi się ekran pozwalający m.in. na wybór modułu nastawień (REL511A Settings) w SMS-Base (rys. 6). Na rysunku 7 przedstawiony jest przykładowo wybór modułu programowego REL511A ACTI- GRP Change Active Group...[1] (cyfra [1] oznacza adres danego urządzenia w SMS - numer urządzenia podrzędnego). Moduł ten służy do zmiany aktywnej grupy nastawień w urządzeniu REL511. 10

Po podświetleniu i zatwierdzeniu wyboru (klawisz Enter) ukaże się ekran przedstawiony na rys. 8. Na rysunku 8 pokazano że do wyboru są trzy opcje: Read present group No. to PC-file - odczyt i zapis aktualnych nastawień i parametrów z urządzenia REL511 do pliku na dysk, Enter new group No. - ustawienie nowej grupy nastawień, Write new group No. to terminal - wysłanie aktualnych nastawień do urządzenia REL511. Odczytując dane poleceniem Read terminal data to PC-file, a następnie dokonując zmian aktywnej grupy nastawień i zapisując aktualne nastawienia do urządzenia poleceniem Write PC-file settings to terminal można dokonać zmiany aktywnej grupy nastawień. Podobnie jak ze zmianą aktywnej grupy nastawień należy postąpić z nastawieniami zabezpieczenia obowiązującymi w danej grupie (wcześniej należy wybrać: REL511A SET-GRP4 Set Group4 Functions...[1]) (rys. 9). Rys. 5. Ekran przedstawiający wybór urządzenia REL511 w oprogramowaniu SMS-Base Rys. 6. Ekran przedstawiający wybór nastawień urządzenia REL511 w oprogramowaniu SMS-Base 11

Rys. 7. Ekran wyboru modułu zmiany aktywnej grupy nastawień w SMS-Base Rys. 8. Ekran wyboru po wybraniu zmiany aktywnej grupy nastawień w SMS-Base Rys. 9. Następny ekran wyboru po wybraniu odpowiedniego modułu programowego w SMS-Base Na rysunku 9 do wyboru są trzy opcje: Read terminal data to PC-file - odczyt i zapis aktualnych nastawień i parametrów z urządzenia REL511 do pliku na dysk, Monitor PC-file information - przedstawienie aktualnie zapisanych w pliku informacji, Write PC-file settings to terminal - wysłanie nastawień i parametrów do urządzenia REL511. 12

Odczytując dane poleceniem Read terminal data to PC-file, a następnie dokonując zmian nastawień i zapisując aktualne nastawienia do urządzenia poleceniem Write PCfile settings to terminal można dokonać zmiany w nastawieniach urządzenia. Uwaga. Przed przystąpieniem do ściągania bądź wysyłania danych do urządzenia REL511 należy wcześniej uaktywnić komunikację między nim i komputerem PC. Z tym celu po odpowiednim połączeniu kabla komunikacyjnego należy wybrać (strzałkami) z lokalnego pulpitu kontrolnego (MMI) uaktywnienie (Activate: Yes) komunikacji przez MMI (FRONT COMMUNICATION>Front Comm na wyświetlaczu LCD). Aby przesłać nastawy do terminala należy wprowadzić hasło: 000. Konfigurowanie nowego urządzenia za pomocą oprogramowania SMS-Base Użytkownik programu ma możliwość samodzielnego stworzenia własnego drzewa (struktury urządzeń) odpowiadających jego potrzebom. Aby utworzyć taką strukturę na końcu której znajduje się np. urządzenie REL511 należ postąpić wg następującej procedury. Wybrać z menu UTILITIES opcję Alter application structure. Następnie wcisnąć klawisz A (A=Add) i dokonać definicji nazw w polach: Select Organization, Select Station, Select Object/Bay. Na koniec w polu Select Unit wybrać i dodać urządzenie REL511A v. 1.2 wpisując adres 001, oprogramowanie dołączy pozostałą część funkcji konfiguracyjnych. Wprowadzenie nowej struktury powoduje również konieczność odpowiedniego skonfigurowania parametrów komunikacji dla tej struktury co należy wykonać następująco (dla urządzenia REL511 znajdującego się w laboratorium), przy wyborze opcji Select Object/Bay dokonać ustawień komunikacyjnych (Edit communication parameters), w tym ustawić Serial port: COM1 następnie ustawić Handshake: RTS-IDLE. Oprogramowanie CAP 540 Oprogramowanie CAP 540 to produkt firmy ABB służący do konfiguracji terminali zabezpieczeniowych produkcji ABB, jest zbiorem narzędzi do programowania oraz bazą bibliotek do całego zestawu terminali. Użytkownik oprogramowania CAP 540 może wykorzystać je we wszystkich etapach pracy z terminalem REL511, zarówno do odczytu i wprowadzania nastaw parametrów, zmiany grup nastaw, kasowania sygnalizacji diodowej, wizualizacji zarejestrowanych stanów zakłóceniowych, nastawiania i odstawiania automatyki SPZ. Aby skorzystać z programu CAP 540 należy dwukrotnie kliknąć lewym przyciskiem mszy na ikonę CAP 540 znajdującą się na pulpicie, wtedy pojawi się okno logowania, należy wprowadzić login (systemadministrator) oraz hasło (a10). Tworzenie własnego drzewa odwzorowującego strukturę sieci elektroenergetycznej odbywa się wykorzystując polecenie New Project znajdującej się w zakładce File. Tworząc odwzorowanie własnej sieci elektroenergetycznej buduje się schemat do dalszej pracy. Aby dodać kolejne elementy struktury drzewiastej w postaci organizacji, stacji i pola stacyjnego wykorzystuje się polecanie Add dostępne po kliknięciu prawym przyciskiem myszy na wybranym elemencie struktury. Organizację (instytucję do której należy stacja) dodaje się z poziomu projektu; stację (nazwa stacji) z poziomu organizacji, a pole w stacji (nazwa pola) z poziomu stacji. Po stworzeniu struktura drzewiasta może wyglądać jak na rys. 10. Drzewo sieci zobrazowane w CAP 540 należy oczywiście uzupełnić o terminale zabezpieczeniowe w poszczególnych polach stworzonej struktury. Dodawanie terminali odbywa się poprzez kliknięcie prawym przyciskiem myszy na wybranym polu stacji i wybraniu opcji Add, pojawia się wtedy okno wyboru terminala zaprezentowane na rys. 11. Wyboru terminala dokonuje się z rozwijanej listy. 13

Rys. 10. Struktura przykładowej sieci Rys. 11. Okno wyboru terminala - wybór terminala Uwaga. Przy tworzeniu drzewa sieci i dodawaniu terminali firmy ABB należy pamiętać, że terminale te wykorzystują protokół SPA i wybierając adres terminala należy pamiętać, aby był on niepowtarzalny dla każdego urządzenia pracującego w pętli. Wyboru dokonuje się w tym samym oknie uzupełniając pole Slave Number. Przykładowy wybór przedstawia rys. 12. Rys. 12. Okno wyboru terminala, nadanie adresu Rys. 13. Struktura sieci uzupełniona o terminal zabezpieczeniowy Po dodaniu terminala (rys. 13) należy dokonać nastawień jego parametrów. Zmiany nastaw dokonuje się poprzez kliknięcie prawym przyciskiem myszy na wybranym terminalu i wybór opcji Parameter Setting z menu podręcznego (rys. 14). Po uruchomieniu programu PST (Parameter Setting Tool) pojawia się okno przedstawione na rys. 15 umożliwiające nastawianie parametrów terminala zabezpieczeniowego. Parametry reprezentowane są w strukturze drzewiastej, co znacznie ułatwia obsługę programu. Aby dokonać podglądu nastaw danego parametru należy kliknąć na wybranym parametrze po lewej stronie okna dialogowego, zawartość danego parametru zostanie wyświetlona po prawej stronie okna. Dla każdego parametru można zobaczyć jego nazwę, nastawioną wartość w terminalu zabezpieczeniowym, wartość w programie PST. Rys. 14. Uruchamianie programu PST W celu pobrania nastaw zastosowanych aktualnie w terminalu należy kliknąć na ikonę (Read from Terminal) (rys. 16). 14

Po pobraniu nastaw z terminala ma się pełny podgląd nastawień zastosowanych w terminalu. Okna z parametrami nastawczymi dla 4 grupy nastaw prezentują rysunki od rys. 28 do rys. 34 zawarte w rozdz. 3 instrukcji. Zmiany parametrów nastawczych dla poszczególnych stref impedancyjnych można dokonywać indywidualnie w zaprezentowanych oknach (rys. 28 - rys. 34), natomiast zmianę całej grupy nastaw można przeprowadzić klikając pole Change Active Setting Group i wybierając odpowiednią grupę nastaw (z rozwijanej listy) w polu ChActSetGrp (rys. 16). W celu wysłania zmodyfikowanych nastaw do terminala należy kliknąć ikonę (Write to Terminal). Rys. 15. Okno programu PST Rys. 16. Okno zmiany aktywnej grupy nastaw Odczyt i analiza rejestracji Oprogramowanie CAP 540 umożliwia obserwację i analizę zarejestrowanych przebiegów zwarciowych. Z poziomu urządzenia lub stacji przy wykorzystaniu bezpośredniego połączenia z terminalem można skorzystać z opcji Disturbance Evaluation (obsługa zakłóceń) lub Station Disrurbance Upload (odczyt zakłócenia stacyjnego) poprzez kliknięcie prawym przyciskiem myszy na poziomie stacji (rys. 17). Innym sposobem uaktualnienia listy zakłóceń jest kliknięcie prawym przyciskiem myszy na nazwie przekaźnika i wybór (w menu podręcznym) opcji Disturbance Handling, a następnie opcji Terminal Disturbance List (rys. 18). Aby pobrać zarejestrowane zakłócenie z terminala REL511 na komputer PC należy zaznaczyć wybrane zakłócenie klikając na nim prawym przyciskiem myszy i wybrać opcję Upload Selected Disturbance (rys. 19). Każde zarejestrowane zdarzenie można obejrzeć na liście z dokładnym czasem, typem zakłócenia, sygnałem, z którego nastąpiło wyzwolenie, jak również miejsce wystąpienia zwarcia wyrażone w procentach (dla przekaźników odległościowych). Widoczne są również sygnały analogowe i dwustanowe trafiające do urządzenia. 15

Rys. 17. Aktualizowanie listy zakłóceń Rys. 18. Aktualizowanie listy zakłóceń Rys. 19. Pobieranie zarejestrowanych przebiegów na dysk twardy komputera PC Przykładową listę zarejestrowanych zakłóceń przedstawiono na rys. 20. Na rysunku 21 przedstawiono wizualizację przykładowego zakłócenia w programie REVAL (analizator przebiegów zwarciowych). Przebiegi zarejestrowane w terminalu podświetlane są na czerwono (rys. 20), przebiegi pobrane z terminala (ale jeszcze nie oglądane) podświetlone są na niebiesko, natomiast 16

przebiegi już obejrzane za pomocą programu REVAL oznaczone są kolorem czarnym. Takie oznaczenie statusu zarejestrowanych przebiegów znacznie ułatwia obsługę rejestratora zakłóceń zawartego w terminalu REL511. W celu wizualizacji wybranego zakłócenia w programie REVAL należy kliknąć na nim dwukrotnie lewym przyciskiem myszy (wtedy uruchomi się program REVAL). Program do analizy zakłóceń REVAL daje możliwości wydrukowania zarejestrowanego przebiegu, dokonania pomiarów wielkości charakteryzujących zarejestrowane przebiegi (odczyt wartości skutecznych oraz amplitud przebiegów i czasy) dzięki zastosowaniu opcji wywołania kursorów pomiarowych, a także wizualizację zmiany stanu sygnałów dwustanowych ( zaszytych w logice wewnętrznej przekaźnika), na podstawie których można określić źródło wyzwolenia rejestratora. Rys. 20. Przykładowa lista zakłóceń zarejestrowanych przez przekaźnik REL511 Rys. 21. Przykładowa rejestracja odczytana w programie REVAL 17

W celu usunięcia z terminala wybranego przebiegu, należy kliknąć na nim prawym przyciskiem myszy i z menu podręcznego wybrać opcję Remove Disturbance File, a następnie opcję Terminal (rys. 22). Aby usunąć z dysku twardego wybraną rejestrację, należy kliknąć na nim prawym przyciskiem myszy i z menu podręcznego wybrać opcję Remove Disturbance File, a następnie opcję Station PC. Rys. 22. Usuwanie rejestracji z terminala Lokalny pulpit kontrolny (MMI) komunikacja z urządzeniem REL511 W zależności od informacji przetworzonych w urządzeniu poszczególne diody LED umieszczone na pulpicie MMI (w zależności od swojego stanu) mają znaczenie jak w tab. 2. Tab. 2. Znaczenie diod LED na pulpicie MMI Dioda Stan Zdarzenie Ciemna Brak napięcia pomocniczego Zielona Pulsująca Sygnał INT-FAIL wewnętrznego uszkodzenia Jasna Praca normalna Żółta Pulsująca Terminal jest w trybie testowania Jasna Dokonany został zapis w rejestratorze zakłóceń Czerwona Pulsująca Urządzenie zablokowane (np. sygnał INT-TERMBLCK na stan wysoki) Jasna Funkcja zabezpieczeniowa wysłała impuls na otwarcie wyłącznika Za pomocą wbudowanego modułu MMI można uzyskać dostęp do wszystkich informacji na temat stanu urządzenia, stanu chronionej sieci, wydarzeniach zakłócających normalną pracę w przeszłości oraz można skonfigurować urządzenie lub wprowadzić urządzenie (terminal) w tryb testowania. Poszczególne informacje są zgrupowane w siedmiu głównych blokach co przedstawiono na rys. 23. Każdy z bloków podstawowych (np. Settings) posiada po kilka informacji, a każda z informacji może składać się z bardziej szczegółowych informacji. Struktura przechowywania tych informacji przypomina strukturę drzewa. Zmiana aktywnej grupy nastawień W celu zmiany aktywnej grupy nastaw z poziomu pulpitu MMI należy wybrać (strzałkami) nastawienia (Settings), następnie ustawić ChangeAct Grp i wybrać odpowiednią grupę nastawień. Poruszać się po menu należy strzałkami (klawisze na klawiaturze membranowej), a zatwierdzać zmiany klawiszem E (kasować klawiszem C). W celu odczytu nastawień mierzonych przez urządzenie należy z poziomu lokalnego pulpitu kontrolnego (MMI) wybrać raport serwisowy (Service Report) i znaleźć wielkości które chce się sprawdzać. 18

LOKALNY PULPIT KONTROLNY (MMI) RAPORT O ZAKŁÓCENIACH (DISTURBANCE REPORT) Informacje o ostatnich 10 zakłóceniach Przeliczenie odległości do miejsca zwarcia Pobudzenie rejestratora zakłóceń przez użytkownika Kasowanie pamięci rejestratora RAPORT SERWISOWY (SERVICE REPORT) Wartości średnie Fazory Sygnały logiczne Wejścia dwustanowe Liczniki SPZ Kierunkowość Rejestrator zakłóceń Aktywna grupa nastawień Czas wewnętrzny KONFIGURACJA (CONFIGURATION) Wejścia funkcyjne Wyjścia dwustanowe Wejścia dwustanowe Identyfikacja Częstotliwość Przekładniki Moduły wejść/wyjść dwustanowych Źródło synchronizacji zegara Lokalny pulpit kontrolny MMI Komunikacja szyną SPA STAN URZĄDZENIA (TERMINAL STATUS) Samokontrola - raport Tożsamość urządzenia NASTAWIENIA (SETTINGS) TESTOWANIE (TEST) Parametry wewnątrz czterech grup nastawień dla różnych funkcji zabezpieczeniowych Zmiana aktywnej grupy nastawień Rejestrator zakłóceń Czas wewnętrzny Rys. 23. Struktura informacji w MMI Blokada urządzenia Tryb testowania KOMUNIKACJA PRZEZ MMI (FRONT COMMUNICATION) 2.3. Parametry charakterystyczne urządzenia Parametry charakterystyczne urządzenia REL511 [5] należy wykorzystać do stwierdzenia, czy przekaźnik zachowywał się podczas badań zgodnie z oczekiwaniami. Parametry te zestawiono w tab. 3. Tab. 3. Dokładność funkcji pomiarowej Z< oraz rozruchowej GFC Parametry charakterystyczne Z< GFC Czas działania ok. 32 ms ok. 32 ms Minimalny prąd zadziałania I min 0,2I N 0,2I N Współczynnik powrotu k p >1,05 >1,05 Czas powrotu ok. 40 ms ok. 40 ms Rodzaj wyłączenia trójfazowe lub jednoi trójfazowe Ilość stref pomiarowych 5 z wyborem kierunku - trójfazowe lub jednoi trójfazowe 19

Zakresy nastawień przy I r =1A: zasięg reaktancyjny: - reaktancja zgodna X 1, - reaktancja zerowa X 0, zasięg rezystancyjny: - rezystancja zgodna R 1, - rezystancja zerowa R 0, rezystancja przejścia: - dla zwarć międzyfazowych R F, - dla zwarć jednofazowych R FN. Zakres nastawień wartości zwłoki czasowej (0,1-150)Ω z krokiem 0,01 (0,1-1200)Ω z krokiem 0,01 (0,1-150)Ω z krokiem 0,01 (0,1-1200)Ω z krokiem 0,01 (0,1-150)Ω z krokiem 0,01 (0,1-150)Ω z krokiem 0,01 (0,1-150)Ω z krokiem 0,01 (0,1-1200)Ω z krokiem 0,01 (0,1-150)Ω z krokiem 0,01 (0,1-1200)Ω z krokiem 0,01 (0,1-150)Ω z krokiem 0,01 (0,1-150)Ω z krokiem 0,01 dla stref impedancyjnych (0-10)s z krokiem 1 ms (0-10)s z krokiem 1 ms Dokładność statyczna pomiaru przy 0deg i 85deg; (0,1-1,1)U r i (0,5-30)I r ±5% ±5% Dokładność statyczna kątowa pomiaru przy 0deg i 85deg; (0,1-1,1)U r i (0,2-30)I r ±5% ±5% Maksymalne dynamiczne wydłużenie przy 85deg przy nasycaniu się przekładników i 0,5<SIR*<30 5% 5% *SIR stosunek impedancji źródła do impedancji pozostałej części systemu 3. Urządzenia testujące, układ pomiarowy oraz nastawienia urządzenia REL511 Do badań należy wykorzystać tester mikroprocesorowy CMC 56 firmy OMICRON electronics. Dokładny opis dotyczący części sprzętowej i programowej urządzenia opisano w rozdz. 1 skryptu. Wraz z testerem pod systemem operacyjnym Windows XP pracuje oprogramowanie Test Universe v.1.61. Do testów urządzenia REL511 należy wykorzystać moduły Quick CMC i Advanced Distance tegoż oprogramowania. Dokładne połączenie urządzenia REL511 z testerem CMC 56 przedstawia rys. 24. Na rysunku tym pokazano do których wejść prądowych i napięciowych urządzenia należy doprowadzić sygnały analogowe (prądowe i napięciowe) z wyjść testera. Ponadto pokazano na które wejście dwustanowe testera (BI) należy doprowadzić sygnał z wyjścia dwustanowego urządzenia informujący o jego zadziałaniu. Ten układ połączeń jest wykorzystywany podczas wszystkich testów urządzenia REL511. Na rysunku 25 przedstawiono zdjęcie stanowiska laboratoryjnego. Do badań należy wykorzystać urządzenie REL511 z uaktywnioną grupą 4 nastawień. Grupa ta jest konfiguracją zabezpieczenia dla ciągu czterech linii o napięciu znamionowym110 kv i odległościach między stacjami elektroenergetycznymi wynoszącymi odpowiednio EA = AB = BC = CD = 25 km. Założono, że badane urządzenie REL511 zainstalowane jest w stacji A i jest zabezpieczeniem podstawowym linii AB oraz zabezpieczeniem rezerwującym zabezpieczenia odległościowe linii BC, CD i EA. Układ ten przedstawiono na rys. 26a. Na rysunku rys. 26b przedstawiono charakterystyki czasowoimpedancyjne przekaźnika REL511 zainstalowanego w stacji A. 20

Tester CMC 56 IA IB IC 1 IL1 2 IL2 3 IL3 4 5 6 Urządzenie REL 511 X11 Wyjścia analogowe NI UA 8 IN 1 UL1 7 Wejścia analogowe UB UC NU 6 UL2 8 UL3 10 X12 Zasilanie 220 V d.c. 11 13 RX2 Wejścia dwustanowe BI1 2 1 Wyjścia X19 dwustanowe Rys. 24. Układ pomiarowy wykorzystywany podczas badań urządzenia REL511 a) Rys. 25. Zdjęcie stanowiska laboratoryjnego do wykonania ćwiczenia E A B C D b) tgfc t5 t4 t3 t2 t1 t Strefa Z3 0 Z< REL511 Strefa Z5 Strefa Z4 Strefa Z2 Strefa Z1 Strefa rozruchowa GFC Rys. 26. Schemat fragmentu sieci: a) fragment sieci, b) nastawione charakterystyki t = f(z) zabezpieczenia odległościowego zainstalowanego w stacji A l 21

Nastawienia urządzenia obowiązujące dla poszczególnych stref podimpedancyjnych Z< oraz strefy rozruchowej GFC wraz z parametrami zabezpieczanej linii AB przedstawiono w tab. 4 oraz tab. 5. W instrukcji wykorzystano dobór nastawień przedstawiony w pracy [6]. Tabl. 4. Parametry linii zabezpieczanej oraz nastawienia funkcji rozruchowej GFC Parametry linii Parametry funkcji GFC Parametry funkcji GFC Długość 25,00 km Tryb działania - Z< TPhase = 2,000s X1 = 5,500Ω I> = 120 % Ir tn = 2,000s R1 = 1,705Ω IN> = 30 % Ir X0 = 14,300Ω X1Fw = 13,200Ω Parametry znamionowe R0 = 4,620Ω X1Rv = 6,310Ω Ur = 100V X1SA = 23,261Ω X0Fw = 34,450Ω Ir = 1A R1SA = 2,035Ω X0Rv = 13,025Ω X1SB = 28,997Ω RF = 21,430Ω R1SB = 2,537Ω RFN = 32,300Ω Xm0 = 0,000Ω RLd = 29,000Ω Rm0 = 0,000Ω ARGLd = 20deg Tab. 5. Nastawienia funkcji pomiarowej Z< Parametry Strefa Z1 Strefa Z2 Strefa Z3 Strefa Z4 Strefa Z5 Działanie On On On On On X1 [Ω] 4,600 6,330 4,680 8,630 12,000 R1 [Ω] 1,450 1,960 1,450 2,680 3,740 X0 [Ω] 12,160 16,500 12,160 22,500 31,320 R0 [Ω] 3,930 5,320 3,930 7,250 10,120 RF [Ω] 4,680 6,330 4,680 8,630 12,000 RFN [Ω] 16,000 18,500 16,000 21,000 23,500 t [s] 0,000 0,400 0,800 1,000 1,500 Timer t On On On On On Kierunek Forward Forward Reverse Forward Forward Blokowanie od kołysań mocy Off Off Off Off Off gdzie: Forward przód, Reverse tył, On włączone, Off - wyłączone Odpowiednie parametry po wprowadzeniu do testera CMC 56 utworzą charakterystyki stref podimpedancyjnych pamiętane przez tester, co przedstawiono na rys. 27. Należy zwrócić uwagę na fakt że dla zawarć doziemnych strefy pomiarowe przekaźnika mierzą impedancję całej pętli zwarciowej (pętla zwarciowa), natomiast w przypadku zwarć międzyfazowych strefy pomiarowe przekaźnika mierzą impedancję fazową od miejsca zainstalowania przekaźnika do miejsca wystąpienia zwarcia (półpętla zwarciowa). Zasięgi poszczególnych stref definiowane są następująco: zasięg reaktancyjny jest równy: - reaktancji fazy dla składowej zgodnej (X1) dla zwarć międzyfazowych, - jednej trzeciej sumy podwójnej reaktancji fazy dla składowej zgodnej powiększonej o reaktancję dla składowej zerowej ((2X1+X0)/3), zasięg rezystancyjny jest równy: - połowie rezystancji przejścia (RF/2) dla zwarć międzyfazowych, - rezystancji przejścia RFN dla zwarć doziemnych, - rezystancji obciążenia (RLd), 22

Jeżeli RF<RLd to należy nastawić tylko RF. a) b) Rys 27. Zasięgi stref pomiarowych Z< oraz strefy rozruchowej GFC wprowadzone do oprogramowania testera CMC 56: a) zasięgi stref dla zwarć doziemnych, b) zasięgi stref dla zwarć międzyfazowych Parametry nastawcze stref pomiarowych Z< oraz strefy rozruchowej GFC umieszczone w tab. 4 i tab. 5 i wykorzystywane w oprogramowaniu testera CMC 56 pogrubiono. Na rysunku 28 przedstawiono parametry chronionej linii elektroenergetycznej. Rysunek 29 prezentuje parametry nastawcze strefy rozruchowej GFC. Na rysunkach od 30 do 34 przedstawione zostały parametry nastawcze stref pomiarowych (Zone 1,,Zone 5). Rys. 28. Okno programu PST (Parameter Setting Tool), parametry chronionej linii 23

Rys. 29. Parametry nastawcze strefy rozruchowej GFC Rys. 30. Parametry nastawcze strefy pomiarowej Z1 Rys. 31. Parametry nastawcze strefy pomiarowej Z2 24

Rys. 32. Parametry nastawcze strefy pomiarowej Z3 Rys. 33. Parametry nastawcze strefy pomiarowej Z4 Rys. 34. Parametry nastawcze strefy pomiarowej Z5 Nastawienia przyjętych współczynników tolerancji (Tolerances) oraz współczynnika kompensacji ziemnozwarciowej (Grounding factor kl) obowiązujące dla wszystkich stref 25

pomiarowych Z< oraz rozruchowej GFC urządzenia REL511 (w module testowym Advanced Distance) przedstawiono na rys. 35. Rys. 35. Współczynniki tolerancji obowiązujące dla wszystkich stref pomiarowych Z< oraz strefy rozruchowej GFC ustawione w module Advanced Distance oprogramowania Test Unverse testera CMC 4. Przebieg ćwiczenia 4.1. Zadania do wykonania w trakcie ćwiczenia W trakcie wykonywania ćwiczenia należy: Dokonać zmian aktywnej grupy nastawień urządzenia z poziomu klawiatury membranowej i wyświetlacza LCD (lokalnego pulpitu kontrolnego MMI) oraz z poziomu komputera PC podłączonego do urządzenia oraz wykorzystując oprogramowanie komunikacyjne SMS-Base lub CAP 540. Skonfigurować urządzenie REL511 dla nowego pola liniowego (linii WN) w oprogramowaniu SMS-Base lub CAP 540. Z poziomu wyświetlacza LCD sprawdzić poprawność wielkości analogowych odczytywanych przez urządzenie. Wyznaczyć uchyb pomiarowy wejść analogowych (prądów i napięć). Sprawdzić poprawność działania urządzenia w strefach. W tym celu sprawdzić charakterystyki działania X(R) na płaszczyźnie impedancyjnej dla zwarć: jedno-, dwui trójfazowych. Sprawdzić zasięgi stref. W tym celu wyznaczyć charakterystyki czasowe t = f(z) wzdłuż kąta zwarcia linii (dla linii 110 kv przyjąć, że kąt ten wynosi ok. 73 deg) dla zwarć jedno-, dwu- i trójfazowych. Sprawdzić działanie rejestratora zakłóceń urządzenia REL511 dla zwarć jedno-, dwu- i trójfazowych. W tym celu zasymulować opisane zwarcia za pomocą testera CMC 56, a następnie pobrać z terminala zarejestrowane przebiegi, odczytane przebiegi zwizualizować za pomocą programu REVAL, a następnie przeanalizować i opisać. 26

4.2. Sposób wykonania badań Skonfigurować urządzenie REL511 dla danego pola liniowego i wykonać zmianę aktywnej grupy nastawień w oprogramowaniu SMS-Base lub CAP 540 wykorzystując opis z rozdz. 2.2 instrukcji. Podczas pozostałych badań należy wykorzystywać grupę 4 nastawień urządzenia REL 511. Wyznaczenia dokładność wejść analogowych należy dokonać wykorzystując do tego celu moduł Quick CMC oprogramowania testera CMC. W trakcie badań należy sprawdzić, czy wymuszane wartości wtórne prądów oraz napięć odpowiadają prądom i napięciom mierzonym przez urządzenie REL511. Sprawdzenia charakterystyk impedancyjnych na płaszczyźnie X(R) oraz czasowych t = f(z) należy dokonać wykorzystując moduł Advanced Distance oprogramowania testera CMC. Charakterystyki na płaszczyźnie impedancyjnej funkcji pomiarowej Z< oraz funkcji rozruchowej GFC należy sprawdzić przy wejściowym prądzie testowym (zwarcia) wynoszącym I test = 2I N =2 A (tryb stałoprądowy) (Constant test current). Głównym kryterium w tym przypadku jest właściwe ocenienie miejsca zwarcia przez obydwie funkcje. Próby polegają na sprawdzeniu w wybranych miejscach na płaszczyźnie impedancyjnej, czy pomiar dla danej strefy mieści się w dopuszczalnym zakresie tolerancji jak na rys. 27. Dokładny opis interpretacji wyniku próby przedstawiono w rozdz. 1 skryptu w miejscu dotyczącym testowania za pomocą modułu Advanced Distance. Podczas testu należy sprawdzić dużą liczbę punktów pomiarowych tak, aby odtworzyć rzeczywiste zasięgi poszczególnych stref. Sprawdzenie charakterystyk czasowych t = f(z) należy przeprowadzić, przy stałym nastawieniu impedancji i kąta zwarcia systemu. Kąt impedancji źródła (nastawianego w testerze CMC) powinien być równy kątowi impedancji mierzonej przez przekaźnik. Zgodnie z tymi warunkami należy przejść na tryb testowania ze stałą impedancją źródła (Constant source impedance). Jeżeli np. przyjmie się, że urządzenie będzie sprawdzane wzdłuż prostej nachylonej do osi R pod kątem 73 deg (typowy kąt zwarcia dla linii 110 kv), to kąt impedancji modelowanego systemu zasilającego linię poddaną zwarciu powinien również wynosić 73 deg. Sprawdzenie rejestratora zakłóceń należy przeprowadzić dla wybranych typów zwarć. Zasymulować wybrany typ zwarcia za pomocą testera CMC 56 i modułu Advanced Distance oprogramowania Test Universe. Pobrać zarejestrowany przebieg zakłócenia na dysk twardy komputera i otworzyć go w programie REVAL. Wykorzystując kursory pomiarowe w określić parametry charakteryzujące zapisaną rejestrację. 4.3. Sprawozdanie Opracowanie wyników zawarte w sprawozdaniu polega na obliczeniu błędów względnych i bezwzględnych pomiaru prądów i napięć (dla wybranych faz) i przedstawieniu wyników na odpowiednich wykresach (w funkcji wymuszanych prądów i napięć). W sprawozdaniu należy umieścić wyniki testów charakterystyk funkcji Z< oraz GFC na płaszczyźnie impedancyjnej. Omówić otrzymane wyniki w tym: dla każdego z badanych rodzajów zwarć na wspólnym wykresie w układzie współrzędnych X(R) przedstawić zasięgi poszczególnych stref, sformułować wnioski dotyczące dokładności dokonywanego pomiaru, wysyłania impulsu na otwarcie wyłącznika z odpowiedniej strefy, określania kierunku miejsca zwarcia przez funkcję Z< urządzenia, ocenić czy we wszystkich strefach było prawidłowe wyłączenie (jeśli nie, to należy ten fakt odpowiednio skomentować). Należy sformułować wnioski dotyczące otrzymanych charakterystyk czasowych t = f(z) tzn. czy urządzenie działało poprawnie zgodnie z oczekiwaniami. 27

5. Pytania i zadania kontrolne 1. Wymienić podstawowe wymagania stawiane zabezpieczeniom odległościowym. 2. Opisać zadania członu rozruchowego i pomiarowego w zabezpieczeniu odległościowym. 3. Opisać cel stosowania współczynnika kompensacji ziemnozwarciowej. 4. Narysować i opisać pętle zwarciowe widziane przez człon pomiarowy zabezpieczenia odległościowego dla zwarć jedno- i wielofazowych (podać wzory na Z p, U p, I p w punkcie przekaźnikowym). 5. Opisać przyczyny fałszowania pomiaru odległości przez zabezpieczenie odległościowe (zobrazować to odpowiednimi rysunkami). 6. Opisać sposoby nastawiania stref działania zabezpieczenia odległościowego. 7. Narysować i opisać stopniowanie czasów działania przekaźnika REL511 dla wybranej konfiguracji sieci. 8. Opisać (podstawowe i dodatkowe) funkcje urządzenia REL511. 9. Opisać sposób sprawdzania za pomocą testera CMC 56 charakterystyki impedancyjnej X(R) funkcji przekaźnika odległościowego urządzenia REL511. 10. Opisać sposób wyznaczania za pomocą testera CMC 56 charakterystyki czasowej t = f(z) funkcji przekaźnika odległościowego urządzenia REL511. Literatura [1] J. Żydanowicz: Elektroenergetyczna automatyka zabezpieczeniowa, T 1-3, WNT, Warszawa 1979, 1985, 1987 [2] J. Żydanowicz, M. Namiotkiewicz: Automatyka zabezpieczeniowa w elektroenergetyce, WNT, Warszawa 1983 [3] W. Winkler, A. Wiszniewski: Automatyka zabezpieczeniowa w systemach elektroenergetycznych, WNT, Warszawa 1999 [4] B. Synal: Elektroenergetyczna automatyka zabezpieczeniowa. Podstawy, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2000 [5] ABB: REL 511 version 1.1, User s Guide, March 1995 [6] P. Czerwonka-Mocarski: Badanie urządzenia zabezpieczeniowego linii WN REL511 za pomocą wymuszalnika CMC 56. Praca dyplomowa magisterska, Instytut Elektroenergetyki PW, Warszawa, 1996 [7] S. Kowalski: Sprawdzenie wybranych funkcji przekaźnika REL511 za pomocą oprogramowania Test Universe i testera CMC. Praca dyplomowa inżynierska, Instytut Elektroenergetyki PW, Warszawa, 2012 [8] A. Smolarczyk: Sposoby projektowania charakterystyk czworobocznych funkcji zabezpieczeń odległościowych, Automatyka Elektroenergetyczna, nr 4, 2011 28