Микропроцессорное устройство защиты «Сириус-3-ЛВ-02».

Устройство микропроцессорной защиты «Сириус-3-ЛВ-02» (в дальнейшем – устройство) предназначено для защиты воздушных и кабельных линий 110-220 кВ в сетях с глухозаземленной нейтралью. Содержит набор ступенчатых защит относительной селективности.

Устройство не включает в себя функцию АУВ, поэтому подразумевается использование совместно с уже существующей схемой управления и АПВ выключателя или с отдель-
ным терминалом АУВ.

По функциональному назначению устройство является аналогом защиты типа ШДЭ-2801, поэтому предполагается его использование либо в качестве комплекта резервных защит (при наличии основной высокочастотной защиты), либо в качестве второй основной защиты (при наличии аппаратуры ВЧТО).

Устройство является комбинированным микропроцессорным терминалом релейной защиты и автоматики.

Применение в устройстве модульной микропроцессорной архитектуры наряду с современными технологиями поверхностного монтажа обеспечивают высокую надежность, снизить ступенибольшую вычислительную мощность и быстродействие, а также высокую точность измерения электрических величин и временных интервалов, что дает возможность селективности и повысить чувствительность терминала.

Реализованные в устройстве алгоритмы функций защиты и автоматики, а также схемы подключения устройства разработаны по требованиям к отечественным системам РЗА в сотрудничестве с представителями энергосистем и проектных институтов, что обеспечивает совместимость с аппаратурой, выполненной на различной элементной базе, а также облегчает внедрение новой техники проектировщикам и эксплуатационному персоналу.

Климатическое исполнение УХЛ3.1 по ГОСТ 15150 с расширенным диапазоном температуры окружающего воздуха при эксплуатации.
Верхнее значение температуры окружающего воздуха при эксплуатации:

• рабочее +55 °C;
• предельное рабочее +55 °C.

Нижнее значение температуры окружающего воздуха при эксплуатации:

• рабочее минус 20 °C;
• предельное рабочее минус 40 °C (при снижении температуры до минус 40 °С основные функции защиты сохраняются, но информация, отображаемая на жидкокристаллическом индикаторе, становится нечитаемой).

Рабочее значение повышенной относительной влажности воздуха 98% при 25 °C.
Номинальные рабочие значения механических внешних воздействующих факторов – по ГОСТ 17516.1 для группы механического исполнения М7:

• синусоидальная вибрация в диапазоне частот от 0,5 до 100 Гц с амплитудой ускорения не более 1 g, степень жесткости 10а по ГОСТ 17516.1;
• многократные удары с пиковым ударным ускорением 30 м/с2 (3 g) и длительностью действия 2–20 мс, степень жесткости 1 по ГОСТ 17516.1.

Устройство предназначено для эксплуатации в следующих условиях:

• высота над уровнем моря не более 2000 м (атмосферное давление – от 550 до 800 мм рт. ст.), при использовании на большей высоте надо использовать поправочный коэффициент, учитывающий снижение изоляции, согласно ГОСТ 15150;
• окружающая среда – невзрывоопасная, не содержащая токопроводящей пыли, агрессивных паров и газов, разрушающих изоляцию и металлы;
• место установки должно быть защищено от попадания брызг, воды, масел, эмульсий, а также от прямого воздействия солнечной радиации.

Устройство обеспечивает следующие эксплуатационные возможности:

• выполнение функций защит, автоматики и управления, определенных ПУЭ и ПТЭ;
• задание внутренней конфигурации (ввод/вывод защит и автоматики, выбор защитных характеристик и т.д.);
• ввод и хранение уставок защит и автоматики;
• индикацию положения выключателя;
• контроль и индикацию неисправностей во вторичных цепях ТН;
• определение вида и расстояния до места повреждения;
• передачу параметров аварии, ввод и изменение уставок по линии связи;
• непрерывный оперативный контроль работоспособности (самодиагностику) в течение всего времени работы;
• блокировку всех выходов при неисправности устройства для исключения ложных срабатываний;
• возможность подключения по цепям тока к ТТ с номинальным вторичным током 1 А и 5 А;
• получение дискретных сигналов управления и блокировок, выдачу команд управления, аварийной и предупредительной сигнализации;
• гальваническую развязку всех входов и выходов, включая питание, для обеспечения высокой помехозащищенности
• высокое сопротивление и прочность изоляции входов и выходов относительно корпуса и между собой для повышения устойчивости устройства к перенапряжениям, возникающим во вторичных цепях присоединения.

Функции защиты, выполняемые устройством:

1. Четырехступенчатая дистанционная защита от междуфазных КЗ с независимой выдержкой времени (ДЗ-1 ФФ, ДЗ-2, ДЗ-3 и ДЗ-4). Измерительные органы (ИО) сопротивления ступеней ДЗ в комплексной плоскости имеют полигональные характеристики срабатывания. Характеристики третьей и четвертой ступеней имеют регулируемый вырез для отстройки от срабатывания в нагрузочном режиме.

Четвертая ступень ДЗ может действовать в прямом или обратном направлении. Контролируются сопротивления трех петель междуфазных КЗ (АВ, ВС и СА). Предусматривается пуск ступеней ДЗ от блокировки при качаниях (БК). Принцип БК аналогичен реализованному в ШДЭ-2801. При КЗ БК вводит в действие защиту на время,
достаточное для срабатывания, и, если срабатывание защиты не произошло, блокирует ее. ПО БК реагируют на величины приращений токов прямой и обратной последовательности. Для предотвращения ложного действия ступеней ДЗ предусмотрена блокировка при неисправностях в цепях переменного напряжения (БНН).

2. Одноступенчатая дистанционная защита от КЗ на землю с независимой выдержкой времени (ДЗ-1 ФЗ). ИО сопротивления ступени в комплексной плоскости имеет полигональную характеристику срабатывания. Контролируются сопротивления трех петель КЗ на землю (А0, В0 и С0). Пуск ступени производится только при появлении в защищаемой линии тока нулевой последовательности. Это обеспечивает срабатывание только при КЗ на землю и предотвращает ложное срабатывание при появлении качаний на защищаемой линии.

Предусматривается контроль ступени от БНН.

3. Четырехступенчатая направленная защита нулевой последовательности от КЗ на землю с независимой выдержкой времени (ТЗНП-1, ТЗНП-2, ТЗНП-3 и ТЗНП-4). Для обеспечения направленности действия ступеней ТЗНП реализованы два ОНМ нулевой последовательности: разрешающий и блокирующий. Предусмотрена блокировка по содержанию второй гармоники в токе нулевой последовательности для защиты от ложных срабатываний при броске тока намагничивания (БНТ) силового трансформатора.

Для направленных ступеней ТЗНП предусмотрена возможность автоматического перевода в ненаправленный режим, либо вывод из действия данных ступеней при выявлении неисправностей в цепях переменного напряжения (срабатывание БНН).

4. Поперечное ускорение ступени ТЗНП от защиты параллельной линии.

5. Ненаправленная токовая отсечка с контролем тока трех фаз и независимой выдержкой времени (ТО). Предусматриваются различные режимы работы ТО: аварийная сту-
пень (вводится в действие при неисправностях в цепях напряжения), ускоряющая ступень (вводится на заданное время после включения выключателя).

6. Двухступенчатая ненаправленная максимальная токовая защита с контролем тока трех фаз и независимой выдержкой времени (МТЗ-1 и МТЗ-2). Предусматривается действие МТЗ в качестве аварийных ступеней, которые вводятся при неисправностях в цепях напряжения.

7. Защита от обрыва фаз или перекоса нагрузки по току обратной последовательности с независимой выдержкой времени с действием на сигнал или на отключение.

8. Двухступенчатая защита от перегрузки линии по току трех фаз с независимой выдержкой времени с действием на сигнал и отдельное выходное реле.

9. Автоматический ввод ускорения одной из ступеней ДЗ и ТЗНП при любом включении выключателя.

10. Оперативное ускорение одной из ступеней ДЗ и ТЗНП при наличии сигналов на соответствующих дискретных входах.

11.  Логика приема и выдачи сигналов ВЧТО №2 с контролем срабатывания ИО ступеней ДЗ.

12. Логика приема и выдачи сигналов ВЧТО №3 с контролем срабатывания ИО ТЗНП.

Функции автоматики, выполняемые устройством:
1. Логика устройства резервирования отказов выключателя (УРОВ). Функция УРОВ выполнена на основе индивидуального принципа, что подразумевает наличие независимой логики УРОВ на каждом присоединении. В случае необходимости, имеется возможность использования в централизованной схеме УРОВ.

Возможны следующие варианты работы схемы УРОВ:

• с автоматической проверкой исправности выключателя (с контролем по току и предварительной выработкой команды отключения резервируемого выключателя);
• с дублированным пуском от защит с использованием реле положения «Включено» выключателя (с контролем по току и контролем посылки отключающего импульса на отключение выключателя от защит).

Логика УРОВ предусматривает прием и выдачу сигнала ВЧТО №1.

2. Блокировка при неисправностях в цепях напряжения (БНН), основанная на сравнении напряжений двух вторичных обмоток ТН, собранных по схеме «звезда» и «ра-
зомкнутый треугольник». Блокировка действует на логику работы защит и на сигнализацию.
3. Два дискретных отключающих входа («Внешнее отключение 1 (2)»), предназначенные для подключения внешних защит. Реализованы контроль входов по току, пуск
схемы УРОВ от данных сигналов, выработка сигнала блокировки АПВ.

Дополнительные сервисные функции:

1. Определение вида и расстояния до места повреждения (ОМП) на ВЛ методом одностороннего замера на основе дистанционного принципа с компенсацией влияния переходного сопротивления и контролем тока нулевой последовательности параллельной линии. Фиксация параметров для двустороннего уточняющего расчета.

2. Аварийный осциллограф аналоговых и дискретных сигналов с возможностью гибкой настройки условий пуска, длины и количества осциллограмм.

3. Регистратор событий.

4. Технический учет активной и реактивной электроэнергии.

5. Регистрация и отображение большинства электрических параметров системы.

6. Возможность встраивания устройства в систему единого точного времени подстанции или станции. Для этого может использоваться один из каналов связи с интерфей-
сом RS485, либо специализованный дискретный вход, предназначенный для подачи на него синхроимпульса от системы единого времени. Все внутренние регистрируемые события устройства сопровождаются меткой времени с точностью до 1 мс.

7. Восемь наборов уставок с возможностью выбора текущего с помощью дискретных входов.

8. Большое число программируемых реле с возможностью подключения к одной из выбранных точек функциональной схемы.

9. Программируемые светодиоды на лицевой панели с возможностью подключения к одной из выбранных точек функциональной схемы, задания цвета и режима работы.

10. Возможность работы реле сигнализации «Сигнал» в непрерывном или импульсном режиме работы.

11. Наличие трех независимых интерфейсов связи для встраивания в АСУ ТП (интерфейс USB – на лицевой панели, два интерфейса RS485 – на задней панели устройства).

Питание устройства осуществляется от источника переменного (от 45 до 55 Гц), постоянного или выпрямленного тока напряжением от 176 до 242 В или от источника постоянного тока напряжением от 88 до 121 В, в зависимости от исполнения. Для подачи сигналов на дискретные входы устройства необходимо использовать только шинки постоянного напряжения (постоянное или выпрямленное со сглаживанием до пульсации не более 12%).

Мощность, потребляемая устройством от источника оперативного постоянного тока в дежурном режиме – не более 25 Вт, в режиме срабатывания защит – не более 40 Вт.

Габаритные размеры устройства не превышают 310 310 245 мм.
Масса устройства без упаковки не превышает 12 кг.

Технические характеристики.

Входные аналоговые сигналы:
число измеряемых каналов тока	4
номинальный ток измерительных каналов, А	5(1)
максимальный контролируемый диапазон токов, А	0,2-200
рабочий диапазон токов, А	(0,04-40) 1,0-200 (0,2-40)
основная относительная погрешность измерения входных токов, %	±3
термическая стойкость токовых цепей, А, не менее:
длительно	15 (3)
кратковременно (2 с)	200 (40)
частота переменного тока, Гц	50 ± 0,5
потребляемая мощность входных цепей для фазных токов в номинальном режиме I = 5А (I = 1А), ВА, не более	0,5
число измеряемых каналов напряжения	5
номинальное напряжение, В	100
максимальный контролируемый диапазон напряжений, В	1-150
рабочий диапазон напряжений, В	2-120
основная относительная погрешность измерения напряжений в фазах, %	± 3
термическая стойкость цепей напряжения, В, не менее:
длительно	150
кратковременно (2 с)	200
частота переменного тока, Гц	50 ± 0,5
потребляемая мощность входных цепей для напряжений в номинальном режиме (U=100 В), ВА, не более	0,5
Выходные дискретные сигналы управления (220/110 В)
число входов	32
входной ток, мА, не более	20
напряжение надежного срабатывания, В
исполнение 220 В	150-264
исполнение 110 В	75-132
напряжение надежного несрабатывания, В
исполнение 220 В	0-120
исполнение 110 В	0-60
длительность сигнала, мс, не менее	25
Выходные дискретные сигналы управления (220 В)
количество выходных реле (групп контактов)	30 (30)
коммутируемое напряжение переменного или постоянного тока, В, не более	300
коммутируемый постоянный ток замыкания/размыкания при активно-индуктивной нагрузке с постоянной времени L/R=50 мс, А, не более	5/0,5
коммутируемый переменный ток замыкания/размыкания при активно-индуктивной нагрузке с постоянной времени L/R=50 мс, А, не более	5/5

Дополнительная погрешность измерения токов и напряжений, а также дополнительная погрешность срабатывания блока при изменении температуры окружающей среды
в рабочем диапазоне не превышает 1% на каждые 10 °С относительно 20 °С.

Дополнительная погрешность измерения токов, напряжений и срабатывания устройства при изменении частоты входных сигналов в диапазоне от 45 до 55 Гц не превышает 2% на каждый 1 Гц относительно 50 Гц.

Устройство не срабатывает ложно и не повреждается:

• при снятии и подаче оперативного тока, а также при перерывах питания любой длительности с последующим восстановлением;
• при подаче напряжения оперативного постоянного тока обратной полярности;
• при замыкании на землю цепей оперативного тока.

Устройство обеспечивает хранение параметров настройки и конфигурации защит и автоматики (уставок) в течение всего срока службы вне зависимости от наличия пи-

тающего напряжения (используется flash-память). Для обеспечения хода часов и хранения в памяти зафиксированных данных (осциллограммы, данные регистратора событий, параметры срабатываний) при пропадании оперативного питания используется сменный элемент питания (батарейка типа «CR2»). Индикация степени разряда элемента питания отображается на индикаторе устройства.  Новая батарейка на устройстве без оперативного питания обеспечивает хранение ин-формации в среднем в течение 2 лет (в зависимости от емкости элемента питания).

Средняя наработка на отказ устройства составляет 100000 часов.

Среднее время восстановления работоспособного состояния устройства при наличии полного комплекта запасных модулей – не более 3 ч.

Полный средний срок службы устройства до списания составляет не менее 20 лет при условии проведения требуемых мероприятий по обслуживанию с заменой, при необходимости, материалов и комплектующих, имеющих меньший срок службы.

Устройство соответствует исполнению IP52 по лицевой панели и IP20 по остальным элементам в соответствии с ГОСТ 14254 (МЭК 70-1, EN 60529).

Электрическое сопротивление изоляции между независимыми электрическими цепями и между этими цепями и корпусом в холодном состоянии составляет:

• не менее 100 МОм в нормальных климатических условиях;
• не менее 1 МОм при повышенной влажности (относительная влажность – 98%).

Нормальными климатическими условиями считаются:

• температура окружающего воздуха – (25 10) °С;
• относительная влажность – от 45 до 80%;
• атмосферное давление – от 630 до 800 мм рт. ст.

Электрическая изоляция между независимыми электрическими цепями и между этими цепями и корпусом в холодном состоянии при нормальных климатических условиях без пробоя и перекрытия выдерживает:

• испытательное напряжение переменного тока 2 кВ (действующее значение) частотой 50 Гц в течение 1 мин;
• импульсное испытательное напряжение (по три импульса положительных и отрицательных) с амплитудой до 5 кВ, длительностью переднего фронта 1,2 мкс, длительностью импульса 50 мкс и периодом следования импульсов – 5 с.