ANALIZA STANJA ZAŠTITE NA OBJEKTU HE „ĐERDAP 1”

1

ANALIZA STANJA ZAŠTITE NA OBJEKTU HE „ĐERDAP 1”

I SMERNICE ZA NJENU REKONSTRUKCIJU

Dragan P. Dabić, Branka B. Kostić*,

Miljana Z. Zindović, Goran Č. Đukić, Marko G. Gostović, Pavle N. Krička**

,

Vukašin Đ. Masnikosa, Srđan Z. Zdravković***

Univerzitet u Beogradu, Elektrotehnički institut „Nikola Tesla”, Beograd, Koste Glavinića 8A*

„Saturn Electric”, Beograd, Inženjera Kapusa 6**

JP „Elektroprivreda Srbije”, Beograd, Vojvode Stepe 412***

Apstrakt: U radu je prikazan deo detaljnog modela elektrane u programskom paketu CAPE, sa

pripadajućom zaštitom elemenata i njihovih podešenja. Selektivnost se ispituje zaključno sa

glavnim osiguračima u razvodnim ormanima 0.4 kV. Model elektrane je povezan sa kompletnim

modelom mreže jugoistočne Evrope, uvezenim iz programskog paketa PSS. Analizirane su

podešene vrednosti releja za više uklopnih stanja u elektrani. Pri kvarovima (trofaznim, dvofaznim i

dvofaznim sa zemljom) na bilo kom 6.3 kV kablu koji se napaja sa jedne sekcije 6.3 kV sabirnica,

podnaponska zaštita 6.3 kV motora (napajanih sa iste 6.3 kV sekcije) deluje suviše brzo. Trenutnim

podešenjem prekostrujne zaštite transformatora sopstvene potrošnje nije obezbeđena zaštita od

preopterećenja. Na osnovu simulacija kvarova su dati predlozi za prepodešavanje zaštita koje su

neselektivne i/ili nekoordinisane sa osnovnim zaštitama pojedinih elemenata. Predložena je zamena

releja kod kojih potrebne uslove koordinisanosti, pouzdanosti i selektivnosti nije moguće postići

podešavanjem postojećih.

Ključne reči: relej, selektivnost, koordinisanost, kratak spoj, CAPE

ANALYSES OF THE PROTECTION AT HYDRO POWER PLANT

„DJERDAP 1“ WITH GUIDELINES FOR ITS RECONSTRUCTION

Dragan P. Dabić, Branka B. Kostić*,

Miljana Z. Zindović, Goran Č. Đukić, Marko G. Gostović, Pavle N. Krička**

,

Vukašin Đ. Masnikosa, Srđan Z. Zdravković***

Uni. of Belgrade, Electrical Engineering Institute “Nikola Tesla”, Belgrade, Koste Glavinića 8A*

2

“Saturn Elestric”, Belgrade, Inženjera Kapusa 6**

PE “Electric Power Industry of Serbia”, Belgrade, Vojvode Stepe 412***

Abstract: This paper presents a part of detailed model of power plant with corresponding protection

for some facility elements and their settings, which are created within CAPE software. Selectivity

has been analyzed up to the main fuses in switchboards 0.4 kV. The power plant model is a part of a

complete model of southeast European power system, which is imported from PSS software. Relay

parameter settings have been analyzed for the few switching schemes. For the faults (three phase,

two-phase and two-phase to earth) at any 6.3 kV cable feeder, undervoltage protection of 6.3 kV

motors (connected to the same bus as faulted feeder) reacts too fast. Actual settings of the

overcurrent protection of the own consumption transformer do not provide its adequate overload

protection. Based on the fault simulation, suggestions for readjustment of the non-selective and/or

uncoordinated (with the basic protection of individual elements) relays have been given. It was also

proposed that relays, which can not be adjusted to meet necessary conditions for coordination,

reliability and selectivity, should be replaced.

Key words: relay, selectivity, coordination, short circuit, CAPE

1. UVOD

Hidroenergetski i plovidbeni sistem „Đerdap 1”, kompleksan i višenamenski objekat, izgrađen je na

943. kilometru Dunava od ušća u Crno more. Još uvek najveća hidrotehnička građevina na Dunavu,

ukupne dužine 1278 m, potpuno je simetrična i projektovana tako da svaka zemlja (Srbija i

Rumunija) raspolaže istim delovima glavnog objekta, koje održavaju i koriste shodno sporazumu i

konvencijama o izgradnji i eksploataciji.

Svaka strana raspolaže sa po jednom elektranom, brodskom prevodnicom i po 7 prelivnih polja od

ukupno 14, koliko ih ima u zajedničkoj prelivnoj brani. Simetralu objekta čini državna granica.

U elektrani je montirano šest hidroagregata snage po 190 MVA, sa Kaplanovim turbinama, čiji

prečnik kola iznosi oko 9.50 m.

Elektrane „Đerdap” sa instalisanom snagom od 1328 MW, uključujući i snagu dodatnih agregata,

učestvuju sa oko 15% u snazi elektrana EPS-a i sa 20% u ukupnoj proizvodnji električne energije.

3

2. TEHNIČKI PODACI

Matematički model HE „Đerdap 1” je formiran u okviru postojećeg matematičkog modela mreže

realizovanog u programskom paketu PSS/E. Postojeći matematički model pokriva 400 kV, 220 kV i

110 kV naponske nivoe UCTE mreže u okviru koje radi Elektroprivreda Srbije (EPS). Na ovaj

način je izbegnuta komplikovana i manje tačna metodologija proračuna struja kratkih spojeva

bazirana na principu određivanja mrežnih ekvivalenata na krajevima svakog od dalekovoda 400 kV

koji polaze iz razvodnog postrojenja HE „Đerdap 1”, odnosno iskorišćena je tačnija metodologija.

2.1. JEDNOPOLNA ŠEMA 6.3 kV II SEKCIJE

Sl. 1: Jednopolna šema razvoda 6.3 kV II sekcija uvezena iz CAPE softvera

2.2. PARAMETRI ELEMENATA JEDNOPOLNE ŠEME 6.3 kV II SEKCIJE

Tab. 1: Srednjenaponski kablovi i parametri transformatora 6.3/0.4 kV/kV

Ćelija

Tip i

presek

kabla

[mm2]

Dužina

kabla

[m]

Naziv transformatora Sn

[kVA]

Sprega i

sprežni broj

uk

[%]

PCu

[kW]

PFe

[kW]

i0

[%]

1 PP44 3×50 420 1T5 prelivna brana 1000 Dyn5 5.99 8.756 1.5 0.37

4 PP44 3×50 345 TS obala 2T6 630 Dyn5 4.3 7.325 1.253 1.19

5 PP44 3×50 410 Brodska prevodnica

nizvodna glava 630 Dyn5 5.93 7.339 1.263 0.53

6 PP44 3×50 103 Crpna stanica T2 630 Dyn5 5.98 6.441 1.187 0.37

9 PP44 3×50 420 2T5 prelivna brana 1000 Dyn5 5.91 8.834 1.5 0.31

Tab. 2: Srednjenaponski kablovi i parametri 6 kV motora

Ćelija Tip i presek kabla

[mm2]

Dužina kabla

[m] Naziv motora Pn [kW] In [A]

ηn

[%] cosφn Ip /In

nn

[o/min]

7 PP44 3×50 113 Crpna stanica M3 600 78 92.5 0.8 6 590

8 PP44 3×50 116 Crpna stanica M2 600 78 92.5 0.8 5.5 590

4

2.3. PODACI O ZAŠTITI 6.3 kV II SEKCIJE

Tab. 3:Tabelaran prikaz zaštita na razvodu 6.3 kV II sekcija

Pozicija i prenosni

odnos mernog

transformatora

Opis Tip releja Aktivirane zaštitne

funkcije u releju

Podešenja zaštita modelovanih u CAPE-

u (i odgovarajuće vrednosti na primarima

mernih transformatora)

1 (100/5/5 A/A) 1T5 prelivna

brana PZ 300T Prekostrujna I>= 6 A (I>= 120 A), T-I>= 2 s

2 (300/5/5 A/A) Generator 5 PZ 300T Prekostrujna I>= 6 A (I>= 360 A), T-I>= 2 s

3 (300/5/5 A/A) Generator 3 PZ 310T Prekostrujna I>= 6 A (I>= 360 A), T-I>= 2 s

4 (50/5/5 A/A) TS obala 2T6 PZ 300T Prekostrujna I>= 6 A (I>= 60 A), T-I>= 2 s

5 (50/5/5 A/A) Brodska

prevodnica

nizvodna glava

PZ 300T Prekostrujna I>= 6 A (I>= 60 A), T-I>= 2 s

6 (75/5/5 A/A) Crpna stanica

T2 PZ 300T Prekostrujna I>= 6 A (I>= 90 A), T-I>= 2 s


M3

PZ 300T Prekostrujna I>= 6 A (I>= 90 A), T-I>= 2.5 s

PZ 310T Kratkospojna I>>= 40 A (I>>= 600 A), T-I>>= 0 s


M2

PZ 300T Prekostrujna I>= 6 A (I>= 90 A), T-I>= 2.5 s

PZ 310T Kratkospojna I>>= 40 A (I>>= 600 A), T-I>>= 0 s

9 (100/5/5 A/A) 2T5 prelivna

brana PZ 300T Prekostrujna I>= 6 A (I>= 120 A), T-I>= 2 s

10 (6.3/√3)/

(0.1/√3)/

(0.1/3) kV/kV

Merna RUf2 Podnaponska

U<= 65 V (U<= 4095 V), T-U<= 0 s (na

isključenje prekidača na motorima crpnih

stanica M2 i M3, ćelije 7 i 8)

12 (300/5/5 A/A) Sip II 6.3 kV PZ 300T Prekostrujna I>= 6 A (I>= 120 A), T-I>= 2 s

13 (300/5/5 A/A) Spojno polje PZ 300T Prekostrujna I>= 10 A (I>= 600 A), T-I>= 0.5 s

3. KRIVE KOORDINISANOSTI ZAŠTITA I PROVERA SELEKTIVNOSTI ZAŠTITA U

HE ĐERDAP 1

Kriterijumi za evaluaciju sistema zaštite u HE „Đerdap 1” definisani su kroz sledeće četiri tačke:

1. Minimiziranje trajanja kvara.

2. Izolovanje mesta kvara od strane rasklopne opreme (jednog ili više prekidača snage) koja

odgovara elementu koji je pod kvarom.

3. Minimalno vreme koordinacije između glavne zaštite (zaštite koja odgovara zadatom kvaru) i

zaštite koja se pobuđuje za isti kvar a nije glavna zaštita, na osnovu koga su formirane tabele

selektivnosti, je 400 ms za mehaničke i statičke zaštite, odnosno 300 ms za numeričke zaštite.

Ukoliko postoji kombinacija mehaničkih i statičkih sa numeričkim zaštitama, uzima se strožiji

kriterijum za minimalno vreme koordinacije, odnosno 400 ms.

4. Minimizacija ispada elektroenergetskih elemenata pri otkazu prekidača ili odgovarajućeg releja.

Tipovi kvarova za evaluaciju sistema zaštite za sabirnice: K3, K2, K2Z, K1Z.

Tipovi i pozicije kvarova za evaluaciju sistema zaštite za srednjenaponske izvode: K3, K2,

K2Z, K1Z i to na 50% i 100% dužine kabla.

5

U cilju provere selektivnosti zaštite analizirano je tri izabrana uklopna stanja posredstvom

kojih su sagledane očekivane struje kratkih spojeva po elementima u uobičajenim režimima rada sa

aspekta napajanja sopstvene potrošnje elektrane i funkcionisanja prenosne mreže, i to:

- Prvo uklopno stanje: u pogonu je samo generator G5 i dva 400 kV dalekovoda: 401/2 -

Drmno i 405 - Portile de Fier. Isključen je dalekovod sa drugim najvećim doprinosom struji

tropolnog kratkog spoja na glavnim 400 kV sabirnicama, odnosno dalekovod 402 - Bor 2.

Sopstvena potrošnja na 6.3 kV II sekcije se napaja preko blok transformatora 1 i

transformatora sopstvene potrošnje 1.

- Drugo uklopno stanje: u pogonu je samo generator G1 i dva 400 kV dalekovoda: 401/2 -

Drmno i 402 - Bor 2. Isključen je dalekovod sa najvećim doprinosom struji tropolnog

kratkog spoja na glavnim 400 kV sabirnicama, odnosno dalekovod 405 - Portile de Fier.

Sopstvena potrošnja na 6.3 kV I sekciji se napaja preko blok transformatora 3 i

transformatora sopstvene potrošnje 3.

- Treće uklopno stanje: u pogonu je svih šest generatora i sva tri 400 kV dalekovoda.

Kako bi se odredio dalekovod sa najvećim i sa drugim po veličini doprinosom struji kratkog

spoja, simuliran je trofazni kratak spoj na sabirnicama 400 kV, pri čemu su dobijeni sledeći

rezultati:

Tab. 4: Doprinosi struji tropolnog kratkog spoja na sabirnicama 400 kV

Dalekovod Struja kratkog spoja [A]

Razvodno postrojenje Đerdap 1 - Portile de Fier 11606.6

Razvodno postrojenje Đerdap 1 - Bor 2 3204.6

Razvodno postrojenje Đerdap 1 - Drmno 3051.0

Prilikom predstavljanja rezultata simulacija, biće razlikovane tri kategorije odziva sistema zaštite na

kvarove:

- Zaštita reaguje u skladu sa navedenim kriterijumima, prema mogućnostima postojeće

opreme (bela polja).

- Kvar je ispravno izolovan, ali su narušena definisana vremena koordinacije (plava polja) ili

je distantna zaštita reagovala u stepenu koji ne odgovara mestu zadavanja kvara.

- Zaštita je neselektivno odreagovala (siva polja). Pretpostavljeno je da je sa koordinacionim

vremenom između odgovarajuće zaštite i zaštite koja se dodatno pobudila manjim od 50 ms

narušena selektivnost.

Prilikom formiranja tabela, u zagradama su beležena vremena zaštite uvećana za vreme zatezanja

isključenja, tačnije vremena nakon kojih bi zaštitni releji delovali na isključenja prekidača, ili

vremena koordinacije (CTI – Coordination Time Interval) između odgovarajuće zaštite za zadati

6

kvar i zaštita koje su se dodatno pobudile. CTI je definisan kao razlika sume vremena zaštita, tj.

algoritma, i vremena zatezanja dva posmatrana releja.

3.1. KRIVE KOORDINISANOSTI NA KARAKTERISTIČNIM POZICIJAMA

Na Sl. 2 i Sl. 3 su prikazane krive koordinisanosti zaštita na transformatorima i srednjenaponskim

izvodima za trofazne kratke spojeve (k3). Karakteristika prekostrujne zaštite transformatora TSP3

(1RT_TSP3,I>) je svedena na 6.3 kV stranu tako što je vrednost strujnog podešenja pomnožena sa

prenosnim odnosom transformatora nsnpn UUm .

Sl. 2: Karakteristike prekostrujne zaštite transformatora TSP3 (svedeno na 6.3 kV nivo), prekostrujne

zaštite na dovodu sa generatora 5 na 6.3 kV II sekciju, prekostrujne i kratkospojne zaštite na motoru

crpne stanice M2

7

Sl. 3: Karakteristike prekostrujne zaštite transformatora TSP3 (svedeno na 6.3 kV nivo), prekostrujne

zaštite na dovodu sa generatora 5 6.3 kV II sekcije i prekostrujne zaštite na transformatoru 1T5

3.2. PROVERA SELEKTIVNOSTI

Tab. 5: Kvarovi na kablu ka prelivnoj brani 1T5

50% 100%

k3 Pobuđuju se podnaponska zaštita u mernoj ćeliji

razvoda 6.3 kV II sekcija (0.050 s) i prekostrujna

zaštita transformatora TSP3 (1.530 s).

Pobuđuju se podnaponska zaštita u mernoj ćeliji

razvoda 6.3 kV II sekcija (0.050 s) i prekostrujna

zaštita transformatora TSP3 (1.530 s). k2

k2z

k1z Ne pobuđuje se nijedna zaštita. Ne pobuđuje se nijedna zaštita.

Tab. 6: Kvarovi na kablu dovoda sa generatora G5

50% 100%

k3 Zaštita ispravno reaguje (diferencijalna

transformatora TSP3).

Zaštita ispravno reaguje (diferencijalna

transformatora TSP3). k2

k2z


Tab. 7: Kvarovi na kablu ka motoru crpne stanice M3

50% 100%

k3 Pobuđuju se kratkospojna zaštita na posmatranoj

poziciji (isključenjemotora crpne stanice M3, 0.030 s)

i podnaponska zaštita u mernoj ćeliji razvoda 6.3 kV

II sekcija (CTI=0.020 s) i šalje nalog za isključenje

motora crpne stanice M2.

Pobuđuju se kratkospojna zaštita na posmatranoj

poziciji (isključenje motora crpne stanice M3,

0.030 s) i podnaponska zaštita u mernoj ćeliji razvoda

6.3 kV II sekcija (CTI=0.020 s) i šalje nalog za

isključenje motora crpne stanice M2.

k2

k2z


8

Tab. 8: Kvarovi na kablu ka motoru crpne stanice M2

50% 100%

k3 Pobuđuju se kratkospojna zaštita na posmatranoj





Pobuđuju se kratkospojna zaštita na posmatranoj





k2

k2z


4. ZAKLJUČCI I PREPORUKE

Formiranu bazu u CAPE softverskom paketu je moguće koristiti ne samo za potrebe selektivnosti

sistema zaštite nego i za ostale vrste analiza u predmetnom postrojenju (proračuni stacionarnih

režima u samom postrojenju za karakteristična uklopna stanja, proračun struja kratkih spojeva za

izbor novih komponenti koje će se ugrađivati u ovom postrojenju, podaci o svim elementima

postrojenja, rezultati svih periodičnih ispitivanja pripadajuće opreme).

4.1. ZAKLJUČCI NA OSNOVU SIMULACIJA KVAROVA NA RAZVODU 6.3 kV II

SEKCIJA

Prilikom simulacija kvarova na razvodu 6.3 kV II sekcija, uočeni su sledeći veći nedostaci:

- Za sve kvarove tipa K3, K2, K2Z na izvodnim kablovima ka transformatorima, ceo razvod

ostaje bez napajanja.

- Za kvarove tipa K3, K2, K2Z na bilo kom od izvodnih kablova (motornih i

transformatorskih), ispadaju oba motora od podnaponske zaštite.

- Za sve kvarove tipa K1Z na izvodnim kablovima, ne pobuđuje se nijedna zaštita.

Prva od navedenih situacija, da za sve kvarove tipa K3, K2, K2Z na izvodnim kablovima ka

transformatorima, ceo razvod ostaje bez napajanja, se dešava iz razloga što na svim

transformatorskim izvodima postoje samo prekostrujne zaštite, vremenski zategnute na 2 s, dok je

kratkospojna na transformatoru sopstvene potrošnje, koji sa jednog namotaja napaja sabirnice II

sekcije, vremenski zategnuta na 1.5 s.

Kako bi se smanjilo vreme trajanja navedenih kratkih spojeva i ostvarila selektivnost za ove

kvarove, neopohodno je uvođenje kratkospojnih zaštita na svim transformatorskim pozicijama.

Na transformatorskim izvodima se predlaže uvođenje kratkospojnih zaštita sa definisanim

vremenom reagovanja i prekostujnih sa inverznom karakteristikom reagovanja. Naime,

prepodešenja će biti ostvarena sa uvaženjem principa da se svi kvarovi na niskonaponskoj strani

transformatora isključuju od strane zaštite u ćelijama 6.3 kV postrojenja sa vremenom zatezanja

većim od 500 ms, kako bi se ostvarila selektivnost sa zaštitama na niskonaponskoj strani

9

transformatora, ako postoje, i niskonaponskim izvodima (pretpostavlja se da su ove zaštite „brže”

od 500 ms).

Uz svako prepodešenje će biti analizirano da li se sa novim podešenjima transformator dovodi u

opasnost od oštećenja (na osnovu krivih termičkih i mehaničkih oštećenja transformatora iste snage

po ANSI/IEEE standardu). Jednačina veoma inverzne krive reagovanja po IEC standardu, na

osnovu koje su određene vrednosti vremenskih multiplikatora, je:

1

5.13

MTDt p

gde su:

tp - proradno vreme

M - odnos struje kvara i podešene vrednosti struje ( nI1.1 transformatora)

TD - vremenski multiplikator

Vrednosti struja tropolnih kratkih spojeva za III uklopno stanje na 0.4 kV sabirnicama

transformatora razvoda 6.3 kV sekcija II, svedene na visokonaponsku stranu, su date u sledećoj

tabeli (prefault voltage=1.1 p.u.):

Tab. 9: Struje na visokonaponskoj strani transformatora za trofazan kratak spoj na niskonaponskim

sabirnicama - Razvod 6.3 kV II sekcija

Broj ćelije Struja na 6.3 kV strani za kvar na 0.4 kV sabirnicama

1 (Transformator 1T5, 1000 kVA) 1250.9 A


5 (Transformator TNG, 630 kVA) 877.4 A

6 (Transformator T2, 630 kVA) 883.3 A


U Tab. 10 je dat predlog podešenja zaštita na transformatorskim izvodima razvoda 6.3 kV II sekcija.

Tab. 10: Predlog podešenja transformatorskih zaštita na razvodu 6.3 kV II sekcija

Oznaka Zaštitna funkcija Podešenje proradne

vrednosti (primarno) Podešeno vreme

1T5 I>, t (IEC VI) 100 A Td = 0.48

I>> 1400 A 0 s

2T6 I>, t (IEC VI) 63 A Td = 0.69

I>> 1250 A 0 s

TNG I>, t (IEC VI) 63 A Td = 0.55

I>> 1000 A 0 s

T2 I>, t (IEC VI) 63 A Td = 0.55

I>> 1000 A 0 s

2T5 I>, t (IEC VI) 100 A Td = 0.48

I>> 1400 A 0 s

10

Podešenja proradnih vrednosti kratkospojnih zaštita su predložena na osnovu struja kratkih spojeva

iz Tab. 9, sa uvaženim koeficijentom sigurnosti ( k 1.1 ) koji je uzet u obzir zbog odstupanja

rezultata modelovanog i stvarnog sistema. Time se postiglo da se transformatorski kablovi i okvirno

90% transformatora, za kvarove u slučaju trećeg uklopnog stanja gde su struje kratkih spojeva

najveće (radne struje su uvažene kroz vrednost za početni napon od 1.1 p.u.) „štite” kratkospojnom

zaštitom, za kvarove K3, K2, K2Z, bez vremenskog odlaganja. Kako na struje kratkih spojeva u

najvećoj meri utiče impedansa transformatora, neophodno je uveriti se da se vremenom ove

impedanse nisu promenile i u skladu sa tim je moguće uvesti dodatni koeficijent (koji bi dodatno

povećao struju prorade kratkospojne zaštite), koji bi uvažio i ove uticaje. U tom slučaju je

neophodno prilagoditi i inverznu krivu, adekvatnim povećanjem vremenskog multiplikatora.

Drugi nedostatak, a koji se tiče kvarova tipa K3, K2, K2Z na bilo kom od izvodnih kablova

(motornih i transformatorskih), pri kojima ispadaju oba motora od podnaponske zaštite, je moguće

rešiti vremenskim zatezanjem delovanja podnaponske zaštite na motorne prekidače na 350 ms,

ukoliko bi to bilo prihvatljivo sa strane tehničkih karakteristika štićenih motora.

Treći veliki nedostatak postojećeg rešenja je nepostojanje zaštite koja bi otklonila bilo koji

jednofazan kratak spoj na izvodnim kablovima ili sabirnicama. Predlaže se uvođenje osetljive

usmerene zemljospojne zaštite na svim izvodima i homopolarne zaštite. Struje jednofaznih kratkih

spojeva na izvodnim kablovima postrojenja se nalaze u rasponu od 600 mA do 800 mA.

4.2. SMERNICE ZA REKONSTRUKCIJU HE „ĐERDAP 1”

1. Potrebno je razmotriti rekonstrukciju sistema zaštite transformatora sopstvene potrošnje

15.75/6.3/0.4 kV/kV (TSP1, TSP2 i TSP3). Ona je neophodna jer su ovi transformatori trenutno

neadekvatno štićeni bilo zastarelim elektromehaničkim zaštitama bilo kombinacijom zastarelih

elektromehaničkih zaštita i elektronskim relejima sa samo osnovnim setom funkcija, odnosno

relejima koji su najvećim delom već izvan svog životnom veka, ali su u pitanju i releji koji su

koncepcijski prevaziđeni. S obzirom na ulogu ovih transformatora u funkcionisanju elektrane,

rekonstrukcija sistema zaštite sa dva terminala (Main 1 i Main 2) od različitih proizvođača, sa

identičnim funkcijama zaštite u oba terminala.

Funkcije Main 1 i Main 2 sistema zaštite transformatora sopstvene potrošnje

15.75/6.3/0.4 kV/kV/kV, od dva različita proizvođača, trebalo bi da budu sledeće:

- Diferencijalna zaštita blok-transformatora (ANSI 87T) sa blokadom baziranom na drugom,

četvrtom i petom harmoniku i jednosmernoj komponenti struje

- Prekostrujne zaštite definisanog vremena reagovanja (ANSI 50P, 50Q (opciono), 50G/50N),

ove funkcije moraju biti obezbeđene za svaki namotaj transformatora

11

- Prekostrujne zaštite sa inverznom karakteristikom reagovanja (ANSI 51P, 51Q (opciono),

51G/51N), ove funkcije moraju biti obezbeđene za svaki namotaj transformatora

- Zaštita od otkaza prekidača snage (ANSI 50BF)

- Ograničena zemljospojna zaštita (ANSI 67G/REF, opciono)

- Kućišna zaštita (opciono, tamo gde postoje uslovi za izvođenje ove funkcije)

- Zaštita od preopterećenja preko RTD modula (ANSI 49)

- Termička slika (Thermal model, opciono, jer ova funkcija može biti izvedena i drugim

hardverski nezavisnim uređajem)

- Zaštita od natpobude (ANSI 24, opciono)

- Podnaponska zaštita (ANSI 27, opciono)

- Prenaponska zaštita (ANSI 59, opciono)

- Pod/nadfrekventna zaštita (ANSI 81, opciono)

- Kombinovana prekostrujna zaštita sa inverznom karakteristikom reagovanja (ANSI 51P-

51P, 51G-51G, opciono)

Trebalo bi razmotriti i rekonstrukciju mikroprocesorkih releja PZ 300T, PZ 310T i PZ-40T

(nakon isteka njihovog životnog veka) jer nemaju mogućnosti kao današnji mikroprocesorski releji.

Kod rekonstrukcije sistema zaštite i upravljanja u razvodima 6.3 kV preporučuje se da svi

releji za zaštitu imaju usmerenu prekostrujnu zaštitu kako bi se obezbedila adekvatna selektivnost,

ali i brža i efikasnija detekcija izvoda pogođenog kvarom. Asinhroni motori, npr. kao „aktivni”

elementi, u slučaju kvarova „iza” svojih zaštitnih releja daju određeni doprinos u struji kratkog

spoja koji može u nekim situacijama dovesti do pobuđivanja i nepotrebnog reagovanja

prekostrujnih elemenata releja i samim tim dovesti do isključenja odgovarajućih motora. Ovakve

situacije bi bile izbegnute ugrađivanjem zaštitnih releja sa usmerenom prekostrujnom zaštitom. Za

zaštitu asinhronih motora sa novim mikroprocesorskim zaštitama se, pored karakteristike sa

definisanim vremenom reagovanja, preporučuje i aktiviranje prekostrujnih zaštita sa inverznim

karakteristikama reagovanja.

2. Zaštita asinhronih motora

- Prekostrujne zaštite definisanog vremena reagovanja (ANSI 50P, 50Q (opciono), 50G/50N)

- Prekostrujne zaštite sa inverznom karakteristikom reagovanja (ANSI 51P)

- Usmerena prekostrujna zaštita (ANSI 67P)


- Zaštita od preopterećenja preko RTD ili PTC modula (ANSI 49)

- Podnaponska zaštita (ANSI 27)

- Prenaponska zaštita (ANSI 59)

- Rezervna zemljospojna zaštita (ANSI 59G)

12


- Zaštita od povratne snage (ANSI 32, opciono)

- Podstrujna zaštita (ANSI 37, opciono)

- Zaštita od nesimetričnog opterećenja motora (ANSI 46)

- Zaštita bazirana na debalansu napona (ANSI 47, opciono)

- Zaštita bazirana na faktoru snage (ANSI 55, opciono)

- Zaštita bazirana na gubitku potencijala (ANSI 60, opciono)

- Zaštita od predugog starta, tj. zakočenog rotora (LOCKED ROTOR)

- Zaštita bazirana na detekciji gubitka opterećenja (Load Jam/Loss)

- Zaštita bazirana na dozvoljenom broju startovanja u definisanom intervalu vremena

(ANSI 66)

- Zaštita bazirana po nivou reaktivnog opterećenja (VAR, opciono)

- Zaštita bazirana na brzini obrtanja motora (ANSI 14, opciono)

- Zaštita bazirana na redukovanoj vrednosti napona pri startovanju motora (ANSI 19,

opciono)

- Nadzor temperature (ANSI 38, opciono)

- Zaštita bazirana na kontroli nivoa opterećenja (ANSI LC/71, opciono)

3. Zaštita mernih polja

- Podnaponska zaštita (27)

- Prenaponska zaštita (59, 59N)

4. Zaštita transformatora sa pripadajućim kablovima, odnosno zaštita kablova

- Prekostrujne zaštite sa inverznom karakteristikom reagovanja (ANSI 51P, 51Q, 51G/51N);

ove funkcije moraju biti obezbeđene za svaki namotaj transformatora


- Prekostrujne zaštite definisanog vremena reagovanja (ANSI 50P, 50Q, 50G/50N); ove

funkcije moraju biti obezbeđene za svaki namotaj transformatora

- Usmerena zaštita (ANSI 32, 67P, 67Q, 67G/67N, opciono)

- Sinhroček funkcija (ANSI 25, opciono)

- Podnaponska zaštita (ANSI 27, opciono)

- Prenaponska zaštita (ANSI 59, opciono)


5. Zaštita sabirnica

Ove zaštite na naponskom nivou 6.3 kV treba realizovati kao funkcije u okviru postojećih zaštita

izvoda (bilo da je reč o transformatorskim ili o motornim izvodima), gde je zaštite sabirnica

13

potrebno rešiti logičkim povezivanjem svih terminala na naponskim nivoima, odnosno razvodu

6.3 kV.

Zajedničke karakteristike novih sistema zaštita definisanih u tačkama 1, 2, 3, 4 i 5:

- adekvatan broj strujnih i naponskih ulaza

- adekvatan broj binarnih ulaza i izlaza (standardnih, velike brzine, velike struje, velike

brzine-velike struje)

- komunikacioni port sa prednje strane za pristup uređaju u lokalu kao i adekvatan broj

komunikacionih portova sa zadnje strane uređaja

- adekvatan broj grupa podešenja

- adekvatne karakteristike u smislu radne temperature i vlažnosti

- adekvatan napon pomoćnog napajanja

- RTD i PTC ulaze, tamo gde je to neophodno

- sinhrofazorska merenja na mestima gde je to neophodno

- nadzor kola za isključenje prekidača (Trip Coil Monitor)

- Event Report (Multicycle Data)

- SER (Sequential Events Recorder)

- merenje svih električnih veličina (Instantaneous Meter, Demand Meter)

- profil opterećenja na mestima gde je to neophodno

- registrator događaja za vreme kvara (Disturbance Recorder)

- nadzor kola naponskih i strujnih transformatora

- nadzor stanja baterije sistema pomoćnog napajanja

- nadzor stanja prekidača

- mogućnost definisanja kontrolnih jednačina

- komunikaciju na nivou relej-relej tamo gde je to neophodno

- blokade na nivou polja

- lokalna i daljinska signalizacija stanja rasklopnih uređaja

- lokalna i daljinska signalizacija prorade pojedinih vrsta zaštite.

6. Nepostojanje funkcije samonadzora postojećih starih statičkih i elektromehaničkih zaštita može

dovesti do toga da se njihova neispravnost ili gubitak podešenosti jako teško registruju, po pravilu

ili u toku redovnog godišnjeg ispitivanja, što je jedanput godišnje, ili kada se ispostavi da dođe do

neselektivnog ili lažnog reagovanja zaštite. Ovo predstavlja još jedan od brojnih razloga za

preporuku o zameni starih zaštita sa novim mikroprocesorskim zaštitama koje po pravilu imaju

funkciju samo nadzora.

14

7. Jedan od nedostataka starih elektromehaničkih i statičkih zaštita je svakako i nepostojanje

adekvatnih oscilografskih zapisa, kako normalnih radnih stanja, tako i režima sa kvarom (SER i

Disturbance Recorder) što po pravilu otežava rekonstrukciju uzroka neselektivnih ispada ili čak

uslovljava pogrešne zaključke u vezi neselektivnih ispada mašina. Ugradnja modernih

mikroprocesorskih uređaja, koji po pravilu imaju mogućnost oscilografskih zapisa i snimanja

događaja, omogućila bi daleko jednostavniju i pouzdaniju rekonstrukciju događaja i redosleda

pobuđivanja/reagovanja zaštitnih funkcija što bi dalje pomoglo u poboljšanju selektivnosti zaštite u

postrojenju, odnosno u korekciji i koordinaciji podešenja zaštitnih releja.

8. Svi novi mikroprocesorski releji imaju mogućnost sinhronizacije preko GPS časovnika čime se

postiže da svi releji unutar elektrane imaju istu vremensku referencu što kasnije za posledicu daje

jednostavnije poređenje oscilografskih zapisa i donošenje pravilnih zaključaka o redosledu

događaja. Za sve nove releje koji bi imali podatke o električnim veličinama generatora se

preporučuje da poseduju i funkciju sinhrofazorskih merenja (kao bitne funkcije u okviru novog

sistema zaštite i upravljanja) pre svega u smislu predupređivanja gubitka stabilnosti sistema kao i

kod brzog (ponovnog) uspostavljanja radnog režima u sistemu (od strane operatera celog sistema).

9. Potrebno je realizovati verifikaciju karakteristika strujnih i naponskih transformatora ali i izvršiti

adekvatna merenja parametara motora (pre svega odnos polaznih i nominalnih struja koji jako utiče

na proračun struja kratkih spojeva u postrojenju) koji direktno utiču na valjanost rada zaštite, a

samim tim i na selektivnost, kako bi se analiza mogla sprovesti detaljnije i kako bi se imali

pouzdaniji podaci na osnovu kojih bi se mogla izgenerisati korekcija podešenja releja u sopstvenoj

potrošnji (prvenstveno releja za zaštitu motora) čime bi se mogla postići povećana selektivnost i

pouzdanost čitavog sistema zaštite u HE Djerdap 1. U konkretnom slučaju broj asinhronih motora

nije veliki i ova aktivnost svakako neće praviti veliki problem niti pak veliki finansijski trošak.

Doprinos bi se svakako imao i ukoliko bi se dodatno verifikovali podaci (podužni parametri i

dužine) o postojećim energetskim kablovima u sopstvenoj potrošnji.

10. U postrojenju postoji neadekvatan nadzor temperature na većem broju bitnih elemenata

postrojenja ili se postojeći davači temperature uopšte ne koriste u svrhu zaštite tamo gde postoje ili

pak isti ovi davači ne egzistiraju tamo gde bi to bilo bitno.

11. Za izvesne pozicije u elektrani svrsishodno bi bilo dodatno definisati uvođenje funkcije

sinhrofazorskih merenja pre svega u smislu dodatnog predupređivanja neselektivnih ispada kao i

kod brzog (ponovnog) sinhronizovanja mašine na mrežu.

12. Kod novih mikroprocesorskih zaštita potrebno je iskoristiti činjenicu da one poseduju veći

broj različitih grupa podešavanja što je neophodno iskoristiti za formiranje različitih adekvatnih

podešenja releja koja bi bila odgovarajuća za različita uklopna stanja u okviru elektrane (na ovaj

15

način bi se imala veća osetljivost releja za različita uklopna stanja i istovremeno bi se izbegla

eventualna prepodešavanja i svakako bi se postigla veća selektivnost).

13. Ispitivanje sistema zaštite mora se realizovati minimalno jedanput na godišnjem nivou uz

uvođenje elektronske baze ispitnih protokola.

14. Kod svih budućih rekonstrukcija sistema zaštite, shodno prethodnim zaključcima i

preporukama, neophodno je zahtevati i Projekat proračuna i podešenosti releja, odnosno sistema

zaštite kao celilne. Ovo je od posebnog značaja u onim postrojenjima gde su istovremeno u pogonu

različite generacije releja jer se u tim situacijama ima maksimalna kompleksnost u pogledu

selektivnosti.

Ovaj rad je napisan na osnovu rezultata istraživanja realizovanih u okviru projekta

finansiranog od strane Ministarstva prosvete, nauke i tehnološkog razvoja: „Povećanje energetske

efikasnosti, pouzdanosti i raspoloživosti elektrana EPS-a utvrđivanjem pogonskih dijagrama

generatora i primenom novih metoda ispitivanja i daljinskog nadzora”.

5. LITERATURA

Studije

[1] Analiza stanja zaštite na objektu HE „Đerdap 1” i smernice za njenu rekonstrukciju”,

Elektrotehnički institut „Nikola Tesla”, Beograd, 2011.

[2] Analiza stanja sistema zaštite u elektroenergetskim objektima TE „Kolubara A” sa smernicama

za njihovu rekonstrukciju”, Elektrotehnički institut „Nikola Tesla”, Beograd, 2009.

Dokumenta

[3] Tehnička preporuka EMS-a „Tehničko uputstvo za podešavanje zaštita visokonaponskih

vodova”

[4] Tehnička preporuka EPS-a „Tehnička preporuka br. 4a – Zaštita elektrodistributivnih vodova

10 kV, 20 kV, 35 kV i 110 kV”, Beograd, 2001.

[5] Tehnička preporuka EPS-a „Tehnička preporuka br. 4b – Zaštita distributivnih energetskih

transformatora u TS 35/10(20) kV i TS 110/X kV”, Beograd, 2001.

Knjige

[6] Đurić, Milenko, Relejna zaštita, Beograd, 2003.

Uputstva

16

[7] „Network Protection and Automation Guide”, Alstom Grid Manual, 2011.

[8] „Generation System Protection”, Student Manual, SEL University

Documents

ANALIZA STANJA ZAŠTITE NA OBJEKTU HE „ĐERDAP 1”