ANALIZA STANJA ZAŠTITE NA OBJEKTU TE „KOSTOLAC A I ...e2012.drustvo-termicara.com/resources/files/papers/67d3af.pdf · simuliran je trofazni kratak spoj na sabirnicama 110 kV,

ANALIZA STANJA ZAŠTITE NA OBJEKTU TE „KOSTOLAC A”

I SMERNICE ZA NJENU REKONSTRUKCIJU

Branka B. Kostić, Dragan P. Dabić*,

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

,

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

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

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

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

Apstrakt: Za potrebe analize selektivnosti sistema zaštite u termoelektrani Kostolac A formiran je

detaljan model elektrane u programskom paketu CAPE. Model obuhvata i postojeće zaštite svih

elemenata i njihova podešenja i povezan je sa kompletnim modelom mreže jugoistočne Evrope,

uvezenim iz programskog paketa PSS. Selektivnost je ispitivana zaključno sa glavnim osiguračima

u razvodnim ormanima 0.4 kV. Analizirane su podešene vrednosti releja za više uklopnih stanja u

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

neselektivne i/ili nekoordinisane sa osnovnom zaštitom pojedinih elemenata. Kod releja kod kojih

potrebne uslove koordinisanosti, pouzdanosti i selektivnosti nije moguće postići podešavanjem

postojećih zaštita predložena je njihova zamena. Kao ilustracija primenjene analize, prikazani su

tabelarni rezultati pojedinih simulacija a za kritične kvarove prikazane su i krive koordinisanosti

kao i krive mehaničkog i termičkog oštećenja transformatora.

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

ANALYSES OF THE PROTECTION AT THERMAL POWER PLANT

KOSTOLAC A WITH GUIDELINES FOR ITS RECONSTRUCTION

Branka B. Kostić, Dragan P. Dabić*,

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

,

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

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

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

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

Abstract: For purposes of analysis of protection system selectivity in PP “Kostolac A” detailed

model was created using the software package CAPE. The model includes the protection of all

existing elements and their settings and is associated with a complete model of Southeastern Europe

network, imported from the PSS. Selectivity was tested up to the main fuses in switchboards

0.4 kV. Relay parameter settings were analyzed for a few switching schemes. Based on the fault

simulations, suggestions for readjustment of the non-selective and/or uncoordinated relays (with the

basic protection of individual elements) were presented. It was also proposed that relays, which can

not be adjusted to meet necessary conditions for coordination, reliability and selectivity, should be

replaced. As an illustration of applied analysis, the results of some simulations are presented in

tabular form and for the critical faults mechanical and thermal damage curves of the transformer are

also shown.

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

1. UVOD

Iako postoji veoma izražena potreba, u Srbiji još uvek ne postoje standardi i tehničke preporuke za

zaštitu sinhronih generatora, blok transformatora i asinhronih motora. Takođe, tokom eksploatacije

uočeno je neselektivno reagovanje zaštite u elektranama EPS-a koje je dovodilo do ispada

kompletnih agregata sa mreže u situacijama kada to nije bilo opravdano. U cilju prevazilaženja

ovakvih situacija, te radi izrade navedenih dokumenata, pristupilo se sagledavanju postojećeg stanja

zaštita u elektranama. Kako bi se izvršila provera koordinisanosti i selektivnosti zaštitnih uređaja i

njihovih funkcija, elektrane su modelovane u softverskom paketu CAPE (Computer-Aided

Protection Engineering), posebno dizajniranim za ovakvu vrstu analiza. Velika prednost ovako

formirane baze je u tome što pored osnovne uloge u pogledu analiza selektivnosti zaštitnih sistema,

može veoma lako da se koristi i za ostale vrste analiza u modelovanim postrojenjima (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).

2. ANALIZA SELEKTIVNOSTI ZAŠTITA U TE „KOSTOLAC A”

Kriterijumi za evaluaciju sistema zaštite u TE „Kostolac A” 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 i pozicije kvarova koji su izabrani za evaluaciju sistema zaštite za dalekovode su: K3

(trofazni kratak spoj), K2 (dvofazni), K2Z (dvofazni sa zemljom), K1Z (jednofazni zemljospoj),

K1Z+Rf (jednofazni zemljospoj preko impedanse Rf=3 Ω, 10 Ω, 100 Ω) i to na 10%, 50%, 85% i

100% dužine dalekovoda.

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.

U cilju provere selektivnosti zaštite analizirano je pet izabranih uklopnih 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 G1 i isključen je dalekovod sa najvećim

doprinosom struji tropolnog kratkog spoja na glavnim sabirnicama 110 kV – DV 101B/4

Smederevo 1 (Tab. 1). Sopstvene potrošnje na glavnim 6.3 kV razvodima bloka 100 MW

(razvodi 5RA i 5RB) se napajaju preko radnog napajanja (sa generatora G1). Generator G2 kao

i sopstvene potrošnje na glavnim 6.3 kV razvodima bloka 210 MW (razvodi 1GA i 1GB) su

isključeni. Ostatak sopstvene potrošnje se napaja preko transformatora 1T.

- Drugo uklopno stanje: u pogonu je samo generator G2 i isključen je dalekovod sa najvećim

doprinosom struji tropolnog kratkog spoja na glavnim sabirnicama 110 kV – DV 101B/4

Smederevo 1 (Tab. 1). Sopstvene potrošnje na 6.3 kV glavnim razvodima bloka 210 MW

(razvodi 1GA i 1GB) se napajaju preko radnog napajanja (sa generatora G2). Generator G1 kao

i sopstvene potrošnje na glavnim 6.3 kV razvodima bloka 100 MW (razvodi 5RA i 5RB) su

isključeni. Ostatak sopstvene potrošnje se napaja preko transformatora 1T.

- Treće uklopno stanje: kao prvo uklopno stanje, s tim što je dalekovod DV 101B/4 uključen a

isključen je dalekovod sa drugim najvećim doprinosom struji tropolnog kratkog spoja na

glavnim sabirnicama 110 kV – DV 102B/1 Požarevac (Tab. 1).

- Četvrto uklopno stanje: u pogonu su oba generatora i svih osam dalekovoda. Svaki od

generatora napaja svoje glavne 6.3 kV razvode preko odgovarajućeg transfomatora sopstvene

potrošnje. Ostatak sopstvene potrošnje se napaja preko transformatora 1T.

- Peto uklopno stanje: u pogonu su oba generatora i svih osam dalekovoda. Generatori su (preko

odgovarajućih blok transformatora) povezani samo sa 110 kV sabirnicama a sopstvene

potrošnje glavnih 6.3 kV razvoda oba bloka (razvodi 1GA, 1GB, 5RA i 5RB) se napajaju preko

rezervnog napajanja sa transformatora 1T tj. preko razvoda startne grupe 3G.

Kako bi se odredio doprinos struja pojedinačnih dalekovoda ukupnoj struji kratkog spoja,

simuliran je trofazni kratak spoj na sabirnicama 110 kV, pri čemu su dobijeni sledeći rezultati:

Tab. 1: Doprinosi stuji tropolnog kratkog spoja na glavnim sabirnicama 110 kV

Dalekovod Struja kratkog spoja [A]

TE Kostolac A - Drmno (DV 1159) 0

TE Kostolac A - Rudnik 1 (DV 1128/1) 0

TE Kostolac A - Smederevo 3 (DV 1144/A i DV 1144/B) 1341.2

TE Kostolac A - Požarevac (DV 102A/1 i DV 102B/1) 1416.4

TE Kostolac A - Smederevo 1 (DV 101B/4) 1663.2

TE Kostolac A - Smederevo 4 (DV 101A/4) 1354.6

2.1. Provera selektivnosti na 110 kV i 35 kV dalekovodima

U okviru formiranog modela, modelovani su i svi postojeći 110 kV i 35 kV dalekovodi kojima je

elektrana povezana sa ostatkom EES. Takođe, predstavljeni su i odgovarajući releji sa svojim

zaštitnim funkcijama, ali isključivo na strani dalekovoda koja je bliža elektrani. Naime, prilikom

simulacija kvarova na dalekovodima nije se raspolagalo podacima o tipovima i podešenjima releja

koji se nalaze na drugom kraju, pa komentari i zaključci u ovom segmentu nisu potpuni.

Simulacije su izvršene za svaki dalekovod pojedinačno, za svih pet uklopnih stanja. Tipovi i

pozicije kvarova navedeni su u prethodnom poglavlju. Ilustracije radi u tabeli Tab. 2 prikazana je

tabela kvarova za jedan dalekovod i jedno uklopno stanje. Polja osenčena plavom bojom u tabeli

označavaju kvarove koji su ispravno izolovani, ali sa narušenim definisanim vremenima

koordinacije (400, tj. 300 ms), dok siva polja označavaju kvarove za koje je zaštita neselektivno

odreagovala.

Tab. 2: Kvarovi na dalekovodu TEKO A–Smederevo 1 (101B/4) za IV uklopno stanje

10% 50% 85% 100%

k3

Pobuđuju se I zona

distantne zaštite

posmatranog dalekovoda

(0.160s) i podnaponske

zaštite u mernim ćelijama

na razvodima 2GA i 2GB

(deluju na isključenje

motornih ćelija;

CTI=0.370s).

Pobuđuju se I zona

distantne zaštite






motornih ćelija;

CTI=0.370s).

Pobuđuju se

podnaponske zaštite u

mernim ćelijama na

razvodima 2GA i 2GB


motornih ćelija; 0.530s) i

II zona distantne zaštite

na posmatranom

dalekovodu (0.860s).

Pobuđuju se

podnaponske zaštite u

mernim ćelijama na

razvodima 2GA i 2GB


motornih ćelija; 0.530s),

II zona distantne zaštite

na posmatranom

dalekovodu (0.860s) i

podnaponska zaštita u

mernoj ćeliji na razvodu

1GC (1.030s).

k2 Zaštita ispravno reaguje

(I zona distantne).

Zaštita ispravno reaguje

(I zona distantne).


(II zona distantne).



k2z

Pobuđuju se I zona

distantne zaštite






motornih ćelija;

CTI=0.370s).


(I zona distantne).

Distantna zaštita reaguje

u I zoni.

Pobuđuju se II zona

distantne zaštite

dalekovoda 1144/A i

1144/B (0.720s), II zona

distantne zaštite


(0.860s) i ista zaštita

dalekovoda 101A/4

(0.960s).

k1z


(I zona distantne). Zaštita ispravno reaguje

(I zona distantne).



Pobuđuje se II zona

distantnih zaštita

dalekovoda 1144/A i

1144/B (0.720s) i II zona

distantne zaštite


(0.860s).

k1z+Rf

(Rf=3 Ω)


(I zona distantne).


(I zona distantne).



Pobuđuju se II zona

distantnih zaštita

dalekovoda 1144/A i

1144/B (0.720s) i III

zona distantne zaštite


(1.060s).

k1z+Rf

(Rf=10 Ω)


(I zona distantne).

Distantna zaštita reaguje

u III zoni.

Pobuđuju se usmerene

zemljospojna zaštita na

dalekovodima 1144/A i

1144/B (2.630s), zaštite

od nesimetrije na

dovodima sa

transformatora 23T na

razvode 1GA i 1GB

(3.030s), I stepen 110 kV

zemljospojne zaštite

bloka 2 (3.830s), zaštita

od nesim. opterećenja

statora generatora G1

(9.030s).

Pobuđuju se usmerene


dalekovodima 1144/A i

1144/B (2.630s), zaštite

od nesimetrije na

dovodima sa


razvode 1GA i 1GB

(3.030s), I stepen 110 kV

zemljospojne zaštite

bloka 2 (3.830s), zaštita

od nesim. opterećenja

statora generatora G1

(9.030s).

k1z+Rf

(Rf=100 Ω)

Pobuđuje se II stepen

110 kV zemljospojne

zaštite bloka 2 (4.530s).

Na posmatranom

dalekovodu ne reaguje

zaštita.


110 kV zemljospojne


Na posmatranom


zaštita.


110 kV zemljospojne


Na posmatranom


zaštita.


110 kV zemljospojne


Na posmatranom


zaštita.

Pregled osnovnih rezultata izvršenih analiza dat je za svaki analizirani dalekovod u nastavku teksta.

Dalekovod TEKO A – Drmno (DV 1159)

- Za jednofazne kvarove preko velikih otpornosti (Rf = 100 Ω) se ne pobuđuje nijedna zaštita

dalekovoda (kod svih pet uklopnih stanja).

Dalekovod TEKO A – Rudnik 1 (DV 1128/1)

- Za jednofazne kvarove preko velikih otpornosti (Rf = 100 Ω) se ne pobuđuje nijedna zaštita

dalekovoda (kod svih pet uklopnih stanja).

Dalekovod TEKO A – Smederevo 3 (DV 1144/A i DV 1144/B)

- Za kvarove K3 na kraju dalekovoda se pobuđuju II zona distantne zaštite koja je vremenski

zategnuta na 700 ms i podnaponske na 2GA i 2GB razvodima (prva četiri uklopna stanja).

- Za prvo, drugo i treće uklopno stanje se i za K3 na 85% dužine dalekovoda pobuđuju

podnaponske zaštite na 2GA i 2GB razvodima.

- Za jednofazne kvarove preko velikih otpornosti (Rf = 100 Ω) na 85% i 100% dužine

dalekovoda se ne pobuđuje nijedna zaštita dalekovoda (svih pet uklopnih stanja).

Dalekovod TEKO A – Požarevac (DV 102A/1 i DV 102B/1)

- Za jednofazne kvarove preko velikih otpornosti (Rf = 100Ω) se ne pobuđuje nijedna zaštita

(svih pet uklopnih stanja).

Dalekovod TEKO A – Smederevo 1 (DV 101B/4)

- Za treće uklopno stanje za tropolan kvar na 85% i na 100% dalekovoda se pobuđuju II zona

distantne zaštite (860 ms), podnaponska zaštita na 2GA i 2GB razvodima (530 ms) kao i

podnaponska zaštita na razvodu 1GC (1.030 s). Za četvrto uklopno stanje za K3 na 85%

dalekovoda pobuđuju se II zona distantne zaštite (860 ms) i podnaponska zaštita na 2GA i 2GB

razvodima (530 ms), dok je za K3 na 100% dalekovoda situacija identična kao u trećem

uklopnom stanju.

- Kvarovi K2Z i K1Z na kraju dalekovoda se nalaze u istoj zoni reagovanja distantne zaštite

(drugoj) posmatranog dalekovoda i dalekovoda 1144/A (Smederevo 3) i 1144/B

(Smederevo 3), s tim što se za K2Z pobuđuje i ista zona DV 101A/4 (Smederevo 4) (IV

uklopno stanje). Kvar K1Z+Rf (Rf = 3 Ω) na kraju dalekovoda se nalazi u trećoj zoni

reagovanja distantne zaštite posmatranog dalekovoda i drugim zonama dalekovoda 1144/A

(Smederevo 3) i 1144/B (Smederevo 3). Slična situacija se ima i za treće i za peto uklopno

stanje.

- Za jednofazne kvarove preko otpornosti od 10 Ω na 85% i 100% dalekovoda, kao i za

jednofazne kvarove preko otpornosti od 100 Ω duž čitavog dalekovoda, ne pobuđuje se nijedna

zaštita dalekovoda (III, IV i V uklopno stanje).

Dalekovod TEKO A – Smederevo 4 (DV 101A/4)

- Za prvo uklopno stanje se za K3 na 85% i 100% dužine dalekovoda pobuđuju i podnaponske

na 2GA i 2GB razvodima (530 ms) uz II stepen distantne (960 ms). Za treće uklopno stanje se

za K3 na 85% i 100% dužine dalekovoda pobuđuju II stepen distantne zaštite (960 ms),

podnaponske na 2GA i 2GB razvodima (530 ms) kao i podnaponska zaštita na razvodu 1GC

(1.030 s).

- Za jednofazne kvarove preko otpornosti od 10 Ω na 85% dalekovoda pobuđuje se V stepen

distantne, što ne predstavlja pravilan odgovor na kvar, dok se za jednofazne kvarove preko

otpornosti od 10 Ω na kraju dalekovoda, kao i za jednofazne kvarove preko otpornosti od

100 Ω, ne pobuđuje nijedna zaštita dalekovoda (svih pet uklopnih stanja).

35 kV dalekovodi (TEKO A – Rudnik, TEKO A – Naselje Kostolac, TEKO A – Ćirikovac)

Za jednofazne kvarove sa zemljom se ne pobuđuje nijedna zaštita dalekovoda.

2.2. Provera selektivnosti na sabirnicama

Naredna tabela (Tab. 3) ilustruje način analize selektivnosti na sabirnicama 6-110 kV u okviru

elektrane. Osenčena polja označavaju kvarove na isti način kao u tabeli Tab. 2.

Tab. 3: Provera zaštita na sabirnicama 110 kV, 35 kV, 15.75 kV, 10.5 kV i 6.3 kV1

k3 k2 k2z k1z

Glavne

sabirnice 1

110 kV

Pobuđuju se V zona

distantnih zaštita

dalekovoda 102A/1 i

102B/1 (3.020s), 1144/A

i 1144/B (3.520s),

101A/4 (3.530s) i

101B/4 (3.630s),

prekostrujna generatora

G2 (4.530s) i


G1 (5.030s). Ispad cele

elektrane.

Pobuđuju se V zona

distantnih zaštita

dalekovoda 102A/1 i

102B/1 (3.020s), 1144/A

i 1144/B (3.520s),

101A/4 (3.530s) i

101B/4 (3.630s),


G2 (4.530s) i


G1 (5.030s). Ispad cele

elektrane.

Pobuđuju se

kratkospojna zaštita blok


110 kV strani (1.030s) i

V zona distantnih zaštita

dalekovoda 102A/1 i

102B/1 (3.020s).

Pobuđuju se i

prekostrujna zaštita na

110 kV strani

transformatora 2T

(3.030s) i V zona

distantnih zaštita

dalekovoda 1144/A

(3.520s), 1144/B

(3.520s),101A/4 (3.530s)

i 101B/4 (3.630s). Ispad

cele elektrane.

Pobuđuju se

kratkospojna zaštita blok


110 kV strani (1.030s) i

V zona distantnih zaštita

dalekovoda 102A/1 i

102B/1 (3.020s).

Pobuđuju se i

prekostrujna zaštita na

110 kV strani

transformatora 2T

(3.030s) i V zona

distantnih zaštita

dalekovoda 1144/A

(3.520s), 1144/B

(3.520s), 101A/4

(3.530s) i 101B/4

(3.630s), zemljospojna

zaštita na 110 kV strani

bloka 2 (3.830s). Ispad

cele elektrane.

35 kV

postrojenje

Reaguje kratkospojna


transformatora 2T

(0.530s).

Reaguje prekostrujna


transformatora 2T

(2.530s).

Reaguje prekostrujna


transformatora 2T

(2.530s).

Ne pobuđuje se nijedna

zaštita.

Sabirnice

generatora G2

(15.75 kV)


(diferencijalna zaštita).





Pobuđuje se

zemljospojna zaštita

bloka 2 (7.500s).

Razvod 5RA

Pobuđuju se prekostrujna

zaštita na odgovarajućem

dovodu (0.530s) i



5RB (CTI=0ms) i

isključuje odgovarajuće

motore.



dovodu (0.530s) i



5RB (CTI=0ms) i


motore.



dovodu (0.530s) i



5RB (CTI=0ms) i


motore.


zaštita.

Razvod 1GC


(kratkospojna na dovodu

razvoda 1GC sa 3GA;

0.330s).



razvoda 1GC sa 3GA;

0.330s).



razvoda 1GC sa 3GA;

0.330s).


zaštita.

Doprema uglja

2GD

Pobuđuju se

kratkospojne zaštite u

Pobuđuju se


Pobuđuju se



(brza osetljiva

Tab. 3: Provera zaštita na sabirnicama 110 kV, 35 kV, 15.75 kV, 10.5 kV i 6.3 kV1

k3 k2 k2z k1z dovodnoj ćeliji

(2GD_L03) i na drugom

kraju istog kabla

(0.230s). Takođe se

pobuđuju i kratkospojna

zaštita na dovodnoj ćeliji

na razvodu 2GB

(CTI=0.100s) i

kratkospojna na drugom

kraju istog kabla, ćelija

3GB_L10 (CTI=0.200s).

dovodnoj ćeliji


kraju istog kabla




na razvodu 2GB

(CTI=0.100s) i



3GB_L10 (CTI=0.200s).

dovodnoj ćeliji


kraju istog kabla




na razvodu 2GB

(CTI=0.100s) i



3GB_L10 (CTI=0.200s).


odvodu sa razvoda 2GB

na razvod 2GD, 1.030s).

1 U datoj tabeli nisu prikazane sve ispitivane sabirnice.

Kako se može videti iz prethodne tabele (Tab. 3), kvarovi na 110 kV sabirnicama se sa

postojećom opremom ne izoluju adekvatno. Stoga je neophodno uvođenje sabirničke zaštite i

zasebno zaštite od otkaza prekidača na naponskom nivou 110 kV s obzirom da trenutno ove zaštite

ne postoje.

Takođe, preporučuje se da se kratkospojne zaštite transformatora 110/X kV/kV podese prema

vrednostima struja za dvopolne kratke spojeve na niženaponskim sabirnicama, Tab. 4. Neophodno

bi bilo da se ove vrednosti primene tako što bi se usvojio određeni koeficijent sigurnosti (preporuka

k = 0.70.9).

Prilikom podešavanja vremenskog zatezanja isključenja kratkospojnih zaštita, preporučuje se

da se ono produži 300 ms u odnosu na prvu sledeću zaštitu na X kV naponskom nivou

odgovarajućeg transformatora.

Tab. 4: Struje na 110 kV strani transformatora za dvofazan kratak spoj na niženaponskim

sabirnicama

Transformator Struja kratkog spoja

1T – 110/6.3 kV/kV 1818.3 A

2T – 110/36.75/10.5 kV/kV/kV 1119.6 A/2600.3 A

3T – 121/15.75 kV/kV 5823.5 A

5T – 121/10.5 kV/kV 3599.8 A

2.3. Provera selektivnosti na 6.3 kV razvodima

Simulacije kvarova i provera selektivnosti sprevedeni su na ukupno dvanaest 6 kV razvoda u

elektrani. U zavisnosti od uklopnih stanja uočeni su na ovim razvodima različiti nedostaci u odnosu

na optimalan, ispravan, rad zaštite. Kao jedan primer, u daljem tekstu biće prikazana analiza na

razvodu 5RA.

Razvod 5RA se normalno napaja sa transformatora sopstvene potrošnje 25T, dok se rezervno

napajanje ostvaruje sa startne grupe (razvod 3GB).

Sl. 1: Jednopolna šema postrojenja 5RA uvezena iz CAPE softvera

Prilikom simulacija kvarova na razvodu 5RA, za prva četiri uklopna stanja, uočeni su sledeći

nedostaci:

- Pri jednofaznom kvaru sa zemljom na sabirnicama i dovodnim kablovima ne reaguje nijedna

zaštita.

- Za kvarove K3, K2 i K2Z na 0.4 kV sabirnicama transformatora elektrofiltera (ćelija L10),

pobuđuje se njegova kratkospojna zaštita.

- Za kvar tipa K1Z na 0.4 kV sabirnicama transformatora 45TA (5RA_L03) se ne pobuđuje

nijedna zaštita (zbog sprege transformatora Yyn0 kvar se ne prenosi na visokonaponsku stranu

transformatora).

- Za kvarove tipa K3, K2 i K2Z na 5RA sabirnicama, pored kratkospojne zaštite dovoda koja je

vremenski zategnuta na 500 ms, se pobuđuju podnaponske zaštite u mernim ćelijama razvoda

5RA i 5RB (takođe vremenski zategnute na 500 ms). Kao posledica isključuju se napojne

pumpe, kondenzat pumpe, potisni ventilatori i mlinovi oba razvoda (18 motora).

Simulacije kvarova za peto uklopno stanje pokazale su identične nedostatke kao za prva četiri

uklopna stanja (tačke 1, 2 i 3 iz prethodnog paragrafa) dok se poslednja tačka razlikuje (shodno

promeni načina napajanja posmatranog razvoda):

- Za kvarove tipa K3, K2 i K2Z na sabirnicama 5RA se pobuđuju kratkospojna zaštita na odvodu

sa 3GB za 5R (3GB_L13, 430 ms), podnaponske zaštite u mernim ćelijama razvoda 5RA i

5RB (deluju na odgovarajuće prekidače; 530 ms) i prekostrujna zaštita na dovodu razvoda 5RA

sa 3GB (5RA_L12, 530 ms).

Na osnovu krivih koordinisanosti se uočava sledeće:

- Podešenje kratkospojne zaštite na transformatoru 25T je manje od podešenja kratkospojne

zaštite u dovodnoj ćeliji postrojenja 5RA.

Prvi navedeni nedostatak postojećeg rešenja uočen na osnovu simulacija kvarova je

nepostojanje zaštite koja bi otklonila jednofazan kratak spoj na sabirnicama. U ovom slučaju,

rešenje kojim se predlaže uvođenje homopolarne nadnaponske zaštite bi bilo neselektivno, jer bi se

homopolarne nadnaponske i razvoda 5RA i razvoda 5RB pobuđivale za oba kvara (K1Z na

sabirnicama 5RA i K1Z na sabirnicama 5RB). Jedno od rešenja bi bilo uvođenje osetljivih

usmerenih zemljospojnih zaštita u dovodnim ćelijama. Pored ove funkcije, ove zaštite bi imale i

funkciju rezerve zemljospojnim zaštitama izvoda.

Kako bi se pravilno podesio kratkospojni stepen zaštita transformatora, urađene su simulacije

tropolnih kratkih spojeva na 0.4 kV sabirnicama transformatora. Vrednosti struja tropolnih kratkih

spojeva na 0.4 kV sabirnicama transformatora razvoda 5RA, za slučaj da se razvod 5RA napaja sa

transformatora sopstvene potrošnje 25T i za slučaj da se napaja sa razvoda 3GB, svedene na VN

stranu, su date u sledećoj tabeli (prefault voltage=1.1 p.u.):

Tab. 5: Struje na VN strani transformatora za trofazan kratak spoj na NN sabirnicama – razvod

5RA

Ćelija Podešenje kratkospojne

zaštite (primarno)

Struja kratkog spoja

(primarno) (25T)

Struja kratkog spoja

(primarno) (3GB)

L03 (transformator 45TA) 1450 A 1526.1 A 1533.2 A

L10 (elektrofilteri) 1450 A 1644.2 A 1652.4 A

Kod transformatora 45TA neophodno bi bilo uvesti zaštitu koja bi kao ulaznu veličinu imala

vrednost nultog napona na 0.4 kV strani, kako bi se detektovali jednofazni kvarovi na njegovom

0.4 kV razvodu.

Radi jednostavnijeg pregleda, u Tab. 6 su data aktivna podešenja kratkospojnih i

prekostrujnih zaštita na razvodu 5RA sa preporukom prepodešenja, na pozicijama gde su ona

predložena. Princip koji već postoji na razvodima 1GA i 1GB, da se prekostrujne zaštite u

dovodima ostvaruju u tri stepena, će biti predložen i na razvodu 5RA.

Tab. 6: Tabelaran prikaz prepodešenja kratkospojnih i prekostrujnih zaštita na razvodu 5RA

Pozicija Opis Aktivna podešenja Preporuka prepodešenja

A primarno t [s] A primarno t [s]

5RA_L03 Transformator 45TA

(Sn=1000 kVA)

I>>=1450 0 I>>=1700 0

I>=116 0.5 I>=116 0.5

5RA_L10 Transformator elektrofiltera

(Sn=1000 kVA)

I>>=1450 0 I>>=1850 0

I>=116 0.5 I>=116 0.5

5RA_L11 Radno napajanje

I>>=4800 0.5 Idir>>=3850 0.3

/ / Idir>=1850 0.8

/ / Ip=1320 (IEC NI) Td=0.48

Transformator sopstvene potrošnje prvog bloka 25T, trenutno ima aktivna dva stepena

prekostrujne zaštite (jedan u ABB RET316*4 terminalu, a drugi u SPAJ 110C terminalu). Nova

podešenja koja se preporučuju data su u Tab. 7.

Tab. 7: Tabelaran prikaz prepodešenja kratkospojnih i prekostrujnih zaštita transformatora 25T

Pozicija Opis Aktivna podešenja Preporuka prepodešenja

A primarno t [s] A primarno t [s]

25T (VN) Transformator sopstvene

potrošnje

I>>=1500 (SPAJ) 1 I>>=2450 0.6

I>=1200 (RET) 25 I>=1330 1.1

/ / Ip=900 (IEC NI) Td=0.56

Zbog mogućnosti napajanja posmatranog razvoda sa razvoda startne grupe 3GB preporučuje

se da se zaštite u ćelijama 3GB_L13 i 5RA_L12, gde su trenutno aktivne samo kratkospojne zaštite,

podese kao i zaštita u dovodnoj ćeliji 5RA_L11 (Tab. 6).

Sl. 2: Karakteristike prekostrujnih zaštita na transformatoru 25T (svedeno na 6.3 kV nivo), u

dovodnoj ćeliji razvoda (L11) i u ćeliji L04 (ka napojnoj pumpi), pre i nakon prepodešenja

Kao naprednije rešenje (pouzdanije i brže), predlaže se uvođenje uprošćene zaštite sabirnica i

zaštite od otkaza prekidača. Strujna proradna vrednost uprošćene zaštite sabirnica može da se

podesi isto kao i kratkospojna zaštita dovoda (3850 A), s tim što je u tom slučaju moguće podesiti

vremensko zatezanje na 150 ms. Rezervna zaštita od otkaza prekidača se realizuje sa istim strujnim

uslovom kao i u slučaju uprošćene zaštite sabirnica, a sa vremenom od 300 ms. Zaštita od otkaza

prekidača (funkcija breaker failure) se trenutno prosleđuje na isključenje dovodnog prekidača.

Sl. 3: Karakteristike prekostrujnih zaštita na transformatoru 25T nakon prepodešenja, sa

karakteristikama mehaničkog i termičkog oštećenja transformatora snage 15 MVA po

ANSI/IEEE standardu

3. SMERNICE ZA REKONSTRUKCIJU ZAŠTITA U TE „KOSTOLAC A”

U ovom poglavlju dati su neki od predloga za rekonstrukciju postojećih sistema zaštite u elektrani

koji su formirani na osnovu izvršenih analiza i usvojenih kriterijuma prikazanih u poglavlju 2:

1) Pri budućim rekonstrukcijama na svim generatorima i pripadajućim blok transformatorima treba

realizovati dvostruki sistem zaštite Main 1 i Main 2, gde bi ove dve zaštite bile od različitih

proizvođača opreme (po ugledu na postojeću praksu zaštite objekata 220 kV i 400 kV). Na taj

način, na blokovima bi postojali mikroprocesorski 100% redundantni sistemi zaštite (sa različitom

unutrašnjom logikom delovanja), što nije slučaj sa ugradnjom dvostrukih terminala istog

proizvođača.

Konkretno, na bloku 1 potrebno je izvršiti dopunu postojećeg sistema zaštite ABB REG316*4

(Main 1) tako da budu implementirane sve funkcije zaštite potrebne za zaštitu generatora i blok

transformatora, a zatim dodati još jedan sistem (Main 2). Na bloku 2 trenutno postoje stare

elektromehaničke zaštite čiji je životni vek već istekao, pa je na ovom bloku neophodno realizovati

novi mikroprocesorski sistem zaštite (Main 1 i Main 2) u skladu sa prethodno navedenim.

2) Distantne zaštita na dalekovodima 110 kV treba rekonstruisati prema ustaljenoj praksi

Elektromreža Srbije (dvostruki sistem zaštite od dva različita proizvođača opreme, Main 1 i

Main 2). Dalekovodi DV 1159, DV 1128/1, DV 101B/4 i DV 101A/4 trenutno su štićeni starim

statičkim i elektromehaničkim zaštitama tipa Siemens 7SL i BBC LZ3, kojima nije moguće postići

adekvatnu koordinaciju sistema zaštite. Naime, u okviru ovih releja, distantne funkcije je moguće

realizovati samo kružnom (Mho) karakteristikom dok današnji mikroprocesorski releji pružaju

mogućnost realizacije ove funkcije pomoću Mho i/ili kvadrilateralne karakteristike. Dalje, postojeći

distantni releji ne dopuštaju veliku slobodu pri podešavanju određenih karakteristika delovanja, npr.

ne postoji mogućnost podešavanja offset-a starting zone, što za posledicu ima jako veliki doseg

„iza” odgovarajućeg distantnog releja i mogućnost neselektivnog ispada dalekovoda. Takođe,

distantne zaštite na ovim dalekovodima nemaju rezervnu zaštitu, što je svakako neadekvatno

rešenje i nije u skladu sa postojećom praksom na naponskom nivou 110 kV.

Ostali 110 kV dalekovodi, DV 1144/B, DV 1144/A, DV 102B/1 i DV 102A/1, imaju

rekonstruisane sisteme distantnih zaštita, odnosno tu već postoje mikroprocesorske zaštite (Siemens

7SA611). Nedostatak postojećeg rešenja je u tome što rezervna zaštita ima samo funkcije

prekostrujnih i zemljospojnih funkcija, ali ne i potrebne funkcije usmerene prekostrujne i usmerene

zemljospojne zaštite. Pošto rezervni terminali (Siemens 7SJ610) nemaju mogućnost dodavanja

naponskih ulaza, nije moguće unapređenje postojećeg rešenja u ovom smislu. Stoga se za ove

dalekovode 110 kV preporučuje realizacija 100% redundanse u pogledu terminala i funkcija zaštite

kroz terminale drugog proizvođača opreme (Main 2) u odnosu na postojeće terminale.

Rekonstrukciju sistema distantne zaštite dalekovoda 110 kV bi trebalo rešiti u što je moguće

kraćem vremenskom roku kako bi se na minimum svela mogućnost ispada agregata iz pogona zbog

kvarova duboko u prenosnoj mreži.

3) Postojeće zaštite na dalekovodima 35 kV pri budućoj rekonstrukciji treba zameniti novim

mikroprocesorskim sistemima zaštite jer su postojeći sistemi zaštite (kombinacije RIT-22) već dugo

u upotrebi i izvan su svog tehničkog životnog veka. U pitanju je relejna kombinacija koja

standardno ima neprecizne strujne članove i sadrži stare releje od kojih značajan broj nema stabilnu

karakteristiku reagovanja.

4) Rekonstrukcija sistema zaštite transformatora sopstvene potrošnje 15.75/6.3/6.3 kV/kV/kV (23T)

i 10.5/6.3/6.3 kV/kV/kV (25T) i mrežnih 110/36.75/10 kV/kV/kV (2T), 110/6.3 kV/kV (1T) i

35/6.3 kV/kV (4T) je potrebna jer su ovi transformatori trenutno neadekvatno štićeni. Naime,

transformatori 23T, 2T i 4T trenutno se štite zastarelim elektromehaničkim zaštitama sa samo

osnovnim setom funkcija (prekostrujna i kratkospojna funkcija zaštite) i koji ponekad ne uključuje

ni diferencijalnu funkciju zaštite (kao što je to slučaj sa transformatorom 4T). Drugim rečima, u

pitanju su releji koji su koncepcijski već prevaziđeni i pri tom su najvećim delom već izvan svog

životnog veka. U slučaju transformatora 25T, neadekvatnost zaštite se ogleda u tome da je terminal

ABB REG316*4 sa nepotpunim setom funkcija za ovu poziciju, a da su rezervni terminali ABB

SPAD 346C i ABB SPAJ 140C (kao hibridna rešenja nastala pri prelasku sa statičkih na

mikroprocesorske sisteme zaštite) koncepcijski prevaziđeni u pogledu uklapanja u novi sistem

zaštite na elektrani, koji treba da bude baziran na savremenim relejima baziranim na potpunoj

digitalnoj osnovi. Transformator 1T se štiti se Siemens relejima 7UT613 i 7SJ61 koji ne raspolažu

potpunim setovima funkcija za ovu poziciju.

Kao i u slučaju preporuka za zaštitu sinhronih mašina, blok transformatora i dalekovoda

110 kV i ovde se za zaštitu ovih transformatora preporučuje, s obzirom na njihovu ulogu u

funkcionisanju elektrane, rekonstrukcija sistema zaštite sa dva terminala (Main 1 i Main 2) od

različitih proizvođača, sa identičnim funkcijama zaštite u oba terminala.

5) Rekonstrukcija zaštita na razvodima 2GP i 2GT neophodna je iz više razloga. Naime, u pitanju

su releji starijih generacija (MI-310, MU, ...) koji su već van svog životnog veka i od njih se ne

može sa sigurnošću očekivati stabilnost karakteristika reagovanja. Ovi releji takođe stvaraju teškoće

u koordinaciji celokupnog sistema zaštite u elektrani i negativno utiču na kompletnost sistema

upravljanja u pogledu informacija koje bi trebalo da budu raspoložive iz podsistema digitalne

zaštite.

Uopšteno, kod rekonstrukcije sistema zaštite za sve 6.3 kV razvode, preporučuje se da bi svi

releji za zaštitu trebalo da imaju usmerenu prekostrujnu zaštitu kako bi se obezbedila adekvatna

selektivnost ali i brža i efikasnija detekcija izvoda pogođenog kvarom. To je potrebno jer npr.

asinhroni motori, 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.

Ono što trenutno predstavlja najveći problem je činjenica da je na pomenutim razvodima

većina zaštita već obnovljena Siemens relejima, između ostalih i tipovima 7SJ60 i 7SJ61. Ova dva

tipa nemaju naponske ulaze, a samim tim ni funkcije usmerene prekostrujne/zemljospojne zaštite,

što je u kontekstu prethodno napisanog veliki problem. Drugi problem je u tome što su u tim novim

relejima, bez obzira na konkretan tip, praktično „prepisane” funkcije i podešenja koja su postojala i

u okviru starih sistema zaštite. Drugim rečima, nisu u potpunosti iskorišćene performanse digitalnih

sistema zaštite, pre svega u aktiviranju novih funkcija.

U analizi razvoda sopstvene potrošnje primećeno je takođe da, sa aspekta zaštite,

karakteristični objekti zaštite u sopstvenoj potrošnji nisu tretirani na identičan način. Naime, grupe

potrošača (napojne pumpe, kondenzacione pumpe, usisni ventilatori, potisni ventilatori, mlinovi,

bager pumpe itd.) imaju izabrane setove funkcija zaštite bez sistemskog pristupa. Primera radi, svi

potisni ventilatori imaju uglavnom identične karakteristike tereta, identične uslove rada i iz toga

neminovno proizilazi zaključak da bi i setovi zaštita u okviru ove grupe potrošača trebalo da budu

identični, što u okviru ove elektrane nije slučaj. Ovo je problem koji bi trebalo rešavati ponovnim

prolaskom kroz pojedine faze procesa rekonstrukcije sistema zaštite na 6.3 kV naponskom nivou i

ispraviti gde je to moguće one greške, koje su prethodno načinjene. Konstatacija identična

prethodnoj se odnosi i na sve transformatore X/0.4 kV/kV, snaga (630-2000) kVA.

6) Potrebno je razmotriti zamenu svih starih diferencijalnih zaštita kao i uvođenje diferencijalnih

zaštita na onim pozicijama gde god je to moguće, a gde ih trenutno nema. Osnovni razlog za

predloženu zamenu je sporost starih diferencijalnih zaštita koje imaju vremena reagovanja oko

100 ms, dok se kod današnjih diferencijalnih zaštita vreme reagovanja kreće u okvirima oko 30 ms,

što je sa aspekta pouzdanosti i selektivnosti daleko pogodnije.

7) Potrebno je razmotriti verifikaciju karakteristika strujnih i naponskih mernih 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. Time bi se analiza mogla sprovesti detaljnije, postojali bi

pouzdaniji podaci na osnovu kojih bi se izvršila korekcija podešenja releja u sopstvenoj potrošnji

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

čitavog sistema zaštite u TE „Kostolac A”. Doprinos bi svakako imalo i dodatno verifikovanje

dužina i podužnih parametara postojećih energetskih kablova u sopstvenoj potrošnji.

4. ZAKLJUČAK

Na osnovu analize postojeće zaštite i njene selektivnosti može se zaključiti da je trenutno stanje u

TE „Kostolac A” sa aspekta zaštite prilično komplikovano. Uopšeno posmatrajući, glavni problemi

se ogledaju u sledeće tri stavke:

- prisustvo veoma starih i funkcionalno zastarelih zaštita,

- prisustvo zaštita novije generacije, ali sa nepotpunim setovima zaštitnih funkcija i

- nedostatak odgovarajućih rezervnih zaštita na određenim pozicijama.

U prethodnom poglavlju predstavljene su neke od smernica za rekonstrukciju, uz nešto

detaljnija objašnjenja njihove opravdanosti.

Veoma bitno je i to da bi kod svih budućih rekonstrukcija sistema zaštite, shodno prethodnim

zaključcima i preporukama, trebalo zahtevati i Projekat proračuna i podešenosti releja, odnosno

sistema zaštite kao celine. 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.

Takođe, neophodno je minimalno jedanput godišnje realizovati ispitivanje sistema zaštite uz

uvođenje elektronske baze ispitnih protokola.

5. LITERATURA

Studije

[1] „Analiza stanja zaštite na objektu TE Kostolac A 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

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

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

Documents

ANALIZA STANJA ZAŠTITE NA OBJEKTU TE „KOSTOLAC A I ...e2012.drustvo-termicara.com/resources/files/papers/67d3af.pdf · simuliran je trofazni kratak spoj na sabirnicama 110 kV,