ISKUSTVA U DOSADAŠNJEM RADU SHUNT PREKIDAČA NA 20 … · 2014-06-02 · 2 1. UVOD Krajem 2006. godine u TS 35/20 kV Vrbovsko na rezervno VP 20 kV =C2 ugrađen je shunt prekidač

1

ISKUSTVA U DOSADAŠNJEM RADU SHUNT PREKIDAČA NA 20 KV SN MREŽI TS 110/20 KV VRBOVSKO

SAŽETAK

Ugradnja i puštanje u rad prvog shunt prekidača u Elektroprimorju i Hrvatskoj izvršena je krajem 2006. godine.

U toku 2010. godine dolazi do djelomične rekonstrukcije TS Vrbovsko prilikom čega je zamijenjen numerički uređaj za upravljanje shunt prekidačem te stanično računalo. Upravo je zamjena numeričkog uređaja za upravljanje shunt prekidačem kao i zamjena staničnog računala omogućila da se registrira svaki poremećaj u 20 kV mreži kao i svaka prorada shunt prekidača. Dobiveni podaci iskorišteni su za korekcije u podešenju rada kako bi se postigla čim veća efikasnost shunt prekidača.

Nakon izvršenih preudešenja rada shunt prekidača, njegova efikasnost je 83 – 86 % gašenja svih zemljospojnih kvarova na 20 kV SN mreži TS Vrbovsko, čime se uvelike pridonijelo u kvaliteti isporuke električne energije.

Ključne riječi: shunt prekidač, numerički zaštitni uređaj, zemljospojna zaštita, zvjezdište, SN mreža, transformatorska stanica

EXPERIENCES IN WORK OF SHUNT CIRCUIT-BREAKER AT 20 KV MV NETWORK IN 110/20 KV SUBSTATION VRBOVSKO

SUMMARY

First shunt circuit breakers installation and commissioning in Elektroprimorje Rijeka and overall in Croatia was made in 2006.

In 2010 substation Vrbovsko was under partial reconstruction, during which a numerical control device for shunt circuit breaker was replaced and new SCADA station was installed. Mentioned improvements, made it possible for every disturbance in 20 kV grid and every trip of the shunt circuit breaker to be registered and recorded. Collected data was used to make certain corrections in the settings of the functioning of the shunt circuit breaker in order to achieve higher efficiency.

After final parameter changes were made, efficiency in clearing earth faults in 20 kV grid that is fed from the substation Vrbovsko raised to 83-86%, which gave great contribution to the quality of energy supply.

Key words: shunt circuit-breaker, numeric protection device earth-fault protection, neutral point, MV network, transformer substations.

Darko Kruljac, ing.el. HEP-ODS d.o.o., Elektroprimorje Rijeka [email protected]

SO3 – 13 4. (10.) savjetovanje

Trogir/Seget Donji, 11. - 14. svibnja 2014.

HRVATSKI OGRANAK MEĐUNARODNE

ELEKTRODISTRIBUCIJSKE KONFERENCIJE - HO CIRED

2

1. UVOD Krajem 2006. godine u TS 35/20 kV Vrbovsko na rezervno VP 20 kV =C2 ugrađen je shunt

prekidač kao pilot projekt u HEP-u (Slika 1.). Njegov rad praćen je putem KRD zapisa u DC-u i rezultati njegovog uspješnog rada (cca. 80%) poklapali su se sa iskustvima iz elektroprivrede Slovenije.

Slika 1. Priključak shunt prekidača na rezervno polje =C2

2010. godine dolazi do rekonstrukcije TS Vrbovsko i neke od važnijih izmjena u sklopu

rekonstrukcije su: - promjena transformacije 35/20 kV u 110/20 kV - energetski transformatori 110/20 kV u spoju YNd5 - uzemljenje zvjezdišta 20 kV mreže izvedeno je preko kućnih transformatora ZNyn11 i

pripadajućih otpornika/prigušnica čime svaki 20 kV sustav sabirnica može imati neovisno uzemljenje

- ugrađen je drugi shunt prekidač i svaki shunt prekidač spojen je na pripadajući kućni transformator

- izvršena je zamjena terminala za zaštitu i nadzor shunt prekidača FPC 525 sa REF 543KM - izvršena je zamjena staničnog računala. Uzemljenje zvjezdišta 20 kV mreže preko kućnih transformatora ZNyn11 novost je u

Elektroprimorju (Slika 2.). Paralelni spoj shunt prekidača na primaru kućnog transformatora predstavljao je izazov za kvalitetno parametriranje zaštite na 20 kV polju kućnog transformatora. Zamjenom staničnog računala sa novom MicroSCADOM kao i zamjenom terminala za zaštitu i nadzor shunt prekidača FPC 525 sa REF 543KM, dobivena je bolja kompatibilnost opreme, a time i daleko više informacija o radu shunt prekidača. Svaki poremećaj na 20 kV mreži te prorada shunt prekidača zabilježeni su na snimci poremećaja koja se pohranjuje na stanično računalo. Na osnovu prvih snimki poremećaja i KRD zapisa izvršeno je nekoliko ispravki u konfiguraciji i podešenju REF terminala za kontrolu rada shunt prekidača čime se postiglo identično djelovanje s prijašnjem terminalom FPC525. Potvrdu selektivnost zaštite i ispravnost predloženih parametara zaštite iz „ELABORATA PODEŠENJA RELEJNE ZAŠTITE POSTROJENJA 110 kV i 20 kV“ kao i ispravnosti rada shunt prekidača dobilo se mjerenjem „u živo“ 17. lipnja 2010. simulirajući nekoliko vrsta zemljospojeva u mreži (metalni, preko el. luka, visokoomski, intermitirajući). Da bi se dobilo podatke o uspješnosti rada shunt prekidača u novonastalim okolnostima nastavljeno je kontinuirano praćenje njegovog rada.

3

Slika 2. Shunt prekidači nakon rekonstrukcije 2010. godine

2. PRINCIP RADA SHUNT PREKIDAČA

Uvjet uključenja prekidača kvarne faze je da su zadovoljeni strujni i naponski uvjeti karakteristični

za zemljospoj u mreži. Strujni uvjet je da struja Io u zvjezdištu bude u rangu: 15A < Io < 360A. Naponski uvjet je zadovoljen kad napon kvarne faze padne ispod 0.94Un (54V) te naponi zdravih faza porastu iznad 1.05Un (61V). Ti uvjeti moraju biti zadovoljeni neprekidno u trajanju 80 ms (14. prosinca 2011. izvršeno je prepodešenje sa 80 ms na 120 ms). Po isteku 80 ms automatika prelazi u fazu uključenja prekidača kvarne faze. Taj proces više nije moguće prekinuti te se za 70 do 80 ms (koliko iznosi vrijeme samog uključenja prekidača) uključuje prekidač. Stanje uključenosti prekidača kvarne faze traje 200 ms, nakon čega se prekidač isključuje. Po isključenju shunt prekidača traje njegova interna blokada rada u trajanju od 60 s. U tom vremenu shunt neće djelovati bez obzira na pojavu zemljospoja u mreži. Pored interne postoje još blokade: lokalna na samom polju shunt prekidača, blokada rada kod paralelnog pogona shunt prekidača (uključena oba kućna transformatora na 20 kV i 20 kV spojno polje) i daljinska blokada iz centra upravljanja. Daljinska blokada iz centra upravljanja trebala bi se koristiti kod traženja trajnog kvara u mreži kako se ne bi uzrokovalo nepotrebno djelovanje shunt prekidača. Na Slici 3. prikazan je vremenski tijek efektivnih vrijednosti napona kao i stanje binarnih signala na numeričkom uređaju za kontrolu rada shunt prekidača prilikom uspješnog gašenja zemljospojnog kvara u 20 kV mreži.

4

Io U1 U2 U3

t/s-0,15 -0,10 -0,05 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55

U/kV

0

10

20

30

Io/A

0

50

100

150

200

t/s-0,15 -0,10 -0,05 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55

U< L3KIK L3

Q0L3 UKQ0L3 ISK

U< L2KIK L2

Q0L2 UKQ0L2 ISK

U< L1KIK L1

Q0L1 UKQ0L1 ISK

START Io>>START Io>

SHUNT SPREMANTRIP

Slika 3. Primjer uspješnog rada shunt prekidača

3. ANALIZA RADA RADA SHUNT PREKIDAČA

3.1. 2011. godina

3.1.1. Tabelarni prikaz djelovanja

Tablica I. Djelovanje shunt prekidača u toku 2011. godine

Mj. Datum Vrijeme Zemljospoj na Shunt u Djelovanje

Napomena Broj prorada

faza VP pogonu uspješ./neusp. uspješnih neuspješnih

1. CS1 0 0

2. CS1 0 0

3. 30.3. 10:04 L3 Hajdine-Moravice CS1 neuspješan 1) 0 1

4.

4.4. 20:26 L1 Senjsko 2 CS1 uspješan

4 0 11.4. 9:42 L3 Osojnik(PS Dobra) CS1 uspješan



5.

3.5. 19:01 L2 Senjsko 2 CS1 neuspješan

5 2


21.5. 7:25 L3 Lukovdol CS1 uspješan



23.5. 17:43 L2 Senjsko 2 CS1 neuspješan 2)


5

6.


11 4


2.6. 11:36 L3 Hajdine-Moravice CS2 neuspješan 3)

5.6. 16:28 L3 Hajdine-Moravice CS2 uspješan

5.6. 16:29 L3 Hajdine-Moravice CS2 neuspješan 4)



7.6. 16:38 L3 Gomirje CS2 neuspješan

7.6. 16:47 L3 Gomirje CS2 uspješan


16.6. 7:10 L3 Hajdine-Moravice CS2 uspješan 5)

26.6. 5:33 L1 Gomirje CS2 neuspješan



29.6. 6:11 L3 Osojnik(PS Dobra) CS2 uspješan 6)

7.


13 3







17.7. 6:33 L1 Hajdine-Moravice CS2 neuspješan









8.


4 1





9.


11 3


17.9. 3:34 L3 Lukovdol CS2 neuspješan 7)












6

10.


6 0






11.


3 0 16.11. 8:01 L3 Gomirje CS2 uspješan


12.


5 2


15.12. 20:22 L3 Senjsko 2 CS1 Uspješan




17.12. 6:36 L2 Trafo 3 CS1 neuspješan 8)

62 16

79,5% 20,5%

Ukupno prorada 78

3.1.2. Komentari napomena iz Tablice I.

3.1.2.1. Napomena 1)

Trigger30.3.2011

10:04:15.669

Io U1 U2 U3

t/s-0,15 -0,10 -0,05 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55

U/kV

0

10

20

30

Io/A

0

50

100

150

200

t/s-0,15 -0,10 -0,05 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55

U< L3KIK L3

Q0L3 UKQ0L3 ISK

U< L2KIK L2

Q0L2 UKQ0L2 ISK

U< L1KIK L1

Q0L1 UKQ0L1 ISK

START Io>>START Io>

SHUNT SPREMANTRIP

Slika 4. Primjer neuspješnog djelovanje shunt prekidača

7


Nepotrebno djelovanje shunt prekidača zbog pretvaranja zemljospoja u dvopolni kratki spoj na

istom VP 20 kV. Izvršena je promjena konfiguracije REF terminala na oba shunt prekidača kojom su postroženi naponski uvjeti da se spriječe ovakve nepotrebne prorade.

Trigger23.5.2011

17:43:35.211

Io U1 U2 U3

t/s-0,15 -0,10 -0,05 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55

U/kV

0

10

20

30

Io/A

0

50

100

150

200

250

Slika 5. Nepotrebno djelovanje shunt prekidača


Nepotrebno djelovanje shunt prekidača zbog samogašenja zemljospoja u vremenu od 110ms. Kako je osim ovog slučaja kod još četiri prorade shunta dolazilo do samogašenja ili pretvorbe zemljospoja u kratki spoj u vremenu do 110 ms, a što je više od uvjeta prorade shunt prekidača od 80 ms, dana 14. prosinca 2011. izvršena je promjena konfiguracije REF terminala na oba shunt prekidača. Tom izmjenom omogućena je lakša promjena vremenske odgode potrebne za proradu shunt prekidača. Vrijeme odgode 80 ms promijenjeno je u 120 ms. Da je taj vremenski uvjet odmah na početku promatranog perioda iznosio 120 ms izbjeglo bi se pet nepotrebnih prorada shunt prekidača.

Trigger2.6.2011

11:36:24.417

Io U1 U2 U3

t/s-0,15 -0,10 -0,05 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55

U/kV

0

10

20

30

Io/A

0

50

100

150

200

t/s-0,15 -0,10 -0,05 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55

U< L3KIK L3

Q0L3 UKQ0L3 ISK

U< L2KIK L2

Q0L2 UKQ0L2 ISK

U< L1KIK L1

Q0L1 UKQ0L1 ISK

START Io>>START Io>

SHUNT SPREMANTRIP


8


Trigger5.6.2011

16:29:48.738

Io U1 U2 U3

t/s-0,15 -0,10 -0,05 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55

U/kV

0

10

20

30

Io/A

0

50

100

150

200

Slika 7. Neuspješno djelovanje shunt prekidača. U toku kvara promjena kvarne faze iz L2 u L3


Uspješno gašenje zemljospoja na VP Hajdine-Moravice ali u toku prorade shunta dolazi do trajnog tropolnog kvara na VP Grozdane (Slika 8.).

Trigger16.6.2011

7:10:04.042

Io U1 U2 U3

t/s-0,15 -0,10 -0,05 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55

U/kV

0

10

20

30

Io/A

0

50

100

150

200

Slika 8.


Uspješno gašenje zemljospoja na VP 20 kV Osojnik (PS Dobra) ali zemljospojna zaštita isključuje VP 20 kV Osojnik zbog prekratkog vremena prorade Io> na VP. Prepodešeno je vrijeme na VP da se postigne bolja selektivnost.


Nepotrebno djelovanje shunt prekidača zbog pretvorbe zemljospojnog kvara u kratkospojni kvar unutar vremena 110 ms (Slika 9.).

9

Trigger17.9.2011

3:34:14.048

Io U1 U2 U3

t/s-0,15 -0,10 -0,05 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55

U/kV

0

10

20

30

Io/A

0

50

100

150

200

t/s-0,15 -0,10 -0,05 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55

U< L3KIK L3

Q0L3 UKQ0L3 ISK

U< L2KIK L2

Q0L2 UKQ0L2 ISK

U< L1KIK L1

Q0L1 UKQ0L1 ISK

START Io>>START Io>

SHUNT SPREMANTRIP



Neuspješno djelovanje shunt prekidača zbog trajnog kvara na 20 kV strani transformatora 3 (Slika 10.).

Trigger17.12.20116:36:38.939

Io U1 U2 U3

t/s-0,15 -0,10 -0,05 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55

U/kV

0

5

10

15

20

Io/A

0

50

100

t/s-0,15 -0,10 -0,05 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55

U< L3KIK L3

Q0L3 UKQ0L3 ISK

U< L2KIK L2

Q0L2 UKQ0L2 ISK

U< L1KIK L1

Q0L1 UKQ0L1 ISK

START Io>>START Io>

SHUNT SPREMANTRIP

Slika 10. Neuspješno djelovanje shunt prekidača

10

3.1.3. Grafički prikaz prorada

3.1.3.1. Prorade po mjesecima

0 0 0

45

11

13

4

11

6

3

5

0 01

0

2

43

1

3

0 0

2

0

3

6

9

12

15

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.

Uspješan

Neuspješan

Slika 11. Broj uspješnih i neuspješnih prorada shunt prekidača po mjesecima

3.1.3.2. Broj prorada po fazama

18

25

35

23%

32%

45%

0

5

10

15

20

25

30

35

40

L1 L2 L3

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%

50%

Slika 12. Broj i postotak prorada shunt prekidača po fazama

3.1.4. Komentar tabličnog i grafičkog prikaza

U promatranom razdoblju bilo je 78 prorada shunt prekidača. U tabličnom prikazu nedostaje

osam prorada shunt prekidača koje su rezultat uključenja na kvar kod traženja trajnog kvara u mreži, kada je rad shunt prekidača trebao biti blokiran daljinskom komandom od strane pogonskog osoblja te

11

nisu mjerodavne za ocjenu rada shunt prekidača. Dobiveni rezultati poklapaju se sa rezultatima dobivenim ranijim analizama koje su rađene 2007. godine kao i slovenskim rezultatima.

U grafičkom prikazu vidljivo je da gotovo i nema zemljospojnih kvarova u zimskom periodu. Kvarovi prilikom snježnih nepogoda uglavnom se manifestiraju kao višefazni kratki spojevi. Tako je za snježnog nevremena 19. i 20. listopada 2011. i brojnih kvarova na dalekovodima na konzumu TS Vrbovsko zabilježeno samo jedno djelovanje shunt prekidača. Početkom proljeća sa buđenjem vegetacije, životinja kao i atmosferskih neprilika raste i broj kvarova

Zanimljiva pojava je u periodu od 20. rujna 2011. do 6. listopada 2011. koju karakterizira gotovo svakodnevna pojava zemljospoja u noćnim satima, posljedica čega je prorada shunt prekidača. Taj period obilježilo je veoma lijepo i razmjerno toplo vrijeme kao i velika aktivnost šumskih životinja – puhova. Na Slici 13. vidljivo je da 6. studenog 2011. dolazi do naglog pada temperature za nekih desetak stupnjeva °C. Uspoređujući taj pad temperature sa podacima prorada shunt prekidača u istom periodu, uočljivo je veliko smanjenje zemljospojnih kvarova nakon zahlađenja. Očito je da je nagli pad temperature smanjio i aktivnosti životinja.

Slika 13. Dnevni dijagram temperature zraka

3.1.5. APU – automatsko ponovno uključenje

Na VP 20 kV Senjsko 2, VP 20 kV Hajdine-Moravice, VP 20 kV Lukovdol i VP 20 kV Gomirje

aktiviran ja brzi (0,4 s) i spori (40 s) APU na kojeg djeluju sve zaštite da bi se vidjelo kolika je uspješnost APU nakon neuspješnog rada shunt prekidača. Analizirajući događaje vidljivo je da su nakon neuspješne prorade shunt prekidača kod zemljospojeva u mreži te nakon isključenja navedenih polja djelovanjem zemljospojne zaštite bila samo dva uspješna djelovanja sporog APU-a. Na osnovu toga može se zaključiti da je djelovanje zemljospojne zaštite na APU nepotrebno te se isto isključilo prilikom prvog redovnog održavanja postrojenja. Upravo zbog probne uključenosti APU-a na zemljospojnu zaštitu, postavljena je interna blokada rada shunt prekidača u trajanju 60 s, čime se blokirao rad shunt prekidača za vrijeme ciklusa APU. Po prepodešenju djelovanja APU (isključenje djelovanja zemljospojne zaštite na APU) trajanje interne blokade shunt prekidača smanjeno je na 10 sekundi.

12

3.2. 2012. godina

Tablica II. Djelovanje shunt prekidača u toku 2012. godine

Broj prorada shunt prekidača - 43

uspješnih neuspješnih

37 6

86,0% 14,0%

3.3. 2013. godina

Tablica III. Djelovanje shunt prekidača u toku 2013. godine (I-XI mj.)

Broj prorada shunt prekidača - 72

uspješnih neuspješnih

60 12

83,3% 16,7%

4. ZAKLJUČAK

Navedenim izmjenama u rekonstrukciji 20 kV postrojena nije se bitno utjecalo na sam rad shunt prekidača. Na osnovu podataka dobivenih praćenjem rada u svrhu poboljšanja uspješnosti rada izvršeno je nekoliko izmjena konfiguracije i podešenja numeričkog uređaja nadležnog za rad shunt prekidača.

U promatranom razdoblju bilo je ukupno 193 prorada shunt prekidača, od čega je 159 (82,3%) bilo uspješno, a 34 (16,6%) neuspješno. Uspješnost rada shunt prekidača od 82,3% iznimno je visoka čime je opravdana njegova ugradnja jer kod 159 zemljospojna kvara u 20 kV mreži kupci nisu niti osjetili kvar budući da nije došlo do isključenja vodnog polja sa kvarom.

Dodatnu mogućnost poboljšanja međusobne koordinacije rada numeričke zaštite vodnog polja i numeričkog uređaja za rad shunt prekidača imali bi kada bi ugrađena oprema bila istog nivoa tehnološkog razvoja čime bi se lakše postigla njihova međusobna komunikacija npr. po IEC 61850.

Negativna pojava kod rada shunt prekidača je pojava prenapona u zdravim fazama što može uzrokovati probleme ukoliko je slab izolacijski nivo mreže, pretvaranjem zemljospojnog kvara u višefazne kratke spojeve na različitim vodnim poljima. U samo jednom slučaju unutar promatranog perioda došlo je prilikom djelovanja shunt prekidača kod zemljospojnog kvara na VP 20 kV Hajdine – Moravice do tropolnog kratkog spoja na VP 20 kV Grozdane. Prema dobivenim informacijama dispečerskog osoblja kratkospojni kvar je nastao na 20 kV mjernom polju u TS 20/0,4 kV Čačkalica koja je u vlasništvu kupca i u lošem stanju (velika vlaga i prašina).

Ugradnja shunt prekidača opravdana je u postrojenjima sa razgranatom zračnom mrežom. Na kabelskim mrežama gotovo da i nema prolaznih zemljospojnih kvarova. Prije odluke o eventualnoj ugradnji shunt prekidača u neko postrojenje obavezno bi trebalo napraviti analizu rada zemljospojne zaštite u proteklom vremenu kao i brojnost prolaznih kvarova.

5. LITERATURA

[1] R. Ćućić, "Analiza strujnih i naponskih prilika kod jednopolnih kratkih spojeva u SN mreži s shunt prekidačem“, Rijeka, studeni 2006.

[2] V. Komen, V. Sirotnjak, R. Ćućić "Iskustva u pogonu razdjelnih mreža sa shunt prekidačem“, HO CIRED, Šibenik, 18. – 21 svibnja 2008.

Documents

ISKUSTVA U DOSADAŠNJEM RADU SHUNT PREKIDAČA NA 20 … · 2014-06-02 · 2 1. UVOD Krajem 2006. godine u TS 35/20 kV Vrbovsko na rezervno VP 20 kV =C2 ugrađen je shunt prekidač