Выключатель eVD4 - простота и надёжность
Выключатель eVD4 - простота и надёжность в распределительных сетях среднего напряжения
Интеллектуальная эволюция
КАЛОДЖЕРО САЭЛИ, КАЛЛИСТО ДЖАТТИ, КАРЛО ДЖЕММЕ, ЭМИЛИА ДАНЕРИ, КАРЛО СЕРЕДА - В течение последних десяти лет распределительные сети среднего напряжения претерпели существенные преобразования. Концерн АББ стоит во главе этой эволюции, предоставляя клиентам новые продукты, такие как устройства защиты и управления Relion®, датчики тока и напряжения, а также вакуумные выключатели с залитыми полюсами; все эти устройства объединяет одно - самые современными технологии АББ. Концерн АББ использовал эти технологии для создания автоматического выключателя цепи, оснащённого встроенными датчиками, а также блоком защиты и управления RBX615. Известный под названием eVD4, этот выключатель упрощает дизайн и спецификацию распределительного устройства, гарантирует ускоренную установку, более высокую надёжность, а также сниженные требования к техническому обслуживанию и меньшие затраты в течение срока службы, в то время как увеличенная стандартизация способствует созданию менее сложных распределительных устройств и систем.
В последнее время сети среднего напряжения (MV) демонстрируют прочные тенденции развития новых технологий, которые позволяют осуществлять разработку новых решений позволяющих удовлетворить настоящие и будущие потребности распределительных сетей. Например, стандарт МЭК 61850 поощряет инновации в устройствах распределения энергии, предоставляя новые функциональные возможности и новую архитектуру для распределительных устройств MV. Продукты, имеющие более высокую степень интеграции, унификации компонентов и большую общую многофункциональность, теперь доступны на рынке. Они не только повышают надёжность, но также уменьшают время и затраты, необходимые для монтажа и обслуживания. Концерн АББ первым внедрил многие из числа этих новых технологий в процессе своих поисков и разработок новой продукции и серий продуктов для оборудования распределения электроэнергии в основной сети среднего напряжения. Одним из таких продуктов является инновационная серия автоматических выключателей eVD4 (см. рис. в начале главы), была разработана специально для простых, гибких и надёжных проектов распределительных устройств среднего напряжения, начиная с составления технического задания, проведения тендера, инжиниринга, строительства и заканчивая монтажом, пуском в эксплуатацию, испытаниями и техническим обслуживанием.
1 Программное обеспечение PCM600 совместимо со стандартом МЭК 61850, что
упрощает разработку интеллектуальных электронных устройств (IED) и способствует обмену информацией с другими инструментами, совместимыми с МЭК 61850.
В серии eVD4 сочетаются инновационные технологии концерна АББ в области механического электронного оборудования, а также датчиков. Результатом всего этого стало высокоинтегрированное устройство, в котором возможности измерений, защиты и управления сочетаются с возможностью отключения первичного питания, переключения и прерывания.
Линейка инновационных автоматических выключателей eVD4 была разработана специально для простых, гибких и надёжных проектов распределительных устройств среднего напряжения.
Инновации и прочная основа для апробированной технологии
Выключатель eVD4 базируется на вакуумном выключателе среднего напряжения с механическим приводом АББ VD4, новыми устройствами серии Relion® и сенсорных технологий рис. 1. После пуска в эксплуатацию в 2003 году, выключатель VD4 был установлен на более чем 250 000 устройствах по всему миру, и он характеризуется повышенной надёжностью и многофункциональностью в широком диапазоне применений.
Блок защиты и управления RBX615 основан на технологии Relion и является интеллектуальным электронным устройством (IED), предназначенным для защиты, управления, замеров и мониторинга сетевых подстанций и промышленных электросетей. Этот блок устанавливается на шасси выключателя eVD4 в качестве сменного модуля с помощью стыковочного устройства.
Блок RBX615 гарантирует общую защиту воздушных и кабельных линий, а также систем сборной шины распределительной подстанции; он подходит для любой радиальной распределительной сети независимо от принципа заземления. Доступ ко всем цифровым вводам и выводам (I/O) и к коммуникационным каналам, имеющимся в низковольтной секции распределительного устройства, может осуществляться через штепсель выключателя, подсоединённого к розетке низковольтной секции.
Датчики, установленные на полюсах выключателя, замеряют ток и напряжение, необходимые для защиты и управления силовых систем среднего напряжения. Технология, использованная для разработки датчиков, позволила уменьшить размер оборудования, улучшить его работу и повысить унификацию. Эта комбинация датчиков и IED (RBX615) позволяет осуществлять точный и надёжный мониторинг и регистрацию параметров сети, одновременно обеспечивая более совершенную защиту персонала и оборудования подстанции.
Блок защиты и управления RBX615 интегрирован в eVD4; он осуществляет функции мониторинга, управления и диагностики.2 Сравнение полностью автоматического выключателя eVD4 со стандартным
выключателем цепей среднего напряжения на всех этапах жизненного цикла продукции
Спецификация
Высокий уровень управляемости eVD4 снижает требования к спецификации.
Другими словами:
- Отсутствует необходимость определения каких-либо параметров датчиков; номинальные значения датчиков выводятся из номинальных значений выключателя, в то время как тип датчика (только для выключателей тока или комбинированных выключателей тока и напряжения) выводится из уровня защиты.
- Все предварительные конфигурации блока RBX615 могут быть установлены таким образом, чтобы наилучшим образом соответствовать требованиям конкретной электросети.
Управление поставками
Для обеспечения поставок комплектного решения распределительных устройств среднего напряжения один полный заказ и один уникальный клиентский номер подходят намного больше, чем множество разрозненных заказов.
Быстрая доставка
Высокотехнологичная линия выпуска продукции в сочетании с унификацией комплектующих позволяет концерну АББ гарантировать для eVD4 такое же время доставки, как и для стандартных автоматических выключателей.
Монтаж
Выключатель eVD4 является устройством, готовым к монтажу. Поскольку датчики интегрированы в комплектный блок, отпадает необходимость в дополнительной проводке или иных работах; вся проводка реле моментально подсоединяется штепселем автоматического выключателя.
Облегчение работ и снижение времени, затрачиваемого на инжиниринг и проводку
В качестве интегрированного решения, значительная часть проводки распределительного устройства встроена в автоматический выключатель, что делает продукт более унифицированным. Количество проводки, предназначенной для низковольтной секции, ограничено, что существенно снижает риск ошибок при монтаже, что, в свою очередь, делает монтаж всего распределительного устройства и быстрее, и проще. Облегчение работы при заводских приёмочных испытаниях (FAT) наряду с повышенными безопасностью и надёжностью Полностью протестированное и интегрированное решение с меньшим количеством проводки в распределительном устройстве снижает объём работ, необходимых для проведения обязательных FAT'.
Простое обслуживание, оптимизация резерва запчастей и сниженное среднее время ремонта (MTTR)
Выключатель eVD4 собран из стандартных комплектующих, применяемых в широком диапазоне изделий. Кроме того, лишь с небольшими изменениями, все модели автоматических выключателей eVD4 используют те же комплектующие, следовательно, необходимо иметь в запасе лишь небольшое количество запчастей. Всё вспомогательное оборудование является широко доступным и простым в обслуживании. Это интегрированное решение даёт возможность быстрого восстановления системы в случае отказа, и все ключевые компоненты распределительного устройства могут заменяться посредством замены только лишь выключателя eVD4.
Преимущества полностью автоматического выключателя eVD4 по сравнению со стандартным выключателем среднего напряжения на всех этапах жизненного цикла продукции приведены в рис. 2. Выключатель eVD4 характеризуют самые общие номинальные значения выключателей среднего напряжения: Номинальное напряжение до 17,5 кВ; номинальный ток до 2500 A; отключаемая мощность до 40 кЛ. Реле RBX615 поставляется с пятью различными уровнями защиты, каждый из которых соответствует определённому набору защитных функций, требующих измерения как тока, так и напряжения. Поскольку реле встроено в выключатель eVD4, дизайн реле был оптимизирован таким образом, чтобы оно смогло осуществлять функции мониторинга, управления и диагностики выключателя eVD4.
Обзор конструкции выключателя eVD4
Дизайн нового вакуумного выключателя eVD4 превосходит требования к простоте устройства (его характерной чертой является небольшое количество высоконадёжных комплектующих и возможность адаптации к широкому диапазону легко и быстро устанавливаемого дополнительного оборудования) и к безопасности (полюса закреплены на прочной металлической конструкции, рабочий механизм также надёжно закреплён).
Рабочий механизм
В состав рабочего механизма входит пружина, необходимая для накопления энергии, требуемой для активации механического открытия и закрытия, а также специальные блокировки. Нормальная работа требует постоянного наличия накопленной энергии, которая может (в случае с eVD4) быть сравнительно низкой из-за легковесных контактов прерывателя и сниженного хода контакта при переключении. Всё это снижает износ системы и делает выключатель практически не требующим технического обслуживания. В течение срока службы выключателя eVD4 возможны до 30 000 операций открытия/закрытия.
Датчик положения
Датчики положения позволяют выключателю eVD4 с высокой точностью определять положение его движущихся частей. Например, эти датчики определяют открытое или закрытое положение выключателя, заряженность/разряженность пружины и положение тележки. Затем эта информация направляется на реле RBX615 по специальной линии проводной связи.
Усиленный штепсель вспомогательной цепи
Штепсель выключателя eVD4 должен обеспечивать надёжное подсоединение не только к вспомогательным цепям выключателя, но и к релейным соединениям, т.е. к коммуникационным каналам, сигналам ввода/вывода и соединениям датчиков остаточного тока рис. 3. Это достигается с помощью усиленного штепселя с 58 штырями и отдельными коммуникационными каналами (на рисунке можно увидеть два электрических Ethernet-порта в правой части штепселя). Выключатель eVD4 был спроектирован таким образом, чтобы полностью реализовать потенциал стандарта МЭК 61850 и технологии горизонтального обмена информацией между устройствами подстанции (GOOSE), включая горизонтальную высокоскоростную связь между реле с помощью межпанельной шины.
3 Усиленный штепсель вспомогательной цепи выключателя eVD4 4 Реле RBX615 основано на технологии Relion® корпорации АББ
Тем не менее, при необходимости возможно традиционное проводное двухточечное подсоединение к реле RBX615 через 12 цифровых выводов штепселя. Для простоты монтажа eVD4 была спроектирована специальная панельная розетка.
RBX615 и HMI
RBX615 представляет собой реле общего назначения на основе технологии Relion® концерна АББ, и оно спроектировано специально для применения в выключателе eVD4 рис. 4. Форма и расположение штырей реле были оптимизированы таким образом, чтобы обеспечить простое штепсельное соединение с выключателем с применением специального стыковочного устройства.
Реле поставляется с пятью различными уровнями защиты предварительной конфигурации, три из которых предназначены для присоединения защиты, а оставшиеся два направлены в основном на защиту двигателя рис. 5. Предварительная конфигурация может быть полностью настроена в соответствии с требованиями посредством PCM600 1, интеллектуального электронного инструмента управления и защиты, а также инструмента конфигурации приложения (ACT), графического инструмента, позволяющего легко и просто модифицировать логику приложения. Для соответствия любым требованиям подстанции предусмотрены несколько логических блоков.
Примечание
ПО PCM600 совместимо со стандартом МЭК 61850, упрощающим инжиниринг IED и обеспечивающим обмен информацией с другими инструментами, совместимыми с МЭК 61850.
Изменение параметров логики защиты и управления, заданных при предварительной конфигурации, также может выполняться через интерфейс оператора (HMI), расположенный на фронтальной панели реле рис. 6.
В левой части этого интерфейса отображается однолинейная схема (SLD), а в правой части показано меню реле. SLD можно редактировать с помощью дисплея графического редактора в PCM600. Отображаемые символы динамически привязаны к соответствующим объектам (например, автоматическим выключателям, тележке выключателя, переключателю заземления, разъединителю линии), и их положение отображается на дисплее. Кроме того, положение указанных объектов можно легко контролировать с HMI.
Ethernet-порт на HMI упрощает двухточечное соединение между реле и ПК. Обладая таким соединением, HMI автоматически отображается в интернет- браузере, позволяя оператору изменять параметры защитных функций, а также загружать регистрационные данные аварийных событий и некоторые другие данные. Отсутствует необходимость установки дополнительного программного обеспечения на ПК оператора для обеспечения связи с устройством защиты и управления. Два канала связи позволяют осуществлять связь между реле и технологической системой. Несмотря на то, что RBX615 совместимо со стандартом МЭК 61850, в нём предусмотрен протокол связи Modbus® TCP/IP. В будущем станут возможны и другие протоколы связи.
В выключателе eVD4 полностью реализован потенциал стандарта МЭК 61850 и технологии GOOSE, включая горизонтальную высокоскоростную связь между реле
5 Реле RBX615 может иметь пять уровней защиты предварительной конфигурации
| Описание | Конфигурация |
| Ненаправленная максимальная токовая защита и ненаправленная защита от замыкания на землю | Линия 1 (F1) |
| Ненаправленная максимальная токовая защита и ненаправленная защита от замыкания на землю основаны на замерах фазового напряжения | Линия 2 (F2) |
| Направленная максимальная токовая защита и направленная защита от замыкания на землю основаны на замерах фазового напряжения, защиты от недостаточного и повышенного напряжения | Линия 3 (F3) |
| Защита двигателя основана на измерении тока | Двигатель 1 (M1) |
| Защита двигателя основана на измерении тока и напряжения | Двигатель 2 (M2) |
- Параметры защиты и логики управления, установленные в конфигурациях, можно изменить с помощью интерфейса оператора реле
a Функциональные клавиши применений b Закрытие с Открытие d Выход e Налево f Вниз g Вверх h Направо i Ключ
j Подтверждение k Местный/Удалённый режим l Клавиша страницы светодиодов m Отмена n Однолинейная схема o Меню
В выключателе eVD4 применяются два типа датчиков: датчики тока (на основе принципа пояса Роговского) и комбинированные датчики тока и напряжения, известные как комбидатчики.Датчики
В автоматических выключателях eVD4 применяется новейшая и наиболее передовая технология изготовления датчиков. На eVD4 могут быть установлены два типа датчиков - датчики тока (основанные на принципе пояса Роговского) и объединённый датчик тока и напряжения, известный как комбидатчик рис. 7. Выбор датчика зависит от уровня защиты реле RBX615.
Датчики применяются для:
- Преобразования токов и напряжения большой силы в первичной цепи электросети в соответствующий сигнал для оборудования вторичной цепи (то есть для реле защиты RBX615)
- Изоляции первичной и вторичной цепи друг от друга
- Защиты оборудования вторичной цепи от вредного влияния токов и напряжения большой силы, которые могут иметь место в первичной обмотке во время короткого замыкания в сети.
Весь диапазон токов и напряжений охватывается лишь тремя датчиками, действие которых распространяется вплоть до максимального номинального тока и напряжения автоматического выключателя. Разомкнутая цепь или короткое замыкание в сигнальном кабеле не опасны и не вызовут повреждений.
Датчик тока состоит из поясов Роговского, однородно намотанных на контур замкнутой формы с постоянным поперечным сечением и без ферромагнитного сердечника рис. 8. Напряжение, вызываемое в обмотке (переданный сигнал), прямо пропорционально изменению в сквозном токе. Эти датчики характеризуются отсутствием эффекта насыщения и гистерезисных явлений, поскольку в поясе Роговского нет железа, что, в свою очередь, гарантирует превосходную линейность. Датчики тока для измерения на выходе выключателя eVD4 сохраняют линейность вплоть до максимального значения, установленного для защитных порогов.
Датчик напряжения использует ёмкостный делитель для показа напряжения рис. 9. Другими словами, цилиндрический металлический электрод встраивается в датчик лицевой стороной к вводу выключателя. Сигнал на выходе - это напряжение, прямо пропорциональное первичному напряжению. Как и в случае с датчиками тока, датчики напряжения характеризуются отсутствием феррорезонансных явлений и нечувствительностью к влиянию постоянных составляющих тока.
Преимущества использования интегрированных датчиков в автоматическом выключателе eVD4 включают линейные измерения и универсальную защиту, безопасность, небольшое потребление энергии, и, наконец, экологичность.
Линейные измерения и многофункциональная защита
Благодаря отсутствию резонансных и гистерезисных явлений датчики показывают хорошие динамические характеристики и сохраняют линейность вплоть до самых высоких токов и напряжения. В результате они гарантируют высокий уровень защиты и позволяют проводить многосторонний анализ ошибок.
Безопасность
8 Датчики тока основаны на принципе пояса Роговского
Во всех случаях, даже если ток первичной цепи не является синусоидальным, сигнал, воспроизводящий форму сигнала фактического тока первичной цепи, получается с помощью интегрирования передаваемого сигнала.
9 Датчики напряжения используют ёмкостный делитель для отображения напряжения
7 Выбор датчика тока или датчика напряжения зависит от уровня защиты реле
Номинальное значение переданного сигнала достаточно низко для того, чтобы не представлять опасности как для человека, так и для вспомогательного оборудования, даже когда в первичной обмотке имеют место самые сильные токи и самое высокое напряжение. Разрыв или короткое замыкание в сигнальном кабеле не представляют опасности и не станут причиной повреждения.
Автоматический выключатель eVD4 является важным шагом вперёд в плане эффективности, простоты, надёжности, безопасности и экономичности.
Небольшое потребление энергии
Эффективность датчика достаточно высока по сравнению с эффективностью измерительных трансформаторов. Кроме того, отсутствуют потери тока во вторичной проводке. Эта экономия способствует увеличению продолжительности срока службы оборудования; в масштабе всей сферы коммунальных услуг такая экономия является весьма ощутимой.
Экологичность
При изготовлении датчиков требуется совсем немного сырья; потребление энергии почти символическое.
Адаптация распределительных устройств среднего напряжения к требованиям завтрашнего дня
Новый автоматический выключатель eVD4, разработанный концерном АББ, является ключевым элементом при создании простого, надёжного и безопасного распределительного устройства среднего напряжения. Полное соответствие новому стандарту МЭК МЭК 61850 и функциональным требованиям GOOSE обеспечивает совместимость с новыми системами связи подстанций. Весь срок службы распределительного устройства оптимизируется с помощью внедрения выключателя eVD4. Начиная с упрощённых спецификаций и процедуры заказа и заканчивая решительно упрощённой конструкцией распределительного устройства в плане инжиниринга, прокладки кабелей и проведения испытаний, а также пуском в эксплуатацию и обслуживанием панели, автоматический выключатель eVD4 является важным шагом вперёд в плане эффективности, простоты, надёжности, безопасности и экономичности.
Калоджеро Саэли Каллисто Джатти Карло Джемме Эмилия Данери Карло Середа АББ Power Products Дальмине, Италия calogero.saeli@it.abb.com callisto.gatti@it.com carlo.gemme@it.abb.com emilia.daneri@it.abb.com carlo.cereda@it.abb.com
Иллюстрация
На иллюстрации изображён автоматический выключатель eVD4 производства концерна АББ с операторским интерфейсом для распределительных устройств среднего напряжения.
Источник: AББ