MiCOM P54x Series цифровые дифференциальные токовые реле Июль 2006 РЗА. - презентация

1

2 MiCOM P54x Series цифровые дифференциальные токовые реле Июль 2006 РЗА

3 > Title of presentation - Date - References33 MiCOM P54x Series Продольная дифференциальная токовая защита

4 > Title of presentation - Date - References44 MiCOM Protection P340 Generator Protection Relays P430/P440 Distance Protection Relays P540 Line Differential and Unit Protection P940 Frequency Protection Relays P240 Universal Motor Protection Relay P840 Autoreclose Relays P740 Busbar Protection Relays P630 Transformer Protection Relays P140 Feeder Management Relays

5 > Title of presentation - Date - References55 P540 защитные функции УРОВ Телеоткл. и команды пользовател я Тепловая модель 1/3 ф АПВ Опр. обрыва провода Защита участка ошиновки ДЗЛ МТЗ ТЗНП ДЗ Защита трансформатора

6 > Title of presentation - Date - References66 P541 для линейных или трансформаторных фидеров 40TE / 8 P542 для линейных или трансформаторных фидеров с ТАПВ, (60TE / 12) P543 для линий с дистанционной защитой ОАПВ и ТАПВ, (60TE / 12) P544 для линий, подключенных через 2 выключателя с дистанционной защитой, (60TE /12) P540 Current Differential Relays- доступные модели (non GPS-synch.)

7 > Title of presentation - Date - References77 P540 Current Differential Relays - для классического применения и применения в синхронизированных цифровых сетях P545 для линий с дистанционной защитой ОАПВ и ТАПВ,, (80TE / 19) P546 для линий, подключенных через 2 выключателя с дистанционной защитой, (80TE /19) # GPS synchronised mode described later

8 > Title of presentation - Date - References88 Дифферециальный принцип End A Линия связи End B Relay A A I B I F I I A + I B = 0 Healthy I A + I B 0 (= I F ) Fault Relay B

9 > Title of presentation - Date - References99 Трехконцевая линия C I A I B I F I I A + I B + I C = 0 Healthy I A + I B + I C 0 (= I F faulty) Relay B End C End A

10 > Title of presentation - Date - References10 Current Differential - особенности Не нужен вход напряжения Подходит для 3-х концевых линий Определяет повреждение через переходное сопротивление Не реагирует на качания Одно и то же время срабатывания Проста в установке

11 > Title of presentation - Date - References11 Полностью цифровое устройство Пакеты данных 0 I I I I I I 0 I I 0 I I I I I I 0 A/D P Цифровой интерфейс End AEnd B

12 > Title of presentation - Date - References12 Main Features of P540 Relay дифференциальный элемент Использование стандартного коммуникационного канала 56 or 64 kbits/s Также работает по выделенной оптоволоконной паре Пофазное исполнение Компенсация емкостного тока 2 и 3 концевые линии Измерение и компенсация времени задержки сигнала в канале проверка достоверности данных в канале Передача команд прямого и разрешающего телеотключения 8 пользовательских команд для свободного использования

13 > Title of presentation - Date - References13 Прямое соединение OPGW

14 > Title of presentation - Date - References14 Подключение через мультиплексор 850nm оптосоединител ь P593 interface unit ISDN X.21 electrical Multiplexer G.703 or V.35 electrical P591/2 interface unit

15 > Title of presentation - Date - References15 Multiplexed Optical Link 34 Mbit/s Multiplexer 64k bits/s Earth wire optical fibre Telephone Telecontrol Teleprotection End A End B

16 > Title of presentation - Date - References16 Multiplexed Microwave Link 64k bits/s PCM Multiplexer PCM Multiplexer Telephone Telecontrol Teleprotection End A End B

17 > Title of presentation - Date - References17 Прямое подключение к мультиплексору 850nm оптосоединитель Multiplexer Прямое безинтерфейсное соединение IEEE C37.94

18 > Title of presentation - Date - References18 IEEE C37.94 –формат сообщения

19 > Title of presentation - Date - References19 При выборе IEEE C37.94 в J реле уставка актуальна для основного и резервного каналов

20 > Title of presentation - Date - References20 Оптический бюджет для прямого соединения 850nm Multi1300nm Multi1300nm Multi1550nm Single Mode Mode Mode Mode мощность-19.8dBm-13dBm-13dBm-13dBm передатчика чувствительность-25.4dBm-40dBm-40dBm -40dBm приемника Optical Budget5.6dB27.0dB27.0dB27.0dB Миним. 2.6dB24.0dB24.0dB24.0dB запас (3db)* удельное2.6dB/km0.8dB/km0.4dB/km0.3dB/km затухание Maкс1 km30km60km80km расстояние ближедальше Key: * 3dB –необходимый запас чувствительности в расчете на старение кабеля

21 > Title of presentation - Date - References21 Current Differential 16 bit АЦП Асинхронные выборки по 8 точек на период (12 samples/cycle in Disturbance Record) Определение вектора тока после обсчета одного цикла по ряду Фурье Proven best noise immunity in difficult applications adjacent to HVDC, switching noise, series compensation etc… Коррекция вектора по времени

22 > Title of presentation - Date - References22 Измерение тока и фильтрация - 1 i(t) i2 i1 i3 i4 i5 i8 t i6 i7 N=N=Номер выборки в цикле I = 2 N N - 1 n = 1 i exp j n t n

23 > Title of presentation - Date - References23 Измерение тока и фильтрация - 2 I = 2 s N c N I = I + I N-1 n=1 sin t.i n n i 2 o N + + N-1 n=1 cos t.i n n s j c

24 > Title of presentation - Date - References24 Формат пакета данных Start flag AddressData Frame check End flag Status and commands Current vectors Timing data

25 > Title of presentation - Date - References25 Формат пакета данных 24 BytesTotal Стартовый флаг ( ) для синхронизации сообщения Алрес реле Метка времени для вычисления времени прохождения сигнала Информация о статусе и передаваемых командах 3 фазных вектора тока Дополнительное торможение (2 гармоника для P541/P542, рижим защиты участка ошиновки P544/P546) CRC Финишный флаг ( ) для синхронизации сообщения

26 > Title of presentation - Date - References26 Конечное время прохождения сигнала Ток на ПС В Ток принятый от ПС А задержка Relay A Relay B

27 > Title of presentation - Date - References27 Компенсация времени прохождения сигнала Синхронные выборки в обоих реле Прямое сравнение выборок Синхронизация между реле посредством GPS – что случится при отсутствии GPS? Асинхронные выборки Непрерывное измерение расхождения времени Программная подгонка векторов P545 and P546 only Все модели, P541-P546

28 > Title of presentation - Date - References28 Время прохождения сигнала измерения - 1 tA1 Пакет данных Relay B Relay A Current vectors tA1 tA2 tA3 tA4 tA5 tB1 tB2 tB3 tB4 tB5 tB * tp1

29 > Title of presentation - Date - References29 Время прохождения сигнала измерения - 2 Измеренное время выборки tB3 = (tA - tp2) * * Время задержки tp1 = tp2 = 1/2 (tA - tA1) - td * Пакет данных tB1 tB2 tB3 tB4 tB5 tB * tA1 tA2 tA3 tA4 tp1 tA5 Current vectors tA1 tB3 * tA * Current vectors tB3 tA1 td tp2

30 > Title of presentation - Date - References30 Сравнение векторов тока I (tA4) I (tB3 ) * = t t = (tA4 - tB3 ) * если I (tB3 ) = Is + j Ic * = I cos + j I sin то I (tA4) = I (tB3 ). (cos + j sin ) = I cos ( + ) + j I sin ( + ) *

31 > Title of presentation - Date - References31 Дифференциальная характеристика I S1 Угол наклона k1 I клин I C I B I A Угол наклона k2 S2 сраб Торм ток bias A B C I = 1/2 ( I + I + I ) Диф ток I = I + I + I diff A B C

32 > Title of presentation - Date - References32 Мгновенные изменения времени передачи (1) Неодинаковые времена приема/передачи приведут к неправильному сравнению векторов и неправильному вычислению диф. тока Большинство цифровых каналов пропускают сигналы разных направлений по одному и тому же пути Иногда кратковременно эти времена становятся разными Могут привести к ложному срабатыванию

33 > Title of presentation - Date - References33 Мгновенные изменения времени передачи(2) Реле непрерывно измеряет время прохождения Любые изменения во времени передачи приводят к тому что реле поднимает уставку К1 до 200% для эффективного блокирования диф органа при токах до Is2 Изменения активны в течении установленного времени (мах 0,5 с) после которого уставка восстанавливается

34 > Title of presentation - Date - References34 Мгновенные изменения времени передачи(3) Диф ток I = I + I + I diff A B C Торм ток bias A B C I = 1/2 ( I + I + I ) I S1 Bias k1 I клин Bias k2 S2 сраб Bias 200%

35 > Title of presentation - Date - References35 Компенсация емкостного тока IchL IchR IR IL VL VR ZL В устройствах ДЗЛ необходимо устанавливать ток срабатывания выше тока заряда линии Р вычитает емкостный ток из измеренного тока Польза: увеличение чувствительности при КЗ через переходное сопротивление

36 > Title of presentation - Date - References36 Типовые емкостные токи кабеля/ВЛ Underground cablesOverhead lines Line Volts 11kV400kV Line Volts 132kV400kV A/km A/km

37 > Title of presentation - Date - References37 P541/ P542 – защита трансформатора Силовой трансформатор P540 Scheme Virtual interposing CT Vectorial correction Ratio correction Virtual interposing CT

38 > Title of presentation - Date - References38 Коррекция группы соединения 87 Yy0 0 Yd Dy1 (-30 ) Yy0, Yd1, Yd5, Yy6, Yd7, Yd11, Ydy0 …… etc. 0°, -30°, -150°, 180°, +150°, +30°, 0° …. etc. 87

39 > Title of presentation - Date - References39 Бросок тока-теория m + Постановка под напряжение m - m 2 Рабочий режим V m I V m I

40 > Title of presentation - Date - References40 Example MV Application: Teed Feeder Protection F I Differential protection can be IDMT or DT delayed to discriminate with tapped feed protection: Fused spurs Tee-off transformer in-zone Ring main units (RMU) End A End B

41 > Title of presentation - Date - References41 Example HV/EHV Application: Stub Bus Protection P544 and P546 have two sets of differential CT inputs When disconnector open, diff. protection is provided for the stub bus only No current vectors transmitted to remote end No diff. intertrip Bus A Bus B Open disconnector

42 > Title of presentation - Date - References42 Additional Communications ФУНКЦИИ канала Все терминалы поддерживают двух- и трехрелейную схему Возможность измерения тока на удаленном конце и фиксация его в осциллограмме Статистика ошибок канала связи Прямое телеотключение- может быть использовано для ускорения дистанционной защиты Разрешающее телеускорение

43 > Title of presentation - Date - References43 Direct Intertrip DTT=1 Data Message Relay ARelay B Transformer Protection

44 > Title of presentation - Date - References44 Permissive Intertrip Busbar Relay F + - Example shows interlocked overcurrent protection Feeder fault seen within busbar zone Remote end trip after set delay for PIT & current > Is1 I B Relay ARelay B + - PIT=1 Data Message

45 > Title of presentation - Date - References45 8 Programmable Intertrip/Control Commands, End - End 8 Commands from PSL end A - PSL end B Distance and DEF aided channel schemes Breaker fail backtrip to upstream CB Force remote end A/R for successful local A/R SCADA for remote end substation AB 52 Single or dual fibre optic comms. 850nm 1300nm 1550nm or MUX 8 + PIT & > 1 & > 1 PSL

46 > Title of presentation - Date - References46 Z3 Z1 Z2 Tx Rx Send Logic : Z1 Trip Logic : Rx + Z2 Z3 Z2 Z1 1 T2 T3 Trip T2 & Z3 Z2 Z1 1 T2 T3 Trip T2 & Best to Keep PSL Simple: схема работы ДЗ с разрешающим сигналом (1)

47 > Title of presentation - Date - References47 Race between relay at D picking up and signal send from relay at C resetting, following opening of breaker at C If signal send from C resets before relay D operates then aided tripping will not occur To prevent this a 100ms delay on drop off of the signal send is used in the PSL A 21 C B D A C B D Send Fault 21 Rx + Z2 PSL Implications: Permissive Underreach Scheme (2)

48 > Title of presentation - Date - References48 PSL Implications: P540 Distance Schemes Better security is offered by a distance scheme if permissive signals are routed separately from the current differential ie. - 87L channel failure for one line should not jeopardise the backup 21 scheme При наличии параллельных линий рекомендуется для разрешающих сигналов использовать канал соседней линии A C B D 21 87

49 > Title of presentation - Date - References49 Назначение уникальных адресов реле Для предотвращения неправильного роутинга сигналов мультиплексором Range of addresses for 2 terminal applications 1A, 1B; 2A, 2B; _ _ _ _ _ 20A, 20B Range of addresses for 3 terminal applications 1A, 1B, 1C; 2A, 2B, 2C; _ _ _ _ _20A, 20B, 20C

50 > Title of presentation - Date - References50 Communications Path for Two Ended Application Tx Rx End A Rx Tx End B CH1

51 > Title of presentation - Date - References51 Communications Path for Three Ended Application P540 CH1CH2 TxRx Tx RxTx RxTx Rx End B End CEnd A P540 CH1 CH2 P540 CH2 CH1 TxRx Note: Full line protection is provided even should one communications path fail E.g. For A-B channel fail, C still offers line protection and will intertrip to A and B in the event of a fault

52 > Title of presentation - Date - References52 CH1 CH2 Both channels are active - relays automatically select the correct message should one channel fail Hot Standby Dual Redundant Communication Channels Option

53 > Title of presentation - Date - References53 Dual Redundant Communications Relay A Relay B Multiplexer

54 > Title of presentation - Date - References54 Use of Mixed Comms. Options in Suffix J CH1 and CH2 can now be selected to operate with different optical drivers, one 850nm, plus a direct fibre connection: CORTEC codes H to R:

55 > Title of presentation - Date - References55 Дублированное соединение Relay A Relay B мультиплексор Direct Fibre MUX Используются оба канала CH1 and CH2...

56 > Title of presentation - Date - References56 Be Careful in Triangulated Schemes with Mixed Comms Channels... P540 CH1CH2 TxRx Tx RxTx RxTx Rx End B End CEnd A P540 CH1 CH2 P540 CH2 CH1 TxRx End C has 850nm CH1, and 1300nm CH2 End A has 850nm CH2, and 1300nm CH1 CH1 and CH2 can not be inverted by settings RELAY A AND RELAY C WILL NOT BE THE SAME CORTEC 850nm 1300nm

57 > Title of presentation - Date - References57 87L Current Differential Zone 1 / 2 Distance Zone 3 Distance * Zone 3 Distance * Directional / Non-Directional Overcurrent and Earth Fault (* Zone 3 can be set forward directional if required) Dual Main Protection - 87L Differential, 21 Distance, Plus Backup

58 > Title of presentation - Date - References58 Использование дистанционного элемента Возможна работа параллельно с ДЗЛ как вторая защита Использование как резервной в случае потери канала Для цели дальнего резервирования Для смешанных линий запрещать АПВ в случае обнаружения повреждения на кабельном участке трассы

59 > Title of presentation - Date - References59 P543/P544: Distance Protection Three Quadrilateral Zones R X Z2 Z1 Z3 Directional Line Power swing blocking band (Zone 3 can be set forward directional if required)

60 > Title of presentation - Date - References60 Quadrilateral Characteristic For load avoidance, and better ground fault resistive coverage on short lines jX Z Z R R R Load L 1 F Ph/G

61 > Title of presentation - Date - References61 Generating a Quadrilateral Zone 1 Impedance Characteristic via Four Phase Comparators IZ A 1 = V - IZ B 1 = I N R A 3 = -IZ B 3 = V + IR A 2 = V - IR B 2 = -IZ IR -IR A 4 = -IZ B 4 = V POL Trip criterion :- 180° < A - B < 0°

62 > Title of presentation - Date - References62 Phase Comparator Principle A B B A B Lags A Restrain condition B Leads A Operate condition A A B B

63 > Title of presentation - Date - References63 Fault incidence CVT error Faulted phase voltage 16% Synchronous polarising Polarising voltage (Before squaring and 90 phase shift) 16% Cross Polarising Level Deals with CVT Transients and Close-up Faults

64 > Title of presentation - Date - References64 Preventing Zone - 1 Overreach Quadrilateral Characteristic R E A I A A B R F E B Prefault power flow I B I F jX B R F R A X Tilt Down

65 > Title of presentation - Date - References65 Preventing Underreach Quadrilateral Characteristic R E A I A A B E B Prefault power flow I B jX B R F R A X R F Tilt Up

66 > Title of presentation - Date - References66 Neutral Current Polarisation of Quadrilateral Reach-Line E A Z SA Z LA Z LB Z SB E B I A I R R F PH E fault R Prefault load flow

67 > Title of presentation - Date - References67 Sequence Diagram for Resistive Ground Fault E A E B Z S1A Z L1A Z L1B Z S1B I 1A I 1B I 2A I 2B I 0A I 0B Z S2A Z L2A Z L2B Z S2B Z S0A Z L0A Z L0B Z S0B Z 0A Z 0B Z 0A Z 0B I 0A I 0B == I F in which caseI NANA = I F I F 3 3R F

68 > Title of presentation - Date - References68 Negating Under/Overreach Effects of Infeed During a single phase to ground fault the Neutral current is approximately in phase with the fault arc current The reactance line of the Earth Quad Elements is polarised from Neutral Current Under and overreach effects are minimised dynamically

69 > Title of presentation - Date - References69 Backup Overcurrent Protection 51P/51N/67 Four stages of directional/non-directional phase overcurrent protection I>1 and I>2 IDMT or definite time I>3 and I>4 definite time (t=0, instantaneous) Four stages of directional/non-directional earthfault protection IN>1 and IN>2 IDMT or definite time IN>3 and IN>4 definite time (t=0, instantaneous) Directional decision polarised from VN or V, allowing use of open delta VTs I> and IN> elements can be enabled permanently, or on channel failure Useful for enabling as Switch on to Fault protection

70 > Title of presentation - Date - References70 Backup Overcurrent Protection 51P/51N/67 IDMT Curves IEC Curves Current (Multiples of Is) Operating Time (s) IEEE Curves Current (Multiples of Is) Operating Time (s) IEC SI IEC VI IEC EI IEC LTS US MI US VI US EI US I US SI

71 > Title of presentation - Date - References71 УРОВ 2 уставки по времени Быстрый возврат (15ms) Запуск извне Backtrip Retrip Trip From other device BF INIT

72 > Title of presentation - Date - References72 Возврат УРОВ

73 > Title of presentation - Date - References73 Overload Protection (1) Overcurrent protection designed for fault conditions Thermal replica provides better protection for overload Current based Flexible characteristics Single or dual time constant Reset facility Non-volatile Current Time

74 > Title of presentation - Date - References74 Overload Protection (2): Dual Characteristic for Transformers Trip time (s) Current (multiple of thermal setting) Single characteristic: = 120 mins Dual characteristic Single characteristic: = 5 mins

75 > Title of presentation - Date - References75 Broken Conductor Protection (1) Majority of system faults are a result of short circuits Easily detectable Possibility of open circuit faults exist Difficult to detect with conventional protection

76 > Title of presentation - Date - References76 Broken Conductor Detection (2) Existing detection methods; Combination of under/overcurrent logic Negative phase sequence overcurrent Consider suitability for all load conditions P54* uses a ratio technique: I 2 / I 1 is high for open circuit fault condition Benefit: Load conditions have minimal effect

77 > Title of presentation - Date - References77 VT Supervision (1) Alarms Event record Blocking Adaptive setting I and 2 logic 3 on load logic on energisation logic MCB digital input ABCABC VTS Alarms Event record Blocking Adaptive setting

78 > Title of presentation - Date - References78 VTS alarm VTS block LCD Event records Loss of all 3 phase voltages under load P540 & Voltage collapse I VT Supervision (2)

79 > Title of presentation - Date - References79 VTS alarm VTS block LCD Event records Loss of all 3 phase voltages upon line energisation P540 & No Voltage VTS I>Inhibit VT Supervision (3)

80 > Title of presentation - Date - References80 Alternative Setting Groups: Use for Switched / Alternate Feeding Setting selection inputs SCADA or PLC Four groups available

81 > Title of presentation - Date - References81 Up to four reclose shots: First high speed shot can be single pole Three delayed AR shots Selection of elements to initiate or block AR Check synchronism function allows: Live line/live bus in synchronism AR Live line/dead bus AR Dead line/live bus AR Safety checking prior to manual CB close authorisation Integrated Autorecloser with Check Synchronism (Example: P543)

82 > Title of presentation - Date - References82 16% km 10miles Fault Locator: (P543 - P546) With Mutual Current Compensation

83 > Title of presentation - Date - References83 Bay Monitoring CB state/discrepancy monitoring CB condition monitoring: Number of Trip operations Sum of broken current; I x (1.0

84 > Title of presentation - Date - References84 Remote Communications Digital Control Systems Courier Modbus IEC DNP3.0 UCA2.0

85 > Title of presentation - Date - References85 MiCOM P540 Series Summary Per phase basis comparison Differential gives high sensitivity and phase selectivity More integration, less panel space, less interwiring, lower installation cost Comprehensive backup protection, AR etc … No need for panel mounted instruments NO and NC contacts along with graphical PSL allow interlocking schemes etc to be configured Self monitoring removes the need for extensive periodic injection testing Condition monitoring of CB bay aids maintenance scheduling

86 > Title of presentation - Date - References86 P540 Main Protection Unit Protection Relays Models P543-P546 cover both single and three pole tripping applications P541, P542 and P547 cover three pole trip applications only P545 and P546 may also be used in conventional non-SDH applications to boost digital I/O offered, needing no GPS P543 to P546 extra I/O supports 16 timers in PSL Main Protection21/21G67/67N50/51(N)A/R1.5 CBI/O P541Current Differential8/7 P542 Current Differential16/14 P543 Current Differential16/14 P544 Current Differential16/14 P545 Current Differential24/32 P546 Current Differential24/32 P547 Phase Comparison10/10

87