Загальні вимоги до релейного захисту та автоматики на НПС
Синхронні та асинхронні двигуни МНА НПС забезпечуються струмовим відсіканням або диференціальним струмовим захистом, максимальним струмовим захистом від перевантажень, струмовим захистом від однофазних замикань на землю та захистом мінімальної напруги (ЗМН) [5,7,9]. Захист ЦД від асинхронного режиму, поєднується зазвичай з максимальним струмовим захистом від перевантажень [5,12].
Схеми та принципи розрахунку струмового відсічення, диференціального захисту, максимального струмового захисту та захисту від однофазних замикань на землю електродвигунів НПС не мають особливостей порівняно з електродвигунами інших технологічних установок. Винятком є ЗМН, призначення якої та методи розрахунку обумовлені особливостями технологічного процесу НПС та жорсткими вимогами до забезпечення технологічного режиму перекачування при зникненні живлення від одного із зовнішніх джерел. Властивість НПС зберігати технологічний режим перекачування за таких умов називають стійкістю НПС [10].
Стійка робота НПС при втраті живлення за одним із джерел визначається у частині РЗА правильною роботою схем автоматичного включення резерву (АВР) та захисту від втрати живлення (ЗПП). За термінологією, прийнятою на НПС [10], під АВР розуміється схема автоматики, яка запускається при відключенні вимикача введення технологічного ЗРУ-6(10) кВ НПС і діє включення секційного вимикача технологічного ЗРУ. При такому трактуванні в схему АВР не входять ЗПС, тобто пристрої, що діють на відключення вимикача введення при втраті живлення (при зникненні напруги в мережі живлення). Захист від втрати живлення виділяється зі схеми АВР у вигляді самостійного захисту.
На НПС із синхронним приводом МНА ЗПП виконується напринцип контролю частоти з блокуванням у напрямку активної потужності. На НПС з асинхронним приводом МНА ЗПС виконується на принципі контролю напруги та виконується у вигляді ЗМН. На НПС ЗМН виконується двоступінчастою. Функцію ЗПП у своїй виконує перший ступінь захисту мінімального напруги (ЗМН-1) [10]. Захист мінімально напруги, що діє на відключення двигунів МНА, називають ЗМН-2 [10]. Слід пам'ятати, що згідно з ПУЕ [9] ЗМН - це захист, призначений для збереження у роботі відповідальних електродвигунів шляхом відключення невідповідальних електродвигунів при зниженні напруги в мережі.
При відмові ЗМН-1 або відмові АВР секційного вимикача технологічний процес перекачування зберігається з допомогою технологічного АВР. Технологічним АВР називають включення резервного МНА при відключенні МНА, що працює від електричних або технологічних захистів. Відключення електродвигуна робочого МНА при відмові ЗМН-1 або АВР секційного вимикача виконується захистом мінімальної напруги, яку на НПС називають ЗМН-2,
Послідовність дії захисту та автоматики НПС при втраті харчування, як правило, наступна. При втраті живлення від одного із зовнішніх джерел (відключення лінії 110 кВ. відключення трансформатора 110/6(10) кВ тощо) спрацьовує ЗПП (ЗМН-1 на НПС з АТ приводу МНА) і діє на відключення вимикача введення секції шин 6(10) кВ технологічного ЗРУ-6(10) кВ. Вимикачі електродвигунів секції шин, що втратила живлення, не відключаються, і двигуни залишаються підключеними до шин технологічного ЗРУ. За фактом відключення вимикача запускається схема АВР і діє на включення секційного вимикача. Після включення секційного вимикача електродвигуни секції шин, що втрачала живлення, опиняються в режимі самозапуску.Якщо самозапуск виявляється успішним, то технологічний процес перекачування відновлюється. Таким чином, ЗПП спільно з АВР секційного вимикача технологічного ЗРУ-6(10) кВ повинні забезпечити успішний самозапуск електродвигунів МНА, що втрачали живлення, і тим самим зберегти технологічний режим роботи нафтопроводу.
При відключенні від захисту одного з трансформаторів КТП-6(10)/0,4 кВ стійка робота НПС забезпечується дією АВР секційного автоматичного вимикача в РУ-0,4 кВ КТП або РУ-0,4 кВ технологічних ЩСУ (щити силового управління) .
Таким чином, стійкість роботи НПС при втраті живлення за одним із джерел визначають:
ЗПП (на НПС з АТ - перший ступінь захисту мінімальної напруги (ЗМН-1));
АВР секційного вимикача технологічного ЗРУ-6(10) кВ;
Другий ступінь захисту мінімальної напруги (ЗМН-2);
АВР секційних вимикачів РУ-0,4 кВ у мережі 0.4 кВ.
Технологічний процес перекачування нафти – безперервний і ставить жорсткі вимоги до тривалості перерв електропостачання. При перерві електропостачання (при втраті живлення) або при відключенні електродвигуна МНА від електричних чи технологічних захистів зупиняється насосний агрегат. При цьому при перекачуванні «з насоса в насос» знижується продуктивність нафтопроводу і починає зростати тиск на прийомі проміжної НПС насосної станції з аварійним МНА і починає знижуватися тиск на її виході. Ці хвилі тиску можуть призвести до підвищення або зниження тиску в трубопроводі вище або нижче гранично допустимих значень.
Спрацювання захисту тиску на прийомі насосних станцій відбувається з витримкою часу порядку 10-15секунд. Ця витримка часу вводиться для виключення помилкового спрацьовування захисту під час проходження повітряних пробок, запуску МНА, при відключенні агрегатів на сусідніх станціях тощо. Таким чином, не пізніше ніж через 10-15 с після втрати живлення або відключення робочого електродвигуна МНА від електричних захистів повинен бути відновлений нормальний режим перекачування.
Поодинока потужність електродвигунів приводу МНА досягає кількох мегават. При втраті живлення з мережі електродвигуни переходять у генераторний режим. При цьому на шинах 6(10) кВ технологічного ЗРУ може довго підтримуватись напруга. Це ускладнює виявлення режиму втрати живлення і може призвести до уповільнення відключення секції шин, що втратила живлення, від мережі живлення.
Напруга на секції шин, що втратила живлення, може зберігатися після відділення секції шин від мережі. При АВР цю напругу називають залишковою або зустрічною. Велике значення залишкової напруги ускладнює самозапуск ЕД при включенні секційного вимикача при АВР і в ряді випадків може обмежити негайне (швидке) включення СВ після вимикання вимикача введення.
8.3. Вимоги до вибору уставок ЗМН-1, ЗМН-2 та АВР на НПС
Основне призначення ЗМН-1, ЗМН-2 та АВР – забезпечити безперервність технологічного процесу при втраті живлення або відключення ЕД від електричних захистів. Розглянемо, яким вимогам мають задовольняти ЗМН-1, АВР та ЗМН-2, щоб безперервність технологічного процесу була забезпечена.
Захист ЗМН-1 призначений для виявлення факту втрати живлення та відключення секції шин, що втратила живлення, від мережі. При цьому ЗМН-1 діє відключення вимикача введення. Вимикачі високовольтних електродвигунів НПС під час дії ЗМН-1 залишаються включеними. При цьому,коли напруга на секції шин після успішного АВР відновлюється, ЕД виявляються як самозапуску. У разі успішного самозапуску технологічний режим перекачування відновлюється.
Другий ступінь захисту мінімальної напруги (ЗМН-2) згідно з регламентом [10] діє на відключення електродвигунів, що знаходяться на секції, що втратила живлення. Призначена ЗМН-2 для збереження технологічного режиму шляхом увімкнення резервного двигуна при відключенні робочого агрегату від електричних захистів або тривалому зникненні напруги живлення і в першу чергу при відмові АВР.
Витримка часу ЗПС на реле мінімальної частоти вибирається за умови неспрацьовування захисту при короткочасних зниженнях частоти під час КЗ, коли дія ЗПС не потрібна. Уставка часу спрацьовування залежить від типу частоти реле. Для реле РЧ-1 вона приймається 0,3, для реле ІВЧ-3 – 0,5 с
8.3.1. Принципи вибору уставок за напругою та часом ЗМН-1
Напруга спрацьовування ЗМН-1. Для прискорення спрацьовування ЗМН-1 та зниження тривалості перерви електропостачання напруга спрацьовування ЗМН-1 має бути якомога вищою. З іншого боку, для забезпечення селективності напруга спрацьовування ЗМН-1 повинна бути узгоджена з зонами дії та уставками за часом захисту приєднань та з діями інших АВР, розташованих в електричній мережі ближче до джерел живлення.
Умова 1. Напруга повернення ЗМН-1 повинна бути меншою від залишкової напруги на шинах при самозапуску електродвигунів UСЗП при відновленні напруги живлення після його короткочасного зникнення або глибокого зниження. Під час аналізу умови 1 слід враховувати такі можливі режими самозапуску.
Режим 1. Вимикачі вводів увімкнені, секційний вимикач вимкнено.Відбувається короткочасна втрата живлення однієї з секцій шин на час менший за час спрацьовування ЗМН-1 ТПП D Т, (8.4)
де D Т – ступінь селективності.
Умова 2. Враховується під час живлення технологічного ЗРУ НПС від шин районної ПС енергосистеми лініями 6(10) кВ. Розглядаються захисту приєднань, що відходять від шин районної ПС. При цьому час спрацьовування ЗМН-1 має задовольняти умову
TЗМН1 = ТПС + D Т, (8.5)
де ТПС – найбільший час спрацьовування захисту приєднань шин 6(10) кВ районної ПС, у зоні дії яких КЗ можуть викликати зниження напруги до напруги спрацьовування UЗМН1. За відсутності повітряних або кабельних ліній, що відходять від шин 6(10) кВ районної ПС (крім ліній до НПС) умова (8.5) буде аналогічною умові (8.4). За наявності таких ліній доцільно їх врахувати при виборі напруги спрацьовування ЗМН-1 за умовою (8.3) шляхом визначення UКЗ в кінці зони дії струмових відсічень цих ліній. У цьому випадку у виразі (8.5) як ТПС можна використовувати час спрацьовування струмових відсічок.
Умова 3. Враховується під час живлення технологічного ЗРУ НПС від шин районної ПС енергосистеми лініями 6(10) кВ. Час спрацьовування ЗМН-1, як пускового органу мінімальної напруги АВР, має бути узгоджений з часом спрацьовування вищестоящого АВР. Тобто з АВР секційного вимикача 6(10) кВ районної ПС
TЗМН1 = Т АВРПС + D Т. (8.6)
Ступінь селективності допускається приймати 0,2-0,3 с.
Умова 4. Відбудова від часу спрацьовування АПВ в мережі живлення. Так як на НПС виконують схему автоматичного повернення до нормальної схеми електропостачання (повернення АВР) після відновлення нормальної напруги з боку робочого джерела живлення, то для прискорення АВР час спрацьовування ЗМН-1можна не погоджувати з часом АПВ в мережі живлення.
Отже, визначальним для вибору часу спрацьовування ЗМН-1 є умова узгодження (8.4). При ТТО = 0 та D Т = 0,5 с, отримуємо TЗМН1 = 0.5 с. Саме така уставка ЗМН-1 за часом рекомендується у [10].