Relejna zastita elektroenergetskog sustava_zbornik

Str. 187HRVATSKI OGRANAK MEĐUNARODNOG VIJEĆA B5-09ZA VELIKE ELEKTROENERGETSKE SUSTAVE – CIGRÉ8. savjetovanje HRO CIGRÉCavtat, 4. - 8. studenoga 2007.Miljenko Boras Tomislav MiletićMirko Pupić Stipica RadićFilip Vidović Srećko FilkovićBranko Horvat Davor BojićKONČAR – Inženjering za energetiku i transport d.d. HEP – Proizvodnja d.o.o., PP HE [email protected] [email protected] Bodlović Krunoslav HorvatMarko Marušić Ivan MiškovićKONČAR – Montažni inženjering d.d. Tomislav Š[email protected] Brodarski institut d.o.o. [email protected] SUSTAVA ZAŠTITA GENERATORA U HE MILJACKA SAŽETAK U tijeku je zamjena sustava uzbude i zaštita sva četiri generatora u HE Miljacka. Predviđeniopseg radova i usluga za zamjenu sustava zaštita generatora, te potrebne dorade sustava procesnogupravljanja uključuje: snimanje stanja, izradu izvedbenog projekta i prilagodnog projekta ugradnje iuklapanja predmentnih sustava u postrojenje generatora, proizvodnju opreme te tvorničku montažu iispitivanje, demontažu postojećih te montažu novih sustava i opreme, funkcionalno ispitivanje i puštanje urad. U referatu se ističu: pojedinosti zamjene opreme i značajke novog sustava zaštita generatora,potrebne prilagodbe ostatka postrojenja HE, povezivanje sustava zaštita na postojeći sustav upravljanja,redosljed projektiranja i zamjene opreme, uklapanje nove opreme u predefinirane gabarite prostorija.Ključne riječi: uloga u EES-u, predviđeni režimi rada, nedostaci stare opreme, zamjena opreme sustava zaštita generatora, redosljed zamjene opreme, ciljevi koji se očekuju REPLACEMENT OF THE PROTECTION SYSTEMSFOR THE GENERATING UNITS IN THE MILJACKA HPP SUMMARY The replacement of the excitation and protection systems for all four generators in the MiljackaHPP is in course. The foreseen scope of supply of the protection systems as well as adaptation of theprocess control system included the following: identification of the existing state, final project design,adaptation and interposing project, fabrication and FAT, dismantling existing equipment, installing a newequipment, testing and commissioning. In the article the details of generator protection equipment replacement as well as necessaryadaptations are pointed out. The protection system linking to the existing process control system isdescribed. The design details and works sequencees are emphasised. The ways of inserting newequipment into predefined space gabarites are shown.Key words: role in the EPS, operation regimes, shortcomings of the old equipment, replacement of the generator protection equipment, reconstruction in phases, expected goals 1

Str. 1881. UVOD Uloga HE Miljacka u EES-u Hrvatske danas je proizvodnja temeljne i vršne energije u skladu spotrebama sustava, dotocima voda, mogućnostima akumulacije i specifičnim smještajem u nacionalnomparku Krka. Predviđeni režim pogona generatora je rad prema zahtjevima dispečera s više ulazaka namrežu tijekom jednog dana. U periodima kad ima dovoljno vode, što je normalno u proljeće, jesen i zimi,elektrana radi kao temeljna s maksimalnom snagom, dok u ljeto, kad vode nema dovoljno, radi kao vršnaelektrana, najčešće samo s jednim agregatom. Obzirom na lokaciju i instaliranu snagu elektrana jeznačajna za podmirivanje potreba okolnih mjesta, prvenstveno Drniša i Knina, a posebno u uvjetimaraspada EES-a kad može osigurati potrebno napajanje lokalnoga otočnog konzuma. Zbog starosti opreme, otežanog i skupog održavanja te nemogućnosti potpunoga automatskograda, godine 2006. HEP Proizvodnja d.o.o., Proizvodno područje HE Jug, Pogon HE na Krki raspisao jejavni natječaj za zamjenu sustava uzbude i zaštita sva četiri generatora u HE Miljacka, [1]. U svibnju istegodine posao je ugovorom dodijeljen konzorciju u sastavu: Končar – Inženjering za energetiku i transportd.d. (voditelj konzorcija), Končar – Elektronika i informatika d.d., Končar – Montažni inženjering d.d. iBrodarski institut d.o.o. Novi sustav zaštita generatora mora biti usuglašen sa svim pogonskim stanjima i uvjetima te bitikompatibilan i u sustavnoj vezi s primarnom opremom pa je predviđena i nužna zamjena dijela primarneopreme. Kako se usporedno sa zamjenom generatorskih zaštita obavlja i zamjena sustava uzbudegeneratora, postoji dodatni razlog za zamjenu i mjernih transformatora u generatorskim poljima (strujni inaponski na 6,3kV i 35kV strani), koji su stari te njihovo stanje izolacije i strujne karakteristike više neodgovaraju zahtjevima. Također se mijenjaju i svi kabeli strujnih i naponskih mjernih grana te provodiugradnja zaštitnih automata naponskih mjernih grana. Preduvjet za ugradnju novih sustava uzbude izaštita je i reorganizacija odnosno nadogradnja kabelskih veza s novim energetskim i signalnim kabelimazajedno s nosačima (kabelskim policama), raspoređivanje novih trasa te potrebni prodori u zidovima. Predviđeni opseg radova i usluga za zamjenu sustava zaštita generatora A, B, C i D, dijelovaprimarne opreme, te dorade sustava procesnog upravljanja (PROCIS) u HE Miljacka slijedeći je: - snimanje stanja te izrada izvedbenog projekta i ostale tehničke dokumentacije - izrada prilagodnog projekta ugradnje i uklapanja predmetnih sustava u postrojenje generatora A, B, C i D - proizvodnja opreme, tvornička montaža novih sustava zaštita i poslužnih ormarića za ćelije te dorada PROCIS-a - tvorničko ispitivanje novih sustava zaštita i PROCIS-a - demontaža postojećih zaštita, primarne opreme i ostale pripadajuće opreme - monterski pripremni radovi za montažu i ugradnju novih sustava zaštita i primarne opreme - montaža ormara i ugradnja ostale opreme novih sustava zaštita i primarne opreme - ožičavanje i funkcionalna ispitivanja ožičenja - prilagodba i montaža opreme PROCIS-a (hardver) - prilagodbe postojećeg susatva PROCIS-a za potrebe prihvata novog sustava zaštita (softver) - prilagodbe postojećeg SCADA sustava za prihvat novih zaštita (softver) - ispitivanje i puštanje u rad novih sustava zaštita, primarne opreme, PROCIS-a i SCADA sustava - probni pogon - izrada dokumentacije izvedenog stanja - obuka osoblja Naručitelja Ciljevi koji se očekuju od opisane zamjene slijedeći su: povećanje sigurnosti agregata, zamjenadotrajale opreme novom na razini modernih tehnoloških i tehničkih rješenja, povećanje kvaliteteproizvedene električne energije, postizanje dobrih karakteristika ponašanja generatora, povećanjefleksibilnosti postrojenja, smanjenje troškova i pojednostavljenje održavanja, osiguranje veće pogonskesigurnosti i raspoloživosti, povećanje stupnja iskorištenja agregata, očuvanje i zaštita okoliša. Zamjena sustava uzbude i zaštita za jedan agregat (C po nomenklaturi) već je obavljena. Ustudenome 2006. godine je prvi obnovljeni agregat već završio probni pogon. Do kraja ljeta 2007. u planuje zamjena opreme druga dva agregata (A i B), a tijekom 2008. – opreme posljednjeg agregata (D).2

Str. 1892. OSNOVNI PODACI HE MILJACKA HE Miljacka se nalazi u kanjonu rijeke Krke 15 km nizvodno od Knina. Jedna je od najstarijih HEu Europi, a u Hrvatskoj je starija od nje samo HE Jaruga. Istražni radovi za gradnju i projektiranje HEzapočeli su još davne 1900. godine a izgradnja 1902. godine. Prvi agregat je proradio 1906., a preostalatri puštena su pogon već 1907. godine. HE je izgrađena za potrebe napajanja tvornice u Crnici krajŠibenika. Obnovom opreme 1956. godine ugrađena su tri nova agregata proizvođača Končar na mjestostarih koje su okupacijske vlasti koncem Drugoga svjetskog rata otpremile sa sobom. Jedan agregat (B)proizvođača Ganz iz Budimpešte ostao od samog početka i još danas je u funkciji. HE Miljacka je elektrana derivacijskog tipa. Vodu dobiva tunelom (koji nije pod tlakom) duljine1.620 m iz akumulacije Brljan volumena 375.300 m3. Vodna komora je dvodjelna, a iz nje vode četiritlačna cjevovoda duljine po 168 m i s padom od 102 m. Svaki cjevovod opremljen je ručnimpredzatvaračem i leptirastim zatvaračem. Agregati A, C i D opremljeni su i kuglastim predturbinskimzatvaračem. Tri generatora su snage 8 MVA, a jedan (agregata B) snage 6 MVA, na generatorskom naponu6,3 kV. Preko blok-transformatora su spojeni na rasklopište 35 kV. HE je radijalno vezana dalekovodom35 kV na TS Knin, Drniš i Kistanje, te preko 35 kV i 10,5 kV na lokalni konzum za Razvođe i TS Vodovodza Kistanje. U domovinskom ratu, nakon završetka ratne operacije „Oluja“ 1995. godine, HE Miljacka jezatečena u veoma lošem stanju (održavanje se tijekom rata praktički nije provodilo), a posebno sustavturbinske regulacije nije osiguravao pouzdan rad agregata. Ovo se najviše očitovalo kod agregata B, kojije zbog pohabanosti mehaničkih komponenata često zaglavljivao te je zahtijevao temeljitu obnovu. Radinavedenih razloga, tijekom razdoblja od 1996. do 1999. godine izvršena je kompletna zamjena sustavaturbinske regulacije (Litostroj – AT5) prvim hrvatskim turbinskim regulatorom te su automatizirani: sustavdobave vode, daljinsko upravljanje i nadzor turbinskih regulatora. Navedene radove izvšio je BrodarskiInstitut iz Zagreba. Kako bi se u potpunosti zaokružila sekvenca starta agregata sve do terećenja namrežu potrebno je zamijeniti sustav uzbude i proširiti postojeći PLC (S7-400), te doraditi postojeći softverPROCIS-a (PLC-a S7-400) i SCADA sustava.3. STARO STANJE I CILJEVI ZAMJENE OPREME SUSTAVA ZAŠTITA GENERATORA Agregati u HE Miljacka su od 1984. godine opremljeni elektrostatičkim električkim zaštitamaproizvođača „ISKRA“ koje uključuju slijedeće zaštitne funkcije: - diferencijalnu zaštitu - nadstrujnu zaštitu - 95%-tnu zemljospojnu statorsku zaštitu - prenaponsku zaštitu - rotorsku zemljospojnu zaštitu - zaštitu od jednopolnog kratkog spoja.Postojeće elektrostatičke zaštite imaju niz nedostataka: - zastarjelost tehnologije - starost i dotrajalost komponenata s posljedicom – nižom pouzdanošću sustava - skupo održavanje zbog nedostatka rezervnih dijelova.Navedeni nedostaci neposredno utječu na smanjenje pouzdanosti i raspoloživosti agregata te je bilopotrebno postojeće električke zaštite zamijeniti suvremenijim sustavom. Uvođenjem procesnog informacijskog sustava u HE Miljacka i zamjenom sustava uzbude relejnazaštita ostala bi jedini sekundarni sustav agregata koji nije revitaliziran. Novi sustav numeričkih zaštita, integriran u novi procesni informacijski sustav i u novi sustavuzbude, omogućit će kvalitetnije štićenje i dijagnostiku kvarova generatora. 3

Str. 1904. POJEDINOSTI ZAMJENE OPREME I ZNAČAJKE NOVOG SUSTAVA ZAŠTITA GENERATORA Oprema novog sustava numeričkih zaštita smješta se u vlastite ormare raspoređene u niz ormaraupravljanja i turbinskih regulatora na platou strojarnice na mjesta starih ormara. Za svaki blok generator-transformator ugrađuju se dva numerička višefunkcijska zaštitna releja. Sustavi relejne zaštite sva četiriagregata hardverski i softverski su identični. Odabrani su zaštitni releji 7UM621 proizvođača Siemens kojisadrže: - biblioteku zaštitnih funkcija - programabilnu isklopnu logiku - programabilne binarne ulaze i izlaze - lokalnu (LED) signalizaciju - vlastitu funkciju samonadzora i samodijagnoze - ispitivanja kroz program - funkcije mjerenja - zapisivanje događaja i poremećaja - odgovarajuće komunikacijske mogućnosti.Svaki relej je u svom kućištu, s modularnim izborom funkcija. Numerička relejna zaštita maksimalnopoštuje kriterij sigurnog, kvalitetnog i pouzdanog štićenja generatora i blok-transformatora Nova zaštita generatora i blok-transformatora osigurava slijedeća isključenja i poticaje: - isključenja prekidača na VN strani generatora - zaustavljanja generatora (turbine) (BZ) - razbudu generatora (prekidač demagnetizacije).Zaštitne funkcije novog sustava zaštita generatora slijedeće su: - diferencijalna zaštita bloka generator-transformator (87GT) - zemljospojna zaštita statora 95% (59N1, 59N2) - zemljospojna zaštita rotora (64R) - nadstrujno-podnaponska zaštita (51/27) - nadnaponska zaštita (59) - zaštita od previsoke indukcije (24) - zaštita od gubitka uzbude (40) - zaštita od povratna snage (32R) - zaštita od nesimetričnog opterećenja (46) - zaštita od preopterećenja statora (49S) - zemljospojna zaštita VN strane (51N) - nadfrekventna zaštita (81O)Od ostalih funkcija bitnih za ispravan rad i naknadnu analizu kvarova koriste se: - funkcija zapisivača kvara - funkcija mjerenja - prihvat primarnih zaštita generatora i blok-transformatora.Prihvaćaju se slijedeće primarne zaštite: - Buchholz relej (alarm i isklop) - kontaktni termometar (alarm i isklop) - temperatura statorskog namota - temperatura statorskog paketa - protupožarna zaštita blok-transformatora.Primarna termička zaštita generatora izvedena je u dva stupnja (alarm i isklop), i to mjerenjemtemperature generatorskog namota i paketa. Prorade navedenih zaštita dovode se u ormar relejnezaštite. Isklopni nalozi primarnih zaštita neposredno djeluju na brze isključne releje i odgovarajućualarmnu signalizaciju na zaslonu operatorske stanice u upravljačnici.4.1. Pojedinosti zamjene opreme sustava zaštite generatora Odabir zaštitnih funkcija po pojedinom uređaju zaštite napravljen je na način da je postignutamaksimalna ostvariva redundancija uzimajući u obzir hardverska i softverska ograničenja. To konkretnoznači da su sve navedene funkcije udvostručene osim funkcija 51N i 64R koje se nalaze samo u uređaju1, odnosno uređaju 2. Ovim se postiže da je blok generator-transformator štićen gotovo u potpunosti čak iu slučaju neispravnosti jednog od zaštitnih uređaja.4

Str. 1914.1.1. Odabrane funkcije zaštite Diferencijalna zaštita generatora i blok-transformatora pruža osnovnu, brzu, osjetljivu i selektivnuzaštitu pri kratkim spojevima unutar zone štićenja. Diferencijalna zaštita bloka spaja se na strujne mjernetransformatore (6,3 kV prema zvjezdištu i 35 kV na blok-transformatoru). Koristi se niskoimpedantnastabilizirana (dvonamotna) krivulja diferencijalne zaštite transformatora (uključena vektorska prilagodbaspoja). Zemljospojna zaštita statora je 95%-tna. Pomoću nultog napona generatora (osnovni harmonik)postiže se osjetljivost cca. 95% statorskog namota. Ograničenje je uobičajeno zbog zahtjeva za stabilnostpri vanjskim kvarovima (na VN strani bloka). Koriste se dvije mjerne metode: - mjerenje nultog napona generatora (59N1 – relej 1), - računski dobiven nulti napon iz mjerenja faznih napona generatora (59N2 – relej 2). Zemljospojna zaštita rotora se koristi za nadzor izolacije namota rotora. Za ovu zaštitnu funkcijukoristi se injekcioni napon (približno od 36-45 Vac) koji se dovodi u uzbudni krug rotora preko dvakondenzatora. Na osnovu mjerenja struje i injektiranog napona određuje se stanje izolacije rotorskognamota. Zemljospojna zaštita rotora djeluje na alarmnu signalizaciju. Pri kvarovima u vanjskoj mreži generator će učestvovati u struji na mjestu kvara sve dok se kvaru mreži ne otkloni djelovanjem zaštita u mreži. Sam generator ima lokalnu rezervnu nadstrujnu zaštitu zaslučaj da mrežne zaštite ne otklone kvar. Kako struja generatora tijekom vanjskog kvara opada, umjestoobične nadstrujne zaštite može se koristiti nadstrujno-podnaponska zaštita. Ova zaštita je namijenjena zarezervnu zaštitu za vanjske kvarove pri kojima struja kvara koju daje generator može vremenski pastiispod proradne vrijednosti same nadstrujne funkcije prije nego je isteklo podešeno vrijeme prorade.Nadstrujno-podnaponska funkcija uključuje nadstrujnu funkciju u kombinaciji sa podnaponskom. Ovdje seova funkcija koristi kao nadstrujno-podnaponska zaštita (zavisna uzbuda - napajanje sa generatorskihizvoda 6,3 kV). Do povišenja napona agregata može doći u sinkronom pogonu uslijed nadnapona iz mreže, a uprelaznim uvjetima (prazni hod ili rasterećenje) uslijed porasta brzine vrtnje ili kvara na regulaciji uzbude.U stanju povećanog napona postoji povećana opasnost proboja izolacije statorskog namota agregata, apovećano je i zagrijavanje zbog povećanja gubitaka u željezu statora generatora. Koriste se dvanaponska stupnja, visokopodešeni trenutni i nižepodešeni s vremenskim kašnjenjem. Oba stupnja dajunalog za isključenje. Zaštita se spaja trofazno i prorađuje u slučaju porasta bilo kojeg linijskog napona. Previsoka indukcija ili naduzbuda agregata ili blok-transformatora može uslijediti zbog povećanogomjera napona i frekvencije (omjer V/Hz). U takvim uvjetima zasićenja magnetskog materijala dolazi dopregrijavanja uslijed povećanih gubitaka. U praksi se previsoka indukcija može očekivati u uvjetima kadaje agregat odvojen od mreže (pokretanje ili rasterećenje/zaustavljanje) ili u uvjetima otočnog rada. Zaštitaod previsoke indukcije osniva se na mjerenju odnosa U/f. Proradna karakteristika je vremenski ovisna.Koriste se dva stupnja prorade (alarm i isklop) Gubitak uzbude ima za posljedicu prelazak u asinkroni rad – smanjenje radne snage i znatnopovećenje jalove snage koja se uzima iz mreže. Vrtložne struje u tijelu rotora (koje održavaju asinkronirad) uzrokuju pregrijavanje rotora sinkronog agregata. Poduzbudna funkcija štiti generator od potencijalnoopasnih pogonskih situacija koje se mogu desiti u slučaju nestanka ili smanjenja uzbude. U takvimsituacijama postoji opasnost da generator dođe u nestabilno stanje te ispadne iz sinkronizma. Zaštita imaadmitantnu radnu karakteristiku s pomaknutim ishodištem. U generatorskom načinu rada radna snaga se predaje u mrežu. Zaštita od povrata snage koristise za detekciju gubitka snage primarnog pokretača (turbine). U takvim uvjetima može doći do oštećenjalopatica turbine. Zaštita od nesimetričnog opterećenja osniva se na mjerenju inverzne komponente strujeagregata. Koristi se termički model zagrijavanja s dva stupnja prorade (alarm i isklop). U normalnom pogonu (uz ispravno hlađenje) do preopterećenja statora agregata dolazi uslijedpovećanih gubitaka pri velikim opterećenjima (struja). Zaštita od preopterećenja statora se osniva namjerenju struje. Mjeri se efektivna vrijednost struje i simulira zagrijavanje po termičkoj funkciji. Zaštita odpreopterećenja (mjeri struju na 6,3 kV strani) štiti namot od prevelikog porasta temperature uslijedpreopterećenja. Zaštita posjeduje dva stupnja (alarm i isklop). Zaštita predstavlja rezervnu zaštitutermičkoj zaštiti stroja koja točnije mjeri stvarnu temperaturu namota na osnovi mjernih sondi. Nadstrujna zemljospojna zaštita 35 kV-tne strane blok-transformatora služi kao rezervnazemljospojna zaštita za unutrašnje kvarove (zemljospoj prema blok-transformatoru). Osniva se namjerenju nulte komponente struje koja se javlja samo u slučaju unutrašnjeg zemljospoja na 35 kV. Uslučaju zemljospoja drugdje u mreži 35 kV nulta komponenta struje je neznatna (uglavnom uzrokovanagreškama mjernih transformatora). 5

Str. 192 Do porasta broja okretaja sinkronog generatora (porast frekvencije) dolazi ako je ulazna snagaveća od tereta. U praksi se to dešava u uvjetima naglog rasterećenja. Premda su agregat i turbinadimenzionirani za pobjeg, rad pri povećanoj frekvenciji nepovoljno djeluje na životni vijek stroja. Štetneposljedice porasta brzine su porast temperature i dodatni gubici statora, te vibracije agregata i turbine.Nadfrekventna zaštita koja se osniva na mjerenju frekvencije napona agregata rezervna je mjera zaslučaj neadekvatnog rada turbinskog regulatora.4.1.2. Isklopna logika Isklopna logika ostvarena je pomoću četiri vanjska brza isklopna releja. Na prva tri isklopna relejadjeluju numeričke zaštite (relej 1 i relej 2), a na četvrti isklopni relej djeluju sve ostale (vanjske) zaštite.Isklopi pojedinih cjelina (blok, turbina, uzbuda) prikazani su na slici 1. Slika 1. isklopna matrica5. POTREBNE PRILAGODBE OSTATKA POSTROJENJA HE Kako bi se omogućilo funkcionalno povezivanje nove opreme sustava zaštita i uzbude generatorabilo je potrebno izvršiti prilagodbe dijela postrojenja na koje se spaja nova oprema i to: - izradu potrebnih kabelskih trasa uključujući proboje u zidovima - potrebna polaganja kabela - montažu i spajanje zaštitnih automata u poljima AC i DC napajanja i kabela za napajanje opreme sustava zaštita i uzbude generatora - izradu poslužnih ormarića u 6,3 kV - izradu novih vrata za VN čelije - rekonstrukciju 3 VN čelije 6.3 kV za svaki generator (izvodi generatora, prekidač za kočenje i uzbudni transformator) - zamjenu mjernih naponskih i strujnih transformatora s pripadajućom opremom - zamjenu mjernih transformatora u zvjezdištu generatora sa svom potrebnom opremom uključujući i priključni ormarić Obzirom da stari strujni i naponski mjerni transformatori ne zadovoljavaju, obzirom na njihovekarakteristike i općenito stanje, a u smislu kompatibilnosti s novougrađenim sustavima nužno je zamijeniti6

Str. 193ih novima koji u potpunosti odgovaraju zahtjevima (slika 2). Također je obzirom na način radazamijenjenih sustava zbog dotrajalosti potrebno zamijeniti stare, odnosno uvesti nove kabelske veze spripadajućim kabelskim policama i pomoćnom opremom. U skladu s time na 35 kV strani svakog generatorskog polja postojeći strujni transformatorizamjenjuju se novim epoksidnim strujnim transformatorima za unutarnju montažu tipa APA3-38 (-T1) iproizvodnje Končar. Generatorsko postrojenje 6,3kV organizirano je u tri ćelije po jedinici: ćelija izvoda generatora,ćelija prekidača za električno kočenje i ćelija uzbudnog transformatora i mjerenja te zasebno postojećezvjezdište generatora. U postrojenju se mijenja slijedeća oprema: - bakrene sabirnice presjeka 80x10 mm - potporni epoksidni izolatori JOR4-75 - vakumski prekidač za električno kočenje proizvođača Končar, tipa VK 12-25-8, s pripadajućim kolicima (-Q51) - epoksidni naponski jednopolno izolirani mjerni transformatori proizvođača Končar za unutarnju montažu tipa 4VPA1-12 (-T5, -T5.1, -T5.2, ) - osigurači proizvođača Siba, tipa 3000413 s pripadajućim podnožjima (-F51 i –F52) - epoksidni strujni mjerni transformatori za unutarnju montažu Končar, tipa INA3-12 (-T1) - otpornik za uzemljenje zvjezdišta Končar (-R1) - pripadajući poslužni ormarići u odgovarajućim ćelijama Slika 2. prikaz generatorskog polja s označenom izmijenjenom primarnom opremom 7

Str. 1946. POVEZIVANJE SUSTAVA ZAŠTITA S POSTOJEĆIM SUSTAVOM UPRAVLJANJA Postojeći sustav upravljanja HE Miljacka realiziran je uz pomoć redundantnog hot-stand bySCADA sustava i procesnih stanica pojedinog agregata. SCADA sustav povezan je s procesnimstanicama pojedinih agregata uz pomoć standarda Industrial Ethernet, a na fizičkom sloju ISO/OSIreferentnog modela uz pomoć optičkih sabirnica u topologiji zvijezde (slika 3). SCADA Procesna stanica Procesna sustava dobave vode stanica signalnih MPI tabloa Signalni tablo Industrial Ethernet Procesna stanica agregata C Zaštite generatora Profibus _DP Sustav uzbude Modbus _RTU Protokol konverter Profibus-DP/ Modbus-RTU Slika 3. struktura dogradnje PROCIS-a Ovim projektom postavljen je zadatak povezivanja novih sustava zaštita generatora, sustavauzbude generatora i signalnih tabloa elektrane s PROCIS-om elektrane. Sustav zaštita generatora povezuje se s PROCIS-om elektrane preko procesne stanice agregatauz pomoć Profibus-DP sabirnice i neposrednog ožičenja za signale koji djeluju na zaštitne krugoveagregata. Sinkronizacija realnog vremena također je izvedena preko Profibus-DP sabirnice. Na Profibus-DP sabirnicu spaja se i sustav uzbude generatora uz pomoć protokol konverteraProfibus-DP — MODBUS-RTU, koji je na fizičkom sloju dijelom realiziran uz pomoć optičke sabirnice. Uzto, bitni signali za nesmetan rad, u slučaju otkaza sabirnice, izvode se neposredno bakrenim vodičima. Kako bi se zadržao koncept korištenja signalnih tabloa elektrane, ugrađena je dodatna jedinicasignalnih tabloa koja prima signale s procesnih stanica agregata i prosljeđuje ih na signalne tabloe te naalarmnu zvučnu signalizaciju elektrane. Procesna stanica signalnih tabloa uključena je u PROCIS prekoprocesne jedinice sustava dobave vode smještene u uklopnicu elektrane MPI protokolom. Zbog navedenih potreba dograđuje se procesna stanica agregata novom procesorskomjedinicom s dodatnim Profibus-DP priključkom te dodatna 32 digitalna ulaza i 32 digitalna izlaza. Takođerse zamjenjuje postojeći operaterski panel novim kako bi se omogućilo upravljanje sustavom uzbude slokalnog mjesta upravljanja agregatom, smještenog kod samog agregata, gdje se nalaze i: procesnestanice agregata i turbinskog regulatora te zaštita generatora. Za potrebe prilagodbe PROCIS-a izvode se softverske dogradnje procesne stanice agregata,operaterskog panela agregata, procesne stanice sustava dobave vode smještene u uklopnicu elektrane iSCADA sustava, a za novougrađenu procesnu stanicu signalnih tabloa napisana je softverska aplikacija.8

Str. 1957. REDOSLJED PROJEKTIRANJA I ZAMJENE OPREME Izrada prilagodnog projekta ugradnje nove opreme i prilagođenja postojećeg sustava započela jenakon prikupljanja dokumentacije postojećeg sustava (prilično nepotpune). Na temelju prikupljenogmaterijala napravljena je osnovna koncepcija projekta (izbor opreme, smještaj opreme, proračuni,osnovne strujne sheme). Slijedila je izrada tvorničke dokumentacije svih pojedinačnih dijelova i sustava(zaštita, uzbuda, upravljanje, razvodi i sl.). Nakon završetka, tvornička dokumentacija je unešena uprilagodni projekt. Preostala su završna usaglašavanja nakon kojih je završena i sva potrebnadokumentacija za izvođenje radova (građevinske podloge, pregledni crteži, strujne sheme, kabel liste,priključni planovi). Sve navedene radove na zamjeni postojeće i ugradnji nove opreme potrebno je završiti zavrijeme prekida rada (odgovarajućeg) agregata (u pravilu u vrijeme remonta i/ili nedostatka vode zaproizvodnju). Kako bi se vrijeme izvođenja glavnih radova minimiliziralo, treba voditi računa o tome da jeneke radove moguće završiti i ranije za vrijeme kraćih zastoja agregata – montažu kabelskih polica,građevinske zahvate u prostorijama koje mijenjaju namjenu i slično. Prilikom završnih radova nekolikoekipa radi istovremeno na različitim dijelovima postrojenja (35kV i 6,3kV postrojenje, zvjezdište, prostorijauzbude, strojarnica itd.) što značajno doprinosi tome da se svi radovi na agregatu mogu završiti u roku.Samim time omogućeno je dovoljno vremena za završna ispitivanja i puštanje u pogon obnovljenogsustava.8. UKLAPANJE NOVE OPREME U PREDEFINIRANE GABARITE PROSTORIJA8.1. Generatorske ćelije 6,3 kV Za svaki generator opremaju se tri ćelije 6,3 kV. Prilikom zamjene uzbude i zaštite generatora,postrojenje 6,3 kV se mora u potpunosti rekonstruirati. Rekonstrukcija obuhvaća: demontažu postojećeopreme, izradu novih nosača opreme u ćelijama, izradu poslužnih ormarića i poslužnih ploča,građevinske proboje pregradnih zidova između pojedinih ćelija, izradu novih mrežnih vrata, montažu ispajanje novougrađene opreme. Prilikom rekonstrukcije navedenih ćelija pojavile su se određene poteškoće jer je svaka ćelijaposebna (“unikatna”), a osim toga i sama zgrada nije projektirana za ovakav tip rekonstrukcije; na nekimmjestima ugrađeni su prozori.8.2. Nove kabelske trase Nova oprema se smješta na slijedeća mjesta: - statička uzbuda za sva četiri generatora u prostoriju bivše kompresorske stanice - ormari zaštite u ormare turbinskih regulatora na platou strojarnice na mjesto starih ormara Ovakav smještaj opreme zahtjevao je izradu novih kabelskih trasa. Zbog nemogućnosti velikihgrađevinskih radova (kopanje novih kabelskih kanala) pristupilo se novom načinu vođenja kabela. Na lijevu stranu postrojenja 6,3 kV smještene su ćelije za generatore B; C i D, a na desnu stranu– ćelije za generator A. Na desnoj strani nalazi se i prostorija bivše kompresorske stanice, u koju sesmještaju novi ormari uzbude. Kabelske police u postrojenju 6,3 kV montirane su i učvršćene na pregradne stijene ćelija. Nalijevoj strani predviđene su police za sve kabele tri generatora, a na desnoj strani – police za kabelejednog generatora. Kako kabelska trasa s lijeve strane mora prelaziti hodnik koji služi za transporttransformatora i primarne opreme, to je kabelska trasa montirana vrlo visoko pod sam strop hodnika,zbog čega je bilo potrebno raditi posebne nosače kabelskih polica (slika 4). Ovakav koncept kabelskih trasa zahtijevao je manje građevinske zahvate koji su se sastojali uizradi proboja u zidu između lijeve i desne strane postrojenja 6,3 kV i hodnika te na zidu između hodnika iprostorije za smještaj ormara uzbude. U prostoriji za smještaj ormara uzbude izrađene su kabelske traseiznad samih ormara. Prilikom rekonstrukcije agregata C izrađene su kabelske trase za sva četiri agregata tako da ćemontaža na terenu za ostala tri agregata biti puno jednostavnija i brža. 9

Str. 196 Slika 4. raspored trasa novih kabelskih polica8.3. Montaža ormara zaštite Za svaki generator izrađen je i montira se jedan ormar zaštite. Ovi ormari se smještaju uzpripadajući ormar turbinskog regulatora. Ovakav način smještaja zahtijeva izradu novih nosača ormara,ali omogućuje vrlo jednostavno povezivanje s ormarom turbinskog regulatora.9. ZAKLJUČAK Zamjena sustava zaštita generatora u HE Miljacka je u tijeku. Dio koji je dosad napravljen,obavljen je uspješno i na vrijeme. Usporedno sa zamjenom otklonjeni su i neki manji nedostaci naprimarnoj opremi koji bi se zasigurno s vremenom pojavili kao pogonske poteškoće. Tijekom radova nijebilo neplaniranog smanjenja pogonske spremnosti preostalih agregata. Nije bilo ni nepredviđenihdogađaja niti incidenata. Zamjena je već dijelom pokazala koristi. U potpunosti je automatiziranopokretanje agregata iz mirnog stanja do terećenja na unaprijed zadanu snagu. Povećana je pogonskasigurnost i raspoloživost. Unaprijeđeni su nadzor stanja procesa, upravljanje i dijagnostika.10. LITERATURA[1] Hidroelektrana Miljacka, \"Zamjena sustava uzbuda i zaštita generatora A, B, C i D za Pogon HE na Krki – HE MIljacka“, Dokumentacija za javno nadmetanje, HEP – Proizvodnja d.o.o. Zagreb, Sektor za hidroelektrane, PP HE Jug Split, Pogon HE na Krki, Oklaj, HE Miljacka, prosinac 2005.[2] Ž. Škarica „Prvih sto godina hidroelektrane Miljacka“, Šibenik, 2006.[3] B. Markovčić, I. Prpić, F. Plic, A. Busotto, „Razvoj elektrifikacije Hrvatske, I dio“ (od početka do 1945 god.), Zagreb 1984., str. 152-156.[4] B. Markovčić, A. Busotto, P. Kuzle, A. Puljić, N. Bilčar, B. Spremo, I. Šikić, M. Nadinić, B. Udovičić, „Razvoj elektrifikacije Hrvatske, II dio „ (od 1945 do 1983), Zagreb, 1987., str. 117-119.10

Str. 197HRVATSKI OGRANAK MEĐUNARODNOG VIJEĆA B5-10ZA VELIKE ELEKTROENERGETSKE SUSTAVE – CIGRÉ9. savjetovanje HRO CIGRÉCavtat, 8. - 12. studenoga 2009.Miljenko Brezovec Dinko PečekHEP Proizvodnja d.o.o., PP HE Sjever HEP Proizvodnja d.o.o., PP HE [email protected] [email protected] ANALIZA POREMEĆAJA USLIJED DVOPOLNOG UKLJUČENJA GENERATORA SAŽETAK Prilikom normalnog uključenja generatora B HE Varaždin na mrežu došlo je do dvopolnoguključenja 110 kV prekidača. Iako je jedan pol prekidača ostao neuključen, generator je normalnosinkroniziran te je nesimetrično opterećen ostao u pogonu više od sat vremena. U radu je detaljno opisan tijek događaja te je provedena analiza i rekonstrukcija poremećajauslijed dvopolnog uključenja generatora. Opisan je princip djelovanja i odabir podešenja zaštite odnesimetričnog opterećenja. Za analizu su korišteni zapisi iz lokalnog procesnog i SCADA sustava, tezapisi iz releja zaštite na temelju kojih su doneseni odgovarajući zaključci. Ključne riječi: sinkroni generator, prekidač, nesimetrično opterećenje, zaštita generatora,inverzna struja A CASE STUDY OF GENERATOR UNBALANCE DURING TWO-PHASE CONNECTION TO THE POWER SYSTEM SUMMARY After synchronization of generator B on HPP Varaždin to the power system, there was a two-poleclosing of 110 kV circuit breaker. Although one pole of the circuit breaker was open, generator wassynchronized and has been working with unbalanced load for more than one hour. In the paper flow of events is described in detail, Also analysis and reconstruction of disturbancedue to two-pole closing of generator is made. Principle of operation and chosen settings of unbalancedload protection are described. Records and event lists from local process and SCADA system, as well asrecords from protection relays are used for analysis and as background for conclusions. Key words: synchronous machine, circuit breaker, unbalanced load, generator protection,negative sequence current1. UVOD Nesimetrično opterećenje generatora nastaje uslijed nesimetričnih kratkih spojeva ili prekida faze.Kod nastanka kratkog spoja u mreži djeluju dalekovodne zaštite od kratkih spojeva. U slučaju zatajenjadalekovodnih zaštita generator će isključiti nadstrujna zaštita. Dugotrajnija nesimetrična opterećenjamogu se pojaviti kod prekida jedne faze (npr. ako se ne uključi jedan pol rastavljača ili prekidača). Kod nesimetričnog opterećenja pojavljuju se inverzne struje koje stvaraju inverzno okretnomagnetsko polje koje rotira sinkronom brzinom u smjeru obrnutom od rotora. Ovo inverzno polje inducirau prigušnom namotu i tijelu rotora struje dvostruke frekvencije koje se zatvaraju kroz vodljivi dio nazavršecima namota rotora te uzrokuju zagrijavanje tih dijelova. Dozvoljeno vrijeme rada generatora s 1

Str. 198nesimetričnim opterećenjem ovisi o samoj izvedbi generatora i metodi hlađenja. Stupanj nesimetrijeprikazuje se iznosom inverzne struje u odnosu na nazivnu. Generatori u pravilu dopuštaju inverznu strujuu vrijednosti između 5 i 10% za turbogeneratore, a iznad 12% nazivne struje za hidrogeneratore. Zaštita od nesimetričnog opterećenja djeluje tako što nadzire inverznu komponentu struje. Kakone bi došlo do prorade kod nesimetričnih kvarova u mreži, zaštita djeluje s odgovarajućim vremenskimzatezanjem. Zaštita od nesimetričnog opterećenja ima strujno ovisnu vremensku karakteristiku tako davrijeme prorade bitno ovisi o iznosu inverzne struje. U radu su opisane pojave kod nesimetričnog opterećenja agregata B HE Varaždin nakonzatajenja jednog pola prekidača prilikom uklopa tako da je generator bio dvopolno priključen više od satvremena.2. SPOJ GENERATORA HE VARAŽDIN NA EE SUSTAV HE Varaždin je derivacijska hidroelektrana kanalskog tipa s akumulacijom za djelomično dnevnouređenje dotoka i ima dva jednaka agregata. Svaka proizvodna jedinica sastoji se od Kaplanove turbine svertikalnim vratilom, generatora i blok transformatora. Generatori su preko blok-transformatora spojeni u elektroenergetsku mrežu sjeverozapadneHrvatske s 2 dalekovoda 110 kV prema TS Nedeljanec. Napajanje vlastite potrošnje u normalnompogonu ostvaruje se vezom s distributivnom mrežom preko dalekovoda prema TS Nedeljanec odnosnoTS Vinica uz transformaciju 35/0,4 kV. U slučaju prekida napajanja iz 35 kV mreže vlastita potrošnjamože se napajati s otcjepa generatora transformacijom 10,5/0,4 kV. Za napajanje kritične potrošnje uslučaju nužde koristi se po jedan diesel agregat na strojarnici i brani. Pojednostavljena jednopolna shemaprikazana je na slici 1, a osnovni podaci agregata nalaze se u tablici I. Tablica I. Osnovni podaci agregata HE Varaždin nazivna snaga turbine 45 MW nazivni protok 225 m3/s nazivni neto pad 21,82 m nazivna snaga generatora 50 (53,5) MVA nazivni napon generatora 10,5 kV nazivna struja generatora 2750 A (2942 A) spoj blok-transformatora YNd5 DV 110 kV DV 110 kV DV 35 kV DV 35 kV NEDELJANEC 1 NEDELJANEC 2 NEDELJANEC VINICA DV 35 kV STROJARNICA - BRANA 110 kV 35 kV 35 kV 50 MVA 50 MVA 1000 kVA 115/10.5 kV 115/10.5 kV 35/0.4 kV DA1 800 kVA 1000 kVA 0.4 kV 10.5/0.4 kV 35/0.4 kV 53.5 MVA A B 50 MVA 10.5 kV 10.5 kV C 670 kVA DA2 0.4 kV 0.4 kV BRANA Slika 1. Jednopolna shema HE Varaždin2