Przebudowa obwodów wtórnych, telemechaniki i potrzeb własnych stacji 110/6 kV zasilającej zakład górniczy

Sytuacja wyjściowa i znaczenie dla organizacji

Stacja 110/6 kV zasila zakład górniczy: maszyny wyciągowe, pompy głównego odwadniania i rozdzielnie dołowe. Dla kopalni nie jest to jeden z obiektów, tylko warunek prowadzenia ruchu; przerwa w zasilaniu zatrzymuje wydobycie i uruchamia procedury bezpieczeństwa.

Przed pracami rozdzielnia 110 kV pracowała w układzie H3, z wyłącznikami małoolejowymi w polach liniowych i w poprzeczce, odgromnikami zaworowymi i dwoma transformatorami 110/6 kV o mocy 10 MVA. Urządzenia obwodów wtórnych pól 110 kV były zabudowane w wyeksploatowanych szafach kablowych na terenie stacji oraz na tablicach zabezpieczeniowych w nastawni, w budynku rozdzielni 6 kV.

Powodem prac była przebudowa układu stacji i nowe warunki przyłączenia wydane przez operatora sieci dystrybucyjnej, które określały wykaz sygnałów telemechaniki dla stanu docelowego. Inwestor musiał mieć pod kontrolą trzy rzeczy: zgodność z warunkami przyłączenia, ciągłość zasilania w trakcie robót prowadzonych przy czynnym zakładzie oraz kompletność dokumentacji do odbioru przez operatora i nadzór górniczy. Do zachowania pozostawał budynek rozdzielni 6 kV wraz z nastawnią i istniejące pola 6 kV, które nie podlegały modernizacji.

Najważniejsze wyzwanie

Dla decydenta ryzyko brzmiało tak: stacja po przebudowie musi zostać odebrana przez operatora sieci, a operator wymaga określonych sygnałów i pomiarów. Jeśli telemechanika nie dostarczy ich w wymaganej formie, odbiór się nie odbędzie, a zakład zostanie z nową aparaturą i starym problemem.

Technicznie trudność zaczynała się od stanu istniejącego. W nastawni stała szafa z urządzeniami transmisji danych, ale ani inwestor, ani operator nie dysponowali jej dokumentacją. Nie było wiadomo, jakie sygnały przez nią przechodzą ani jak jest skonfigurowana. Decyzja inżynierska brzmiała: nie próbować rozbudowywać układu o nieznanej logice, tylko zaprojektować telemechanikę od nowa pod wykaz sygnałów z warunków przyłączenia.

Druga trudność dotyczyła zabezpieczenia szyn. Klasyczne rozwiązanie, osobny komplet przekaźników różnicowych szyn, oznaczało dodatkowe rdzenie przekładników, okablowanie i koszty. Zamiast tego zabezpieczenie szyn oparto na wstecznej, czwartej strefie zabezpieczeń odległościowych w polach liniowych, z blokadami od pozostałych pól przesyłanymi cyfrowo.

Zakres odpowiedzialności OPA-LABOR

• Zinwentaryzowano aparaturę pierwotną i wtórną pól 110 kV, w tym istniejące przekładniki i układ transmisji danych.
• Przeanalizowano warunki przyłączenia i wyznaczono wykaz sygnałów przekazywanych do operatora.
• Zaprojektowano obwody wtórne pięciu pól 110 kV: dwóch liniowych, dwóch transformatorowych i sprzęgła, w polowych szafach przekaźnikowych.
• Zaprojektowano zabezpieczenie szyn i automatykę lokalnej rezerwy wyłącznikowej wraz z logiką blokad.
• Zaprojektowano telemechanikę, system sterowania i nadzoru stacji oraz sygnalizację centralną.
• Dobrano aparaturę obwodów pierwotnych i wtórnych czterech pól 6 kV na podstawie obliczeń zwarciowych i zaprojektowano nowy most szynowy 6 kV.
• Zaprojektowano potrzeby własne 0,4 kV AC z automatyką SZR, potrzeby własne DC, uziemienie, ochronę odgromową, oświetlenie i monitoring stacji.
• Zaprojektowano układ rozliczeniowego pomiaru energii w czterech punktach z transmisją do operatora.
• Udokumentowano całość w piętnastu tomach projektu wykonawczego.

Rozwiązanie techniczne

Obwody wtórne 110 kV i telemechanika

Stan przed: przekaźniki elektromechaniczne na tablicach w nastawni i obwody w szafkach kablowych na stacji. Rozwiązanie: pięć polowych szaf przekaźnikowych w nastawni, po jednej na pole, oraz szósta szafa z urządzeniami telemechaniki, systemu sterowania i nadzoru oraz sygnalizacji centralnej. Sygnały o zadziałaniu zabezpieczeń pochodzą z przekaźników polowych, a położenia łączników WN i pomiary prądów, napięć oraz mocy czynnej i biernej ze sterowników polowych, które równocześnie pełnią funkcję zabezpieczeń rezerwowych. Sterowniki wyposażono w osobne karty pomiarowe zasilane z odrębnych, pomiarowych rdzeni przekładników, dzięki czemu tor pomiarowy do operatora zachowuje wymaganą klasę niezależnie od toru zabezpieczeniowego.

Do operatora trafiają: dwubitowe sygnały położenia wszystkich łączników WN, sygnały zadziałania zabezpieczeń wyłączających ze wszystkich pól, pomiar prądów fazowych ze wszystkich pól, pomiary napięć i mocy z pól liniowych i transformatorowych oraz zbiorczy sygnał awarii. Zabezpieczenia cyfrowe połączono w architekturze gwiazdy przez przełączniki polowe z koncentratorem danych, który jest zarazem serwerem dla stanowisk lokalnych i konwerterem protokołów wobec systemu nadrzędnego.

Zabezpieczenie szyn i rezerwa wyłącznikowa

Strefa chroniona obejmuje szyny zbiorcze 110 kV, a jej granicą jest miejsce zainstalowania przekładników prądowych w polach. Zadziałanie następuje, gdy algorytm czwartej strefy zabezpieczenia odległościowego w polu liniowym pobudzi się przy braku blokady. Blokady wystawiają pozostałe pola: pobudzenie stref 1 i 2 w polu linii przeciwległej, zadziałanie zabezpieczenia różnicowego lub odcinającego nadprądowego w polach transformatorowych, z uwzględnieniem położenia łączników WN. Sygnały te są przesyłane komunikatami GOOSE według IEC 61850; każde pole ma wykaz sygnałów generowanych i wykorzystywanych. Dobór przekładników sprawdzono obliczeniowo, porównując obciążenie wnoszone przez przyłączone urządzenia z dopuszczalnym obciążeniem każdego uzwojenia.

Pola 6 kV i most szynowy

W czterech polach rozdzielni 6 kV wymieniono oszynowanie, wyłączniki mocy, odłączniki systemowe i przekładniki prądowe oraz zabudowano cyfrowe zespoły sterowania, automatyki i zabezpieczeń. Dobór aparatury i nastaw oparto na obliczeniach prądów zwarciowych według PN-EN 60909-0, z oceną zasięgów działania zabezpieczeń przy zwarciach wielofazowych. Dwa transformatory 6/0,4 kV o mocy 400 kVA zastąpiono jednostkami 800 kVA. Most szynowy 6 kV z odgromnikami zaworowymi zdemontowano i zastąpiono nowym na nowych konstrukcjach wsporczych, z ogranicznikami przepięć. Stanowiska transformatorów 110/6 kV dostosowano do wymagań ochrony środowiska w zakresie hałasu oraz odwadniania i odolejania.

Potrzeby własne i pomiar rozliczeniowy

Rozdzielnicę główną potrzeb własnych 400/230 V AC zaprojektowano jako dwusekcyjną, z zasilaniem każdej sekcji osobną linią kablową z odrębnego transformatora 800 kVA, wyłącznikami mocy 1250 A w polach zasilających i automatyką SZR. Osobne tomy objęły potrzeby własne prądu stałego oraz uziemienie, ochronę odgromową, oświetlenie i monitoring wizyjny stacji. Układ pomiaru rozliczeniowego obejmuje dwa przyłącza liniowe 110 kV i dwa transformatory 10 MVA, z transmisją danych z liczników do operatora, i został uzgodniony z warunkami przyłączenia oraz Instrukcją Ruchu i Eksploatacji Sieci Dystrybucyjnej.

Testy, uruchomienie i odbiór

Na etapie projektu zweryfikowano obliczeniowo dobór przekładników prądowych (obciążenie uzwojeń pomiarowych i zabezpieczeniowych) oraz dobór aparatury 6 kV na podstawie prądów zwarciowych. Projekt określa wykaz sygnałów telemechaniki do sprawdzenia z operatorem oraz zestawienia materiałów dla każdego tomu. Każdy tom zawiera oświadczenie projektanta o zgodności z przepisami wydane na podstawie art. 20 Prawa budowlanego i spis dokumentów związanych, w tym warunki przyłączenia, na których oparto zakres.