Improving the protective properties of electrical equipment in low-voltage cabinets of complete transformer substations auxiliaries NPP

Abstract

EN: Purpose. Analyze the existing problems in the relay-current protection system of electrical installations of 0.4 kVauxiliary substations of nuclear power plants, which do not allow the implementing the "long-range backup" mode, aswell as to increase the sensitivity of relay protection devices to remote short-circuit currents by using additional criteriafor identifying emergency modes in order to ensure selectivity and protection against remote redundancy failures. Methodology. Method of system analysis and synthesis, as well as the theory of electromagnetic transient processesin electric power systems for diagnostics of emergency modesof operation of distribution electrical circuits. Findings. The article shows the need and provides scientific and technical justification for proposals to modernizerelay-current protection systems for 0.4 kV electrical installations using digital technologies to implement the requirementsof "long-range backup". A scientifically sound technical solution is provided for upgrading circuit breakers usingmicroprocessor protection devices, the output circuits of which affect independent electromagnetic tripping devices ofthese circuit breakers. This solution allows for an in-depth analysis of processes in electrical circuits and the implementationof "long-range backup" by building high-speed selective protection and increasing the sensitivity of the protection to short-circuit currents. As a result of modernization of electrical installations of 0.4 kV NPP auxiliary substations due to implementation of new types of relay-current protection, the following is possible: significant reduction of protection response time at all stages between the source and receiver of electric power, both in the normal mode and in the "long-range backup" mode, and, accordingly, significant reduction of thermal effects on elements of electrical installations both from the flowing short-circuit current and from the effect of an electric arc; significant increase in sensitivity of protection to remote short-circuit currents, which will eliminate both cases of possible protection failure and its false operation. After modernization of the entire protection system due to the use of microprocessor protection devices, the existing structure of the protection system will be completely preserved without replacing switches of all stages, which will allow significant savings in time and financial costs compared to other modernization options. Originality The article presents a technical solution for upgrading circuit breakers with microprocessor protection devices, in which the output circuits act on independent electromagnetic releasing mechanismsof these devices. Practical value.The development allows increasing the reliability of emergency protection automation, as well as fire safety of auxiliary substations of nuclear power plants with a voltage of 0.4 kV. UK: Мета роботи. Проаналізувати існуючі проблеми в системі релейно-струмового захисту електроустановок підстанцій власних потреб 0,4 кВ атомних електростанцій, які не дозволяють реалізувати режим "далекого резервування", а також підвищення чутливості пристроїв релейного захисту до струмів короткого замикання шляхом використання додаткових критеріїв для ідентифікації аварійних режимів з метою забезпечення селективності та захисту від відмов дистанційного резервування. Методи дослідження. Метод системного аналізу та синтезу, а також теорія електромагнітних перехідних процесів в електроенергетичних системах для діагностики аварійних режимів роботи розподільних електричних кіл. Отримані результати. У статті показано необхідність та наведено науково-технічне обґрунтування пропозицій щодо модернізації систем релейно-струмового захисту електроустановок 0,4 кВ з використанням цифрових технологій для реалізації вимог «далекого резервування». Запропоновано науково обґрунтоване технічне рішення щодо модернізації автоматичних вимикачів з використанням мікропроцесорних пристроїв захисту, вихідні кола яких впливають на незалежні електромагнітні розчіпні пристрої цих автоматичних вимикачів. Таке рішення дозволяє провести поглиблений аналіз процесів в електричних колах та реалізацію «далекого резервування» шляхом побудови швидкодіючого селективного захисту та підвищення чутливості захисту до струмів короткого замикання. В результаті модернізації електроустановок підстанцій власних потреб 0,4 кВ АЕС завдяки впровадженню нових типів релейно-струмового захисту можливе наступне: значне скорочення часу спрацьовування захисту на всіх етапах між джерелом та приймачем електроенергії, як у нормальному. Режимі, так і в режимі «далекого резервування», і, відповідно, значне зменшення теплового впливу на елементи електроустановок як від протікання струму короткого замикання, так і від впливу електричної дуги; значне підвищення чутливості захисту до струмів дистанційного короткого замикання, що виключить як випадки можливого збою захисту, так і його помилкового спрацьовування. Після модернізації всієї системи захисту за рахунок використання мікропроцесорних пристроїв захисту, існуюча структура системи захисту буде повністю збережена без заміни вимикачів усіх ступенів, що дозволить суттєво заощадити час та фінансові витрати порівняно з іншими варіантами модернізації. Наукова новизна. У статті представлено технічне рішення для модернізації автоматичних вимикачів з мікропроцесорними пристроями захисту, в якому вихідні кола діють на незалежні електромагнітні механізми розблокування цих пристроїв. Практична цінність. Розробка дозволяє підвищити надійність протиаварійної автоматики, а також пожежну безпеку підстанцій власних потреб атомних електростанцій напругою 0,4 кВ.