A

utomatyki przeciwawaryjne i
poawaryjne spełniają bardzo

istotną rolę w pracy systemu elek-
troenergetycznego, w aspekcie bez-
pieczeństwa jego funkcjonowania i
ciągłości dostaw energii. Natomiast
ich ewentualne nieprawidłowe
działanie może być przyczyną po-
wstania znacznych strat. Automa-
tyka samoczynnego częstotliwo-
ściowego odciążania (SCO) jest au-
tomatyką prewencyjną, zapobiega-
jącą pogłębieniu się niezbilansowa-
nia mocy generowanej i pobieranej,
co w konsekwencji może prowadzić
do wystąpienia poważnej awarii
systemowej. Natomiast automaty-
ki: samoczynnego załączania rezer-
wy (SZR) i samoczynnego ponow-
nego załączania (SPZ) należą do gru-
py automatyki zabezpieczeniowej
restytucyjnej, przywracającej stan
normalnej pracy sieci po wyelimi-
nowaniu lub usunięciu przyczyny
wywołującej zakłócenie. Ich znacze-
nie jest szczególnie istotne pod
względem wielkich awarii systemo-
wych, które miały miejsce w Sta-
nach Zjednoczonych i w Europie.
Środowisko elektroenergetyków,
odpowiedzialne za właściwą pracę
elektroenergetycznej automatyki
zabezpieczeniowej (EAZ), stosunko-
wo ostrożnie wprowadza nowe roz-
wiązania w tym zakresie. Oczekiwa-
ne są rozwiązania niezawodne, w
coraz większym stopniu przetesto-

wane i dopracowane w każdym
szczególe. Niemniej jednak postęp
technologiczny umożliwia realiza-
cję funkcji dotychczas trudnych do
wykonania lub też wcześniej nie-
osiągalnych. Odpowiednie zastoso-
wanie nowoczesnych urządzeń po-
zwala również na zwiększenie nie-
zawodności działania automatyki
zabezpieczeniowej.

automatyka samoczynnego często-

tliwościowego odciążania (SCO)

W sytuacji wystąpienia deficy-

tu mocy w obszarze systemu elek-
troenergetycznego, automatyka sa-
moczynnego częstotliwościowego
odciążania ma za zadanie dopro-
wadzić do odpowiednio szybkiego
wyłączenia części odbiorów, dzięki
czemu ma zostać przywrócona rów-
nowaga mocy generowanej i odbie-
ranej. Umożliwia to utrzymanie w
sytuacji krytycznej pracy generato-
rów synchronicznych i zachowa-
nie zasilania najważniejszych od-
biorów, w tym potrzeb własnych
elektrowni. Przywracanie równo-
wagi przez zwiększenie mocy wy-
twarzanej, w przypadku znacznego
niezbilansowania mocy, może oka-
zać się zbyt powolne lub też wręcz
niedostępne.

Miarą niezbilansowania się

mocy generowanej i odbieranej
jest obniżenie się częstotliwości,
przy czym istotny jest nie tylko

poziom, ale i szybkość jej zmian.
W celu realizacji automatyki SCO,
wystarczy zidentyfikować obniże-
nie się poziomu częstotliwości oraz
ewentualnie jej gradient i w odpo-
wiednim czasie doprowadzić do
wyłączenia części odbiorów. Nasta-
wienie liczby i poziomów progów
częstotliwości, określenie koniecz-
nych do ograniczenia w danym pro-
gu odbieranych mocy, wybór odbio-
rów przewidzianych do wyłączenia,
wynika z przyjętej przez operatora
systemu przesyłowego oraz opera-
torów systemów rozdzielczych stra-
tegii w zakresie odciążania. W Pol-
sce system automatyki SCO jest sys-
temem rozproszonym, tzn. pomiar
częstotliwości i decyzje sterowni-
cze związane z SCO odbywają się
na poziomie poszczególnych stacji
elektroenergetycznych. Systemy
centralne, których działanie może
być bardziej precyzyjne, bo oparte
na większej ilości informacji o pra-
cy systemu elektroenergetycznego.
Wymagają one jednak rozbudowa-
nej sieci teletransmisyjnej, a konse-
kwencje ewentualnej nieprawidło-
wej pracy centralnego SCO mogą
okazać się bardzo poważne.

Technika cyfrowa daje moż-

liwość zaimplementowania szyb-
kich, dokładnych i mniej wrażli-
wych na zakłócenia algorytmów
pomiaru częstotliwości i jej zmian
w czasie (d

f

/d

t

). Przykładowo w star-

szych przekaźnikach podczęstotli-
wościowych pomiar był fałszowany
podczas obniżenia się poziomu na-
pięcia pomiarowego. Znikają rów-
nież ograniczenia techniczne i eko-
nomiczne, co do możliwych do zre-
alizowania liczby grup SCO.

Podczas realizacji automatyki

SCO na stacji coraz częściej rezygnu-
je się z tradycyjnego układu SCO, w
którym przekaźniki podczęstotlio-
ściowe montowane były w polach
pomiaru napięcia rozdzielni śred-
niego napięcia i w przypadku za-
działania wysyłały impulsy wyłącza-
jące do poszczególnych pól odejścio-
wych (liniowych), za pomocą obwo-
dów okrężnych SCO. Niektórzy pro-
ducenci zabezpieczeń [2] proponu-
ją rozwiązanie upraszczające obwo-
dy wtórne stacji, gdzie informacja o
zadziałaniu funkcji podczęstotliwo-
ściowej z zabezpieczenia zainstalo-
wanego w polu pomiaru napięcia
wysyłana jest za pomocą cyfrowego
łącza wykorzystywanego dla realiza-
cji telemechaniki do komputera sta-
cyjnego (koncentratora) i rozsyłana
dalej kanałami cyfrowymi do zabez-
pieczeń pól liniowych porównują-
cych kod otrzymanej informacji z
nastawieniami w zakresie SCO (rys.
1). Jeśli informacja o poziomie ob-
niżenia się częstotliwości odpowia-
da nastawieniom, następuje otwar-
cie wyłącznika w polu. Dostępność
funkcji w zabezpieczeniach cyfro-

w w w . e l e k t r o . i n f o . p l

n r 3 / 2 0 0 4

a u t o m a t y k a z a b e z p i e c z e n i o w a

32

automatyki przeciwawaryjne

i poawaryjne

nowoczesne rozwiązania

mgr inż. Jacek Floryn – Zakład Energetyczny Wrocław SA

W artykule zaprezentowano aktualnie stosowane, nowoczesne rozwiązania w za-

kresie automatyk samoczynnego załączania rezerwy (SZR), samoczynnego ponow-

nego załączania (SPZ) i samoczynnego częstotliwościowego odciążania (SCO) i w

stacjach elektroenergetycznych oraz wskazano kierunki ich dalszego rozwoju.

wych umożliwia jeszcze inne podej-
ście do realizacji automatyki SCO.
Mianowicie pomiar częstotliwości
i decyzje sterownicze wykonywane
są w każdym polu liniowym śred-
niego napięcia w stacji głównego za-
silania, przez co zwiększa się nieza-
wodność układu i ogranicza skutki

ewentualnego błędnego zbędnego
zadziałania SCO. Wymaga to jednak
instalacji przekładników napięcio-
wych w każdym polu lub rozpro-
wadzenia obwodów napięciowych
z pól pomiaru napięcia do wszyst-
kich pól liniowych.

automatyka samoczynnego

ponownego załączania (SPZ)

Automatyka SPZ, stosowana w

polach linii napowietrznych i napo-
wietrzno-kablowych, gdzie oczekuje
się występowania zwarć przemijają-
cych, ma powodować ponowne za-
łączenie linii po jej wcześniejszym
wyłączeniu przez jej zabezpiecze-
nia. Ponowne załączenie w cyklu
automatyki SPZ następuje po upły-
wie krótkiego czasu, zwanego cza-
sem przerwy beznapięciowej. Czas
ten wynosi 0,4…1,2 sekundy (tzw.
SPZ szybki) lub kilka (kilkaset) se-
kund (SPZ powolny) i jest niezbęd-
ny dla dejonizacji przestrzeni połu-
kowej, ustania przyczyny wywołują-
cej zwarcie, zadziałania automatyk
w głębi sieci. W zależności od sposo-
bu impulsowania, rozróżnia się au-

tomatykę SPZ jedno- i trójfazową, a
w zależności od liczby łączeń jedno-
i wielokrotną. Skuteczność automa-
tyki SPZ zależy od wielu czynników.
Część z nich jednocześnie determi-
nuje prawdopodobieństwo wystę-
powania zwarć przemijających. Na
skuteczność SPZ w sposób istotny

wpływa czas wyłączenia zwarcia bę-
dący sumą czasu działania zabezpie-
czeń i czasu własnego wyłącznika.
Dla przykładu: obserwowana sku-
teczność SPZ w sieci 110 kV ZE
Wrocław SA mieści się w granicach
72...78 %, natomiast w sieci napo-
wietrzno - kablowej z punktem ze-
rowym uziemionym przez rezystor
wynosi ona ok. 50% dla zwarć wie-
lobiegunowych i ok. 90% dla zwarć
doziemnych [1]. Stosowanie auto-
matyki SPZ powoduje zwiększenie
ciągłości i pewności zasilania od-
biorców, zmniejsza prawdopodo-
bieństwo wypadnięcia z synchro-
nizmu generatorów pracujących w
połączonym systemie elektroener-
getycznym oraz umożliwia skraca-
nie czasów trwania zwarć.

Współcześnie automatykę SPZ

realizuje się najczęściej w zabezpie-
czeniu cyfrowym, które integruje
funkcje zabezpieczeniowe auto-
matyki i często telemechaniki. Roz-
wiązanie takie znacznie upraszcza
układ obwodów wtórnych w polu
liniowym i w związku z tym pozy-
tywnie wpływa na niezawodność

automatyki. Znikają również w ta-
kim przypadku bariery w uzyskaniu
wymaganego algorytmu działania
SPZ – możliwości nastawcze są za-
zwyczaj bardzo szerokie. Duża ela-
styczność urządzeń cyfrowych wy-
wołuje uzależnienia działania au-
tomatyki SPZ od rodzaju zwarcia.
I tak w sieciach średniego napięcia
można wykonywać większą liczbę
prób załączenia linii w przypadku
zadziałania zabezpieczeń ziemno-
zwarciowych, a poprzestać na jed-
nokrotnym SPZ w przypadku wy-
stąpienia zwarć wielobiegunowych,
których prawdopodobieństwo prze-
minięcia jest mniejsze. Dzięki temu
możliwe jest podniesienie skutecz-
ności automatyki SPZ, nie naraża-
nie wyłączników na częstsze przery-
wanie prądów zwarciowych, a także
ograniczenie liczby zapadów napię-
cia wywołanych zwarciami. Zdecy-
dowanemu uproszczeniu, przy za-
stosowaniu zabezpieczeń cyfro-
wych, ulega układ obwodów wtór-

nych pola linii wysokiego napięcia,
gdzie z reguły stosowany jest układ
jednofazowej i trójfazowej automa-
tyki SPZ. Złożony jest on z wielu
przekaźników i skomplikowanych
obwodów i dlatego zostaje zastąpio-
ny zintegrowanym urządzeniem re-
alizującym funkcje zabezpieczenio-
we, wybór faz i logikę SPZ. Wyko-
rzystując jego bogate funkcje, moż-
na łatwo realizować kontrolę syn-
chronizmu lub obecności napięcia
na linii, przy załączaniu w cyklu
automatyki SPZ. Podobnie, dzięki
logice wewnętrznej zabezpieczeń,
można blokować załączenie w cy-
klu SPZ, w przypadku obecności na-
pięcia na linii SN współpracującej z
elektrownią lokalną. W celu przy-
spieszenia i zwiększenia selektyw-
ności pracy zabezpieczeń linii wy-
sokich napięć coraz częściej wyko-
rzystuje się łącza telekomunikacyj-
ne do realizacji funkcji telezabez-
pieczeń. Nowoczesne terminale, bo
tak coraz powszechniej nazy-

Rys. 1 Idea rozwiązania układu SCO z wykorzystaniem magistrali cyfrowej kanału telemechaniki

33

a u t o m a t y k a z a b e z p i e c z e n i o w a

34

wa się zabezpieczenia integrujące
bogate funkcje zabezpieczeniowe
i automatyki z funkcjami sterow-
niczymi oraz telemechaniki i reje-
stracji, dają bardzo elastyczną moż-
liwość programowania działania au-
tomatyki SPZ, w powiązaniu z logi-
ką wspomnianych układów teleza-
bezpieczeń.

automatyka samoczynnego

załączania rezerwy (SZR)

Automatyka SZR odgrywa bar-

dzo istotną rolę w zakresie zwięk-
szania pewności zasilania odbior-
ców – przerwa związana z cyklem
przełączania jest zazwyczaj krót-
ka. Automatyka SZR pozwala na
utrzymywanie bezpieczniejszych
układów sieciowych, choćby pod
względem mocy zwarciowych. Jej
funkcją jest załączenie źródła re-
zerwowego w przypadku zaniku
zasilania ze źródła podstawowego.
Przy załączaniu źródła rezerwowe-
go musi być uwzględniony fakt, że
załączenie pewnych odbiorów po-
winno być poprzedzone spełnie-
niem pewnych warunków lub też
w ogóle jest niedopuszczalne. Do-
tyczy to kilku ciągów technologicz-
nych, które nawet po bardzo krót-
kiej przerwie nie mogą być ponow-
nie samoczynnie załączane, a tak-
że maszyn wirujących. Automa-
tykę SZR realizuje się obecnie za
pomocą:

ƒ

Wyspecjalizowanych automatów

SZR, które identyfikują potrzebę
działania SZR i wykonują założo-
ną logikę przełączeń. Często po-
siadają one możliwość dowolnej
konfiguracji, czyli elastycznego
ustalania przez projektanta logiki
działania układu.

ƒ

Terminali zabezpieczeniowych

wyposażonych w funkcje zabez-
pieczeń napięciowych wraz z bo-
gatą programowalną logiką wew-

nętrzną, spełniających jednocze-
śnie inne funkcje zabezpieczenio-
we (np. zabezpieczeń nadprądo-
wych w polu sprzęgła).

ƒ

Komputera stacyjnego z zaprogra-

mowaną sekwencją łączeniową, w
powiązaniu z sygnałami z zabez-
pieczeń napięciowych.

ƒ

Typowych sterowników progra-

mowalnych.

Wybór rozwiązania zależny jest

od wymagań stawianych układowi
SZR, w tym dotyczących niezawod-
ności, oczekiwanej logiki działania i
jej złożoności. Często istotną rolę w
wyborze odgrywają względy eksplo-
atacyjne i przyzwyczajenia persone-
lu obsługi. Dedykowane urządzenia
pozwalają na realizację bardzo wy-
rafi nowanych układów SZR. Prze-
łączanie między kilkoma źródłami,
kontrola obecności napięcia reszt-
kowego, wybór optymalnego cza-
su załączenia źródła rezerwowego
przestały być problemem. Realizuje
się przełączenia quasi synchronicz-
ne i poszukuje się nowych kryte-
riów działania automatyki SZR [3].
Proponuje się sterowniki SZR, któ-
rych kryterium działania, oprócz
obniżenia poziomu napięcia i kry-
terium wyłącznikowego, jest szyb-
kość obniżenia się napięcia zasila-

nia. Dla układów zasilania silników
elektrycznych dostępne są urządze-
nia SZR wybierające najkrótszy z
możliwych bezpiecznych dla ma-
szyn wirujących momentów załą-
czenia rezerwy. Wykonuje się rów-
nież automatyki adaptacyjne, któ-
rych logika działania jest uzależnio-
na od warunków pracy układu zasi-
lania. Głównym celem tych nowych
układów SZR jest skracanie czasów
opóźnienia załączania zasilania za
źródła rezerwowego.

Układ automatyki SZR z wy-

korzystaniem zabezpieczeń cyfro-
wych, zainstalowanych w polach
łączników szyn, w polach pomia-
ru napięcia i transformatorów za-
silających, które można nazwać
układem rozproszonym, ma tą za-
letę, że upraszcza obwody wtórne
i nie wymaga dedykowanego urzą-
dzenia SZR. Nową jakość mogą za-
oferować układy SZR współpracują-
ce z łącznikami energoelektronicz-
nymi. Wyeliminowanie łączników
z klasycznymi stykami daje możli-
wość przełączania zasilania w cza-
sie zaledwie kilku milisekund. Łącz-
niki takie są budowane dla napięć
nie przekraczających kilkudziesię-
ciu kilowoltów.

wnioski

Automatyki SCO, SPZ, SZR

mają istotne znaczenie dla obro-
ny systemu elektroenergetyczne-
go przed awarią systemową oraz
wpływają na pewność i jakość do-
staw energii. Idea wielu algoryt-
mów realizacji tych automatyk po-
została od dziesięcioleci niezmie-
niona. Zastosowanie techniki cy-
frowej, która dziś nie jest niczym
nowym w układach elektroenerge-
tycznej automatyki zabezpieczenio-
wej, pozwoliło na prostszą i precy-
zyjniejszą realizację funkcji zabez-
pieczeniowych i automatyk. Moż-

liwe stało się też wykonywanie
funkcji, których realizacja w prze-
szłości była niemożliwa lub bardzo
kosztowna. Integracja wielu funk-
cji w zabezpieczeniach doprowadzi-
ła do znacznego uproszczenia ukła-
dów automatyk w obiektach energe-
tycznych. Wciąż jeszcze istnieją wy-
zwania wynikające z implementa-
cji techniki mikroprocesorowej w
automatyce elektroenergetycznej,
ponieważ wiele rozwiązań wyma-
ga udoskonalenia, czego wyrazem
są poglądy środowiska naukowców
oraz specjalistów związanych z eks-
ploatacją EAZ, że technika cyfrowa
nie do końca spełniła związane z
nią oczekiwania [4].

literatura

1.

Floryn J., Zabezpieczenia ziemno-

zwarciowe w sieci średniego na-
pięcia uziemionej przez rezystor –
doświadczenia eksploatacyjne, VI
Konferencja Naukowo - Technicz-
na Automatyzacja Sieci rozdziel-
czej Krajowego Systemu Elektro-
energetycznego - zbiór referatów,
Zamość 2002.

2.

Zabezpieczenie Ex-BEL_Z2U, Do-

kumentacja techniczna, Elkom-
tech S.A. 2000.

3.

Głowocz R., Poprawa niezawod-

ności zasilania odbiorów poprzez
wykorzystanie nowych funkcji
skracających czas działania urzą-
dzeń SZR, I Konferencja Nauko-
wo - Techniczna Diagnostyka w
sieciach elektroenergetycznych
zakładów przemysłowych, Płock
2000.

4.

Kockot MJ, Experiences In The Al-

location And Grouping of Func-
tions In Integrated Protection And
Control Systems: Lessons Ler-
ned, Trends, And Future Require-
ments, CIGRE Study Committee
34 Colloquium And Meetig, Flo-
rence, Italy 1999.

Rys. 2 Zabezpieczenia cyfrowe integrują w

sobie wiele funkcji w tym automa-

tykę SPZ

w w w . e l e k t r o . i n f o . p l

n r 3 / 2 0 0 4

a u t o m a t y k a z a b e z p i e c z e n i o w a

34

33