82
Адаптивная быстродействующая
защита линии при неуспешном ОАПВ
УДК 621.316.925
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА
И АВТОМАТИКА
Ефремов
В
.
А
.,
к.т.н., доцент кафедры
ТОЭ и РЗА ЧувГУ
им. И.Н. Ульянова,
директор центра
применения продукции
ООО «Релематика»
Ефремов
А
.
В
.,
инженер-исследователь
3 категории
ООО «Релематика»
В
статье
рассмотрены
вопросы
применения
быстродействующей
адаптивной
токовой
защиты
для
линий
с
пофазным
управлением
выключателями
при
неуспешном
однофаз
-
ном
автоматическом
повторном
включении
(
ОАПВ
).
Приведена
методика
расчета
пара
-
метров
срабатывания
защиты
в
зависимости
от
текущего
нагрузочного
режима
.
Ключевые
слова
:
защиты с абсолют-
ной селективностью,
защиты линий в не-
полнофазных режимах,
неуспешное ОАПВ,
токовые защиты не-
полнофазного режима,
адаптивные токовые
защиты
Б
ыстродействие защит с абсо-
лютной селективностью при
отключении повреждения на
линиях электропередачи (ЛЭП)
является ключевым требованием к за-
щитам на линиях с пофазным управле-
нием выключателями [1]. Оно актуально
при отключении повреждения на непо-
врежденных фазах в цикле однофазного
автоматического повторного включения
(ОАПВ) и при неуспешном ОАПВ. Наи-
более оптимальным с точки зрения та-
ких требований является направленная
высокочастотная защита (НВЧЗ) линии.
Однако алгоритм ее функционирования
вынуждает выводить эту защиту из дей-
ствия в неполнофазных циклах ОАПВ
[2]. Перевод НВЧЗ в цикле ОАПВ в ре-
жим дифференциально-фазной защиты
(ДФЗ), как показано в [3], неэффективен
из-за отказа дифференциально-фазного
принципа [4] в действии при неуспешном
ОАПВ практически на всех существую-
щих линиях с пофазным управлением
220–750 кВ, равно как и применение
ДФЗ в качестве защиты неповрежден-
ных фаз. Для таких целей применяют бо-
лее простое решение с использованием
токовой защиты неповрежденных фаз
(ТЗНФ) [5]. Рассмотрим более подробно
решение проблемы, которое позволяет
увеличить быстродействие защиты ли-
нии при неуспешном ОАПВ.
ЗАЩИТЫ
ЛЭП
ПРИ
НЕУСПЕШНОМ
ОАПВ
Для решения задачи отключения линии
при неуспешном ОАПВ могут приме-
няться различные измерительные ор-
ганы [6]. Их свод приведен в таблице 1.
Анализ защит и функций, пред-
ставленных в таблице 1, показывает,
что в качестве защиты линии при не-
успешном ОАПВ наряду с традици-
онным применением фазного реле
сопротивления, имеющим времена
срабатывания более 80 мс, может быть
применено комбинированное реле тока
симметричных и аварийных составляю-
щих (КРТСиАС). Применение фазного
реле сопротивления и его недостатки,
связанные с большими временами от-
ключения неуспешного ОАПВ, уже не
раз описаны в литературе [7, 8].
Табл. 1. РЗА для решения задачи отключения линии при неуспешном ОАПВ
№ Защита
Принцип действия
Применимость, комментарии
1 НВЧЗ
Реагирование на направление мощно-
сти обратной последовательности
Нет. Защита выводится из рабо-
ты в цикле ОАПВ
2 ДФЗ
Определение направления аварийного
тока по концам линии
Ограниченно. Принцип защиты
отказывает при сложных видах
повреждения [4]
3 ДЗ
Реагирует на междуфазную петлю по-
вреждения
Нет. Возможно применение толь-
ко фазного реле сопротивления
4 ТЗНП
Реагирует на величину тока и направ-
ление мощности нулевой последова-
тельности
Нет. Защита выводится из рабо-
ты в цикле ОАПВ
5 Фазное
РС АПВ
Реагирует на напряжение и ток по-
врежденной фазы
Да. Большие времена отключе-
ния [3]
6 КРТСиАС
Реагирует по схеме «И» на суммарные
величины токов обратной и нулевой
последовательности и их аварийные
составляющие
Да. Реле пускается на время
включения выключателя
83
АДАПТИВНАЯ
ТОКОВАЯ
ЗАЩИТА
ЛЭП
ПРИ
НЕУСПЕШНОМ
ОАПВ
Анализ режимов для построения алгоритма
КРТСиАС приводит к выводу, что алгоритм работы
комбинированного токового реле зависит только
от текущих величин фазных токов, то есть по сво-
ей сути такое реле является адаптивным к теку-
щему нагрузочному режиму, а перечень необходи-
мых измерительных органов делает его структуру
близкой к алгоритму действия ТЗНФ [5], которая
включает два реле: комбинированное реле тока
симметричных (КРТСС) и аварийных (КРТАС) со-
ставляющих. Первое реле, реагирующее на алге-
браическую сумму токов обратной и нулевой по-
следовательностей:
(
I
2
+
I
0
)
уст
=
I
2уст
+
I
0уст
=
I
уст
и (
mod
(
I
2
) +
mod
(
I
0
)) ≥
I
уст
,
(1)
необходимо для блокирования действия аварийных
составляющих КРТАС при отключении присоеди-
нения, когда наблюдается резкое снижение токов
симметричных составляющих
I
2
и
I
0
, например, при
переходе в симметричный режим работы или при от-
ключении линии [7].
Алгоритм КРТАС сравнивает сумму модулей ава-
рийных составляющих обратной и нулевой последо-
вательностей с уставкой:
(
I
2 авар
+
I
0 авар
)
уст
=
I
2 авар уст
+
I
0 авар уст
=
I
уст
и (
mod
(
I
2 авар
) +
mod
(
I
0 авар
)) ≥
I
уст
,
(2)
где
I
2 авар
=
I
2 неполфазн
–
I
2 КЗ неусп.ОАПВ
— аварийная состав-
ляющая обратной последовательности, определяе-
мая как разность величин токов обратной последо-
вательности в неполнофазном режиме цикла ОАПВ
I
2 неполфазн
и в режиме неуспешного повторного включе-
ния
I
2 КЗ неусп.ОАПВ
;
I
0 авар
=
I
0 неполфазн
–
I
0 КЗ неусп.ОАПВ
— ава-
рийная составляющая нулевой последовательности,
определяемая как разность величин токов нулевой
последовательности в неполнофазном режиме цик-
ла ОАПВ
I
0 неполфазн
и в режиме неуспешного повторно-
го включения
I
0 КЗ неусп.ОАПВ
.
На рисунке 1 показана логика выявления не-
успешного ОАПВ и формирование команды на от-
ключение линии на базе адаптивного комбинирован-
ного токового реле.
Рассмотрим расчет параметров срабатывания
(уставок) модуля выявления неуспешного ОАПВ.
Уставки элементов времени на возврат
T
неуспОАПВ
и
T
авар
зависят от времени включения и отключения
выключателя и рассчитываются
из условия обеспечения:
– надежного отключения при
включении на устойчивое
повреждение или повторного
пробоя в месте повреждения
по формуле:
T
неуспОАПВ
=
T
вкл
+
T
откл
+
T
зап
;
– формирования сигнала на
отключение при неуспешном
ОАПВ по формуле:
T
авар
=
T
откл
+
T
зап
,
где
T
вкл
и
T
откл
— соответственно время включения
и отключения выключателя;
T
зап
= 0,1 сек — время
запаса.
При неуспешном ОАПВ блок выявления неуспеш-
ного ОАПВ (на рисунке 1) формирует сигнал отклю-
чения линии по схеме «И» от токовых реле и дис-
кретного сигнала блока ОАПВ.
РАСЧЕТ
ПАРАМЕТРОВ
СРАБАТЫВАНИЯ
АДАПТИВНОЙ
ТОКОВОЙ
ЗАЩИТЫ
Особый интерес представляет расчет параме-
тров срабатывания токовых измерительных орга-
нов (ИО) [6]. Величина уставки суммарного тока
(
mod
(
I
2
) +
mod
(
I
0
)) ≥
I
уст
должна быть адаптивно отстро-
ена от текущего режима. Рассмотрим случай расчета
по максимальному рабочему току
I
2
+
I
0
=
f
(
I
раб макс
)
в неполнофазном режиме цикла ОАПВ. Эта уставка
суммарного тока будет максимальной и может быть
использована как уставка в неадаптивных версиях
защиты. Ее можно рассчитать следующим образом:
I
2
= (
a
2
I
B
+
a
I
C
) /3 =
I
A
/3;
I
0
= (
I
B
+
I
C
)/3 =
I
A
/3;
I
2
+
I
0
=
I
2
+
I
0
= 2
I
фазн.раб
/3,
I
уст
≥ 2
k
отс
I
раб макс
/3,
где
I
B
,
I
C
— токи неповрежденных фаз в цикле ОАПВ,
I
A
— виртуальный ток в третьей фазе;
I
раб макс
— пер-
вичный максимальный рабочий ток в месте установ-
ки защиты (ток нагрузки), А;
k
отс
— коэффициент от-
стройки, который можно принять равным требуемому
коэффициенту чувствительности
k
отс
=
k
ч.треб
= 1,25,
а уставка КРТСС будет равна:
I
уст
≥ 2
k
отс
I
раб макс
/3 ≈ 0,8
I
раб макс
.
Для расчета уставки КРТАС (
mod
(
I
2авар
) +
mod
(
I
0авар
))
≥
I
уст
по максимальному рабочему току необходимо
рассчитать модули токов обратной и нулевой после-
довательностей.
Составляющие уставки КРТАС по обратной
mod
(
I
2авар
) и по нулевой
mod
(
I
0авар
) последовательнос-
тям должны быть отстроены от небалансов, вызы-
ваемых погрешностью измерительных цепей фаз,
и рассчитываются по выражениям:
k
отс
mod
(
I
2авар
) ≥ —
I
2нб
,
(3)
k
в
k
отс
mod
(
I
0авар
) ≥ —
I
0нб
,
(4)
k
в
Фиксация команды
включения выключателя
КРТСС
КРТАС
&
Отключение при
неуспешном ОАПВ
T
неусп.ОАПВ
T
авар
Рис
.1.
Логика
работы
модуля
выявления
неуспешного
ОАПВ
№
2 (59) 2020
84
где
k
отс
= 2,5 — коэффициент отстройки;
k
в
= 0,95 —
коэффициент возврата для микропроцессорных
защит;
I
2нб
= (0,02 ÷ 0,05) ·
I
раб макс
— первичный ток
небаланса, вызываемый погрешностью измеритель-
ного тракта, начиная от трансформатора тока, А.
Уставка КРТАС по приращению вектора
тока обратной и нулевой последовательностей
(
mod
(
I
2 авар
) +
mod
(
I
0 авар
)) ≥
I
уст
принимается равной ал-
гебраической сумме уставок по приращению обрат-
ной и нулевой последовательностей:
k
отс
mod
(
I
2авар
) +
mod
(
I
0 авар
) ≥ — (
I
2нб
+
I
0нб
) =,
k
в
k
отс
= — · 2 · (0,02 ÷ 0,05) ·
I
раб макс
.
(5)
k
в
Для случая максимальной погрешности измери-
тельного трансформатора тока формулу (5) можно
записать следующим образом:
2,5
mod
(
I
2авар
) +
mod
(
I
0 авар
) ≥ — · 2· 0,05 ·
I
раб макс
≈
0,95
≈ 0,3
I
раб макс
,
(5а)
Коэффициент чувствительности выбирается как
для защит с абсолютной селективностью по выраже-
нию:
mod
(
I
2мин
) +
mod
(
I
0мин
)
k
ч
≥ —— =
mod
(
I
2 авар
) +
mod
(
I
0 авар
)
ЛИТЕРАТУРА
1. СТО 56947007-29.120.70.241-2017.
Технические требования к микро-
процессорным устройствам РЗА.
Стандарт организации ПАО «ФСК
ЕЭС». М.: ПАО «ФСК ЕЭС», 2017.
223 с.
2. Левиуш А.И., Дони Н.А., Надель
Л.А., Наумов А.М. Высокочастот-
ная направленная и дифференци-
ально-фазная защита ПДЭ 2003
для ВЛ 500–750 кВ. М.: ЭНАС,
1996. 204 с.
3. Ефремов В.А., Ефремов А.В. НВЧЗ
для линий с ОАПВ // ЭЛЕКТРО-
ЭНЕРГИЯ. Передача и распреде-
ление, 2018, № 5(50). С. 76–78.
4. Атабеков Г.И. Теоретические осно-
вы релейной защиты высоковольт-
ных сетей. М.: Госэнергоиздат,
1957. 344 с.
5. Ефремов В.А., Романов Ю.В., Во-
ронов П.И. Токовая защита непо-
врежденных фаз в цикле ОАПВ //
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ.
Передача
и распределение, 2013, № 3(18).
С. 98–100.
6. Ефремов В.А., Ефремов А.В. НВЧЗ
на линиях с пофазным управлени-
ем. Эффективность защиты //
Сборник докладов науч.-техн.
конф. Чебоксары: Изд-во Чуваш.
ун-та, 2019. С. 75–82.
7. Ефремов В.А. Защиты абсолют-
ной селективности серии «Брес-
лер». Часть 2. Основная защита
линий с ОАПВ // Энерго-info, 2008,
№ 9. С. 70–74.
8. Ефремов В.А. ОАПВ: Опыт раз-
работки и применения // Релейная
защита и автоматизация, 2014,
№ 03(16). С. 10–13.
REFERENCES
1. Company Standard STO 56947007-
29.120.70.241-2017. Technical re-
quirements to microprocessor-based
relay protection and automation devic-
es. Company standard of FGC UES,
PJSC. Moscow, FGC UES, PJSC
Publ., 2017. 223 p. (In Russian)
2. Leviush A.I., Doni N.A., Nadel L.A.,
Naumov A.M. Directional carrier and
diff erential-phase protection PDE
2003 for 500–750 kV lines. Moscow,
ENAS Publ., 1996. 204 p. (In Rus-
sian)
3. Efremov V.A., Efremov A.V. Direc-
tional carrier protection for lines with
single-phase autoreclosing //
ELEK-
TROENERGIYA. Peredacha i ras-
pre deleniye
[ELECTRIC POWER.
Transmission and Distribution],
2018, no. 5(50), pp.76–78. (In Rus-
sian)
4. Atabekov G.I. Theoretical basics of
HV network relay protection. Mos-
cow, Gosenergoizdat Publ., 1957.
344 p. (In Russian)
5. Efremov V.A., Romanov Yu.V., Voro-
nov P.I. Current protection of healthy
phases in a single-phase autore-
closing cycle //
ELEKTROENER-
GIYA. Peredacha i raspredeleniye
[ELECTRIC POWER. Transmission
and Distribution], 2013, no. 3(18),
pp. 98–100. (In Russian)
6. Efremov V.A., Efremov A.V. Direc-
tional carrier protection for lines with
individual phase control. Protection
effi ciency //
Sbornik dokladov nauch-
no-tekhnicheskoy konferentsii
[Book
of reports of scientifi c-and-technical
conference], Cheboksary, Chuvash
State University Publ., 2019, pp.75–
82. (In Russian)
7. Efremov V.A. Protections with ab-
solute selectivity of “Bresler” series.
Part 2. Main protection of lines with
single-phase autoreclosing // Ener-
go-info, 2008, no.9, pp.70–74. (In
Russian)
8. Efremov V.A. Single-phase autore-
closing: Experience of develop-
ment and application //
Releynaya
zashchita i avtomatizatsiya
[Relay
protection and automation], 2014,
no. 03(16), pp.10–13. (In Russian)
mod
(
I
2мин
) +
mod
(
I
0мин
)
= —— ≥ 2,0,
(6)
0,3
I
раб макс
где
mod
(
I
2мин
) и
mod
(
I
0мин
) — значения приращений
векторов первичного тока обратной и нулевой после-
довательностей при однофазном КЗ во включенной
с одной стороны отключавшейся фазе в конце линии
в минимальном режиме.
Таким образом, уставки срабатывания КРТСиАС
зависят только от токов фаз линии и могут быть
адаптированы к текущему режиму как интегральное
значение за 1–3 периода.
ВЫВОДЫ
1. В качестве быстродействующей защиты линии
при неуспешном ОАПВ рекомендована адаптив-
ная токовая защита на базе комбинации симме-
тричных и аварийных составляющих токов обрат-
ной и нулевой последовательностей.
2. Адаптивная токовая защита не требует предвари-
тельного расчета параметров срабатывания. Они
адаптивно формируются по величинам токов те-
кущего наблюдаемого режима.
3. Чувствительность адаптивной токовой защиты
будет всегда максимальной. Ее выбирают по те-
кущему режиму, который, как правило, меньше
расчетного максимального.
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА
И АВТОМАТИКА
Оригинал статьи: Адаптивная быстродействующая защита линии при неуспешном ОАПВ
В статье рассмотрены вопросы применения быстродействующей адаптивной токовой защиты для линий с пофазным управлением выключателями при неуспешном однофазном автоматическом повторном включении (ОАПВ). Приведена методика расчета параметров срабатывания защиты в зависимости от текущего нагрузочного режима.
