Адаптивная быстродействующая защита линии при неуспешном ОАПВ

Page 1
background image

Page 2
background image

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


Page 3
background image

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

 = 

(

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

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


Page 4
background image

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


Читать онлайн
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.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 4(73), июль-август 2022

Анализ возможности применения рекуррентных нейронных сетей для определения уставки срабатывания защит дальнего резервирования

Воздушные линии Релейная защита и автоматика
Ахмедова О.О. Сошинов А.Г. Атрашенко О.С.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 3(72), май-июнь 2022

Исследование влияния ветроэлектростанции на базе асинхронного генератора двойного питания на функционирование дистанционной защиты

Возобновляемая энергетика / Накопители Релейная защита и автоматика
Нудельман Г.С. Наволочный А.А. Онисова О.А. Смирнов С.Ю.
Спецвыпуск «Россети» № 2(25), июнь 2022

Программный комплекс для мониторинга, оптимизации и визуализации структуры противоаварийной автоматики — ПК «ПАУК»

Цифровая трансформация / Цифровые сети / Цифровая подстанция Релейная защита и автоматика Диагностика и мониторинг
ПАО «Россети Кубань»
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»