Характеристика влияния распределенной генерации на функционирование релейной защиты и автоматики

Page 1
background image

Page 2
background image

88

релейная защит

а и автома

тика

Характеристика влияния 
распределенной генерации на 
функционирование релейной 
защиты и автоматики

УДК

 621.316.9

В

 

статье

 

анализируется

 

влияние

 

электростанций

 

распределенной

 

энергетики

 

разного

 

типа

 

на

 

функционирование

 

релейной

 

защиты

Рассматривается

 

функ

-

ционирование

 

защит

 

в

 

распределительных

 

сетях

 

с

 

многосторонним

 

питанием

Приводятся

 

основные

 

задачи

 

релейной

 

защиты

 

и

 

автоматики

связанные

 

с

 

раз

-

витием

 

распределенной

 

генерации

.

Ключевые

 

слова

:

распределенная

 

генерация

воз

-

обновляемые

 

источники

 

электро

-

энергии

распределительные

 

сети

релейная

 

защита

Keywords:

distributed generation, renewable 
energy sources, distribution grids, 
relay protection

Онисова

 

О

.

А

.,

к

.

т

.

н

., 

заведующий

 

сектором

 

НИОКР

ОАО

 «

ВНИИР

»

Г

лобальной

 

тенденцией

 

развития

 

мировой

 

электроэнер

-

гетики

 

является

 

более

 

широкое

 

использование

 

распре

-

деленного

 

производства

 

электрической

 

энергии

 

наряду

 

с

 

изменением

 

характера

 

генерирующих

 

мощностей

 — 

увеличением

 

в

 

их

 

структуре

 

доли

 

возобновляемых

 

источников

 

энергии

 (

ВИЭ

) [1, 2]. 

Распределенное

 

производство

 

электроэнергии

 (

в

 

РФ

 

принят

 

термин

 «

распределенная

 

генерация

») 

предполагает

 

подключе

-

ние

 

электростанций

 

малой

 

и

 

средней

 

мощности

 

к

 

распреде

-

лительным

 

сетям

 

вблизи

 

точек

 

потребления

 

электроэнергии

Приоритетное

 

развитие

 

в

 

большинстве

 

стран

 

Европейского

 

союза

в

 

Китае

США

 

получают

 

солнечные

 

и

 

ветроэлектростан

-

ции

В

 

России

 

в

 

настоящее

 

время

 

развитие

 

распределенной

 

генерации

 

осуществляется

 

в

 

основном

 

за

 

счет

 

создания

 

круп

-

ными

 

промышленными

 

потребителями

 

собственных

 

источни

-

ков

 

электроэнергии

 

на

 

базе

 

газопоршневых

газотурбинных

дизельных

 

электростанций

Тем

 

не

 

менее

возрастает

 

интерес

 

и

 

к

 

использованию

 

потенциала

 

возобновляемой

 

энергетики

к

 2020 

году

 

планируется

 

увеличить

 

долю

 

электроэнергии

про

-

изводимой

 

с

 

использованием

 

ВИЭ

до

 4,5% [3, 4].

Подключение

 

в

 

узлах

 

сети

 

электростанций

 

распределенной

 

энергетики

 

создает

 «

подпитку

» 

места

 

повреждения

влияет

 

на

 

распределение

 

токов

 

короткого

 

замыкания

 (

КЗ

в

 

сети

 

в

 

целом

Использование

 

для

 

подключения

 

некоторых

 

типов

 

электро

-

станций

 

элементов

 

силовой

 

электроники

  (

полупроводниковых

 

преобразователей

приводит

 

к

 

качественному

 

изменению

 

ха

-

рактера

 

электрических

 

режимов

По

 

этой

 

причине

 

развитие

 

распределенной

 

генерации

  (

и

 

связанное

 

с

 

этим

 

внедрение

 

в

 

электрическую

 

сеть

 

новых

 

типов

 

электростанций

требует

 

оценки

 

изменения

 

параметров

 

электрических

 

режимов

 

и

 

усло

-

вий

 

функционирования

 

релейной

 

защиты

ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

 

НА

 

БАЗЕ

 

СИНХРОННЫХ

 

ГЕНЕРАТОРОВ

 

ПРЯМОГО

 

ВКЛЮЧЕНИЯ

Синхронные

 

генераторы

 (

СГ

подключаются

 

к

 

сети

 

без

 

исполь

-

зования

 

полупроводниковых

 

преобразователей

через

 

повы

-

шающие

 

трансформаторы

 

к

 

шинам

 

низшего

 

напряжения

 

под

-

станций

 

или

 

напрямую

 

к

 

шинам

 

распределительных

 

пунктов

К

 

таким

 

электростанциям

 

относятся

 

большинство

 

газотурбин

-

ных

газопоршневых

 

и

 

дизельных

 

электростанций

применяе

-

мых

 

в

 

энергосистеме

 

России


Page 3
background image

89

Электростанции

 

этого

 

типа

 

могут

 

обеспечивать

 

подпитку

 

места

 

КЗ

 

в

 

течение

 

длительного

 

времени

Их

 

подключение

 

в

 

промежуточных

 

узлах

 

распреде

-

лительной

 

сети

  (

рисунок

 1) 

приводит

 

к

 

увеличению

 

суммарного

 

тока

 

КЗ

  (

I

F

), 

перераспределению

 

токов

 

КЗ

 

в

 

прилежащей

 

сети

при

 

этом

 

составляющая

 

тока

 

КЗ

 

от

 

вышестоящей

 

электрической

 

сети

 (

I

ЭС

умень

-

шается

Для

 

радиальной

 

схемы

 

электрической

 

сети

 

ее

 

снижение

 

можно

 

оценить

 

по

 

аналитическому

 

вы

-

ражению

:

 

mod

 

(

I'

ЭС

k Z

2

 

Z Z

f

 

k Z Z

f

  K

I

 = 

 = 

mod

 

——

, (1)

 

mod

 

(

I

ЭС

) (

Z

f

)( 

Z

(1 + 

k

e

e

j

) + 

k Z

)

где

 

I'

ЭС

 — 

ток

 

со

 

стороны

 

вышестоящей

 

электриче

-

ской

 

сети

 

до

 

подключения

 

электростанции

 

в

 

проме

-

жуточном

 

узле

Z

 — 

суммарное

 

сопротивление

 

до

 

узла

 

подключения

 

электростанции

Z

F

 — 

суммарное

 

сопротивление

 

ветвей

 

от

 

узла

 

подключения

 

электро

-

станции

 

до

 

точки

 

КЗ

  (

включая

 

переходное

   

сопро

-

тивление

 

в

 

месте

 

КЗ

); 

k

e

 = 

E

Г

 

/

E

ЭС

 — 

соотношение

 

модулей

 

ЭДС

 

эквивалентных

 

источников

 

электро

-

станции

 

Г

 

и

 

внешней

 

сети

 

ЭС

 — 

угол

 

между

 

век

-

торами

 

ЭДС

 

эквивалентных

 

источников

 

электростан

-

ции

 

Г

 

и

 

внешней

 

сети

 

ЭС

k

 = 

Z

Г

/

Z

ЭС

 — 

соотношение

 

сопротивлений

 

эквивалентных

 

источников

 

электро

-

станции

 

Г

 

и

 

внешней

 

сети

 

ЭС

.

Для

 

предварительных

 

оценочных

 

расчетов

 

удоб

-

но

 

пользоваться

 

упрощенным

 

выражением

 

Z

f

 

1

 

K

I

 = 

mod

  1 + 

 · 

. (2)

 

Z

f

 

k

Выражение

 (2) 

не

 

учитывает

 

влияние

 

на

 

зна

-

чения

 

токов

 

КЗ

 

параметров

 

предшествующего

 

КЗ

 

режима

  (

k

e

 = 1, 

 = 0). 

Коэффициент

 

k

 

в

 (2) 

прини

-

мается

 

действительным

 

числом

определяемым

 

соотношением

 

модулей

 

сопротивлений

 

эквива

-

лентных

 

источников

 

электростанции

 

Г

 

и

 

внешней

 

сети

 

ЭС

 

или

 

обратным

 

соотношением

 

мощностей

 

КЗ

 

этих

 

источников

.

Например

при

 

включении

 

относительно

 

мощной

 

(15–20 

МВА

электростанции

 

в

  «

слабую

» 

распреде

-

лительную

 

сеть

 

с

 

уровнем

 

токов

 

КЗ

 

на

 

шинах

 

источ

-

ника

 

ЭС

 2…3 

кА

 (

k

 = 0,5…1), 

ток

 

со

 

стороны

 

внешней

 

сети

 

при

 

КЗ

 

на

 

линии

 

Л

в

 

соответствии

 

с

 (2) 

может

 

снижаться

 

в

 1,5–1,7 

раза

Подключение

 

электростанций

 

на

 

базе

 

синхрон

-

ных

 

генераторов

 

прямого

 

включения

 

усложняет

 

обеспечение

 

чувствительности

 

защит

 

вышестоя

-

щей

 

сети

 (

при

 

металлических

 

КЗ

 

в

 

зоне

 

резервного

 

действия

 — 

на

 

линии

 

Л

2 (

рисунок

 1), 

при

 

КЗ

 

через

 

переходные

 

сопротивления

 

в

 

зоне

 

основного

 

и

 

ре

-

зервного

 

действия

 — 

на

 

линиях

 

Л

1, 

Л

2) 

и

 

может

 

при

-

вести

 

к

 

замедлению

 

их

 

действия

к

 

каскадному

 

дей

-

ствию

  (

вышестоящая

 

защита

 

срабатывает

 

только

 

после

 

отключения

 

электростанции

/

снижения

 «

под

-

питки

» 

от

 

электростанции

) [5]. 

На

 

основе

 

требова

-

ний

 

к

 

чувствительности

 

применяемых

 

в

 

распре

-

делительной

 

сети

 

защит

 

может

 

быть

 

дана

 

оценка

 

максимальной

 

мощности

 

подключаемых

 

в

 

проме

-

жуточных

 

узлах

 

сети

 

электростанций

 

и

напротив

учитывая

 

мощность

 

планируемых

 

к

 

подключению

 

электростанций

могут

 

быть

 

сформированы

 

требо

-

вания

 

к

 

техническому

 

совершенству

 

применяемых

 

в

 

распределительной

 

сети

 

защит

.

В

 

общем

 

случае

 

подключение

 

электростанций

 

на

 

базе

 

СГ

 

требует

 

изменения

 

уставок

 

существую

-

щих

 

защит

введения

 

направленности

совершен

-

ствования

 

защит

 

дальнего

 

резервирования

За

-

дачи

 

построения

 

и

 

совершенствования

 

релейной

 

защиты

 

должны

 

решаться

 

с

 

учетом

 

изменения

 

ха

-

рактеристик

 

электромагнитных

 

и

 

электромеханиче

-

ских

 

переходных

 

процессов

 

при

 

подключении

 

рас

-

пределенной

 

генерации

В

 

частности

необходимо

 

учитывать

 

возможность

 

возникновения

 

в

 

распреде

-

лительной

 

сети

 

синхронных

 

качаний

 

и

 

асинхронных

 

режимов

скорость

 

развития

 

и

 

частота

 

скольжения

 

которых

 

могут

 

быть

 

значительно

 

выше

чем

 

в

 

сис

-

темообразующих

 

и

 

питающих

 

сетях

Допустимое

 

время

 

отключения

 

КЗ

 

по

 

условиям

 

динамической

 

устойчивости

 

параллельной

 

работы

 

электростан

-

ций

 

распределенной

 

генерации

 

во

 

многих

 

случа

-

ях

 

составляет

 0,2 

с

 

и

 

меньше

что

 

обусловливает

 

повышение

 

требований

 

к

 

быстродействию

 

защит

 

в

 

распределительной

 

сети

.

ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

 

НА

 

БАЗЕ

 

АСИНХРОННЫХ

 

ГЕНЕРАТОРОВ

 

С

 

КОРОТКОЗАМКНУТЫМ

 

РОТОРОМ

Асинхронные

 

генераторы

 

с

 

короткозамкнутым

 

ро

-

тором

подключаемые

 

к

 

сети

 

напрямую

использо

-

вались

 

в

 

первых

 

поколениях

 

ветроэлектроустано

-

вок

 [6]. 

Эти

 

электростанции

 

обеспечивают

 

подпитку

 

места

 

КЗ

 

в

 

течение

 

ограниченного

 

времени

  (

при

-

мерно

 

первых

 

двух

 

периодов

 

промышленной

 

ча

-

стоты

). 

По

 

этой

 

причине

 

такие

 

электростанции

как

 

правило

не

 

оказывают

 

значительного

 

влияния

 

на

 

функционирование

 

защит

 

внешней

 

электрической

 

сети

Однако

 

могут

 

возникать

 

сложности

 

с

 

обе

-

спечением

 

чувствительности

 

защит

установлен

-

ных

 

со

 

стороны

 

электростанций

Общепринятой

 

практикой

 [2, 7] 

является

 

применение

 

в

 

узлах

 

под

-

ключения

 

асинхронных

 

генераторов

 

дистанцион

-

ных

 

и

 

токовых

 

защит

действующих

 

без

 

выдержки

 

времени

 (

то

 

есть

 

в

 

условиях

когда

 

ток

 

подпитки

 

от

 

генераторов

 

не

 

успевает

 

значительно

 

снижаться

), 

а

 

также

 

защит

реагирующих

 

на

 

снижение

 

напря

-

жения

.

Асинхронные

 

генераторы

кроме

 

того

потребля

-

ют

 

от

 

электрической

 

сети

 

реактивную

 

мощность

что

 

приводит

 

к

 

дополнительному

 

снижению

 

напряжения

 

в

 

прилежащих

 

узлах

 

и

 

усложняет

 

восстановление

 

нормального

 

режима

 

после

 

возмущений

.

Рис

. 1.

Распределение

 

токов

КЗ

 

в

 

электрической

 

сети

с

 

промежуточной

 

подпиткой

 5 (50) 2018


Page 4
background image

90

 

ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

ПОДКЛЮЧАЕМЫЕ

 

С

 

ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

 

ПОЛУ

-

ПРОВОДНИКОВЫХ

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

 

(

ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

 

ИНВЕРТОРНОГО

 

ПОДКЛЮЧЕНИЯ

)

К

 

таким

 

электростанциям

 

относятся

 

солнечные

 

элек

-

тростанции

  (

фотоэлектрические

 

установки

), 

ветро

-

электростанции

 

на

 

базе

 

синхронных

 

генераторов

ветроэлектростанции

 

на

 

базе

 

асинхронных

 

генера

-

торов

 

двойного

 

питания

 

и

 

т

.

п

Составляющие

 

токов

 

КЗ

 

от

 

электростанций

 

инвер

-

торного

 

подключения

 

качественно

 

и

 

количественно

 

отличаются

 

от

 

токов

 

в

 

сети

 

с

 

традиционными

 

источни

-

ками

 

генерации

 

и

 

в

 

значительной

 

степени

 

зависят

 

от

 

параметров

 

полупроводниковых

 

преобразователей

систем

 

защиты

 

и

 

управления

 

этими

 

преобразовате

-

лями

На

 

рисунке

 2 

приведена

 

схема

 

подключения

 

к

 

электрической

 

сети

 

ветроэлектростанции

 

на

 

базе

 

асинхронного

 

генератора

 

двойного

 

питания

  (

АГДП

). 

Обмотка

 

статора

 

подключается

 

к

 

электрической

 

сети

 

напрямую

обмотка

 

фазного

 

ротора

 — 

через

 

полу

-

проводниковый

 

преобразователь

  «

выпрямитель

-

ин

-

вертер

». 

На

 

рисунке

 3 

приведены

 

примеры

 

токов

 

статора

 

АГДП

 

при

 

КЗ

 

на

 

стороне

 

ВН

 

трансформатора

 

Т

  (

остаточное

 

напряжение

 

на

 

шинах

 

АГДП

 — 30%), 

полученные

 

путем

 

моделирования

Начальное

 

зна

-

чение

 

тока

 

определяется

 

преимущественно

 

сопро

-

тивлением

 

генератора

 

и

 

превышает

 

значение

 

номи

-

нального

 

тока

 

примерно

 

в

 4 

раза

*; 

через

 

несколько

 

периодов

 

промышленной

 

частоты

 

ток

 

снижается

 

до

 

установившегося

 

значения

  (

рисунок

  3

а

). 

Установив

-

шийся

 

ток

 

КЗ

 

обусловлен

 

наличием

 

питания

 

со

 

сто

-

роны

 

обмоток

 

ротора

 

и

 

составляет

как

 

правило

не

 

более

 1,5 

о

.

е

от

 

номинального

 

тока

 

генератора

 [7]. 

Следует

 

учитывать

что

 

близкие

 

КЗ

как

 

правило

приводят

 

к

 

срабатыванию

 

защиты

 

полупроводнико

-

вого

 

преобразователя

  (

защита

 

от

 

перенапряжений

 

и

 

тепловой

 

перегрузки

 — crowbar protection — 

на

 

рисунке

 2); 

при

 

этом

 

значение

 

и

 

форма

 

тока

 

АГДП

 

изменяются

При

 

срабатывании

 

защиты

 

цепь

 

ротора

 

замыкается

 

на

 

активное

 

сопротивление

величина

 

которого

как

 

правило

на

 

порядок

 

больше

 

активного

 

сопротивления

 

ротора

это

 

приводит

 

к

 

уменьшению

 

начального

 

значения

 

тока

 

КЗ

 

и

 

уменьшению

 

времени

 

затухания

 

периодической

 

слагающей

 

тока

 

статора

 

(

рисунок

 3

б

).

Токи

 

от

 

синхронных

 

генераторов

подключаемых

 

в

 

сеть

 

через

 

преобразователь

 

в

 

цепи

 

статора

 (full-

scale converter — «

полномасштабный

» 

преобразова

-

тель

), 

как

 

правило

ограничиваются

 

значениями

не

 

превышающими

 1÷1,5 

о

.

е

. [7].

При

 

построении

 

релейной

 

защиты

 

в

 

сети

 

с

 

элек

-

тростанциями

 

инверторного

 

подключения

 

основной

 

задачей

 

становится

 

обеспечение

 

чувствительности

 

защит

 (

токовых

 

и

 

дистанционных

), 

установленных

 

со

 

стороны

 

этих

 

электростанций

вследствие

 

неболь

-

ших

 

значений

 

токов

 

подпитки

Кроме

 

того

функци

-

онирование

 

систем

 

управления

 

и

 

защиты

 

полупро

-

водниковых

 

преобразователей

 

может

 

существенно

 

изменять

 

форму

 

и

 

характер

 

тока

 

подпитки

напри

-

мер

в

 

режимах

 

несимметричных

 

КЗ

 

при

 

определен

-

ной

 

настройке

 

системы

 

управления

 

подпитка

 

может

 

осуществляться

 

преимущественно

 

током

 

прямой

 

последовательности

Вследствие

 

этого

 

при

 

приме

-

нении

 

и

 

настройке

 

защит

использующих

 

симметрич

-

ные

 

составляющие

 

токов

 

и

 

напряжений

необходимо

 

принимать

 

во

 

внимание

 

характеристики

 

функциони

-

рования

 

защищаемых

 

электростанций

Кроме

 

того

становится

 

целесообразным

 

проведение

 

детальных

 

исследований

 

устойчивости

 

функционирования

 

ал

-

горитмов

 

защит

 

в

 

динамических

 

режимах

 

с

 

учетом

 

характера

 

и

 

формы

 

токов

 

КЗ

характерных

 

для

 

элек

-

тростанций

 

инверторного

 

подключения

Электростанции

 

рассматриваемого

 

типа

 

могут

 

оказывать

 

значительное

 

влияние

 

на

 

устойчивость

 

энергорайона

/

энергосистемы

обеспечивая

 

генериро

-

вание

 «

реактивного

» 

тока

 

и

тем

 

самым

поддерживая

 

напряжение

 

в

 

прилежащих

 

узлах

 

сети

По

 

этой

 

причи

-

не

 

в

 

зарубежных

 

странах

 

получила

 

распространение

 

практика

 

задания

 

требований

 

к

 

функционированию

 

подключаемых

 

электростанций

 

при

 

возмущениях

в

 

частности

в

 

виде

 FRT (Fault Ride Through) — 

кри

-

вых

определяющих

 

требуемое

 

время

 

параллельной

 

работы

 

электростанции

 

в

 

зависимости

 

от

 

остаточного

 

напряжения

 

в

 

узле

 

подключения

 [2].

РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА

И АВТОМАТИКА

Рис

. 2. 

Схема

 

подключения

 

к

 

электрической

 

сети

 

ВЭУ

 

на

 

базе

 

АГДП

Рис

. 3. 

Токи

 

подпитки

 

от

 

АГДП

 

мощностью

 2 

МВт

 

при

 

снижении

 

напряжения

 

на

 

шинах

 

генератора

 

до

 30% 

от

 

номи

-

нального

а

без

 

учета

 

действия

 

защиты

 

в

 

цепи

 

ротора

б

с

 

учетом

 

срабатывания

 

защиты

 

в

 

цепи

 

ротора

 (

время

 

действия

 

защиты

 — 

от

 3 

до

 83 

мс

 

от

 

начала

 

КЗ

)

Время

с

То

к

кА

То

к

кА

Время

с

б

)

а

)

Сравниваются

 

действующие

 

значения

 

периодической

 

составляющей

 

тока

 

короткого

 

замыкания

.


Page 5
background image

91

б

)

а

)

РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ

 

СЕТЬ

 

С

 

МНОГОСТОРОННИМ

 

ПИТАНИЕМ

 

С

 

увеличением

 

числа

 

подключенных

 

электростан

-

ций

развитием

 

микросетей

 (microgrid) 

объектом

 

за

-

щиты

 

становится

 

разветвленная

 

электрическая

 

сеть

 

с

 

многосторонним

 

питанием

Параметры

 

режимов

 

КЗ

 

в

 

такой

 

сети

 

определяются

 

конфигурацией

 

сети

типом

 

и

 

характеристиками

 

подключаемых

 

источни

-

ков

распределением

 

мощности

 

между

 

источниками

 

в

 

предшествующем

 

повреждению

 

режиме

На

 

рисун

-

ке

  4

а

 

приведена

 

эквивалентная

 

схема

 

распредели

-

тельной

 

сети

 

с

 

тремя

 

источниками

 

питания

Наличие

 

источника

 

в

 

промежуточном

 

узле

 

сети

 

и

следова

-

тельно

различие

 

токов

протекающих

 

по

 

разным

 

участкам

 

схемы

 

при

 

КЗ

в

 

общем

 

случае

 

не

 

позволя

-

ет

 

свести

 

рассматриваемую

 

схему

 

к

 

двухмашинной

Математически

 

режим

 

КЗ

 

в

 

многомашинной

 

схе

-

ме

 

удобно

 

представить

 

линейным

 

матричным

 

урав

-

нением

:

 

U

ПР

(

F

)

 

[

U

] = [

U

ПР

] – [

Z

(

i

,

F

)

]

 

, (3)

 

Z

(

F

,

F

)

 

R

F

где

 [

U

] — 

матрица

 

напряжений

 

в

 

узлах

 

сети

 

в

 

режиме

 

короткого

 

замыкания

; [

U

ПР

] — 

матрица

 

напряжений

 

в

 

узлах

 

сети

 

в

 

предшествующем

 

режиме

; [

Z

(

i

,

F

)

] — 

матрица

 

взаимных

 

сопротивлений

 

между

 

i

-

м

 

узлом

 

сети

 

и

 

узлом

 

короткого

 

замыкания

 

F

U

ПР

(

F

)

 — 

значе

-

ние

 

напряжения

 

в

 

узле

 

короткого

 

замыкания

 

в

 

пред

-

шествующем

 

режиме

Z

(

F

,

F

)

 — 

собственное

 

сопротив

-

ление

 

узла

 

короткого

 

замыкания

R

F

 — 

переходное

 

сопротивление

 

в

 

месте

 

КЗ

.

Схема

 

замещения

 

электрической

 

сети

 

для

 

режима

 

КЗ

 

на

 

участке

 

Л

приведена

 

на

 

рисунке

 4

б

Примени

-

тельно

 

к

 

рассматриваемой

 

схеме

 

с

 

использованием

 

(3) 

может

 

быть

 

получено

 

аналитическое

 

выражение

 

для

 

напряжения

 

в

 

месте

 

установки

 

защиты

 (

узел

 1):

U

(1)

 = 

 

J

1

(

Z

(1,1) 

(

Z

(3,3)

 + 

R

F

) – 

Z

2
(1,3)

) + 

J

2

(

Z

(1,2) 

(

Z

(3,3)

 + 

R

F

) –

 – 

Z

(1,3) 

Z

(2,3)

) + 

J

Z

(1,3)

 

R

F

)

 

/ (

Z

(3,3)

 + 

R

F

), (4)

где

 

J

1

J

2

J

3

 — 

задающие

 

токи

 

узлов

 1, 2, 3 

соответ

-

ственно

Z

(1,1)

Z

(3,3)

 — 

собственные

 

сопротивления

 

уз

-

лов

 1 

и

 3 

соответственно

Z

(1,2)

Z

(1,3)

Z

(2,3)

 — 

взаимные

 

сопротивления

 

соответствующих

 

узлов

.

В

 

выражении

 (4) 

собственные

 

и

 

взаимные

 

сопро

-

тивления

 

узлов

 

определяются

 

через

 

элементы

 

ма

-

трицы

 

узловых

 

проводимостей

  (

собственных

 — 

y

ii

 

и

 

взаимных

 — 

y

ij

по

 

следующим

 

выражениям

:

 

y

2
23

 – 

y

22 

y

33

 

Z

(1,1)

 = 

——

 

y

33 

y

2
12

 

y

11 

y

2
23

 

– 

y

11 

y

22 

y

33

 

y

2
12

 – 

y

11 

y

22

 

Z

(3,3)

 = 

——

 

y

33 

y

2
12

 

y

11 

y

2
23

 

– 

y

11 

y

22 

y

33

 

y

12

 

y

33

 

Z

(1,2)

 = – 

——

; (5)

 

y

33 

y

2
12

 

y

11 

y

2
23

 

– 

y

11 

y

22 

y

33

 

y

11

 

y

23

 

Z

(2,3)

 = – 

——

 

y

33 

y

2
12

 

y

11 

y

2
23

 

– 

y

11 

y

22 

y

33

 

y

12

 

y

23

 

Z

(1,3)

 = – 

——

 

y

33 

y

2
12

 

y

11 

y

2
23

 

– 

y

11 

y

22 

y

33

Путем

 

аналогичных

 

рассуждений

 

могут

 

быть

 

по

-

лучены

 

подобные

 

аналитические

 

выражения

 

для

 

случая

 

КЗ

 

на

 

участке

 

Л

1.

Сопротивление

замеряемое

 

дистанционное

 

за

-

щитой

  (

реагирует

 

на

 

отношение

 

текущих

 

значений

 

напряжения

 

и

 

тока

), 

установленной

 

в

 

узле

 1:

 

U

(1) 

Z

ЭС

1

 

Z

(1)

 = 

. (6)

 

E

(1)

 

– 

U

(1)

С

 

использованием

 

выражений

 (4)–(6) 

могут

 

быть

 

проанализированы

 

замеры

 

сопротивлений

 

в

 

устано

-

вившемся

 

режиме

 

короткого

 

замыкания

 

при

 

варьиро

-

вании

 

расстояния

 

до

 

места

 

КЗ

сопротивления

 

в

 

месте

 

повреждения

параметров

 

предшествующего

 

повреж

-

дению

 

режима

  (

рассматриваются

 

симметричные

 

КЗ

 

на

 

участках

 

Л

и

 

Л

2). 

С

 

целью

 

иллюстрации

 

предель

-

ных

 

возможностей

 

защиты

 

изменение

 

переходного

 

сопротивления

 

принимается

 

в

 

диапазоне

 (0; 

); 

на

 

практике

 

при

 

выполнении

 

согласования

 

защит

 

пре

-

дельные

 

значения

 

следует

 

принимать

 

в

 

соответствии

  

с

 

расчетом

 (

обычно

 

единицы

 — 

десятки

 

ом

). 

На

 

рисунке

 5

а

 (

см

след

стр

.) 

приведены

 

годогра

-

фы

 

замеров

 

сопротивлений

 

защиты

установленной

 

в

 

узле

 1 

при

 

КЗ

 

на

 

связи

 «

ЭС

1-

ЭС

3» 

при

 

отключенном

 

источнике

 

ЭС

в

 

промежуточном

 

узле

  (

двухмашин

-

ная

 

система

); 

направление

 

передачи

 

мощности

 — 

от

 

ЭС

к

 

ЭС

1. 

Годографы

 

имеют

 

две

 

точки

 

пересечения

точка

 

предшествующего

 

режима

 (

R

F

 

 

и

 

граничная

 

точка

 

с

 

координатами

 (0, 

X

ГР

). 

Как

 

отмечено

 

в

 [8] 

проб

-

лема

 

распознаваемости

 

места

 

повреждения

 

в

 

двух

-

машинной

 

системе

 

имеет

 

место

 

при

 

наблюдении

 

со

 

стороны

 

приемной

 

энергосистемы

 

и

 

характеризуется

 

невозможностью

 

различать

 

КЗ

 

с

 

переходным

 

сопро

-

тивлением

 

R

1

 

в

 

одной

 

точке

 

и

 

КЗ

 

с

 

переходным

 

сопро

-

тивлением

 

R

2

 

в

 

другой

если

 

параметры

 

обоих

 

режи

-

мов

 

соответствуют

 

замеру

 

сопротивления

 

Z

(1)

 = 

X

ГР

.

На

 

рисунках

  5

б

 

и

  5

в

 

представлены

 

годографы

 

замеров

 

сопротивлений

 

с

 

учетом

 

источника

 

ЭС

в

 

промежуточном

 

узле

Годографы

 

разделяются

 

на

 

Рис

. 4. 

Схемы

а

эквивалентная

 

распределительной

 

сети

 

с

 

тремя

 

источниками

 

питания

б

замещения

 

электриче

-

ской

 

сети

 

для

 

режима

 

КЗ

 

на

 

линии

 

Л

2

 5 (50) 2018


Page 6
background image

92

два

 

семейства

соответствующие

 

КЗ

 

на

 

участке

 

Л

1, 

имеющие

 

точку

 

пересечения

 

на

 

оси

 

ординат

 (0, 

X

ГР

), 

и

 

соответствующие

 

КЗ

 

на

 

участке

 

Л

2, 

точка

 

пере

-

сечения

 

которых

 (

R

ГР

i

X

ГР

i

может

 

быть

 

смещена

 

от

-

носительно

 

оси

 

ординат

 

в

 

соответствии

 

с

 

режимом

 

работы

 

источника

 

ЭС

2. 

Из

 

рисунка

 

видно

что

 

годо

-

графы

принадлежащие

 

разным

 

семействам

также

 

имеют

 

точки

 

пересечения

.

Приведенные

 

примеры

 

наглядно

 

иллюстрируют

 

неоднозначность

 

определения

 

места

 

повреждения

а

 

также

 

усложнение

 

задачи

 

построения

 

защит

 

в

 

сети

 

с

 

многосторонним

 

питанием

 (

в

 

сравнении

 

с

 

двухма

-

шинными

 

системами

). 

Следует

 

заметить

что

 

анализ

 

функционирования

 

традиционных

 

дистанционных

 

органов

  (

основанных

 

на

 

измерении

 

текущих

 

значе

-

ний

 

тока

 

и

 

напряжения

предполагает

 

рассмотрение

 

семейств

 

годографов

соответствующих

 

множеству

 

сочетаний

 

модулей

 

и

 

фаз

 

ЭДС

 

источников

Обе

-

спечение

 

требуемых

 

показателей

 

технического

 

со

-

вершенства

 

защит

 

с

 

учетом

 

возможных

 

сочетаний

 

электрических

 

режимов

 

не

 

всегда

 

практически

 

ре

-

ализуемо

По

 

этой

 

причине

 

актуальными

 

являются

 

задачи

 

совершенствования

 

защит

 

с

 

относительной

 

селективностью

Решение

 

этих

 

задач

 

представля

-

ется

 

связанным

 

с

 

необходимостью

 

повышения

 

на

-

блюдаемости

 

электрических

 

режимов

 

и

 

разработкой

 

адаптивных

 

защит

 

с

 

расширенной

 

информационной

 

базой

использующих

 

информацию

 

о

 

параметрах

 

элементов

 

защищаемой

 

сети

параметрах

 

предше

-

ствующего

 

повреждению

 

режима

состоянии

 

комму

-

тационных

 

аппаратов

Во

 

многих

 

случаях

 

становится

 

целесообразным

 

использование

 

защит

 

с

 

абсолют

-

ной

 

селективностью

 

на

 

основе

 

обмена

 

информацией

 

по

 

цифровым

 

или

 

ВЧ

 

каналам

 

связи

.

ЗАДАЧИ

 

РЕЛЕЙНОЙ

 

ЗАЩИТЫ

,

СВЯЗАННЫЕ

 

С

 

РАЗВИТИЕМ

 

РАСПРЕДЕЛЕННОЙ

 

ГЕНЕРАЦИИ

Развитие

 

распределенной

 

генерации

 

инициирует

 

решение

 

ряда

 

задач

 

релейной

 

защиты

 

и

 

автомати

-

ки

 (

РЗА

). 

Это

 

связано

 

прежде

 

всего

 

с

 

тем

что

 

к

 

на

-

стоящему

 

времени

 

основные

 

принципы

 

построения

 

РЗА

 

распределительных

 

сетей

 

сложились

 

с

 

учетом

  

«

пассивности

» 

распределительной

 

сети

 

исходя

 

из

 

преимущественно

 

одностороннего

 

питания

относи

-

тельно

 

невысоких

 

требований

 

к

 

быстродействию

 

ло

-

кализации

 

аварийных

 

возмущений

 

и

 

низкой

 

наблю

-

даемости

 

параметров

 

электрических

 

режимов

Основные

 

задачи

требующие

 

решения

:

1. 

Разработка

 

типовых

 

решений

 

по

 

построению

 

РЗА

 

электрических

 

сетей

 

с

 

распределенной

 

генерацией

регламентирующих

 

состав

 

функций

 

и

 

базовые

 

тре

-

бования

 

к

 

алгоритмам

 

функционирования

 

и

 

выбору

 

параметров

 

срабатывания

 

устройств

 

РЗА

При

 

этом

 

должны

 

приниматься

 

во

 

внимание

 

тип

 

и

 

мощность

 

подключаемой

 

электростанции

доля

 

электростанций

 

в

 

составе

 

энергорайона

а

 

также

 

класс

 

напряжения

схема

 

и

 

характеристики

 

прилежащей

 

сети

РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА

И АВТОМАТИКА

Рис

. 5. 

Годографы

 

сопротивлений

:

а

при

 

отключенном

 

источнике

 

ЭС

2, E1 = 110e

j

0

E3 = 110e

j

45

б

при

 

включенном

 

источнике

 

ЭС

2, 

E1 = 110e

j

0

, E3 = 110e

j

45

, E2 = 110e

j

20

в

при

 

включенном

 

источнике

 

ЭС

2, E1 = 110e

j

0

, E3 = 110e

j

45