88
АНАЛИТИКА
СЕТИ РОССИИ
88
В
России
электрические
сети
напряжени
-
ем
35—110
кВ
являются
наиболее
раз
-
ветвлённой
структурой
современных
распределительных
сетевых
компа
-
ний
,
обеспечивающих
питание
промышленных
и
коммунальных
потребителей
электроэнергии
.
Бурное
развитие
промышленности
и
расши
-
рение
городов
обусловило
ускоренное
строи
-
тельство
в
60-
е
и
70-
е
годы
прошлого
столетия
воздушных
линий
и
подстанций
данного
класса
.
С
целью
минимизации
капитальных
затрат
под
-
станции
выполнялись
по
упрощённым
первич
-
ным
и
вторичным
схемам
,
что
и
явилось
причи
-
ной
их
более
низкой
надёжности
по
сравнению
с
подстанциями
,
на
которых
вместо
короткоза
-
мыкателей
и
отделителей
применяются
высо
-
ковольтные
выключатели
и
имеется
источник
оперативного
постоянного
тока
(
аккумулятор
-
ная
батарея
).
Меньшая
надёжность
этих
под
-
станций
была
компенсирована
мероприятиями
по
резервированию
отказов
короткозамыкате
-
лей
(
мероприятие
УРОКЗ
).
На
сегодняшний
день
элементы
(
транс
-
форматоры
,
комплектные
распределительные
устройства
(
КРУ
)
и
отходящие
кабельные
и
воз
-
душные
линии
)
ответвительных
и
проходных
подстанций
с
отделителями
и
короткозамыкате
-
лями
в
распределительных
сетях
напряжением
35—110
кВ
оснащены
устройствами
РЗА
с
дли
-
тельными
сроками
эксплуатации
,
в
ряде
слу
-
чаев
не
реализованы
схемы
УРОКЗ
либо
при
-
менены
схемы
с
питанием
от
предварительно
заряженных
конденсаторов
,
что
существенно
снижает
надёжность
и
не
обеспечивает
резер
-
вирование
защит
.
Данная
проблема
существенно
усложняется
при
наличии
на
ответвительных
и
проходных
подстанциях
мощной
двигательной
нагрузки
или
трансформаторов
малой
мощности
,
что
мо
-
жет
привести
к
значительному
экономическому
ущербу
при
повреждении
силового
трансфор
-
матора
и
длительному
перерыву
электроснаб
-
жения
.
В
настоящее
время
существует
значительное
количество
технических
решений
построения
ре
-
зервных
защит
трансформаторов
ответвитель
-
ных
подстанций
,
выполненных
по
упрощённым
схемам
,
каждое
из
которых
повышает
чувстви
-
тельность
защит
к
коротким
замыканиям
,
однако
они
не
лишены
существенных
недостатков
.
На
рис
. 1
показано
,
что
при
применении
тра
-
диционных
защит
трансформаторы
мощностью
2,5—10
МВА
находятся
в
зоне
недостаточной
чувствительности
,
т
.
е
.
по
существу
данные
трансформаторы
при
междуфазных
коротких
замыканиях
за
ними
не
резервируются
.
Инновационная защита
ближнего и дальнего
резервирования
трансформаторов
В рамках выполнения НИОКР по заказу ОАО «Кубаньэнерго» была разработа-
на и внедрена микропроцессорная адаптивная высокочувствительная защита
ближнего и дальнего резервирования трансформаторов ответвительных и про-
межуточных подстанций.
Геннадий ХАРУН, начальник службы релейной защиты и автоматики,
Борис ЛИТАШ, начальник отдела
технологического развития и инноваций, к.т.н.,
ОАО «Кубаньэнерго»
р
е
л
е
й
н
а
я
з
а
щ
и
т
а
и
а
в
т
о
м
а
т
и
к
а
релейная защит
а и автома
тика
89
№
2 (29),
март
–
апрель
, 2015
89
Создание
надёжной
резервной
защиты
трансфор
-
маторов
возможно
лишь
с
использованием
комбина
-
ции
способов
и
технических
решений
,
а
также
допол
-
нением
их
новыми
,
ранее
не
использовавшимися
в
данной
области
методами
повышения
чувствитель
-
ности
резервных
защит
.
Для
упрощения
реализа
-
ции
аппаратной
части
и
обеспечения
возможности
практически
неограниченной
комбинации
пусковых
,
отключающих
и
блокирующих
измерительных
орга
-
нов
,
построения
необходимой
логики
работы
,
а
так
-
же
возможности
полноценной
интеграции
в
систему
АСУ
ТП
подстанции
,
новую
резервную
защиту
целе
-
сообразно
выполнить
на
микропроцессорной
базе
.
Существует
ряд
факторов
,
значительно
снижа
-
ющих
чувствительность
резервных
защит
к
удалён
-
ным
коротким
замыканиям
,
в
частности
:
•
пуски
и
самозапуски
мощных
электродвигателей
;
•
броски
намагничивающего
тока
силовых
транс
-
форматоров
при
их
включении
на
холостой
ход
;
•
коммутации
батарей
конденсаторов
;
•
автоматическое
включение
ВЛ
с
ответвительны
-
ми
подстанциями
;
•
наличие
переходного
сопротивления
электриче
-
ской
дуги
в
месте
повреждения
;
•
значительные
токи
нагрузки
;
•
асинхронный
ход
и
качания
.
Токи
сетевого
замыкания
(
обрыв
фазного
прово
-
да
линии
с
его
коротким
замыканием
на
землю
)
в
распределительных
сетях
при
наличии
ответвитель
-
ных
подстанций
в
большинстве
режимов
не
сопро
-
вождаются
повышением
токов
до
уровней
токов
КЗ
за
трансформаторами
,
но
превышают
уровни
номи
-
нальных
токов
трансформаторов
с
заземлённой
ней
-
тралью
.
Отсутствие
полноценной
защиты
от
данного
вида
повреждений
как
на
питающих
подстанциях
,
так
и
на
ответвительных
может
привести
к
длительному
существованию
режима
сетевого
замыкания
и
,
как
следствие
,
к
перегрузу
трансформатора
,
что
имело
место
в
ряде
сетевых
компаний
(
энер
-
госистем
).
На
основе
анализа
режимов
ра
-
боты
оборудования
подстанций
и
устройств
релейной
защиты
при
раз
-
личных
видах
повреждений
,
нормаль
-
ных
и
анормальных
режимов
,
а
также
анализа
существующих
технических
решений
выполнения
резервных
за
-
щит
трансформатора
предложена
идея
устройства
адаптивной
резерв
-
ной
защиты
трансформаторов
ответ
-
вительных
подстанций
,
обладающего
повышенной
чувствительностью
к
се
-
тевым
замыканиям
(
одновременному
обрыву
одной
из
фаз
ответвительного
участка
линии
и
замыканию
на
землю
оборванной
фазы
со
стороны
ответ
-
вительной
подстанции
),
повышенной
селективностью
работы
при
аварий
-
ных
режимах
на
ответвлении
,
а
также
повышенным
быстродействием
при
наличии
нескольких
ответвлений
на
линии
электропередачи
.
В
ходе
выполнения
НИОКР
был
произведён
ана
-
лиз
режимов
работы
защищаемого
оборудования
,
факторов
,
влияющих
на
чувствительность
защит
к
аварийным
режимам
,
разработан
ряд
алгоритмов
,
являющихся
наиболее
эффективными
при
выявле
-
нии
удалённых
коротких
замыканий
на
стороне
низ
-
шего
напряжения
маломощных
трансформаторов
ответвительных
и
проходных
подстанций
,
а
также
«
сетевых
замыканий
».
Для
исследования
эффективности
применения
ал
-
горитмов
функционирования
и
проектируемой
защи
-
ты
в
целом
в
среде
MATLab
разработана
математи
-
ческая
модель
(
рис
. 2)
двухцепной
транзитной
линии
с
двумя
двухтрансформаторными
ответвительными
подстанциями
,
одна
из
которых
питает
значительную
двигательную
нагрузку
.
В
ходе
исследований
данная
модель
подтвердила
свою
адекватность
и
пригод
-
ность
для
анализа
условий
работы
защит
дальнего
резервирования
.
Рассмотрен
ряд
допустимых
и
ава
-
рийных
режимов
работы
участка
сети
.
РАЗРАБОТКА
АЛГОРИТМОВ
ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
АДАПТИВНОЙ
РЕЗЕРВНОЙ
ЗАЩИТЫ
На
основе
полученных
результатов
теоретиче
-
ских
исследований
и
исследований
на
физических
моделях
защищаемой
сети
определён
перечень
из
-
мерительных
органов
и
алгоритмов
работы
много
-
параметрических
устройств
микропроцессорных
адаптивных
высокочувствительных
защит
дальнего
и
ближнего
резервирования
трансформаторов
от
-
ветвительных
и
промежуточных
подстанций
,
среди
которых
можно
выделить
:
•
фазные
направленные
токовые
органы
;
•
токовые
направленные
органы
прямой
,
обратной
и
нулевой
последовательностей
;
•
органы
контроля
ортогональных
составляющих
тока
прямой
последовательности
;
Рис
. 1.
Эффективность
резервирования
трансформаторов
ответвительных
подстанций
распределительных
электрических
сетей
35—110
кВ
█
—
чувствительность
традиционных
защит
обеспечивается
█
—
чувствительность
традиционных
защит
не
обеспечивается
90
СЕТИ РОССИИ
•
органы
с
контролем
приращений
токов
прямой
последовательности
и
ортогональных
составля
-
ющих
токов
прямой
последовательности
.
Вышеперечисленные
информационные
призна
-
ки
аварийного
режима
имеют
наилучшую
отстройку
от
пусковых
режи
-
мов
и
режимов
мак
-
симальной
нагрузки
при
наличии
переход
-
ного
сопротивления
электрической
дуги
в
электрических
сетях
транзитного
и
ради
-
ального
типов
.
Разработана
ме
-
тодика
расчёта
уста
-
вок
предложенной
резервной
защиты
,
на
основе
которой
произведён
расчёт
уставок
отключаю
-
щих
и
блокирующих
измерительных
ор
-
ганов
микропроцес
-
сорной
адаптивной
высокочувствитель
-
ной
защиты
дальне
-
го
резервирования
т р а н с ф о р м ато р о в
ответвительных
и
промежуточных
под
-
станций
для
реаль
-
ных
участков
сети
ОАО
«
Кубаньэнерго
».
Определены
эффективность
их
применения
,
ряд
особенностей
выбора
уставок
,
перечень
влияющих
факторов
.
Разработаны
функциональные
и
структурные
схемы
(
рис
. 3)
устройств
микропроцессорной
адап
-
Рис
. 2.
Математическая
модель
в
среде
MATLab
Рис
. 3.
Структурная
схема
МСРЗ
-01
ДР
91
№
2 (29),
март
–
апрель
, 2015
тивной
высокочувствительной
защиты
ближнего
и
дальнего
резервирования
трансформаторов
от
-
ветвительных
и
промежуточных
подстанций
,
по
-
зволяющие
на
однотипной
аппаратной
платформе
реализовывать
как
алгоритмы
защиты
ближнего
ре
-
зервирования
,
так
и
алгоритмы
защиты
дальнего
ре
-
зервирования
с
учётом
требований
,
определённых
техническим
заданием
.
В
лаборатории
релейной
защиты
ОАО
«
Кубань
-
энерго
»
были
проведены
успешные
приёмо
-
сда
-
точные
испытания
экспериментальных
образцов
устройств
.
Разработанные
устройства
МСРЗ
-01
БР
и
МСРЗ
-
01
ДР
оснащены
USB-
интерфейсом
для
связи
с
пер
-
сональным
компьютером
.
Программное
обеспечение
устройств
ближнего
и
дальнего
резервирования
(
рис
. 4
и
5)
позволяет
кон
-
тролировать
текущее
состояние
дискретных
входов
,
значения
измеряемых
устройством
фазных
токов
и
напряжений
,
их
симметричные
составляющие
,
стро
-
ить
по
полученным
данным
векторные
диаграммы
в
реальном
масштабе
времени
,
при
необходимости
производить
калибровку
измерительных
каналов
при
наладке
,
настройке
и
проверке
устройства
.
По
-
средством
указанного
программного
обеспечения
производятся
задание
,
контроль
и
корректировка
уставок
всех
отключающих
,
блокирующих
,
пусковых
органов
,
а
также
органов
выдержки
времени
.
Существует
возможность
контроля
текущего
со
-
стояния
всех
пусковых
,
отключающих
и
блокирующих
органов
устройства
,
что
необходимо
при
проведении
первичной
и
последующих
проверок
устройства
,
а
также
его
диагностики
при
обнаружении
неисправ
-
ности
.
В
энергонезависимую
память
устройств
записы
-
ваются
осциллограммы
аварийных
режимов
,
кото
-
рые
содержат
информацию
о
мгновенных
величи
-
нах
токов
и
напряжений
,
измеренных
устройством
,
состоянии
дискретных
входов
и
выходного
органа
устройства
,
зафиксированных
в
период
аварийных
режимов
.
Поставляемое
программное
обеспечение
позволяет
считывать
и
просматривать
данные
ос
-
циллограммы
.
ОСНОВНЫЕ
СВОЙСТВА
И
ХАРАКТЕРИСТИКИ
МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ
УСТРОЙСТВ
ДАЛЬНЕГО
И
БЛИЖНЕГО
РЕЗЕРВИРОВАНИЯ
Повышенная
частота
дискретизации
при
оциф
-
ровке
входных
сигналов
обеспечивает
возможность
выявления
информационных
признаков
аварийных
процессов
.
Оба
устройства
(
МСРЗ
-01
ДР
и
МСРЗ
-01
БР
)
ос
-
нащены
встроенными
часами
реального
времени
,
обеспечивающими
устройство
актуальной
информа
-
цией
о
текущем
моменте
времени
даже
при
длитель
-
ном
перерыве
питания
.
Контроль
текущих
показаний
часов
реального
времени
,
а
также
их
корректировка
осуществляются
при
помощи
данного
программного
обеспечения
.
В
ходе
работы
устройств
МСРЗ
-01
ДР
и
МСРЗ
-
01
БР
ведутся
журналы
событий
,
хранящиеся
в
энер
-
гонезависимой
памяти
.
В
указанный
журнал
зано
-
сятся
все
события
,
произошедшие
с
устройством
,
с
указанием
даты
и
времени
события
,
а
также
«
сре
-
зом
»
всех
измеренных
и
вычисленных
устройством
значений
и
состоянием
пусковых
,
отключающих
и
блокирующих
органов
на
момент
события
.
В
том
числе
фиксируются
события
:
включение
питания
;
по
-
теря
питания
;
съём
сигнализации
;
срабатывание
от
-
ключающих
органов
;
возврат
отключающих
органов
;
действие
защиты
на
отключение
;
появление
сигна
-
лов
на
дискретных
входах
;
выявление
неисправно
-
Рис
. 4.
Контроль
работы
измерительных
органов
92
СЕТИ РОССИИ
сти
.
Просмотр
журнала
производится
также
с
помо
-
щью
данного
программного
обеспечения
.
Считанные
осциллограммы
хранятся
в
памяти
в
специальном
формате
.osc,
который
поддерживает
-
ся
только
поставляемым
в
комплекте
с
устройством
программным
обеспечением
,
в
состав
которого
входит
специальный
конвертер
,
позволяющий
экс
-
портировать
полученные
осциллограммы
в
формат
COMPTRADE.
В
результате
выполнения
НИОКР
получены
два
устройства
—
МСРЗ
-01
ДР
и
МСРЗ
-01
БР
.
Защита
дальнего
резервирования
МСРЗ
-01
ДР
обеспечивает
:
•
защиту
от
междуфазных
коротких
замыканий
за
трансформаторами
мощностью
2,5
МВА
и
выше
;
•
выявление
режимов
продольно
-
поперечной
несимметрии
(
обрывов
и
сетевых
замыканий
)
на
магистральной
линии
и
её
ответвлениях
;
•
отстроенность
от
нагрузочных
режимов
,
в
том
числе
и
от
пусковых
режимов
мощных
электро
-
двигателей
;
•
учёт
влияния
переходного
сопротивления
элек
-
трической
дуги
;
•
селективную
работу
защиты
при
междуфазных
коротких
замыканиях
за
трансформаторами
раз
-
новеликой
мощности
.
Устройство
ближнего
резервирования
МСРЗ
-
01
БР
обеспечивает
:
•
защиту
от
междуфазных
коротких
замыканий
за
трансформаторами
мощностью
2,5
МВА
и
выше
;
•
отстроенность
от
нагрузочных
режимов
,
в
том
числе
и
от
пусковых
режимов
мощных
электро
-
двигателей
;
•
учёт
влияния
переходного
сопротивления
элек
-
трической
дуги
;
•
ликвидацию
повреждений
при
потере
оператив
-
ного
тока
на
защищаемой
подстанции
.
Учитывая
изложенное
,
поставленная
задача
разработки
высокочувствительной
адаптивной
ми
-
кропроцессорной
защиты
ближнего
и
дальнего
ре
-
зервирования
трансформаторов
относительно
не
-
большой
мощности
(2,5—25
МВА
),
установленных
на
ответвительных
и
промежуточных
подстанциях
с
упрощёнными
схемами
первичной
и
вторичной
коммутации
,
успешно
решена
за
счёт
использова
-
ния
многопараметрического
принципа
построения
релейной
защиты
.
На
разработанные
защиты
получен
патент
на
по
-
лезную
модель
№
131246 «
Устройство
адаптивной
релейной
защиты
трансформаторов
ответвительных
подстанций
»,
патентообладатель
—
ОАО
«
Кубань
-
энерго
».
В
заключение
следует
отметить
,
что
сотрудники
исполнителя
НИОКР
ФГБОУ
ВПО
«
Южно
-
Россий
-
ский
государственный
политехнический
университет
(
Новочеркасский
политехнический
институт
)
имени
М
.
И
.
Платова
»
показали
высочайшую
квалифика
-
цию
,
профессиональный
подход
,
ответственность
при
выполнении
работ
и
проявили
высокие
деловые
качества
.
Рис
. 5.
Просмотр
осциллограмм
токов
и
напряжений
аварийных
режимов
Оригинал статьи: Инновационная защита ближнего и дальнего резервирования трансформаторов
В рамках выполнения НИОКР по заказу ОАО «Кубаньэнерго» была разработана и внедрена микропроцессорная адаптивная высокочувствительная защита ближнего и дальнего резервирования трансформаторов ответвительных и промежуточных подстанций.
