Исследование работоспособности электротехнического комплекса системы релейной защиты при разнообразных внешних воздействиях

Page 1
background image

107

Исследование работоспособности 
электротехнического комплекса 
системы релейной защиты 
при разнообразных внешних 
воздействиях

УДК 621.311:621.316.925

Ахмедова

 

О

.

О

., 

старший преподаватель кафедры 

«Электроснабжение промышленных 

предприятий» Камышинского 

технологического института 

(филиала) ФГБОУ ВО «ВолГТУ»

Сошинов

 

А

.

Г

.,

к.т.н., доцент, заместитель 

директора института по учебной 

работе, заведующий кафедрой 

«Электроснабжение промышленных 

предприятий» Камышинского 

технологического института 

(филиала) ФГБОУ ВО «ВолГТУ»

Мировые

 

производители

 

устройств

 

релейной

 

защиты

 

взяли

 

курс

 

перехода

 

на

 

цифро

-

вые

 

микропроцессорные

 

терминалы

Остаются

 

недостаточно

 

проработанными

 

вопросы

связанные

 

со

 

сбором

 

необходимой

 

информации

способами

 

адаптации

эффектом

 

не

-

распознаваемости

 

некоторых

 

коротких

 

замыканий

Это

 

обусловлено

 

нехваткой

 

инфор

-

мации

оценкой

 

распознающей

 

способности

 

полученных

 

алгоритмов

 

релейной

 

защиты

 

и

 

автоматики

В

 

статье

 

предлагаются

 

алгоритмы

 

основной

 (

токовая

 

отсечка

и

 

резервной

 

(

максимальная

 

токовая

 

защита

защит

 

с

 

адаптивной

 

уставкой

с

 

повышенным

 

коэф

-

фициентом

 

чувствительности

Они

 

позволят

 

корректировать

 

параметры

 

срабатывания

 

в

 

зависимости

 

от

 

изменения

 

внешних

 

погодных

 

условий

 

и

 

колебаний

 

потребляемой

 

мощности

 

в

 

сети

Предложена

 

методика

 

расчета

 

тока

 

срабатывания

 

релейной

 

защиты

основанная

 

на

 

учете

 

вида

 

повреждения

 

при

 

аварийной

 

ситуации

 

и

 

расчета

 

уставки

 

сра

-

батывания

 

по

 

току

 

короткого

 

замыкания

 

прямой

обратной

 

и

 

нулевой

 

последовательно

-

стей

соответствующего

 

виду

 

повреждения

 

в

 

режиме

 

реального

 

времени

.

Ключевые

 

слова

релейная защита и автоматика, 

адаптивная уставка, коэффициент 

чувствительности, воздушная 

линия электропередачи, токи 

прямой, обратной и нулевой 

последовательностей

В

недрение  стандарта  МЭК  61850  привело  к  тому,  что  устрой-

ствам  релейной  защиты  и  автоматики  (РЗиА)  становится  до-

ступным все больший объем информации, причем не только от 

измерительных устройств и датчиков, расположенных в том же 

месте, но и от других устройств РЗиА. Устройства на микропроцессор-

ной элементной базе, обладающие памятью и интеллектом, подготов-

лены для реализации новых более сложных, но и более эффективных 

алгоритмов релейной защиты и локации повреждений. Таким образом, 

все большую актуальность приобретает задача разработки алгоритмов 

релейной защиты, способных работать с расширяющейся информаци-

онной базой. Над этой задачей работали и работают ряд зарубежных 

и отечественных ученых.

Релейная  защита  все  больше  становится  наукой  о  распознавании 

аварийных ситуаций в электрических системах, а микропроцессорные 

средства защиты становятся все более интеллектуальными, проявля-

ющими способность к адаптации и обучению. Потребителям предлага-

ется  большой  выбор  терминалов  РЗиА  не  только  иностранных  фирм 

(АВВ,  Schneider  Electric  и  др.),  но  и  отечественных  производителей 

(ООО НПП «ЭКРА», ЗАО «РАДИУС Автоматика» и ООО «НПФ «РАДИ-

УС», АО «ЧЭАЗ», ОАО «ВНИИР», ИЦ «Бреслер», НТЦ «Мехатроника» 

и др.) [1]. Но, несмотря на это, устройства РЗиА до сих пор могут сра-

батывать ложно, либо излишне или же не сработать. Причина такого 

поведения микропроцессорных терминалов заключается в отсутствиии 

учета внешних факторов, воздействующих на воздушные линии элек-

тропередачи (ВЛ), в связи с чем при определенных условиях погреш-

ность может превышать нормируемое 5%-ное значение, рассчитанное 

лишь для нормальных погодных условий.

Параметры ВЛ используются алгоритмами многих устройств релей-

ной защиты и автоматики. Правильное их определение необходимо для 

обеспечения корректного функционирования систем релейной защиты 

и автоматики. При определении продольных и поперечных параметров 

 5 (56) 2019


Page 2
background image

108

ВЛ используют усредненные данные таких парамет-

ров, как: проводимость грунта, физические свойства 

проводников,  атмосферные  условия  и  геометриче-

ское расположение фазных проводников относитель-

но  поверхности  земли  и  относительно  друг  друга. 

Эти данные принимаются неизменными. Устройства 

РЗиА могут функционировать некорректно, если их 

уставки не отражают реального состояния контроли-

руемой ВЛ. Актуальным является уточнение параме-

тров ВЛ для точного определения уставок релейной 

защиты с применением имитационных моделей. Что 

подтверждается п. 5.11 стандарта ПАО «ФСК ЕЭС»: 

«…противоаварийная автоматика должна обеспечи-

вать эффективность действия и использование ми-

нимальных управляющих воздействий».

Следовательно,  разработка  системы  релейной 

защиты с адаптивной уставкой срабатывания, зави-

сящей от изменяющихся внешних условий окружаю-

щей среды и нагрузочного тока в распределительных 

воздушных линиях электропередачи, является акту-

альной задачей.

АНАЛИЗ

 

ЗАВИСИМОСТИ

 

ПОГОННЫХ

 

ПРОДОЛЬНЫХ

 

И

 

ПОПЕРЕЧНЫХ

 

ПАРАМЕТРОВ

 

ВЛЭП

 

ОТ

 

ПОГОДНЫХ

 

УСЛОВИЙ

Удельное  активное  сопротивление  определяется 

сечением  проводника  и  удельным  сопротивлением 

материала.  Данные,  приводящиеся  в  справочной 

литературе и рассчитанные на температуру провода 

20°С, не учитывают сезонные изменения температу-

ры окружающей среды, присущие практически боль-

шей части территории РФ.

Зависимость активного сопротивления от темпе-

ратуры провода определяется по формуле:
 

R

0

t

 = 

R

020 

(1 + 

(

t

пр

 — 20°), 

(1)

где 

R

020

 — табличное значение удельного сопротив-

ления при температуре провода 20°С; 

t

пр

 — темпе-

ратура  провода; 

  —  температурный  коэффициент 

электрического сопротивления.

Температура проводов воздушной линии электро-

передачи зависит от условий охлаждения в окружа-

ющей среде (температуры воздуха) и протекающего 

по ним тока [2–3]. При предельных по условиям на-

грева токовых нагрузках температура провода может 

достигать +70°С, а при низкой температуре окружа-

ющей  среды  и  малых  нагрузках  достигать  –50°С. 

Следовательно,  удельное  активное  сопротивление 

может увеличиться на 20% и уменьшиться на 30%.

Определяем температуру провода воздушной ли-

нии (ВЛ):

 

I

R

020

 + 

Ft

ок

 + 20

F

 

t

пр

 = — + 20, 

(2)

 

F

 + 

I

R

020 

где 

I

 — ток, проходящий про проводу; 

 — коэффи-

циент  теплоотдачи,  равный  количеству  тепла,  от-

водимого  в  1  сек  с  1  см

2

  поверхности  провода  при 

разности температур провода и окружающей среды 

в 1°С; 

F

 — поверхность охлаждения провода; 

t

ок

 — 

температура окружающей среды.

По результатам вычислений строим зависимость 

температуры провода АС-120 от температуры окру-

жающего воздуха, скорости ветра и протекающего по 

нему  тока  (рисунок  1).  При  этом  учитываем  атмос-

ферное давление, равное 1, температуру окружаю-

щей среды в диапазоне от +40°С до –40°С, скорость 

ветра от 0,6 м/сек, соответствующую перемещению 

воздушных масс только за счет нагрева, до 6 м/сек. 

Из рисунка 1 следует, что при малых и средних то-

ках от допустимых токов, проходящих по воздушной 

линии, и небольших ветровых нагрузках, значитель-

ные  изменения  температуры  провода  происходят 

в основном из-за колебания температуры окружаю-

щей среды. Если токовая нагрузка составляет более 

30% от допустимого тока линии и скорость ветра не 

велика, то уже ток, проходящий по проводнику, ока-

зывает заметное влияние на его нагрев [4–5].

Определим  реактивное  сопротивление  воз-

душной  линии  электропередачи  с  учетом  конеч-

ной проводимости грунта. Если представить землю 

проводником  с  большими  размерами,  по  которому 

протекает переменный ток, то из-за поверхностного 

эффекта он распределится в грунте неравномерно. 

При приближенном анализе параметров воздушной 

линии электропередачи проводимость земли берет-

ся как бесконечная величина и вследствие этого до-

пущения предполагается, что весь ток сосредоточен 

на  поверхности.  В  действительности  ток  проникает 

на  определенную  глубину,  зависящую  от  сопротив-

ления грунта и при учете, что почва однородна, убы-

вает  по  мере  удаления  от  провода  вглубь  и  в  обе 

стороны. Метод анализа влияния конечной проводи-

мости земли предложен Рюденбергом [6]. Следова-

тельно, при использовании метода зеркальных изо-

бражений  это  необходимо  учитывать  посредством 

размещения  «зеркала»  на  расстоянии  0,5

D

з

  от  оси 

провода (рисунок 2).

Используя выражение (2), построим зависимо-

сти изменения активного сопротивления провода 

Рис

. 1. 

Зависимости

 

температуры

 

провода

 

марки

 

АС

-120 

от

 

протекающего

 

тока

температуры

 

окружающей

 

сре

-

ды

скорости

 

ветра

I

, А

v

 = 0,6 м/сек

v

 = 3 м/сек

v

 = 6 м/сек

I

, А

v

 = 0,6 м/сек

v

 = 3 м/сек

v

 = 6 м/сек

t

пр

, °С

t

ок

 = 30°С

t

ок

 = 30°С

РЕЛЕЙНАЯ  ЗАЩИТА 

И   АВТОМАТИКА


Page 3
background image

109

марки АС-240 от температуры окружающей среды 

с  учетом  конечной  проводимости  грунта  (рису-

нок 3).

Учитывая выражения (1), запишем полное сопро-

тивление провода:

 

Z

пр

 = 

R

0

t

 + 

R

з

 + 

jX

з

 + + 

jX

в

 = 

 

0,178

=

 

 

R

020

 (1 + 

(

t

 – 20°)) + 

2

f

 + 

j

29

lg

·10

-4

,  (3)

 

________

 

r

0

f

·10

-9

где 

Z

пр

 — комплекс полного сопротивления провода; 

R

з

 — активное сопротивление провода с учетом ко-

нечной проводимости грунта; 

X

в

 и 

X

з

 — реактивное 

сопротивление, создаваемое частью замыкающего-

ся в воздухе и земле потока соответственно; 

f

 — ча-

стота; 

 — проводимость грунта.

Из рисунка 3 следует, что относительно постоян-

ного значения активного сопротивления линии, кото-

рое учитывается при расчетах, влияние температу-

ры окружающего воздуха значительно его изменяет, 

если оценивать погрешность в двух крайних точках 

(при температуре 40°С и –40°С), то погрешность со-

ставит 8% и 23% соответственно. При учете конеч-

ной проводимости для тех же температур окружаю-

щей среды, погрешность составит 48% и 19%.

Из выражения (3) следует, что значение реактив-

ного сопротивления провода зависит от сопротивле-

ния грунта, которое изменяется в широком диапазо-

не  под  влиянием  таких  факторов,  как  температура 

и влажность.

На рисунке 4 представлены зависимости реактив-

ного  сопротивления  провода  при  различных  сопро-

тивлениях грунта от сезонных колебаний влажности 

и температуры по месяцам [7–9].

Совокупное  использование  предложенных  мето-

дов вычисления сопротивления позволит с достаточ-

ной  точностью  определять  необходимый  параметр 

защиты  по  известной  температуре  провода,  сопро-

тивлению грунта и значению тока нагрузки и может 

быть применено при противоаварийном управлении.

Произведем  анализ  изменения  тока  срабатыва-

ния защиты, учитывая изменение активного и реак-

тивного сопротивления ВЛ, связанного с изменени-

ем температуры, влажности воздуха, скорости ветра 

и влажности грунта под воздушной линией электро-

передачи.

Согласно  традиционной  методике  [10–12]  вос-

пользуемся выражениями для определения симме-

тричных составляющих токов, а также фазных токов 

в  месте  несимметричных  коротких  замыканий  (КЗ) 

разных видов. Для уменьшения погрешностей в рас-

четах учитывается не только реактивная составляю-

щая сопротивления, но и активная.

По  данным  расчетов  построены  зависимости, 

представленные на рисунке 5. Величина токов ко-

Рис

. 2. 

Система

 «

провод

 

линии

 — 

фиктивный

 

провод

» 

с

 

учетом

 

конечной

 

проводимости

 

земли

Рис

. 3. 

Зависимости

 

изменения

 

активного

 

сопро

-

тивления

 

провода

 

марки

 

АС

-240 

от

 

температуры

 

окру

-

жающей

 

среды

 

с

 

учетом

 

конечной

 

проводимости

 

грунта

Температура окружающей среды 

t

ок

, °С

значение 

R

0

 с учетом 

t

ок

 и влиянием земли

табличное значение 

R

0

значение 

R

0

 с учетом 

t

ок

R

0

t

, Ом/км

Месяц

1000 Ом/м

500 Ом/м

200 Ом/м

50 Ом/м

X

пр

, Ом/км

Температура провода, °С

Ток срабатывания 

защиты при 

I

(3)

 КЗ

Ток срабатывания 

защиты при 

I

(3)

 КЗ

Ток срабатывания 

защиты при 

I

(1)

 КЗ

Ток срабатывания 

защиты при 

I

(2)

 КЗ

Ток сраб

атыв

ания т

ок

ов

ой о

тсе

чки, А

Рис

. 4. 

Зависимости

 

реактивного

 

сопротивления

 

прово

-

да

 

при

 

различных

 

сопротивлениях

 

грунта

 

от

 

сезонных

 

колебаний

 

влажности

 

и

 

температуры

 

по

 

месяцам

Рис

. 5. 

Зависимость

 

изменения

 

тока

 

срабатывания

 

то

-

ковой

 

отсечки

 

при

 

различных

 

видах

 

коротких

 

замыканий

 

от

 

температуры

 

провода

 

ВЛ

r

0

İ

h

0,5 

D

з

D

з

 5 (56) 2019


Page 4
background image

110

селекцию коротких замыканий с определением по-

врежденных фаз.

АЛГОРИТМЫ

 

ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ

 

УСТРОЙСТВ

 

РЕЛЕЙНОЙ

 

ЗАЩИТЫ

Алгоритм функционирования основной защиты (ри-

сунок 7), позволяет устранить возможность ошибок, 

связанных с человеческим фактором, так как систе-

ма производит автоматический расчет уставки тока 

срабатывания,  опрашивая  подключенные  датчики 

к  линии  электропередачи  и  анализируя  величину 

вторичного тока трансформаторов тока.

Для  защиты  от  междуфазных  замыканий  в  ка-

честве  быстродействующей  применяют  токовую 

отсечку,  короткие  замыкания  на  землю  контроли-

руются  «земляной  защитой»,  реагирующей  на  по-

явление тока нулевой последовательности [13, 14].

В  зависимости  от  сопротивления  земли  под 

воздушной  линией  электропередачи  зона  «не-

срабатывания»  релейной  защиты  определенная, 

по традиционной методике изменяется. «Мертвая 

зона» при трехфазном коротком замыкании при со-

противлении грунта 20 Ом·м составит 33,1%, а при 

сопротивлении  1000  Ом·м  —  12,6%,  остальные 

данные сводятся в таблицу 1.

Игнорирование  при  расчете  уставок  релейной 

защиты сезонного изменения сопротивления грун-

та  или  же  его  изменения  на  протяжении  линии 

электропередачи может привести к существенным 

погрешностям,  особенно  если  принять  во  внима-

ние,  что  расчеты  по  традиционной  методике  ве-

дутся для 

I

сз

(3)

. При расчете уставок токовой отсеч-

ки  (ТО)  для  каждого  вида  повреждения  отдельно 

при  удельном  сопротивлении  грунта 

  =  20  Ом·м 

Температура провода, °С

I

сз

(1)

 при сопротивлении грунта 20 Ом·м

I

сз

(1)

 при сопротивлении грунта 600 Ом·м

I

сз

(1)

 при сопротивлении грунта 1000 Ом·м

I

сз

(1,1)

 при сопротивлении грунта 20 Ом·м

I

сз

(1,1)

 при сопротивлении грунта 6000 Ом·м

I

сз

(1,1)

 при сопротивлении грунта 1000 Ом·м

Ток сраб

атыв

ания т

ок

ов

ой 

от

се

чки, А

Рис

. 6. 

Зависимость

 

изменения

 

тока

 

срабаты

-

вания

 

токовой

 

отсечки

 

при

 

различных

 

видах

 

коротких

 

замыканий

 

от

 

изменения

 

величины

 

сопротивления

 

грунта

 

под

 

ВЛ

роткого замыкания при разных видах повреждений 

определялась при величине сопротивления грунта 

20 Ом·м, для радиальной линии с ответвительны-

ми  и  проходными  подстанциями.  ВЛ  выполнена 

проводом  марки  АС-150  в  одноцепном  исполне-

нии. Ее суммарная длина составляет 93,62 км.

Анализ рисунка 5 показывает, что влияние из-

менения  температуры  провода  дает  изменение 

тока  срабатывания  токовой  отсечки  в  пределах 

2,5%. При расчете тока трехфазного короткого за-

мыкания по традиционной методике погрешность 

составляет около 6%. Вероятность возникновения 

коротких замыканий в электрических сетях 110 кВ 

по различным видам повреждений распределяет-

ся  следующим  образом:  на  долю  трехфазных  КЗ 

приходится 4% повреждений, на долю двухфазных 

КЗ на землю — 8%, на долю двухфазных КЗ — 5% 

и  на  долю  однофазных  КЗ  —  83%  повреждений. 

Определение  тока  уставки  релейной  защиты  по 

максимальному току трехфазного короткого замы-

кания может приводить к не корректным действи-

ям  устройств  релейной  защиты.  Следовательно, 

при  проведении  расчета  с  использованием  тока 

трехфазного  короткого  замыкания,  процент  по-

грешности  в  определении  уставки  по  току  будет 

выглядеть  следующим  образом:  при  двухфазном 

коротком  замыкании  составит  —  22%,  при  одно-

фазном КЗ — 9%, при двухфазном КЗ на землю — 

7%.  Расчеты  производились  при  сопротивлении 

грунта 20 Ом·м.

Влияние  изменения  сопротивления  грунта  на 

ток  срабатывания  токовой  отсечки  представлено 

на рисунке 6.

Изменения сопротивления грунта влияет лишь 

на те виды повреждений, при которых появляется 

ток  нулевой  последовательности,  поэтому  к  рас-

смотрению приняты однофазное короткое замыка-

ние и двухфазное короткое замыкание на землю. 

Учет двух факторов влияния (колебаний темпера-

туры  провода  и  сопротивления  грунта)  приводит 

к погрешности расчета при определении тока сра-

батывания  при  однофазном  КЗ  —  до  17%,  а  при 

двухфазном на землю — 7%.

Анализ  зависимостей  выявил  необходи-

мость  разработки  алгоритма  функционирования 

устройств релейной защиты, позволяющего произ-

водить расчет уставок тока срабатывания в зави-

симости от вида повреждения, а также производить 

Табл. 1. Величина «мертвой зоны» токовой отсечки 

при различных сопротивлениях грунта

Вид повреждения

Длина «мертвой зоны», %

 = 20 Ом·м

t

пр

 = 40°С

 = 1000 Ом·м

t

пр

 = –40°С

Трехфазное КЗ

33,1

26,11

Двухфазное КЗ

47,18

40,15

Однофазное КЗ

26,11

19,08

Двухфазное КЗ на землю

33,1

30,4

РЕЛЕЙНАЯ  ЗАЩИТА 

И   АВТОМАТИКА


Page 5
background image

111

величина  «мертвой  зоны» 

уменьшится.  Данные  рас-

четов сведены в таблицу 2.

Из данных, представлен-

ных в таблицах 1 и 2, видно, 

что при расчете тока сраба-

тывания  защиты  с  учетом 

вида  повреждения  и  изме-

нения  погодных  условий 

можно  уменьшить  длину 

«мертвой зоны». При ориен-

тации на трехфазный ток ко-

роткого замыкания и наибо-

лее  распространенный  вид 

повреждения  (однофазное 

короткое  замыкание)  —  на 

28%,  а  при  ориентации  на 

двухфазный  ток  короткого 

замыкания — на 20%.

При  определении  устав-

ки  резервной  защиты  (мак-

симальной  токовой  защи-

ты),  исходя  из  мощности 

силовых  трансформаторов, 

установленных  на  транс-

форматорных  подстанциях, 

значения  рабочего  тока  да-

леки от реальных значений, 

так  как  трансформаторы 

работают не при полной за-

грузке.  Поэтому  при  расче-

тах  необходимо  использо-

вать не значение мощности 

силовых  трансформаторов, 

а  значение  заявленной  по-

требляемой  нагрузки,  тогда 

изменение в показателях со-

ставляет более 50%. Кроме 

того значение потребляемой 

предприятиями  мощности 

и, как следствие, силы тока 

на ВЛ изменяются в течение 

суток и зависят от сезона.

Следовательно,  при  ис-

пользовании 

постоянной 

уставки  срабатывания  ре-

зервная  защита  в  часы 

минимума  потребляемой 

мощности  откажет  в  дей-

ствии, так как ток поврежде-

ния будет меньше установ-

ленного тока срабатывания 

защиты.  Так  как  на  тупико-

вых линиях предусматрива-

ется лишь двухступенчатая 

защита  (основная  —  бы-

стродействующая  токовая 

Расчет продольных и поперечных 

параметров ВЛ 

R

XL

XC

 в зави-

симости от внешних факторов

Определение параметров силовых 

трансформаторов 

R

тр

X

тр

 прямой, обрат-

ной и нулевой последовательностей

Расчет эквивалентных 

R

X

 и 

по формулам 

схем замещения прямой, обратной и нулевой

последовательностей 

R

эк

1

R

эк

2

R

эк

3

X

эк

1

X

эк

2

X

эк

3

Расчет токов КЗ при различных

видах повреждений 

I

КЗ

(3)

I

КЗ

(2)

I

КЗ

(1)

I

КЗ

(1,1)

Расчет токов РЗ при различных

видах повреждений 

I

сз

(3)

I

сз

(2)

I

сз

(1)

I

сз

(1,1)

Опрос трансформаторов тока

I

ТА

I

ТВ

I

ТC

I

ТА0

I

ТВ0

I

ТС0

I

Р

 = 

max 

(

I

ТА

I

ТВ

I

ТC

)

I

ТА

 > 5 А

I

ТВ

 > 5 А

I

ТВ

 > 5 А

I

ТВ

 > 5 А

I

Р

 > 

I

сз

(3)

I

Р

 > 

I

сз

(2)

I

Р

 > 

I

сз

(1)

I

Р

 > 

I

сз

(1,1)

I

ТС

 > 5 А

I

ТС

 > 5 А

I

ТС

 > 5 А

Получение данных от датчиков темпе-

ратуры окружающей среды, влажности 

воздуха и влажности грунта

Отключение выключателя

Начало

I

ТА0

 > 5 А

I

ТА0

 > 5 А

I

ТВ0

 > 5 А

I

ТВ0

 > 5 А

I

ТС0

 > 5 А

I

ТС0

 > 5 А

Рис

. 7. 

Предлагаемый

 

ал

-

горитм

 

функционирования

 

системы

 

релейной

 

защиты

 

с

 

адаптивной

 

уставкой

Табл. 2. Длина зоны «несрабатывания» ТО, рассчитанная по методике

Уставка ТО,

выбираемая относи-

тельно вида

повреждения

Длина «мертвой зоны», %, относительно

I

КЗ

(3)

I

КЗ

(2)

 = 20 Ом·м

 = 1000 Ом·м

 = 20 Ом·м

 = 1000 Ом·м

t

пр

 = 40°С

Уставка при трехфазном КЗ

26,11

26,11

40,15

40,15

Уставка при двухфазном КЗ

23,77

23,77

37,8

37,8

Уставка при однофазном КЗ

19,08

3,08

37,8

19,09

Уставка при двухфазном КЗ 

на землю

26,11

15,8

40,15

33,14

 5 (56) 2019


Page 6
background image

112

Получение данных с датчиков тока 

I

Араб

I

Bраб

I

Cраб

Получение данных от трансформаторов тока 

I

ТТА

I

ТТB

I

ТТC

Если 

I

ТТА

 и/или 

I

ТТB

, и/или 

I

ТТC 

> 5 А

I

раб макс

 = 

max

(

I

Араб

I

Bраб

I

Cраб

)

 

k

отс 

· 

k

сап

I

сз

 = — 

I

раб макс

 

k

в

I

Р

 > 

I

сз

t

 > 

t

сз

отсечка и резервная — максимальная токовая за-

щита  с  выдержкой  времени),  то  при  повреждении 

в  «мертвой  зоне»  основной  защиты  она  откажет 

в срабатывании и резервная не отключит повреж-

денную линию, так как уставка рассчитана без учета 

реальных токов, проходящих по ЛЭП. В результате 

произойдет  не  селективное  отключение  предыду-

щего  выключателя  на  неповрежденной  линии  бо-

лее  высокого  напряжения,  оставляя  без  электро-

снабжения рабочие линии.

Алгоритм  функционирования  резервной  защиты 

с  адаптивной  уставкой  представлен  на  рисунке  8. 

Датчики тока устанавливаются на воздушной линии 

электропередачи  на  каждой  фазе  в  начале  линии 

в месте расположения резервной защиты. Данные от 

датчиков непрерывно передаются устройству релей-

ной защиты. В случае отсутствия данных терминал 

релейной защиты выведет ошибку, оповестив персо-

нал о наличии неисправности, а система зафиксиру-

ет уставку, расчитанную по последним полученным 

данным. 

Контроль  вторичных  параметров  трансформа-

торов тока позволяет не только определить вид по-

вреждения, но и избежать ложного срабатывания ре-

зервной защиты при запуске двигателей (следствием 

чего является увеличение рабочих токов в несколько 

раз), оперируя корректной информацией о ситуации 

на ВЛ [15].

На  основании  разработанных  алгоритмов  функ-

ционирования многопараметрической управляющей 

системы  релейной  защиты  с  адаптивной  уставкой 

создана математическая модель основной и резерв-

ной  защит,  которая  позволяет  осуществить  расчет 

параметров срабатывания защит на основе данных, 

полученных от датчиков, установленных на воздуш-

ной линии электропередачи.

Визуальная модель позволяет посредством ими-

тации сезонных изменений погодных условий полу-

чить данные о токе срабатывания защиты. Выбирая 

рассматриваемый  участок  сети,  в  окна  параметров 

вводят данные о внешних условиях. Также есть воз-

можность  изменять  процент  нагрузки  линий  элек-

тропередачи в зависимости от времени суток и тем 

самым  получать  корректные  данные  о  параметрах 

срабатывания  основной  и  резервной  защиты.  Мо-

дель дает возможность выбирать вид короткого за-

мыкания, путем установки значений, полученных на 

вторичной  обмотке  трансформатора  тока,  и  учиты-

вать вид повреждения при расчете.

ВЫВОДЫ

 

1. Разработаны алгоритмы функционирования элек-

тротехнического  комплекса  систем  релейной  защи-

ты  ВЛ,  позволяющие  повысить  чувствительность 

и уменьшить величину «мертвой зоны».

2. Произведено исследование влияния разнообраз-

ных внешних воздействий (таких как сопротивление 

грунта,  ток  нагрузки  в  режиме  реального  времени, 

процессы  теплообмена  между  проводом  и  окружа-

ющей средой) на электротехнический комплекс сис-

темы релейной защиты и выявленно, что игнориро-

вание  данных  факторов  приводит  к  значительным 

погрешностям при расчете тока срабатывания.

3. Предложена методика расчета тока срабатывания 

электротехнического  комплекса  системы  релейной 

защиты,  основанная  на  определении  вида  повреж-

дения и соответствующего ему тока, что увеличива-

ет надежность системы в сравнении с традиционной 

методикой расчета.  

Начало

Отключение выключателя

Рис

. 8. 

Алгоритм

 

функционирования

 

резервной

 

защиты

 

с

 

адаптивной

 

уставкой

ЛИТЕРАТУРА

1.  Ахмедова  О.О.,  Грачева  М.Н.,  Ки-

рюхина  Е.И.  Современное  разви-

тие  измерительных  преобразова-

телей  тока  для  релейной  защиты 

и автоматики в энергетике // Энер-

го-  и  ресурсосбережение:  про-

мышленность  и  транспорт,  2016, 

№ 5(17). C. 47–51.

2.  Бессолицин  А.В.,  Попов  В.А.  По-

грешность  расчета  взаимоиндук-

ции  между  проводами  воздушных 

линий // Механизация и электрифи-

кация  сельского  хозяйства,  2008, 

№ 4. С. 14–16.

3.  Бургсдорф  В.В.  Нагрев  проводов 

воздушных линий электропередачи 

и существующие нормы // Электри-

чество, 1937, № 17–18. С. 40–43.

4.  Ахмедова  О.О.,  Шилин  А.Н.  Ис-

следование влияния условий окру-

жающей среды на параметры воз-

душных  линий  электропередачи 

для корректировки уставок систем 

релейной защиты в реальном вре-

мени // Энерго- и ресурсосбереже-

ние: промышленность и транспорт, 

2017, № 2(19). С. 32–36.

5.  Ахмедова  О.О.  Анализ  погонных 

параметров  воздушной  линии 

электропередачи  при  учете  конеч-

ной проводимости земли // Успехи 

современной науки и образования, 

2017, № 4. Том 4. С. 130–132.

6.  Переходные  процессы  в  электро-

энергетических  системах:  Пер. 

РЕЛЕЙНАЯ  ЗАЩИТА 

И   АВТОМАТИКА


Page 7
background image

113

с  1-го  америк.  изд.  /  Под  ред. 

В.Ю.  Ломоносова.  М.:  Изд-во 

иностр. лит., 1955. 715 с.

7.  Костенко М.В. Взаимные сопротив-

ления между воздушными линиями 

с  учетом  поверхностного  эффек-

та  земли  //  Электричество,  1955, 

№ 10. С. 29–34.

8.  Кужеков С.Л., Оклей П.И., Нудель-

ман Г.С. Анализ совокупности тре-

бований  к  релейной  защите  с  це-

лью  оценки  ее  эффективности  // 

Электрические станции, 2010, № 2. 

С. 43–48.

9.  Марголин Н.Ф. Сопротивление воз-

душных  линий  передачи.  М.:  Мос-

облполиграф, 1937. 61 с.

10. Басс  Э.И.,  Дорогунцев  В.Г.  Релей-

ная защита электроэнергетических 

систем:  Учебное  пособие  /  Под 

ред.  А.Ф.  Дьякова.  М.:  Издатель-

ство МЭИ, 2002. 296 с.

11. Гуревич  В.И.  Микропроцессорные 

реле защиты. Устройство, пробле-

мы, перспективы. М.: Инфра-Инже-

нерия, 2011. 336 с.

12. Далматов  Н.И.  Релейная  защита 

и  автоматизация  систем  электро-

снабжения.  Л.:  ЛВВИСУ,  1989. 

281 с. 

13. Ахмедова О.О. Обзор алгоритмов 

функционирования  систем  защи-

ты, обладающих повышенной чув-

ствительностью  //  Успехи  совре-

менной  науки,  2017,  №  4.  Том  4. 

С. 68–71.

14. Ахмедова  О.О.,  Бахтиаров  К.Н. 

Разработка  алгоритма  функцио-

нирования  управляющей  системы 

быстродействующей  релейной  за-

щиты воздушной линии электропе-

редачи // Современные наукоемкие 

технологии, 2018, № 3. C. 7–13.

15. Ахмедова  О.О.  Уточненный  алго-

ритм  расчета  активного  сопротив-

ления воздушной линии электропе-

редачи с учетом погодных условий 

//  Международный  журнал  при-

кладных  и  фундаментальных  ис-

следований, 2016, № 12 (часть 3). 

С. 387–398.

VI 

научно

-

практическая

 

конференция

Организаторы

:

ПАО

 «

Россети

», 

ФГАОУ

 

ДПО

 «

ПЭИПК

» 

Минэнерго

 

России

,

журнал

 «

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ

Передача

 

и

 

распределение

» 

при

 

поддержке

 

Министерства

 

энергетики

 

Российской

 

Федерации

5 декабря 2019 года. Москва. ВДНХ, павильон 75

Контроль

 

технического

 

состояния

 

оборудования

 

объектов

 

электросетевого

 

комплекса

REFERENCES

1.  Akhmedova  O.O.,  Gratcheva  M.N., 

Kiryukhina E.I. State-of-the-art devel-

opment of instrument current convert-

ers for relay protection and automa-

tion in power engineering // 

Energo- i 

resursosberezheniye: promyshlen-
nost’ i transport

 [Power and resource 

saving: industry and transport], 2016, 

№ 5(17), pp. 47–51. (In Russian)

2.  Bessolitsin  A.V.,  Popov  V.A.  Mutual 

inductance calculation error between 

overhead line cables // 

Mekhanizatsi-

ya I elektro

 katsiya selskogo khozya-

jstva

  [Mechanization  and  electrifi ca-

tion  of  agricultural  industry],  2008, 

№4, pp. 14–16. (In Russian)

3.  Burgsdorf  V.V.  Heating  of  overhead 

line  cables  and  valid  norms  // 

Elek-

trichestvo

  [Electricity],  1937,  №  17–

18, pp. 40–43. (In Russian)

4.  Akhmedova  O.O.,  Shilin A.N.  Study 

of  environmental    conditions  impact 

on  overhead  line  parameters  for  to 

correct  the  relay  protection  settings 

in real time // 

Energo- i resursosber-

ezheniye: promyshlennost’ i transport 

[Power  and  resource  saving:  indus-

try  and  transport],  2017,  №  2(19), 

pp. 32–36. (In Russian)

5.  Akhmedova O.O. Study of overhead 

transmission  line  parameters  with 

consideration  of  fi nite  earth  conduc-

tivity // 

Uspekhi sovremennoy nauki I 

obrazovaniya 

[Achievements  of  mo-

dern  science  and  education],  2017, 

№ 4, Vol.4, pp. 130–132. (In Russian)

6.  Transients in power systems: Trans-

lation  of  1st  American  publication/ 

Edited by Lomonosov V.Yu. Мoscow, 

Foreign Literature Publ., 1955, p. 715.

7.  Kostenko  M.V.  Mutual  impedance 

between  overhead  lines  with  con-

sideration of the earth surface eff ect 

// 

Elek trichestvo 

[Electricity],  1955, 

№10, pp. 29–34. (In Russian)

8.  Kuzhekov S.L., Okley P.I., Nudelman 

G.S.  Study  of  requirements  to  relay 

protection for to estimate its effi  ciency 

// 

Elektricheskiye stantsii 

[Electrical 

stations], 2010, № 2, pp. 43–48. (In 

Russian)

9.  Margolin N.F. Overhead transmission 

line resistance. Мoscow, Mosoblpoli-

graph Publ., 1937, p. 61.

10. Bass  E.I.,  Doroguntsev  V.G.  Relay 

protection  of  power  systems:  Edu-

cational  guideline/Edited  by  Diyakov 

A.F. М.: Press of Moscow Power En-

gineering Institute, 2002, p. 296.

11. Gurevitch  V.I.  Microprocessor-based 

protection  relays.  Design,  bottle-

necks,  perspectives.  Мoscow,  Infra-

Inzheneriya Publ., 2011, p. 336.

12. Dalmatov  N.I.  Relay  protection  and 

automation of power supply systems. 

LVVISU Publ., 1989, p. 281. 

13. Akhmedova O.O. Summary of opera-

tion algorithms of protection systems 

with  improved  sensitivity  // 

Uspekhi 

sovremennoy nauki

 [Achievements of 

modern science], 2017, № 4, vol. 4, 

pp. 68–71. (In Russian)

14. Akhmedova  O.O.,  Bakhtiarov  K.N. 

Development of control system oper-

ation algorithm for instantaneous op-

erating overhead line relay protection 

// 

Sovremenniye naukoyemkiye tekh-

nologii

  [Modern  high  technologies], 

2018, № 3, pp. 7–13. (In Russian)

15. Akhmedova O.O. Refi ned algorithms 

of  overhead  line  resistance  calcula-

tion  with  consideration  of  weather 

conditions // 

Mezhdunarodniy zhurnal 

prikladnykh I fundamental’nykh issle-
dovaniy

  [International  magazine  of 

application-specifi c  and  fundamental 

investigations], 2016, № 12 (part 3), 

pp. 387–398. (In Russian)

Конференция проводится с целью обмена опытом в области техничес кого диагностирования 
и  мониторинга состояния электрооборудования, обес 

печения необходимой координации 

действий и синхронизации технических решений в электросетевом комплексе России, а также 
выработке риск-ориентированного подхода при планировании производственных программ.

в

 

рамках

 

Международного

 

форума

 «

Электрические

 

сети

» (

МФЭС

–2019)

 5 (56) 2019


Читать онлайн

Мировые производители устройств релейной защиты взяли курс перехода на цифровые микропроцессорные терминалы. Остаются недостаточно проработанными вопросы, связанные со сбором необходимой информации, способами адаптации, эффектом нераспознаваемости некоторых коротких замыканий. Это обусловлено нехваткой информации, оценкой распознающей способности полученных алгоритмов релейной защиты и автоматики. В статье предлагаются алгоритмы основной (токовая отсечка) и резервной (максимальная токовая защита) защит с адаптивной уставкой, с повышенным коэффициентом чувствительности. Они позволят корректировать параметры срабатывания в зависимости от изменения внешних погодных условий и колебаний потребляемой мощности в сети. Предложена методика расчета тока срабатывания релейной защиты, основанная на учете вида повреждения при аварийной ситуации и расчета уставки срабатывания по току короткого замыкания прямой, обратной и нулевой последовательностей, соответствующего виду повреждения в режиме реального времени.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 1(70), январь-февраль 2022

Превентивное управление нагрузкой в сетях 0,4 кВ в целях предотвращения возникновения аварийных ситуаций

Управление сетями / Развитие сетей Энергоснабжение / Энергоэффективность Релейная защита и автоматика
Удинцев Д.Н. Милованов П.К. Зуев А.И.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 5(68), сентябрь-октябрь 2021

Внедрение цифрового дистанционного управления оборудованием и МП устройствами РЗА на подстанциях 110–220 кВ ПАО «Россети Московский регион»

Релейная защита и автоматика
Гвоздев Д.Б. Грибков М.А. Бороздин А.А. Рыбаков А.К.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»