96
Направленная высокочастотная
защита для линий с однофазным
автоматическим повторным
включением
УДК
621.316.925
В
статье
рассмотрены
вопросы
применимости
направленной
высокочастотной
защиты
на
линиях
с
пофазным
управлением
и
целесообразность
перевода
ее
в
режим
диффе
-
ренциально
-
фазной
защиты
в
неполнофазных
режимах
цикла
однофазного
автоматиче
-
ского
повторного
включения
.
Ефремов
В
.
А
.,
директор
центра
применения
продукции
ООО
«
Релематика
»
Ефремов
А
.
В
.,
инженер
-
исследователь
3
категории
ООО
«
Релематика
»
Ключевые
слова
:
защиты
с
абсолютной
селективностью
,
защиты
линий
в
неполнофазных
режимах
,
неуспешное
ОАПВ
Keywords:
protection with absolute
selectivity, lines pro-
tection in open-phase
operating conditions,
unsuccessful single-
phase autoreclosing
О
дним
из
критериев
применимости
защит
является
быстродействие
.
Анализ
защит
с
абсолютной
селективностью
воздушных
линий
электропередачи
(
ВЛ
)
показывает
,
что
по
принципу
действия
са
-
мой
быстродействующей
из
защит
с
абсолютной
селективностью
является
направленная
высокочастотная
защита
(
НВЧЗ
) [1].
Действительно
,
в
момент
аварии
защита
мгновенно
блокируется
всеми
полукомплектами
за
счет
срабатывания
фильтровых
токовых
измерительных
органов
(
ИО
),
и
да
-
лее
,
по
мере
срабатывания
реле
направления
мощности
обратной
после
-
довательности
(
РНМОП
)
при
повреждении
в
зоне
действия
,
блокирующий
сигнал
снимается
,
и
защита
производит
отключение
.
Таким
образом
,
время
срабатывания
защиты
определяется
временем
срабатывания
РНМОП
,
ко
-
торое
в
наихудшем
случае
для
реле
на
любой
элементной
базе
не
превы
-
шает
20–30
мс
,
а
потому
такие
защиты
нашли
широкое
применение
на
ВЛ
110–220
кВ
с
трехфазным
управлением
выключателя
.
Однако
естественный
недостаток
такой
защиты
,
обусловленный
использованием
мощности
сим
-
метричных
составляющих
обратной
последовательности
(
ОП
),
ограничива
-
ет
область
применения
защиты
.
Он
практически
исключает
использование
таких
защит
на
линиях
с
пофазным
управлением
выключателя
из
-
за
воз
-
никновения
неполнофазного
режима
в
цикле
однофазного
автоматического
повторного
включения
(
ОАПВ
).
В
этом
режиме
источником
симметричных
составляющих
ОП
,
на
что
реагируют
НВЧЗ
,
является
место
несимметрии
в
энергосистеме
,
то
есть
место
отключения
фазы
выключателем
.
В
неполно
-
фазных
режимах
цикла
ОАПВ
необходимо
выводить
из
действия
все
защи
-
ты
,
реагирующие
на
составляющие
обратной
,
в
том
числе
и
НВЧЗ
,
или
нуле
-
вой
(
направленная
токовая
защита
нулевой
последовательности
—
ТЗНП
)
последовательностей
.
Данный
недостаток
НВЧЗ
пытаются
обходить
в
[2, 3]
путем
перевода
защиты
в
неполнофазном
режиме
в
цикле
ОАПВ
в
диффе
-
ренциально
-
фазный
режим
.
Процедура
перевода
НВЧЗ
в
режим
дифференциально
-
фазной
защиты
(
ДФЗ
)
позволяет
ДФЗ
выполнять
только
функции
защиты
неповрежденных
фаз
в
цикле
ОАПВ
.
Однако
,
учитывая
функциональную
сложность
защиты
и
трудности
ее
настройки
,
применение
ДФЗ
для
целей
защиты
неповреж
-
денных
фаз
оказывается
нецелесообразным
.
Кроме
того
,
в
[1]
описаны
ограничения
дифференциально
-
фазного
принципа
при
сложных
видах
по
-
вреждений
,
в
частности
при
одновременном
однофазном
коротком
замыка
-
нии
(
КЗ
)
с
обрывом
на
линии
.
Далее
рассмотрена
эффективность
применения
НВЧЗ
на
линиях
электро
-
передачи
с
пофазным
управлением
,
и
приведен
график
минимальных
длин
ВЛ
напряжением
500
кВ
,
на
которых
целесообразен
перевод
НВЧЗ
в
режим
ДФЗ
.
НВЧЗ
на
линиях
с
пофазным
управлением
выключателями
реагирует
на
все
виды
повреждений
.
Однофазное
повреждение
(
К
(1)
)
на
линии
выявляется
и
отключается
быстродействующей
НВЧЗ
.
Далее
в
неполнофазном
режиме
по
-
сле
отключения
К
(1)
НВЧЗ
блокируется
или
переводится
в
режим
ДФЗ
.
В
цикле
ОАПВ
защита
линии
должна
:
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА
И АВТОМАТИКА
97
–
реагировать
на
повреждения
неповрежденных
фаз
;
–
выявлять
устойчивое
замыкание
на
отключенной
с
двух
сторон
фазе
;
–
формировать
команду
на
ОАПВ
и
отключать
без
задержек
неуспешное
ОАПВ
.
Для
решения
задачи
защиты
неповрежденных
фаз
в
цикле
ОАПВ
обычно
применяют
специальную
токо
-
вую
защиту
неповрежденных
фаз
—
ТЗНФ
[4, 5].
Алгоритм
ТЗНФ
прост
в
реализации
,
а
его
эффек
-
тивность
очень
высока
[5].
Кроме
того
,
дополнительным
способом
защиты
неповрежденных
фаз
могут
быть
ускоренные
ступе
-
ни
дистанционной
защиты
(
ДЗ
)
или
фазные
дистан
-
ционные
избирательные
органы
(
ДИО
)
при
их
пере
-
воде
в
цикле
ОАПВ
на
«
самостоятельное
действие
».
Однако
время
ввода
ступеней
ДЗ
и
ДИО
на
«
само
-
стоятельное
действие
»
должно
быть
ограничено
временем
возможного
появления
асинхронного
хода
или
качаний
в
неполнофазном
режиме
.
По
данным
ВНИИЭ
это
время
ограничено
600
мс
.
Рассмотрим
применимость
ДФЗ
для
решения
за
-
дач
по
защите
ВЛ
в
цикле
ОАПВ
.
Исследования
и
моделирование
ВЛ
показали
,
что
дифференциально
-
фазный
принцип
отказывает
в
реальных
диапазонах
эквивалентных
сопротивле
-
ний
энергосистем
прямой
(
обратной
)
и
нулевой
по
-
следовательностей
только
лишь
при
КЗ
с
обрывом
на
одной
фазе
.
В
цикле
ОАПВ
обрывом
будем
считать
отключенную
с
двух
сторон
фазу
,
а
повреждение
,
на
которое
и
должна
реагировать
защита
,
возможно
на
других
(
неповрежденных
)
фазах
,
то
есть
ДФЗ
для
защиты
неповрежденных
фаз
применима
.
При
этом
следует
учесть
,
что
отключение
от
ДФЗ
при
КЗ
на
не
-
поврежденных
фазах
будет
происходить
с
задержкой
50
мс
и
более
,
обусловленной
особенностями
работы
ДФЗ
при
внешних
КЗ
и
возможным
реверсом
мощ
-
ности
(
тока
)
в
таком
режиме
.
Проблема
устранения
дополнительных
задержек
и
ускорения
ДФЗ
для
ВЛ
с
трехфазным
управлением
выключателями
в
ООО
«
Релематика
»
решена
вводом
дополнительного
токо
-
вого
реле
,
выявляющего
повреждения
на
контролиру
-
емой
линии
при
наличии
внешнего
КЗ
.
Таким
образом
,
наиболее
эф
-
фективной
и
быстродействующей
защитой
неповрежденных
фаз
в
цикле
ОАПВ
является
ТЗНФ
,
при
-
чем
реагирующая
не
на
отношение
модулей
токов
неповрежденных
фаз
[4],
а
на
аварийные
составля
-
ющие
токов
обратной
и
нулевой
последовательностей
[5].
Иная
ситуация
с
ДФЗ
возника
-
ет
при
неуспешных
ОАПВ
.
В
этом
случае
при
включении
линии
с
1-
го
конца
возникает
режим
ко
-
роткого
замыкания
для
данного
конца
и
режим
обрыва
для
дру
-
гого
конца
линии
,
то
есть
для
за
-
щиты
это
КЗ
с
обрывом
,
причем
на
одной
фазе
ВЛ
.
Этот
режим
ДФЗ
идентифицируется
как
внеш
-
нее
повреждение
[1],
и
защита
не
формирует
сигнала
на
отключение
поврежденной
линии
.
На
рисунке
1
показаны
графики
предельной
длины
линии
500
кВ
в
зависимости
от
величины
эквивалент
-
ных
сопротивлений
системы
по
прямой
(
обратной
)
по
-
следовательности
,
на
которых
возможно
селективное
отключение
от
ДФЗ
при
неуспешном
ОАПВ
.
Напри
-
мер
,
для
ВЛ
500
кВ
МЭС
Востока
эквивалентные
со
-
противления
прямой
последовательности
,
величина
которых
не
более
Z
1
сист
< 150
Ом
,
эта
длина
ограниче
-
на
40
км
,
то
есть
на
всех
линиях
500
кВ
в
ДФЗ
этого
региона
должны
быть
использованы
другие
способы
защиты
при
неуспешных
ОАПВ
.
В
первую
очередь
речь
должна
идти
о
распозна
-
вании
устойчивого
замыкания
на
отключенной
фазе
.
Для
этих
целей
в
устройстве
ОАПВ
имеется
модуль
адаптивного
ОАПВ
[6],
который
формирует
команду
ОАПВ
через
время
деионизации
канала
дуги
после
отключения
фазы
или
выявляет
устойчивое
замыка
-
ние
,
блокирует
ОАПВ
,
не
допуская
повторного
вклю
-
чения
поврежденной
фазы
,
и
формирует
команду
на
доотключение
двух
оставшихся
в
работе
фаз
линии
.
Однако
из
-
за
недостаточного
опыта
применения
измерительных
органов
адаптивного
ОАПВ
такой
способ
редко
применяется
в
эксплуатации
.
Основ
-
ное
преимущество
адаптивного
ОАПВ
заключается
в
значительном
,
в
два
раза
и
более
,
сокращении
бес
-
токовой
паузы
цикла
ОАПВ
,
тем
самым
значительно
повышается
устойчивость
работы
энергосистемы
.
Если
устойчивое
замыкание
не
распознано
или
адаптивное
ОАПВ
вообще
не
применено
,
то
необхо
-
димо
предусмотреть
способы
отключения
линии
при
неуспешном
ОАПВ
.
В
настоящее
время
в
защитах
с
абсолютной
селек
-
тивностью
типа
ДФЗ
или
НВЧЗ
,
переведенной
в
таком
режиме
в
ДФЗ
,
для
этой
цели
применяется
специаль
-
ное
фазное
реле
сопротивления
(
РС
),
которое
вво
-
дится
в
работу
только
в
момент
повторного
включе
-
ния
и
работает
до
момента
времени
замыкания
линии
в
транзит
.
Расчет
параметров
срабатывания
данного
РС
предполагает
отстройку
от
величин
тока
и
напря
-
жения
максимального
нагрузочного
режима
.
При
на
-
Рис
. 1.
Зависимость
предельных
длин
ВЛ
,
для
которых
применима
ДФЗ
для
защиты
при
неуспешных
ОАПВ
,
от
величины
эквивалентного
сопротивле
-
ния
системы
Зависимость
l
пред
=
f
(
Z
1сист
)
Z
1сист
, Ом
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260
60,0
50,0
40,0
30,0
20,0
10,0
0,0
l
пред
, км
№
5 (50) 2018
98
личии
ДИО
в
устройстве
уставки
рассматриваемого
РС
могут
быть
приняты
равными
уставкам
дистанци
-
онного
избирателя
.
Анализ
процессов
неполнофазного
режима
(
ри
-
сунок
2)
показывает
,
что
на
отключенной
фазе
ли
-
нии
,
имеющей
реакторы
по
концам
ВЛ
напряжением
500
кВ
и
выше
,
возникают
субгармонические
состав
-
ляющие
токов
и
напряжений
,
обусловленные
часто
-
той
собственных
колебаний
линии
электропередачи
.
Эти
составляющие
вызывают
периодические
сра
-
батывания
специального
фазного
РС
.
Для
отстройки
от
таких
срабатываний
на
практике
необходимо
вно
-
сить
задержки
в
канал
срабатывания
реле
на
время
полупериода
биений
напряжения
(
тока
)
в
отключен
-
ной
фазе
.
Если
II
ступень
токовой
защиты
нулевой
последо
-
вательности
на
таких
ВЛ
не
отстроена
от
неполнофаз
-
ного
режима
цикла
ОАПВ
,
то
время
отключения
на
них
при
неуспешном
ОАПВ
может
составить
80–100
мс
без
учета
времени
отключения
самого
выключателя
.
На
линиях
с
трехфазным
управлением
выключа
-
телями
(
ВЛ
110–220
кВ
)
обрывы
с
КЗ
на
одной
фазе
в
ДФЗ
ООО
«
Релематика
»
отключаются
без
задер
-
жек
посредством
выявления
специальным
блоком
обрыва
фазы
.
Линия
в
этом
случае
будет
отключе
-
на
,
если
возникающие
в
данном
режиме
токи
симме
-
тричных
составляющих
превышают
уставки
отклю
-
чающих
ИО
ДФЗ
.
При
неуспешных
ОАПВ
на
линиях
с
пофазным
управлением
выключателями
необходимы
быстро
-
действующие
измерительные
органы
.
Решение
та
-
кой
проблемы
лежит
в
плоскости
применения
реле
тока
на
базе
комбинированных
фильтров
аварийных
Рис
. 2.
Вид
токов
и
напряжений
в
неполнофазном
режи
-
ме
цикла
ОАПВ
на
одной
из
ВЛ
500
кВ
МЭС
Востока
составляющих
обратной
и
нулевой
последователь
-
ностей
[7].
ВЫВОДЫ
1.
Применение
НВЧЗ
на
линиях
с
пофазным
управ
-
лением
не
может
считаться
оптимальным
,
так
как
в
возникающем
неполнофазном
режиме
такая
за
-
щита
должна
быть
выведена
из
действия
.
2.
Перевод
НВЧЗ
в
режим
ДФЗ
в
неполнофазном
ре
-
жиме
нецелесообразен
из
-
за
отказа
ДФЗ
при
не
-
успешном
ОАПВ
.
3.
Применяемые
на
практике
в
ДФЗ
специальные
РС
для
работы
при
неуспешном
ОАПВ
имеют
большие
времена
отключения
.
Требуется
раз
-
работка
измерительных
органов
с
применением
аварийных
составляющих
тока
.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Атабеков
Г
.
И
.
Теоретические
основы
релейной
защиты
высоковольтных
сетей
.
М
.:
Госэнергоиздат
, 1957. 344
с
.
2.
Левиуш
А
.
И
.,
Дони
Н
.
А
.,
Надель
Л
.
А
.,
Наумов
А
.
М
.
Высокочастотная
направленная
и
дифференциально
-
фазная
защита
ПДЭ
2003
для
ВЛ
500–750
кВ
.
М
.:
ЭНАС
,
1996. 204
с
.
3.
Шкаф
направленной
и
дифференциально
-
фазной
за
-
щиты
линии
и
устройства
ОАПВ
типа
ШЭ
2710 538.
ЭКРА
.656453.534
РЭ
.
4.
Коржецкая
Т
.
А
.,
Левиуш
А
.
И
.
Некоторые
принципы
вы
-
полнения
резервной
защиты
в
цикле
ОАПВ
//
Электри
-
чество
, 1978,
№
8.
С
. 81–84.
5.
Ефремов
В
.
А
.,
Романов
Ю
.
В
.,
Воронов
П
.
И
.
Токовая
за
-
щита
неповрежденных
фаз
в
цикле
ОАПВ
//
ЭЛЕКТРО
-
ЭНЕРГИЯ
.
Передача
и
распределение
, 2013,
№
3(18).
С
. 98–100.
6.
Ефремов
В
.
А
.
ОАПВ
:
Опыт
разработки
и
применения
//
Релейная
защита
и
автоматизация
, 2014,
№
3(16).
С
. 10–13.
7.
Ефремов
В
.
А
.,
Мартынов
М
.
В
.
Микропроцессорная
ДФЗ
«
Бреслер
»:
новые
возможности
/
Современные
направления
развития
систем
релейной
защиты
и
ав
-
томатики
энергосистем
.
Сб
.
докладов
4-
й
МНТК
.
Ека
-
теринбург
, 3–7
июня
2013
года
.
REFERENCES
1. Atabekov G.I.
Teoreticheskie osnovy releynoy zashchity
vyso kovoltnykh setey
[Theoretical bases of high-voltage
networks relay protection]. Moscow, Gosenergoizdat Publ.,
1957. 344 p.
2. Leviush A.I., Doni N.A., Nadel L.A., Naumov A.M.
Vyso-
kochastotnaya napravlennaya i differentsialno-faznaya
zashchita PDE 2003 dlya VL 500–750 kV
[PDE 2003 high-
frequency directional and phase-differential protection for
500-750 kV power transmission lines]. Moscow, ENAS
Publ., 1996. 204 p.
3. Operation manual no. 656453.534. Cabinet of directional
and phase-differential line protection and ShE2710 538
single-phase autoreclosing device. "EKRA", LLC Publ.,
240 p. (in Russian)
4. Korzhetskaya T.A., Leviush A.I. Some principles of backup
protection in single-phase autoreclosing cycle.
Elektrotekh-
nika
[Russian Electrical Engineering], 1978, no. 8, pp. 81–84.
(in Russian)
5. Efremov V.A., Romanov Yu.V., Voronov P.I. Current protection
of intact phases in single-phase autoreclosing cycle.
ELEK-
TROENERGIYa: peredacha i raspredelenie
[ELECTRIC
POWER: Transmission and Distribution], 2013, no. 3, pp.
98–100. (in Russian)
6. Efremov V.A. Single-phase autoreclosing: development and
operational experience.
Releynaya zashchita i avtomatiza-
tsiya
[Relay protection and automation], 2014, no. 03(16), pp.
10-13. (in Russian)
7. Efremov V.A., Martynov M.V. New capabilities of "Bresler"
microprocessor phase-differential protection.
Sovremennye
napravleniya razvitiya sistem releynoy zashchity i avtomatiki
energosistem. Sb. dokladov 4-y MNTK.
[Proc. 4th Int. scien-
ti
fi
c and technical conference "Modern directions of relay pro-
tection and automation development"]. Ekaterinburg, 2013.
(in Russian)
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА
И АВТОМАТИКА
Оригинал статьи: Направленная высокочастотная защита для линий с однофазным автоматическим повторным включением
В статье рассмотрены вопросы применимости направленной высокочастотной защиты на линиях с пофазным управлением и целесообразность перевода ее в режим дифференциально-фазной защиты в неполнофазных режимах цикла однофазного автоматического повторного включения.
