82
АНАЛИТИКА
СЕТИ РОССИИ
82
Н
аличие
системы
релейной
защиты
и
ре
-
жимной
противоаварийной
автоматики
является
важнейшим
условием
сохра
-
нения
устойчивой
работы
энергообъеди
-
нений
при
возникновении
возмущений
.
При
этом
релейная
защита
—
это
её
первый
эшелон
,
пред
-
назначенный
для
максимально
быстрой
локали
-
зации
наиболее
тяжёлого
вида
возмущений
—
ко
-
ротких
замыканий
.
Следствием
таких
возмущений
являются
возникающие
качания
,
которые
могут
вызывать
нарушения
устойчивости
электроэнер
-
гетической
системы
(
ЭЭС
),
предотвращением
чего
занимается
противоаварийная
автоматика
.
Возникшие
качания
обусловливают
периоди
-
ческое
изменение
электрических
величин
,
ко
-
торые
могут
достигать
значений
,
приводящих
к
ложным
срабатываниям
защит
в
произвольных
точках
энергосистемы
,
что
в
свою
очередь
утяже
-
ляет
аварийную
обстановку
и
способствует
нару
-
шению
устойчивости
.
Для
исключения
ложного
срабатывания
за
-
щиты
при
качаниях
предусматриваются
необхо
-
димые
меры
,
в
том
числе
использование
спе
-
циальных
модулей
«
блокировки
при
качаниях
»,
обеспечивающих
правильное
функционирование
защиты
.
Реализация
указанных
модулей
является
весьма
сложной
задачей
,
поскольку
нет
чёткого
разграничения
областей
качаний
и
КЗ
.
В
частно
-
сти
,
следует
иметь
в
виду
,
что
ЭДС
и
сопротивле
-
ния
фаз
элементов
энергосистем
по
объективным
причинам
не
могут
быть
абсолютно
одинаковыми
.
Это
обусловливает
возникновение
определённой
несимметрии
токов
и
напряжений
в
нормальных
эксплуатационных
режимах
.
Дополнительная
не
-
симметрия
электрических
величин
,
используемых
защитами
,
возникает
из
-
за
погрешностей
преоб
-
разователей
токов
и
напряжений
(
трансформато
-
ров
тока
,
напряжения
и
пр
.).
Кратковременное
увеличение
несимметрии
в
трёхфазных
режимах
также
возможно
:
при
коммутациях
с
разновре
-
менностью
замыкания
/
размыкания
фаз
выклю
-
чателей
,
при
неполнофазных
режимах
цикла
ОАПВ
на
смежных
с
защищаемой
линиях
,
а
также
при
качаниях
.
Таким
образом
,
в
эксплуатационных
ре
-
жимах
имеют
место
составляющие
электрических
величин
,
характерные
для
режимов
КЗ
.
Следует
обратить
внимание
на
возможное
наложение
КЗ
на
режим
качаний
и
наоборот
.
При
нарушении
устойчивости
в
системе
возможно
возникновение
асинхронного
режима
,
являющегося
колебатель
-
ным
процессом
с
малым
периодом
.
Этот
режим
определяет
весьма
высокую
скорость
изменения
электрических
величин
,
близкую
к
скорости
их
из
-
менения
при
КЗ
.
Ликвидация
режима
асинхронно
-
го
хода
обычно
осуществляется
системой
противо
-
аварийной
автоматики
.
В
статье
рассмотрены
традиционные
реше
-
ния
,
предотвращающие
ложное
действие
защит
при
качаниях
.
При
этом
особое
место
уделено
рассмотрению
блокировки
при
качаниях
,
осно
-
ванной
на
контроле
скорости
изменения
сопро
-
тивления
.
Предотвращение
срабатывания
защит
,
под
-
верженных
ложным
действиям
при
качаниях
,
принципиально
возможно
путём
:
•
выбора
параметров
срабатывания
реагирую
-
щих
органов
защит
по
условию
исключения
их
ложного
действия
.
Это
наиболее
простой
и
надёжный
способ
,
обладающий
тем
преиму
-
ществом
,
что
реагирующие
органы
защит
не
блокируются
и
могут
действовать
при
воз
-
никновении
КЗ
в
режиме
качаний
.
Однако
его
использование
,
как
правило
,
приводит
к
снижению
чувствительности
и
/
или
быстро
-
действия
защиты
,
что
не
всегда
приемлемо
.
Этот
путь
находит
широкое
использование
для
формирования
резервных
каналов
функциони
-
рования
защит
;
•
использования
специальных
программных
/
физических
модулей
(
М
),
исключающих
ложное
действие
защит
в
указанных
режимах
качаний
без
ограничения
их
быстродействия
и
чувстви
-
тельности
при
КЗ
.
Известные
в
настоящее
время
модули
по
прин
-
ципу
функционирования
можно
подразделить
на
две
группы
:
•
модули
,
кратковременно
вводящие
в
действие
защиты
при
КЗ
(
МКЗ
);
•
модули
,
кратковременно
блокирующие
защи
-
ты
при
качаниях
(
МБ
).
Указанные
группы
модулей
существенно
раз
-
нятся
между
собой
,
однако
в
дальнейшем
,
в
связи
Предотвращение
ложного срабатывания
защит при качаниях
Сергей ПЕТРОВ, ведущий специалист ЗАО «ОРЗАУМ»
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
83
№ 2 (11), март-апрель, 2012
83
с
общностью
их
задач
,
использующие
их
модули
будут
именоваться
блокировками
при
качаниях
.
В
настоящее
время
известны
различные
алгоритмы
выявления
качаний
,
однако
общим
для
них
является
использование
критерия
различия
скорости
изменения
электрических
величин
при
КЗ
и
качаниях
,
что
,
однако
,
не
всегда
обеспечивает
необходимую
дифференциа
-
цию
.
Для
обеспечения
полноценного
функционирования
алгоритмы
модулей
блокировок
должны
учитывать
ре
-
жимы
возможного
совмещения
областей
качаний
и
КЗ
.
Модули
обеих
групп
исключают
действие
блокируемых
ступеней
защит
при
возникновении
КЗ
в
режиме
кача
-
ний
.
Их
деблокирование
с
помощью
отдельных
орга
-
нов
,
фиксирующих
возникновение
КЗ
в
этом
режиме
,
может
вызвать
ложное
действие
защит
линий
,
смежных
с
повреждённой
,
при
наличии
качаний
и
неуспешном
АПВ
последней
.
В
связи
с
изложенным
модули
должны
также
форми
-
ровать
указанные
ранее
резервные
каналы
функцио
-
нирования
блокируемых
ступеней
защит
.
Модули
первой
группы
осуществляют
ввод
в
дей
-
ствие
блокируемых
защит
/
ступеней
при
КЗ
на
огра
-
ниченное
время
,
достаточное
для
самоудерживания
сигналов
срабатывания
реагирующих
органов
,
обеспе
-
чивающее
их
автономное
функционирование
.
Затем
осуществляется
достаточно
длительное
самоблокиро
-
вание
,
необходимое
для
предотвращения
излишнего
срабатывания
защит
при
развившихся
качаниях
и
не
-
успешном
повторном
включении
внешних
присоедине
-
ний
,
которые
могут
вызвать
повторный
ввод
в
действие
защит
.
Этот
способ
при
сравнительной
простоте
реализа
-
ции
достаточно
эффективен
,
благодаря
чему
он
нашёл
широкое
распространение
в
энергосистемах
России
,
где
до
начала
90-
х
годов
прошлого
столетия
был
прак
-
тически
единственным
.
В
последних
модификациях
устройств
данного
типа
для
эффективного
выявления
КЗ
и
отстройки
от
остальных
режимов
предусматрива
-
ются
органы
,
использующие
скорость
изменения
то
-
ков
обратной
последовательности
(dI2/dt)
для
несим
-
метричных
КЗ
и
скорость
изменения
полных
токов
(dI/dt)
для
симметрич
-
ных
КЗ
.
Благодаря
использованию
указанных
параметров
,
значения
ко
-
торых
определяются
изготовителем
,
обеспечивается
отстройка
от
качаний
и
асинхронных
режимов
,
соответству
-
ющих
наиболее
вероятному
периоду
скольжения
.
При
этом
обычно
преду
-
сматриваются
две
ступени
разной
чув
-
ствительности
для
защит
,
действующих
в
пределах
защищаемой
линии
и
за
её
пределами
.
К
недостаткам
данного
способа
относятся
:
•
излишний
пуск
и
последующее
бло
-
кирование
большого
числа
защит
/
ступеней
при
развивающихся
КЗ
(
изменение
вида
,
переходного
сопротивления
),
так
как
реагирую
-
щие
органы
модуля
блокировки
,
при
их
высокой
чувствительности
,
не
обладают
избирательностью
действия
,
в
отличие
от
органов
защит
,
выполненных
к
тому
же
на
других
принципах
.
В
частности
,
при
переходе
однофазного
КЗ
в
междуфазное
может
произойти
блокирование
быстродействующих
ступеней
междуфазных
защит
.
Для
предотвращения
полного
отказа
ступеней
обыч
-
но
предусматривается
«
обходной
»
путь
их
действия
с
выдержкой
времени
,
отстроенной
от
полупериода
качаний
;
•
возможность
ложного
/
излишнего
срабатывания
защит
,
если
первоначальное
возмущение
,
вызы
-
вающее
качания
и
последующее
срабатывание
органов
блокируемых
ступеней
,
не
приводит
в
дей
-
ствие
их
блокировки
,
а
последующая
несимметрия
,
спонтанное
увеличение
токов
КЗ
,
разновремен
-
ность
размыкания
/
замыкания
фаз
выключателя
,
перераспределение
токов
из
-
за
отключения
шунти
-
рующей
связи
и
др
.
вызывает
срабатывание
блоки
-
ровок
и
ввод
в
действие
ступеней
;
•
неоправданный
вывод
из
действия
блокируемых
ступеней
большого
числа
защит
неповреждённых
элементов
на
время
самоблокирования
,
если
КЗ
или
спонтанное
увеличение
тока
,
разновремен
-
ность
размыкания
/
замыкания
фаз
выключателя
,
перераспределение
токов
из
-
за
отключения
шун
-
тирующей
связи
и
др
.
вызвали
срабатывание
их
блокировок
при
качаниях
.
В
результате
при
КЗ
в
течение
этого
времени
указанные
ступени
будут
полностью
заблокированы
,
если
не
предусмотрены
«
обходные
»
пути
действия
.
Использование
двух
сту
-
пеней
выявительных
органов
в
модулях
блокировок
из
-
за
необходимости
обеспечения
их
высокой
чув
-
ствительности
практически
не
снижает
число
блоки
-
руемых
защит
в
рассматриваемом
случае
.
Модули
второй
группы
выявляют
опасные
для
дан
-
ной
защиты
качания
и
блокируют
соответствующие
сту
-
пени
на
время
,
необходимое
для
затухания
качаний
до
безопасного
уровня
.
Этот
способ
получил
широкое
рас
-
пространение
за
рубежом
.
В
прошлом
веке
в
России
были
разработаны
и
реализованы
устройства
,
основан
-
ные
на
аналогичных
принципах
,
однако
они
не
нашли
84
СЕТИ РОССИИ
широкого
применения
.
Зарубежные
фирмы
используют
различные
модификации
таких
модулей
.
Большинство
из
них
для
выявления
качаний
используют
два
дистан
-
ционных
органа
/
функции
,
области
действия
которых
охватывают
области
действия
блокируемых
ступеней
при
качаниях
.
При
этом
между
границами
областей
срабатывания
этих
органов
предусматривается
регули
-
руемый
интервал
—
∆
z,
и
блокирование
производится
,
когда
электрический
центр
энергосистемы
«
проходит
»
указанный
интервал
за
время
,
большее
устанавливае
-
мого
пользователем
t
Б
.
Таким
образом
определяется
предельная
скорость
изменения
сопротивления
(
∆
z/
∆
t)
в
месте
установки
защит
,
при
которой
обеспечивается
блокирование
.
Следует
отметить
,
что
блокировки
дан
-
ного
типа
при
правильном
выборе
параметров
сраба
-
тывания
избирательно
блокируют
ограниченное
число
защит
только
при
возникновении
опасности
излишнего
действия
из
-
за
перемещения
электрического
центра
в
область
их
срабатывания
.
К
недостаткам
способа
сле
-
дует
отнести
:
•
возможность
длительного
блокирования
защит
,
когда
электрический
центр
находится
в
пределах
интервала
∆
z,
т
.
е
.
между
границами
областей
сра
-
батывания
выявительных
органов
.
Для
уменьшения
вероятности
возникновения
такого
режима
целе
-
сообразно
максимально
возможно
сократить
ука
-
занный
интервал
,
что
,
наряду
с
некоторыми
другими
мерами
,
используется
на
практике
;
•
вероятность
излишнего
блокирования
защит
при
медленном
развитии
КЗ
,
например
уменьшении
сопротивления
закорачивающей
субстанции
под
воздействием
тока
(
КЗ
на
дерево
и
пр
.).
Для
определения
параметров
срабатывания
дис
-
танционных
органов
выявления
качаний
и
оценки
их
эффективности
рассмотрим
двухмашинную
схему
,
которая
достаточно
представительна
для
этого
.
В
сим
-
метричном
режиме
входное
фазное
сопротивление
прямой
последовательности
линии
в
месте
установки
защиты
может
быть
определено
как
:
U
m
= E
m
–
I
m
Z
m
, (1)
I
m
= (E
m
– E
n
)/Z
Σ
, (2)
Z
mp
= U
m
/
I
m
= Z
Σ
/(1 – Ke
j
) – Z
m
, (3)
Z
mp
(t) = [Z
Σ
/(1 – Ke
j2
П
(t/
Т
)
)] – Z
m
, (4)
где
E
m
, E
n
и
E
n
/E
m
= Ke
j
—
ЭДС
генерирующих
источ
-
ников
и
их
отношение
;
U
m
и
I
m
—
напряжение
и
ток
в
месте
установки
за
-
щиты
;
Z
Σ
и
Z
m
—
сумма
полных
сопротивлений
цепи
и
полно
-
го
сопротивления
источника
;
= 2
(t /T
c
),
T
c
—
период
скольжения
.
Годографом
этого
вектора
является
окружность
с
центром
на
прямой
вектора
суммы
полных
сопротив
-
лений
,
которая
вырождается
в
перпендикуляр
,
проходя
-
щий
через
середину
последнего
при
К
=1.
Положение
центра
окружности
на
указанной
прямой
относительно
начала
вектора
Z
Σ
и
её
радиус
могут
быть
определены
как
:
Z = Z
Σ
/ (1 – K
2
),
(5)
R =
│
KZ
Σ
/(1 – K
2
)
│
,
(6)
Производные
этого
сопротивления
по
углу
расхожде
-
ния
ЭДС
или
по
времени
не
зависят
от
места
располо
-
жения
защиты
и
определяются
выражением
:
dZ
mp
/d
= ( jZ
Σ
Ke
j
)/(1 – Ke
j
)
2
.
(7)
Для
избирательного
блокирования
в
устройстве
обыч
-
но
используются
два
дистанционных
органа
,
фиксирую
-
щих
положение
электрического
центра
и
одновременно
скорость
его
перемещения
.
Режим
качаний
выявляется
по
величине
разновременности
срабатывания
этих
орга
-
нов
,
характеристика
одного
из
которых
(
наружная
)
охва
-
тывает
характеристику
другого
(
внутреннюю
).
Принятые
значения
интервала
между
граничными
линями
обла
-
стей
и
разновременности
срабатывания
дистанционных
органов
определяют
предельную
скорость
(
∆
z/
∆
t)
выяв
-
ления
качаний
.
В
настоящее
время
характеристики
дис
-
танционных
органов
—
это
два
подобных
четырёхуголь
-
ника
,
симметрично
расположенных
относительно
общей
оси
,
совпадающей
с
сопротивлением
линии
.
Максималь
-
но
возможная
область
,
охватываемая
наружной
харак
-
теристикой
,
ограничивается
требованием
отстройки
от
эксплуатационных
режимов
работы
линии
.
При
этом
ми
-
нимально
возможная
область
внутренней
характеристи
-
ки
определяется
необходимостью
охвата
характеристик
блокируемых
ступеней
.
Пренебрегая
в
целях
упрощения
расчётов
активными
сопротивлениями
,
а
также
разли
-
чием
модулей
ЭДС
,
что
несущественно
сказывается
на
точности
,
если
последнее
не
превышает
30%.
С
учётом
указанного
найдём
углы
расхождения
ЭДС
,
соответству
-
ющие
пересечению
наружной
(
H
)
и
внутренней
(
B
)
ха
-
рактеристик
траекторией
перемещения
электрического
центра
.
При
этом
для
четырёхугольных
характеристик
необходимо
определить
прямые
,
ограничивающие
об
-
ласти
срабатывания
,
которые
обычно
образуют
паралле
-
лограмм
,
охватывающий
начало
координат
.
С
учётом
принятых
допущений
наружная
и
внутрен
-
няя
области
срабатывания
ограничиваются
прямыми
вида
:
R = ±R
ун
/
в
,
Х
= +
Х
ун
/
в
,
Х
= –
Х
ун
/
в
,
(8)
Для
задания
предельно
необходимой
скорости
изме
-
нения
сопротивления
необходимо
,
помимо
указанных
уставок
,
определяющих
согласование
с
блокируемыми
защитами
и
∆
z,
задать
также
время
контроля
скольже
-
ния
t
cy
.
Интерес
представляет
режим
,
когда
входное
сопро
-
тивление
попадает
во
внутреннюю
область
модуля
бло
-
кировки
,
охватывающую
область
срабатывания
бло
-
кируемой
защиты
.
Вероятность
этого
достоверна
,
если
удовлетворяется
неравенство
:
(0,5
Х
Σ
–
Х
m
)
≤
+
Х
ув
, (9)
Таким
образом
,
при
скольжении
углы
расхождения
ЭДС
в
момент
пересечения
годографом
входного
со
-
противления
граничных
линий
областей
модуля
блоки
-
ровки
могут
быть
определены
как
:
H/B
= arctg (R
ун
/
в
/0,5X
Σ
), (10)
Изложенное
позволяет
вычислить
критическую
ча
-
стоту
скольжения
f
k
данного
модуля
при
заданных
устав
-
ках
и
определить
её
соответствие
требуемой
f
Т
:
f
k
= (
B
–
H
)/2
t
СУ
> f
т
, (11)
где
H
и
B
в
радианах
,
а
∆
t
Б
в
секундах
.
Если
неравенство
не
удовлетворяется
,
то
следует
рассмотреть
возможность
соответствующего
измене
-
ния
уставок
блокирующего
модуля
.
Оригинал статьи: Предотвращение ложного срабатывания защит при качаниях
Наличие системы релейной защиты и режимной противоаварийной автоматики является важнейшим условием сохранения устойчивой работы энергообъединений при возникновении возмущений. При этом релейная защита — это её первый эшелон, предназначенный для максимально быстрой локализации наиболее тяжёлого вида возмущений — коротких замыканий. Следствием таких возмущений являются возникающие качания, которые могут вызывать нарушения устойчивости электроэнергетической системы (ЭЭС), предотвращением чего занимается противоаварийная автоматика.
