Релейная защита и автоматика в условиях развития малой распределённой энергетики

106

СЕТИ

РОССИИ

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

С

ценарий

 

развития

 

энер

-

госистемы

 

России

 

истори

-

чески

 

связан

 

с

 

созданием

 

крупных

 

централизован

-

ных

 

электростанций

, 

передающих

 

вырабатываемую

 

электрическую

 

энергию

 

в

 

мощные

 

центры

 

нагруз

-

ки

 

по

 

высоковольтным

 

линиям

 

элек

-

тропередачи

. 

Перед

 

современной

 

энергетикой

 

встаёт

 

ряд

 

проблем

, 

решение

 

которых

 

вынуждает

 

дать

 

оценку

 

этому

 

подходу

 

с

 

иных

 

пози

-

ций

 [1, 2]. 

Опасения

 

вызывает

 

ра

-

стущий

 

дефицит

 

генерирующих

 

и

 

се

-

тевых

 

мощностей

 

на

 

фоне

 

высокого

 

износа

 

оборудования

 

энергосисте

-

мы

 

и

 

ограниченности

 

инвестиций

, 

необходимых

 

для

 

своевременной

 

реконструкции

 

существующих

 

объ

-

ектов

 

и

 

осуществления

 

нового

 

строительства

. 

Следствием

 

этого

 

является

 

снижение

 

эффективности

 

функционирования

 

энергосистемы

, 

рост

 

вероятности

 

развития

 

тяжёлых

 

аварий

. 

Становится

 

более

 

острым

 

вопрос

 

обеспечения

 

энергией

 

рай

-

онов

, 

удалённых

 

от

 

развитой

 

се

-

тевой

 

инфраструктуры

  (

Крайний

 

Север

, 

Дальний

 

Восток

, 

Сибирь

). 

Централизация

 

энергоснабжения

 

этих

 

территорий

 

представляется

 

за

-

труднительной

 

даже

 

в

 

отдалённой

 

перспективе

; 

использование

 

доро

-

гостоящего

 

привозного

 

топлива

 

не

 

позволяет

 

организовать

 

стабильное

 

и

 

эффективное

 

энергоснабжение

, 

являясь

 

серьёзным

 

сдерживаю

-

щим

 

фактором

 

развития

 

экономики

 

удалённых

 

регионов

.

На

 

фоне

 

этих

 

проблем

 

разумной

 

перспективой

 

видится

, 

наряду

 

с

 

ис

-

пользованием

 

централизованной

, 

развитие

 

малой

 

распределённой

 

энергетики

, 

предполагающее

 

соз

-

Релейная защита 

и автоматика 

в условиях 

развития малой 

распределённой 

энергетики

Года НУДЕЛЬМАН, председатель Совета

 директоров ОАО «ВНИИР», заведующий кафедрой

 «Теоретические основы электротехники и релейная 

защита и автоматика» Чувашского государственного 

университета им. И.Н. Ульянова, профессор,

Ольга ОНИСОВА, заведующий сектором НИОКР,

 Центр моделирования электроэнергетических систем,

ОАО «ВНИИР»

107

№

 4 (25), 

июль

–

август

, 2014

дание

 

электростанций

 

относительно

 

небольшой

 

мощности

 

в

 

непосред

-

ственной

 

близости

 

от

 

конечных

 

по

-

требителей

. 

Создание

 

таких

 

станций

 

требует

 

меньших

 

начальных

 

инве

-

стиций

, 

позволяя

 

при

 

этом

 

своев

-

ременно

 

удовлетворить

 

растущую

 

потребность

 

в

 

электроэнергии

, 

обе

-

спечить

 

возможность

 

подключения

 

потребителей

 

в

 

т

.

н

. «

запертых

» 

цен

-

трах

 

питания

, 

повысить

 

надёжность

 

и

 

эффективность

 

энергоснабжения

 

энергодефицитных

 

и

 

удалённых

 

районов

.

Хотя

 

развитие

 

малой

 

распреде

-

лённой

 

энергетики

 

в

 

России

 

не

 

но

-

сит

 

пока

 

масштабного

 

характера

, 

причиной

 

чему

, 

в

 

том

 

числе

, 

явля

-

ются

 

складывающиеся

 

противоре

-

чия

 

между

 

объектами

 

малой

 

энер

-

гетики

 

и

 

сетевыми

 

организациями

, 

существующий

 

запрет

 

на

 

совмеще

-

ние

 

деятельности

 

по

 

производству

 

и

 

передаче

 

электроэнергии

, 

неопре

-

делённость

 

модели

 

участия

 

малых

 

электростанций

 

на

 

оптовом

 

и

 

роз

-

ничном

 

рынках

 

энергии

, 

нельзя

 

не

 

отметить

, 

что

 

объективные

 

предпо

-

сылки

 

для

 

децентрализации

 

генери

-

рующих

 

мощностей

 

энергосистемы

 

уже

 

находят

 

своё

 

отражение

. 

За

 

последние

 

годы

 

количество

 

малых

 

электростанций

 

в

 

энергосистеме

 

России

 

возросло

. 

Они

 

находят

 

всё

 

более

 

широкое

 

применение

 

в

 

про

-

мышленных

 

системах

 

электроснаб

-

жения

; 

выполняются

 

проекты

 

по

 

переводу

 

существующих

 

котельных

 

в

 

когенерационный

 

режим

 

рабо

-

ты

; 

созданы

 

прецеденты

 

внедре

-

ния

 

электростанций

 

на

 

частные

 

инвестиции

. 

С

 

учётом

 

этого

 

воз

-

растает

 

важность

 

более

 

детального

 

рассмотрения

 

технических

 

аспек

-

тов

, 

которые

 

в

 

процессе

 

активных

 

дискуссий

, 

затрагивающих

 

пре

-

имущественно

 

вопросы

 

норматив

-

но

-

правового

 

и

 

экономического

 

ха

-

рактера

, 

как

 

правило

, 

остаются

 «

за

 

кадром

». 

Планирование

 

развития

 

и

 

реализация

 

положительных

 

свойств

 

малой

 

энергетики

 

не

 

представля

-

ются

 

возможными

 

без

 

проведения

 

исследований

 

влияния

 

малых

 

элек

-

тростанций

 

на

 

режимные

 

свойства

 

энергосистемы

 

и

 

решения

 

вопро

-

сов

 

обеспечения

 

управляемости

 

изменившейся

 

энергосистемой

 

в

 

нормальных

 

и

 

аварийных

 

режимах

. 

Более

 

того

, 

какими

 

бы

 

достоинства

-

ми

 

не

 

обладала

 

малая

 

энергетика

, 

её

 

хаотичное

 

развитие

 

без

 

деталь

-

ного

 

анализа

 

технической

 

стороны

 

вопроса

 

может

 

привести

 

к

 

возник

-

новению

 

в

 

энергосистеме

 

опасных

 

режимов

.

В

 

настоящее

 

время

 

известно

 

решение

 

задач

, 

связанных

 

с

 

соз

-

данием

 

отдельных

 

электростанций

 

малой

 

мощности

; 

существует

 

и

   

опыт

 

советского

 

времени

 

по

 

внедрению

 

блок

-

станций

 

и

 

мини

-

ТЭЦ

. 

Однако

, 

при

 

масштабном

 

развитии

 

малой

 

распределённой

 

энергетики

, 

кото

-

рого

 

с

 

учётом

 

наблюдаемых

 

тенден

-

ций

, 

безусловно

, 

следует

 

ожидать

, 

задача

 

приобретает

 

иную

 

постанов

-

ку

 

и

 

накопленный

 

опыт

 

представля

-

ется

 

недостаточным

.

Требования

, 

которые

 

предъяв

-

ляются

 

к

 

энергосистеме

 

в

 

условиях

 

развития

 

малой

 

распределённой

 

энергетики

, 

в

 

значительной

 

степени

 

касаются

 

релейной

 

защиты

, 

авто

-

матики

 

и

 

управления

. 

Возникает

 

не

-

обходимость

 

изучения

 

влияния

 

соз

-

даваемых

 

малых

 

электростанций

 

на

 

функционирование

 

релейной

 

защиты

 

и

 

автоматики

  (

РЗА

), 

систе

-

матизации

 

и

 

типизации

 

подходов

 

и

 

требований

 

к

 

построению

 

РЗА

 

в

 

но

-

вых

 

условиях

. 

Кроме

 

того

, 

становит

-

ся

 

важным

 

определить

 

потребность

 

в

 

совершенствовании

 

существую

-

щих

 

и

 

создании

 

новых

 

алгоритмов

 

релейной

 

защиты

 

и

 

противоаварий

-

ной

 

автоматики

.

ОСОБЕННОСТИ

 

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ

 

СИСТЕМ

 

С

 

РАСПРЕДЕЛЁННОЙ

 

ГЕНЕРАЦИЕЙ

Обобщённая

 

структурная

 

схема

 

энергосистемы

, 

содержащей

 

наря

-

ду

 

с

 

крупными

 

централизованными

, 

малые

 

распределённые

 

электро

-

станции

, 

приведена

 

на

 

рис

. 1. 

В

 

условиях

 

частичной

 

децентра

-

лизации

 

генерирующих

 

мощностей

 

электроэнергетическая

 

система

 

Рис

. 1. 

Обобщённая

 

структурная

 

схема

 

электроэнергетической

 

системы

 

с

 

распределённой

 

генерацией

 (

красные

 

стрелки

 

отражают

 

изменение

 

направлений

 

потоков

 

энергии

 

при

 

появлении

 

в

 

распределительной

 

сети

 

электростанций

 

малой

 

мощности

)

ё

108

СЕТИ РОССИИ

приобретает

 

новые

 

характерные

 

особенности

:

• 

меняется

 

традиционный

 

меха

-

низм

 «

производство

 — 

передача

 — 

распределение

 — 

потребление

» 

электроэнергии

: 

выработка

 

энергии

 

начинает

 

осуществлять

-

ся

, 

в

 

том

 

числе

 

и

 

децентрализо

-

ванно

 

в

 

непосредственной

 

бли

-

зости

 

от

 

конечных

 

потребителей

;

• 

малая

 

распределённая

 

энерге

-

тика

 

может

 

быть

 

представлена

 

как

 

отдельными

 

электростанци

-

ями

, 

подключаемыми

 

на

 

уровне

 

распределительных

 

сетей

, 

так

 

и

 

целыми

 

областями

 

в

 

рас

-

пределительной

 

сети

 

с

 

малыми

 

электростанциями

 

различного

 

типа

 — 

локальными

 

энергоси

-

стемами

 

или

 

так

 

называемыми

 

микросетями

 (microgrids);

• 

роль

 

распределительных

 

сетей

 

существенно

 

возрастает

: 

подоб

-

но

 

централизованной

 

энерго

-

системе

 

они

 

должны

 

выполнять

 

нехарактерные

 

для

 

них

 

ранее

 

функции

 

генерирования

 

энергии

 

и

 

управления

 

распределением

 

потоков

 

мощности

;

• 

увеличивается

 

разнообразие

 

применяемых

 

технологий

 

гене

-

рирования

. 

Широко

 

используют

-

ся

 

газотурбинные

 

и

 

газопорш

-

невые

 

установки

, 

развиваются

 

возобновляемые

 

технологии

 

генерирования

  (

ветро

-, 

гелио

-

энергетика

 

и

 

т

.

д

.). 

При

 

этом

 

следует

 

заметить

, 

что

 

агрегаты

 

малых

 

электростанций

 

обладают

 

рядом

 

особенностей

, 

отличаю

-

щих

 

их

 

от

 

источников

 

крупных

 

электростанций

 

и

 

оказывающих

 

влияние

 

на

 

их

 

поведение

 

в

 

статических

 

и

 

динамических

 

режимах

: 

малые

 

значения

 

постоянных

 

инерции

, 

характе

-

ризующих

 

агрегат

  «

генератор

 — 

первичный

 

двигатель

» (

от

 1—2 

с

 

для

 

газопоршневых

 

агрегатов

 

и

 

газотурбинных

 

установок

 

со

 

свободной

 

силовой

 

турбиной

), 

стохастический

 

характер

 

выра

-

ботки

 

электроэнергии

, 

более

 

широкое

 

применение

 

схем

 

включения

 

через

 

инверторы

 

и

 

преобразователи

 

частоты

. 

Новые

 

особенности

 

электро

-

энергетической

 

системы

 

обуслов

-

ливают

 

изменение

 

её

 

режимных

 

свойств

 

а

, 

следовательно

, 

и

 

условий

 

функционирования

 

устройств

 

РЗА

. 

Ниже

 

приводится

 

характеристика

 

основных

 

режимов

 

электроэнерге

-

тических

 

систем

 

с

 

распределённой

 

генерацией

, 

представляющих

 

инте

-

рес

 

в

 

части

 

РЗА

.

Режимы

 

коротких

 

замыканий

С

 

созданием

 

малых

 

электро

-

станций

 

становится

 

возможной

 

подпитка

 

места

 

повреждения

 

со

 

стороны

 

узлов

 

распределительной

 

сети

; 

суммарное

 

значение

 

тока

 

в

 

месте

 

короткого

 

замыкания

 

при

 

этом

 

увеличивается

. 

Вместе

 

с

 

тем

, 

изменяется

 

и

 

распределение

 

токов

 

короткого

 

замыкания

 

в

 

ветвях

 

сети

 

в

 

целом

. 

Последняя

 

особенность

 

может

 

быть

 

наглядно

 

проиллюстри

-

рована

 

на

 

примере

 

схемы

 

фраг

-

мента

 

распределительной

 

сети

, 

в

 

одном

 

из

 

узлов

 

которой

 

подключе

-

на

 

малая

 

электростанция

 (

рис

. 2

а

). 

Приняв

 

ряд

 

допущений

, 

рассма

-

триваемую

 

систему

 

для

 

режимов

 

коротких

 

замыканий

 

на

 

линии

 

W2

 

можно

 

представить

 

эквивалентной

 

однофазной

 

схемой

 

замещения

 

(

рис

. 2

б

), 

в

 

соответствии

 

с

 

которой

 

ток

 

линии

 

W1

 

определяется

 

выра

-

жением

*

:

I

W1

 = E

/[

Z

1

+Z

W2f

+(Z

1

Z

W2f

)/ Z

G

]       (1)

Слагаемое

 

(Z

1

Z

W2f

)/Z

G

 > 0 

в

 

зна

-

менателе

 (1) 

отражает

 

уменьшение

 

составляющей

 

тока

 

короткого

 

замы

-

кания

 

от

 

внешней

 

энергосистемы

, 

вызванное

 

подключением

 

малой

 

электростанции

 

в

 

промежуточном

 

узле

 

распределительной

 

сети

.

В

 

большинстве

 

случаев

 

для

 

элек

-

троэнергетической

 

системы

, 

со

-

держащей

 

малые

 

электростанции

, 

становится

 

характерным

 

сближе

-

ние

 

величин

 

рабочих

 

токов

 

и

 

токов

 

короткого

 

замыкания

. 

Причиной

 

этого

 

может

 

являться

 (

как

 

в

 

рассма

-

триваемом

 

случае

) 

уменьшение

 

со

-

ставляющей

 

тока

 

от

 

внешней

 

сети

 

при

 

повреждениях

 

на

 

смежных

 

объ

-

ектах

 

или

 

при

 

коротких

 

замыканиях

 

через

 

переходные

 

сопротивления

; 

кроме

 

того

, 

значения

 

токов

 

коротко

-

го

 

замыкания

 

от

 

самих

 

малых

 

элек

-

тростанций

 

могут

 

быть

 

соизмеримы

 

со

 

значениями

 

токов

 

в

 

предшеству

-

ющем

 

повреждению

 

режиме

. 

В

 

ка

-

честве

 

иллюстрации

 

на

 

рис

. 3 

для

 

рассматриваемого

 

примера

 

при

-

ведены

 

области

 

расположения

 

на

 

комплексной

 

плоскости

 

токов

 

рабо

-

чих

 

режимов

 

и

 

токов

 

повреждений

. 

Несинхронные

 

включения

В

 

распределительной

 

сети

, 

со

-

держащей

 

малые

 

электростанции

, 

возникает

 

опасность

 

несинхронных

 

включений

, 

которые

 

могут

 

иметь

 

место

 

при

 

автоматическом

 

повтор

-

ном

 

включении

  (

АПВ

) 

линий

 

элек

-

тропередачи

, 

связывающих

 

малые

 

электростанции

 

с

 

сетью

 

внешней

 

энергосистемы

 

или

 

между

 

собой

, 

а

 

также

 

при

 

отключении

 

коротких

 

за

-

мыканий

, 

если

 

это

 

не

 

приводит

 

к

 

полному

 

разрыву

 

связи

 

между

 

па

-

раллельно

 

работающими

 

источни

-

ками

. 

Режимы

 

несинхронных

 

вклю

-

чений

 

связаны

 

с

 

появлением

 

больших

 

по

 

величине

 

токов

, 

воз

-

действием

 

на

 

генераторы

 

малых

 

электростанций

 

значительных

 

электромагнитных

 

моментов

 

и

 

по

-

вышенных

 

электродинамических

 

усилий

, 

представляющих

 

угрозу

 

механической

 

прочности

 

генера

-

торов

. 

Повышенная

 

опасность

 

этих

 

режимов

 

применительно

 

к

 

сетям

 

с

 

малыми

 

электростанциями

 

обу

-

словлена

 

тем

, 

что

 

мощность

 

внеш

-

ней

 

сети

, 

как

 

правило

, 

значительно

 

превышает

 

мощность

 

этих

 

электро

-

станций

; 

кроме

 

того

, 

во

 

время

 

бес

-

токовой

 

паузы

 

АПВ

  (

или

 

за

 

время

 

Рис

. 2.  

а

 — 

схема

 

фрагмента

 

распределительной

 

сети

, 

содержащего

 

малую

 

электростанцию

; 

б

 — 

эквивалентная

 

однофазная

 

схема

 

замещения

*

 

Для

 

наглядности

 

приводимых

 

анали

-

тических

 

выражений

 

здесь

 

и

 

далее

 

рассматриваются

 

режимы

 

симме

-

тричных

 

коротких

 

замыканий

.

109

№

 4 (25), 

июль

–

август

, 2014

короткого

 

замыкания

) 

вследствие

 

небольшого

 

значения

 

постоянной

 

инерции

 

генераторов

 

малой

 

элек

-

тростанции

 

вектора

 

напряжений

 

этих

 

генераторов

 

и

 

внешней

 

сети

 

могут

 

успеть

 

разойтись

 

на

 

значи

-

тельный

 

угол

.

Для

 

приближённой

 

практиче

-

ской

 

оценки

 

опасности

 

несин

-

хронных

 

включений

 

в

 

распредели

-

тельной

 

сети

, 

содержащей

 

малые

 

электростанции

, 

могут

 

быть

 

при

-

ведены

 

следующие

 

данные

: 

в

 

со

-

ответствии

 

с

 [3] 

несинхронные

 

включения

 

можно

 

считать

 

условно

 

неопасным

 

при

 

соотношении

 

вели

-

чин

 

сопротивлений

 

внешней

 

сети

 

и

 

генератора

 

х

ВН

/x

Г

 

> 1,6

**

, 

в

 

то

 

вре

-

мя

 

как

 

при

 

работе

 

генераторов

 

не

-

большой

 

мощности

 

в

 

схеме

 

мощ

-

ной

 

сети

 

это

 

соотношение

 

может

 

быть

 

существенно

 

меньше

 (

х

ВН

/x

Г

 

≈

 

1/50 — 1/100). 

к

 

быстродействию

 

релейной

 

защиты

;

• 

асинхронные

 

режимы

 

в

 

распре

-

делительной

 

сети

 

характеризу

-

ются

 

высокими

 

скоростью

 

раз

-

вития

 

и

 

частотой

 

скольжения

. 

При

 

этом

, 

если

 

асинхронный

 

режим

 

отдельной

 

малой

 

электро

-

станции

 

относительно

 

мощных

 

источников

 

внешней

 

энергоси

-

стемы

 

с

 

высокой

 

вероятностью

 

завершается

 

ресинхронизацией

 

(

в

 

некоторых

 

случаях

 

через

 1—2 

цикла

), 

то

 

в

 

сети

, 

содержащей

 

несколько

 

малых

 

электростан

-

ций

, 

могут

 

иметь

 

место

 

длитель

-

ные

 

многочастотные

 

асинхрон

-

ные

 

режимы

;

• 

предел

 

передаваемой

 

мощно

-

сти

 

в

 

распределительной

 

сети

, 

как

 

правило

, 

ограничивается

 

перегрузочной

 

способностью

 

оборудования

, 

а

 

не

 

условиями

 

устойчивости

. 

Рассматривая

 

малые

 

электростанции

 

как

 

сред

-

ство

  «

покрытия

» 

роста

 

нагрузок

 

в

  «

слабой

» 

распределительной

 

сети

, 

необходимо

 

принимать

 

во

 

внимание

 

и

 

то

, 

что

 

при

 

этом

 

существенно

 

повышается

 

веро

-

ятность

 

возникновения

 

пере

-

грузки

 

и

 

последующего

 

отклю

-

чения

 

сетевого

 

оборудования

 

при

 

отключении

 

части

 

малых

 

электростанций

 

или

 

при

 

плано

-

вых

 

и

 

аварийных

 

изменениях

 

конфигурации

 

сети

;

• 

вследствие

 

того

, 

что

 

малые

 

электростанции

 

находятся

 

в

 

непосредственной

 

близости

 

от

 

электрической

 

нагрузки

, 

мощ

-

ность

 

которой

, 

как

 

правило

, 

соизмерима

 

или

 

превышает

 

мощность

 

генераторов

 

этих

 

станций

, 

состав

 

и

 

параметры

 

нагрузки

 

оказывают

 

значитель

-

ное

 

влияние

 

на

 

качественные

 

и

 

количественные

 

характери

-

стики

 

переходных

 

процессов

. 

При

 

слабой

 

связи

 

распредели

-

тельной

 

сети

 

с

 

сетью

 

внешней

 

энергосистемы

 

и

 

значительной

 

доле

 

двигательной

 

нагрузки

 

воз

-

никают

 

проблемы

 

нарушения

 

устойчивости

 

по

 

напряжению

.

ВЛИЯНИЕ

 

ПОДКЛЮЧАЕМЫХ

 

МАЛЫХ

 

ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

 

НА

 

ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ

 

УСТРОЙСТВ

 

РЕЛЕЙНОЙ

 

ЗАЩИТЫ

Вследствие

 

характерного

 

для

 

распределительных

 

сетей

, 

содер

-

**

 

Данные

 

приведены

 

для

 

паротурбин

-

ных

 

генераторов

 

отечественного

 

производства

. 

Для

 

генерирующих

 

установок

 

малых

 

электростанций

 

требования

 

к

 

величине

 

соотноше

-

ния

 

сопротивлений

 

внешней

 

сети

 

и

 

генератора

 

могут

 

быть

 

жёстче

.

Рис

. 3. 

Области

 

токов

 

рабочих

 

и

 

аварийных

 

режимов

 

при

 

подключении

 

к

 «

слабой

» 

распределительной

 

сети

 35 

кВ

 

малой

 

электростанции

 

мощностью

 16 

МВА

Переходные

 

процессы

 

и

 

во

-

просы

 

устойчивости

Характеристики

 

переходных

 

процессов

 

в

 

энергосистемах

 

с

 

рас

-

пределённой

 

генерацией

 

имеют

 

ряд

 

особенностей

, 

отличающих

 

их

 

от

 

процессов

, 

присущих

 

содержа

-

щим

 

только

 

крупные

 

электростан

-

ции

 

энергосистемам

:

• 

ввиду

 

небольших

 

значений

 

постоянных

 

инерции

 

агрегатов

 

малой

 

электростанции

 

стано

-

вится

 

высокой

 

вероятность

 

нарушения

 

её

 

синхронной

 

дина

-

мической

 

устойчивости

 

при

 

коротких

 

замыканиях

. 

Рис

. 4 

иллюстрирует

 

полученный

 

по

 

результатам

 

исследований

 

диа

-

пазон

 

значений

 

допустимого

 

по

 

условиям

 

устойчивости

 

времени

 

отключения

 

близкого

 

трёхфазного

 

короткого

 

замыка

-

ния

 

в

 

зависимости

 

от

 

величины

 

постоянной

 

инерции

 

агрегата

 

«

генератор

 — 

первичный

 

дви

-

гатель

». 

При

 

малых

 

постоянных

 

инерции

 (1—2 

с

) 

допустимое

 

время

 

отключения

 

близких

 

коротких

 

замыканий

 

должно

 

быть

 

менее

 0,2 

с

 — 

это

 

суще

-

ственно

 

ужесточает

 

требования

 

110

СЕТИ РОССИИ

жащих

 

малые

 

электростанции

, 

сближения

  (

а

 

в

 

некоторых

 

случаях

 

и

 

пересечения

) 

диапазонов

 

зна

-

чений

 

токов

 

рабочих

 

и

 

аварийных

 

режимов

 

усугубляется

 

проблема

 

обеспечения

 

чувствительности

 

тра

-

диционно

 

применяемых

 

токовых

 

защит

. 

Так

, 

в

 

рассмотренном

 

выше

 

примере

 

максимальная

 

токовая

 

за

-

щита

 

линии

 

W1

 «

не

 

видит

» 

короткие

 

замыкания

 

через

 

переходные

 

со

-

противления

 

величиной

 

более

 2 

Ом

 

в

 

зоне

 

резервного

 

действия

 (

т

.

е

. 

на

 

линии

 

W2

, 

рис

. 3: 

ток

 

срабатывания

 

защиты

 

превышает

 

ток

 

короткого

 

замыкания

). 

Кроме

 

того

, 

во

 

многих

 

случаях

 

не

 

обеспечивается

 

требуе

-

мая

 

чувствительность

 

токовой

 

за

-

щиты

, 

установленной

 

со

 

стороны

 

«

слабых

» 

источников

 

распредели

-

тельной

 

сети

.

Токи

 

короткого

 

замыкания

 

в

 

распределительной

 

сети

 

могут

 

су

-

щественно

 

отличаться

 

по

 

величине

 

в

 

зависимости

 

от

 

режима

 

работы

 

подключённых

 

к

 

ней

 

малых

 

элек

-

тростанций

. 

В

 

этих

 

условиях

 

зона

 

действия

 

токовых

 

защит

 

с

 

относи

-

тельной

 

селективностью

 

может

 

зна

-

чительно

 

меняться

. 

Это

 

необходимо

 

принимать

 

во

 

внимание

 

при

 

выбо

-

ре

 

параметров

 

срабатывания

 

таких

 

защит

, 

особенно

, 

если

 

речь

 

идёт

 

о

 

защитах

 

с

 

зависимыми

 

времятоко

-

выми

 

характеристиками

 [4]. 

В

 

боль

-

шинстве

 

случаев

 

в

 

таких

 

ситуациях

 

необходимым

 

условием

 

обеспече

-

ния

 

селективности

 

защит

 

является

 

направленность

 

их

 

действия

.

Выдержка

 

времени

 

максималь

-

ных

 

токовых

 

защит

 

почти

 

всегда

 

превышает

 0,5 

с

, 

а

 

на

 

головных

 

ли

-

ниях

 

может

 

достигать

 4—5 

с

 

и

 

более

, 

что

 

не

 

позволяет

 

обеспечить

 

время

 

отключения

 

повреждений

, 

требуе

-

мое

 

по

 

условиям

 

устойчивости

 

ма

-

лых

 

электростанций

 (

см

. 

рис

. 4). 

Простой

 

токовый

 

принцип

 

даже

 

в

 

схемах

 

радиальной

 

конфигура

-

ции

  (

аналогичных

 

приведённой

 

на

 

рис

. 2) 

в

 

большинстве

 

случаев

 

не

 

позволяет

 

обеспечить

 

требуемую

 

эффективность

 

действия

 

релейной

 

защиты

 

в

 

условиях

 

изменения

 

ре

-

жимов

, 

вызванного

 

подключением

 

малых

 

электростанций

. 

Тем

 

не

 

ме

-

нее

, 

применение

 

простых

 

токовых

 

защит

 

может

 

оставаться

 

целесо

-

образным

, 

например

, 

в

 

тех

 

случа

-

ях

, 

когда

 

проектом

 

предусмотрено

 

отключение

 

генераторов

 

малых

 

электростанций

 

при

 

внешних

 

воз

-

мущениях

 

с

 

минимальной

 

выдерж

-

кой

 

времени

. 

Также

 

представляют

 

интерес

 

вариации

 

токового

 

прин

-

ципа

, 

например

 

использование

 

тока

 

обратной

 

последовательности

 

для

 

выявления

 

несимметричных

 

коротких

 

замыканий

.

В

 

распределительных

 

сетях

 

110 (220) 

кВ

 (

а

 

в

 

некоторых

 

случа

-

ях

 

и

 

в

 

сетях

 

среднего

 

напряжения

 

35 (20) 

кВ

) 

в

 

качестве

 

основной

, 

как

 

правило

, 

применяется

 

дис

-

танционная

 

защита

, 

обладающая

 

перед

 

простой

 

токовой

 

известными

 

преимуществами

 [5, 6]. 

К

 

настоя

-

щему

 

моменту

 

времени

 

накоплен

 

значительный

 

опыт

 

применения

 

дистанци

-

онной

 

защиты

  (

в

 

том

 

числе

, 

в

 

сетях

 

сложной

 

конфигурации

). 

Опре

-

делены

 

факторы

, 

ока

-

зывающие

 

влияние

 

на

 

её

 

функционирование

 

[6, 7]. 

К

 

изменению

 

измеряемого

 

защи

-

той

 

сопротивления

 

(

в

 

сравнении

 

с

 

дей

-

ствительным

 

сопро

-

тивлением

, 

соответ

-

ствующим

 

расстоянию

 

до

 

места

 

короткого

 

замыкания

) 

приводит

, 

в

 

том

 

числе

, 

наличие

 

подпитки

 

места

 

по

-

вреждения

 

от

 

проме

-

жуточной

 

подстанции

 

(

или

 

с

 

противополож

-

ного

 

конца

 

линии

 

при

 

замыканиях

 

через

 

переходные

 

со

-

противления

 

и

 

при

 

несимметрич

-

ных

 

видах

 

повреждений

).

Представляет

 

практический

 

интерес

 

количественная

 

оценка

 

влияния

 

подключаемых

 

в

 

узлах

 

распределительной

 

сети

 

малых

 

электростанций

 

на

 

замер

 

дистанци

-

онной

 

защиты

 (

и

, 

следовательно

, 

на

 

возможное

 

изменение

 

охвата

 

зон

 

защиты

) 

на

 

примере

 

приведённой

 

выше

 

схемы

 

радиальной

 

конфигу

-

рации

 (

см

. 

рис

. 2) 

применительно

 

к

 

двум

 

характерным

 

граничным

 

ситу

-

ациям

:

• 

электростанция

 

небольшой

 

мощности

, 

работающая

 

в

 

схеме

 

мощной

 

сети

;

• 

мощная

 

электростанция

, 

рабо

-

тающая

 

в

 «

слабой

» 

сети

.

В

 

соответствии

 

со

 

схемой

  (

см

. 

рис

. 2) 

сопротивление

, «

видимое

» 

защитой

 

линии

 

W1

 

при

 

металличе

-

ских

 

КЗ

 

на

 

смежной

 

линии

, 

может

 

быть

 

определено

 

следующим

 

обра

-

зом

:

Z = Z

W1

+Z

W2f

+ (I

G

/I

W1

)• Z

W2f

 .      (2)

Для

 

рассматриваемых

 

ситуаций

 

на

 

рис

. 5 

показаны

 

области

 

значе

-

ний

 

измеряемого

 

защитой

 

реактив

-

ного

 

сопротивления

 

при

 

варьиро

-

вании

 

удалённости

 

места

 

короткого

 

замыкания

 

и

 

параметров

 

предше

-

ствующего

 

повреждению

 

режима

. 

Электростанции

 

небольшой

 

мощ

-

ности

 

не

 

оказывают

 

значительного

 

влияния

 

на

 

функционирование

 

дис

-

танционной

 

защиты

, 

установленной

 

со

 

стороны

 

мощной

 

энергосистемы

 

(

граница

 

зоны

 

действия

 

защиты

 

при

 

металлических

 

коротких

 

замыкани

-

ях

 

смещается

, 

как

 

правило

, 

не

 

бо

-

лее

 

чем

 

на

 5%). 

Подключение

 

элек

-

тростанции

 

к

  «

слабой

» 

сети

 

может

 

привести

 

к

 

уменьшению

  «

охвата

» 

соответствующей

 

зоны

 

на

 30% 

и

 

бо

-

лее

, 

следствием

 

чего

 

является

 

сни

-

жение

 

эффективности

 

защиты

 

в

 

ре

-

жиме

 

резервного

 

действия

 (

защита

 

может

 

отрабатывать

 

с

 

большей

 

вы

-

держкой

 

времени

, 

соответствую

-

щей

 

зоне

 

защиты

 

с

 

большим

 

охва

-

том

; 

кроме

 

того

, 

чувствительность

 

дистанционной

 

защиты

 

к

 

коротким

 

замыканиям

 

через

 

переходные

 

со

-

противления

 

может

 

оказаться

 

недо

-

статочной

). 

Аналогичные

 

рассужде

-

ния

 

и

 

в

 

целом

 

аналогичные

 

выводы

 

справедливы

 

и

 

для

 

режимов

 

корот

-

ких

 

замыканий

 

через

 

переходные

 

сопротивления

 

на

 

линии

 

W

1.

Рис

. 4. 

Допустимое

 

по

 

условиям

 

устойчивости

 

время

 

отключения

 

близкого

 

трёхфазного

 

короткого

 

замыкания

111

№

 4 (25), 

июль

–

август

, 2014

Выдержки

 

времени

 II 

и

 III 

зон

 

дистанционной

 

защиты

 

обычно

 

выше

, 

чем

 

требуемые

 

по

 

услови

-

ям

 

устойчивости

. 

Для

 

ускорения

 

действия

 

этих

 

ступеней

 

могут

 

при

-

меняться

 

схемы

 

с

 

передачей

 

разре

-

шающих

 

и

 

блокирующих

 

сигналов

; 

однако

 

при

 

этом

 

потребуется

 

до

-

полнительная

 

проверка

 

надёжности

 

работы

 

этих

 

схем

 

в

 

условиях

 

изме

-

нения

  «

охвата

» 

зон

 

дистанционной

 

защиты

 

при

 

подключении

 

к

 

сети

 

ма

-

лых

 

электростанций

.

В

 

разветвлённой

 

распредели

-

тельной

 

сети

 

с

 

несколькими

 

элек

-

тростанциями

 

задача

 

обеспечения

 

эффективности

 

действия

 

дистанци

-

онной

 

защиты

, 

как

 

правило

, 

суще

-

ственно

 

усложняется

. 

В

 

таких

 

сетях

 

имеет

 

место

 

сложное

 

перераспре

-

деление

 

токов

 

короткого

 

замыка

-

ния

, 

определяемое

 

соотношениями

 

мощностей

 

генераторов

, 

параме

-

трами

 

предшествующего

 

поврежде

-

нию

 

режима

, 

конфигурацией

 

сети

 

и

 

расположением

 

точки

 

замыкания

; 

при

 

этом

 

при

 

настройке

 

дистанцион

-

ной

 

защиты

 

не

 

представляется

 

прак

-

тически

 

реализуемым

 

учесть

 

все

 

возможные

 

сочетания

 

этих

 

факто

-

ров

. 

В

 

этом

 

случае

 

целесообразным

 

может

 

оказаться

 

использование

 

за

-

щит

 

с

 

абсолютной

 

селективностью

 

на

 

основе

 

обмена

 

информацией

 

по

 

цифровым

 

или

 

высокочастотным

 

ка

-

налам

 

связи

. 

Следует

 

заметить

, 

что

 

и

 

в

 

рамках

 

развития

 

концепции

 

ак

-

тивно

-

адаптивных

 

сетей

 

предполага

-

ется

 

более

 

активное

 

использование

 

коммуникационных

 

технологий

 

и

 

каналов

 

связи

. 

Эти

 

технические

 

воз

-

можности

 

могут

 

быть

 

задействованы

 

в

 

решении

 

задач

 

релейной

 

защиты

, 

позволяя

 

применять

 

в

 

алгоритмах

 

защиты

 

удалённые

 

измерения

 

па

-

раметров

 

режима

 

электрической

 

сети

, 

способствуя

 

развитию

 

и

 

реа

-

лизации

 

принципов

 

централизован

-

ных

 

защит

. 

Одним

 

из

 

перспективных

 

решений

 

является

 

использование

 

цифровых

 

сигналов

 

о

 

токе

 

в

 

месте

 

подключения

 

электростанций

 

малой

 

мощности

 

для

 

построения

 

эффектив

-

ной

 

релейной

 

защиты

 

во

 

внешней

 

сети

 [8]. 

ОБЩИЙ

 

ПОДХОД

 

К

 

УПРАВЛЕНИЮ

 

ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯМИ

 

МАЛОЙ

 

МОЩНОСТИ

 

В

 

АВАРИЙНЫХ

 

РЕЖИМАХ

Появление

 

в

 

составе

 

энергоси

-

стемы

 

новых

 

элементов

, 

оказыва

-

ющих

 

существенное

 

влияние

 

на

 

её

 

режимные

 

свойства

, 

приводит

 

к

 

не

-

обходимости

 

определения

 

подхода

 

к

 

управлению

 

этими

 

элементами

 

в

 

аварийных

 

режимах

. 

Такой

 

подход

, 

в

 

общем

 

смысле

, 

должен

 

отражать

 

степень

 

участия

 

электростанций

 

малой

 

мощности

 

в

 

решении

 

си

-

стемных

 

вопросов

 

обеспечения

 

устойчивости

, 

надёжности

 

и

 

энер

-

гобезопасности

 

фрагментов

 

энер

-

госистемы

, 

а

, 

в

 

частности

 — 

опреде

-

лить

 

требования

 

к

 

РЗА

. 

При

 

малой

 

доле

 

распределён

-

ной

 

генерации

 

в

 

составе

 

энергоси

-

стемы

 (

а

 

также

 

в

 

тех

 

случаях

, 

когда

 

речь

 

идёт

 

об

 

электростанциях

 

мощ

-

ностью

 

не

 

более

 1—2 

МВА

) 

оправ

-

данным

, 

а

 

в

 

ряде

 

случаев

, 

даже

 

необходимым

 

является

 

подход

, 

связанный

 

с

 

отключением

 

генера

-

торов

 

малых

 

электростанций

 

при

 

внешних

 

возмущениях

 

и

 

позволяю

-

щий

 

как

 

минимизировать

 

влияние

 

новых

 

элементов

 

на

 

характеристи

-

ки

 

переходных

 

процессов

 

и

 

функ

-

ционирование

 

релейной

 

защиты

 

и

 

автоматики

 

в

 

прилежащей

 

сети

, 

так

 

и

 

предотвращать

 

возможные

 

по

-

вреждения

 

самих

 

электростанций

 

(

например

, 

вследствие

 

несинхрон

-

ных

 

включений

 

при

 

АПВ

 

или

 

отклю

-

чении

 

короткого

 

замыкания

). 

В

 

тех

 

случаях

, 

когда

 

электростанция

 

обе

-

спечивает

 

электроснабжение

 

близ

-

ких

 

по

 

мощности

 

потребителей

, 

при

 

внешних

 

возмущениях

 

может

 

ока

-

заться

 

целесообразным

 

выполнять

 

выделение

 

станции

 

на

 

местную

 

на

-

грузку

 (

в

 

особенности

, 

при

 

слабых

 

и

 

нестабильных

 

связях

 

с

 

сетью

 

внеш

-

ней

 

энергосистемы

). 

С

 

увеличением

 

количества

 

малых

 

электростанций

 

в

 

составе

 

энергосистемы

 

и

 

ростом

 

доли

 

вы

-

рабатываемой

 

ими

 

мощности

 

их

 

излишние

 

отключения

 

при

 

внешних

 

возмущениях

 

становятся

 

нежела

-

тельными

. 

Отключение

 

отдельных

 

электростанций

 

в

 

этих

 

условиях

 

мо

-

жет

 

приводить

 

к

 

значительному

 

сни

-

жению

 

запаса

 

реактивной

 

мощно

-

сти

 

в

 

системе

 

и

 

к

 

дополнительным

 

снижениям

 

уровней

 

напряжений

, 

к

 

перегрузкам

 

и

 

отключению

 

сетево

-

го

 

оборудования

, 

что

 

обусловливает

 

снижение

 

живучести

 

энергорай

-

она

  (

локальной

 

энергосистемы

) 

и

 

а

)

  — 

при

 

подключении

 

мощной

 

электростанции

 

к

 «

слабой

» 

сети

;

б

)

  — 

при

 

подключении

 

электростанции

 

небольшой

 

мощности

 

к

 

мощной

 

сети

.

Обозначения

: 

U

ном

 — 

номинальное

 

напряжение

 

сети

, 

S

G

 — 

номинальная

 

мощность

 

малой

 

электростанции

, 

Z

G 

/ Z

ЭС

 — 

соотношение

 

сопротивлений

 

генератора

 

малой

 

электростанции

 

и

 

эквивалентного

 

источника

 

внешней

 

сети

.

Рис

. 5. 

Изменение

 

зоны

 

действия

 

дистанционной

 

защиты

 

при

 

подключении

 

к

 

распределительной

 

сети

 

малых

 

электростанций

: 

112

СЕТИ РОССИИ

рост

 

вероятности

 

развития

 

тяжёлых

 

аварий

. 

Так

, 

из

 

опыта

 

зарубежных

 

стран

, 

в

 

составе

 

генерирующих

 

мощностей

 

энергосистем

 

которых

 

содержится

 

значительная

 

доля

 

рас

-

пределённой

 

генерации

, 

известны

 

случаи

, 

когда

 

отключение

 

значи

-

тельного

 

количества

 

малых

 

электро

-

станций

 

усугубляло

 

развитие

 

ава

-

рийного

 

режима

.

В

 

табл

. 1 

приведена

 

краткая

 

ха

-

рактеристика

 

обозначенных

 

общих

 

подходов

 

и

 

соответствующих

 

им

 

осо

-

бенностей

 

в

 

части

 

организации

 

РЗА

.

Требования

 

к

 

составу

 

функций

 

РЗА

 

электроэнергетических

 

систем

 

с

 

распределённой

 

генерацией

Применительно

 

к

 

электроэнер

-

гетическим

 

системам

, 

содержащим

 

малые

 

распределённые

 

электро

-

станции

, 

представляется

 

целесо

-

образным

 

выделить

 

следующие

 

уровни

 

РЗА

 (

рис

. 6):

• 

РЗА

 

внешней

 

сети

;

• 

РЗА

 

внутренней

 

сети

;

• 

делительная

 

защита

 

и

 

автомати

-

ка

 (

ДлЗА

).

ДлЗА

 

предназначена

 

для

 

обеспе

-

чения

 

безаварийной

 

работы

 

малых

 

электростанций

 

и

 

предотвращения

 

их

 

возможного

 

негативного

 

влия

-

ния

 

на

 

электрические

 

режимы

 

и

 

работу

 

РЗА

 

внешней

 

сети

. 

Работа

 

ДлЗА

, 

как

 

правило

, 

предусматрива

-

ется

 

при

 

системных

 

авариях

, 

режи

-

мах

 

потери

 

связи

 

с

 

сетью

 

внешней

 

энергосистемы

, 

внешних

 

коротких

 

замыканиях

 [9]. 

Следует

 

заметить

, 

что

 

вопросы

 

создания

 

ДлЗА

 

при

 

внедрении

 

малых

 

электростанций

 

имеют

 

большую

 

важность

, 

в

 

том

 

числе

 

вследствие

 

того

, 

что

 

РЗА

 

при

-

лежащей

 

сети

 

спроектирована

, 

как

 

правило

, 

без

 

учёта

 

возможности

 

по

-

явления

 

в

 

распределительной

 

сети

 

электростанций

, 

и

 

даже

 

при

 

вы

-

полнении

 

мероприятий

 

по

 

совер

-

шенствованию

 

не

 

сможет

 

в

 

полной

 

мере

 

решать

 

все

 

задачи

 

управле

-

ния

 

распределённой

 

генерацией

 

при

 

возмущениях

 

и

 

в

 

аварийных

 

ситуациях

.

Требования

 

к

 

составу

 

основ

-

ных

 

функций

 

релейной

 

защиты

, 

связанные

 

с

 

приведёнными

 

выше

 

подходами

 

к

 

управлению

 

малыми

 

электростанциями

 

в

 

аварийных

 

ре

-

жимах

, 

могут

 

быть

 

сформулирова

-

ны

 

следующим

 

образом

.

Область

 

применения

Подход

Основные

 

особенности

 

в

 

части

 

организации

 

РЗА

Отдельные

 

электростанции

 

относительно

 

небольшой

 

мощности

, 

работающие

 

в

 

мощной

 

сети

.

Отключение

 

генераторов

 

малых

 

электростанций

 

при

 

возмущениях

 

во

 

внешней

 

сети

 

с

 

минимальной

 

вы

-

держкой

 

времени

 

с

 

после

-

дующим

 

восстановлением

 

электроснабжения

 

нагрузки

 

от

 

внешней

 

сети

.

• 

не

 

требуются

 

усложнение

 

релейной

 

защиты

 

и

 

разработка

 

дополнитель

-

ных

 

противоаварийных

 

мероприятий

 

в

 

прилежащей

 

сети

;

• 

необходимо

 

обеспечить

 

высокую

 

чувствительность

 

защит

 

генераторов

 

малых

 

электростанций

  (

защит

, 

установленных

 

со

 

стороны

 

электростан

-

ции

) 

к

 

внешним

 

повреждениям

 

и

 

анормальным

 

режимам

.

Электростанции

, 

обеспечивающие

 

надёжное

 

электроснабжение

 

конкретного

 

потребителя

 

или

 

группы

 

потребителей

.

Выделение

 

генераторов

 

малых

 

электростанций

 

на

 

местную

 

нагрузку

 

с

 

минимальной

 

выдержкой

 

времени

 

при

 

возмущениях

 

во

 

внешней

 

сети

.

• 

не

 

требуются

 

усложнение

 

релейной

 

защиты

 

и

 

разработка

 

дополнитель

-

ных

 

противоаварийных

 

мероприятий

 

во

 

внешней

 

сети

;

• 

необходимо

 

создание

 

делительной

 

автоматики

, 

обладающей

 

достаточ

-

ной

 

чувствительностью

 

к

 

внешним

 

повреждениям

 

и

 

выполняющей

 

функ

-

ции

 

выделения

 

малых

 

электростанций

 

на

 

сбалансированную

 

нагрузку

;

• 

необходимо

 

принятие

 

мер

 

по

 

обеспечению

 

быстродействия

 

релей

-

ной

 

защиты

 

в

 

отделившемся

 

фрагменте

, 

недопущению

 

излишних

 

от

-

ключений

 

генераторов

 

малых

 

электростанций

 

действием

 

защиты

 

или

 

технологической

 

автоматики

 

при

 

внешних

 

возмущениях

 

и

 

вследствие

 

незначительных

 (

не

 

опасных

) 

отклонений

 

режимных

 

параметров

 

после

 

перехода

 

в

 

режим

 

работы

 

на

 

местную

 

нагрузку

.

Электростанции

, 

составляющие

 

значительную

 

долю

 

генерирующих

 

мощностей

 

энергорайона

.

Обеспечение

 

устойчивой

 

параллельной

 

работы

 

генераторов

 

малых

 

электростанций

 

с

 

сетью

 

внешней

 

энергосистемы

.

• 

необходимо

 

совершенствование

 

релейной

 

защиты

 

в

 

прилежащей

 

сети

 

с

 

целью

 

обеспечения

 

чувствительности

, 

селективности

 

и

 

быстродействия

 

её

 

функционирования

 

при

 

подключении

 

малых

 

электростанций

;

• 

необходимо

 

совершенствование

 

противоаварийной

 

автоматики

 

с

 

учётом

 

особенностей

 

электрических

 

режимов

 

и

 

характерных

 

сценариев

 

развития

 

аварий

 

в

 

электроэнергетических

 

системах

 

с

 

распределённой

 

генерацией

;

• 

необходимо

 

создание

 

делительной

 

автоматики

, 

обеспечивающей

 

отделение

 

малых

 

электростанций

 

от

 

внешней

 

сети

 

с

 

максимально

 

до

-

пустимой

 

выдержкой

 

времени

, 

определяемой

 

условиями

 

устойчивости

 

отделившегося

 

фрагмента

, 

а

 

также

 

технологическими

 

ограничениями

 

отделяемых

 

энергоблоков

. 

Табл

. 1. 

Краткая

 

характеристика

 

подходов

 

к

 

управлению

 

электростанциями

 

малой

 

мощности

 

в

 

аварийных

 

режимах

Рис

. 6. 

Уровни

 

РЗА

 

в

 

электроэнергетической

 

системе

, 

содержащей

 

малые

 

электростанции

113

№

 4 (25), 

июль

–

август

, 2014

1. 

Отключение

 

генераторов

 

малых

 

электростанций

 

при

 

возмуще

-

ниях

 

во

 

внешней

 

сети

 

с

 

мини

-

мальной

 

выдержкой

 

времени

 

с

 

последующим

 

восстановлением

 

электроснабжения

 

нагрузки

 

от

 

внешней

 

сети

.

РЗА

 

внешней

 

сети

:

• 

в

 

сетях

 6, 10 (35) 

кВ

 — 

максималь

-

ная

 

токовая

 

защита

 

от

 

между

-

фазных

 

коротких

 

замыканий

 

(

направленная

 — 

при

 

невозмож

-

ности

 

обеспечить

 

селективность

 

действия

 

выбором

 

параметров

 

срабатывания

); 

в

 

сетях

 35, 110 

кВ

 

— 

дистанционная

 

защита

 

от

 

между

-

фазных

 

коротких

 

замыканий

;

• 

несинхронное

 

автоматическое

 

повторное

 

включение

, 

действу

-

ющее

 

с

 

минимально

 

возможной

 

выдержкой

 

времени

  (

увеличе

-

ние

 

выдержки

 

времени

 

неже

-

лательно

 

в

 

связи

 

с

 

необходимо

-

стью

 

быстрого

 

восстановления

 

электроснабжения

 

близлежащей

 

нагрузки

) 

или

 

трёхфазное

 

АПВ

 

с

 

контролем

 

встречного

 

напряже

-

ния

 (

предпочтительнее

);

• 

отдельная

 

защита

 

вышестоя

-

щих

 

линий

 

со

 

стороны

 

малой

 

электростанции

 

при

 

её

 

неболь

-

шой

 

мощности

  (

до

 5 

МВт

) 

не

 

предусматривается

, 

эти

 

функции

 

выполняются

 

делительной

 

защи

-

той

; 

при

 

большей

 

мощности

 

станции

 

целесообразно

 

приме

-

нение

 

токовой

 

или

 

дистанцион

-

ной

 

защиты

  (

в

 

зависимости

 

от

 

класса

 

напряжения

 

сети

). 

РЗА

 

внутренней

 

сети

:

• 

набор

 

защит

 

генератора

 

с

  «

чув

-

ствительными

» 

настройками

, 

обеспечивающий

 

его

 

отключе

-

ние

 

при

 

внешних

 

возмущениях

 

с

 

минимальной

 

выдержкой

 

вре

-

мени

 (

до

 

действия

 

АПВ

 

внешней

 

сети

);

• 

в

 

прилежащей

 

сети

 — 

макси

-

мальная

 

токовая

 

защита

.

ДлЗА

 

Должна

 

обеспечивать

 

достаточ

-

ную

 

чувствительность

 

к

 

внешним

 

возмущениям

; 

действовать

 

в

 

пер

-

вую

 

очередь

 

на

 

отключение

 

генера

-

торов

 

малой

 

электростанции

 

с

 

вы

-

держкой

 

времени

, 

отстроенной

 

от

 

времени

 

действия

 

их

 

собственных

 

защит

 

или

 

технологической

 

автома

-

тики

; 

а

 

также

 

выполнять

 

функции

 

неселективной

 

защиты

 

вышестоя

-

щих

 

элементов

 

со

 

стороны

 

малой

 

электростанции

. 

В

 

состав

 

ДлЗА

 

могут

 

входить

 

следу

-

ющие

 

пусковые

 

органы

: 

снижения

/

повышения

 

напряжения

, 

снижения

/

повышения

 

частоты

, 

а

 

также

 

реаги

-

рующие

 

на

 

напряжение

 

нулевой

 

по

-

следовательности

, 

напряжение

 

и

/

или

 

ток

 

обратной

 

последовательности

.

В

 

табл

. 2 

приведён

 

пример

 

со

-

става

 

функций

 

и

 

настройки

 

параме

-

тров

 

срабатывания

 

ДлЗА

, 

сформи

-

рованный

 

на

 

основании

 

изучения

 

опыта

 

ряда

 

зарубежных

 

стран

. 

2. 

Выделение

 

генераторов

 

малых

 

электростанций

 

на

 

местную

 

на

-

грузку

 

с

 

минимальной

 

выдерж

-

кой

 

времени

 

при

 

возмущениях

 

во

 

внешней

 

сети

.

РЗА

 

внешней

 

сети

Требования

 

к

 

РЗ

 

внешней

 

сети

 

в

 

целом

 

аналогичны

 

приведённым

 

при

 

рассмотрении

 

первого

 

подхо

-

да

. 

В

 

случае

, 

если

 

на

 

вышестоящей

 

линии

 

отсутствует

 

промежуточная

 

нагрузка

, 

допустимым

 

является

 

уве

-

личение

 

выдержки

 

времени

 

АПВ

 

ли

-

нии

  (

с

 

целью

 

гарантированной

  «

от

-

стройки

» 

от

 

времени

 

срабатывания

 

ДлЗА

, 

защит

 

генераторов

). 

Релейная

 

защита

 

внутренней

 

сети

:

• 

набор

 

защит

 

генератора

 

с

  «

чув

-

ствительными

» 

настройками

, 

действующий

 

при

 

внешних

 

возмущениях

 

на

 

отключение

 

генератора

 

с

 

выдержкой

 

вре

-

мени

, 

отстроенной

 

от

 

времени

 

срабатывания

 

ДлЗА

;

• 

в

 

прилежащей

 

сети

 — 

быстро

-

действующая

 

защита

; 

в

 

зависи

-

мости

 

от

 

конкретной

 

ситуации

 

в

 

качестве

 

защиты

 

от

 

междуфаз

-

ных

 

коротких

 

замыканий

 

могут

 

применяться

: 

максимальная

 

токовая

 

защита

, 

допускающая

 

быстрое

 

неселективное

 

отклю

-

чение

 

близких

 

коротких

 

замыка

-

ний

, 

представляющих

 

опасность

 

для

 

устойчивости

 

генераторов

 

локальных

 

электростанций

; 

токо

-

вая

 

защита

 

с

 

передачей

 

команд

 

ускорения

 

по

 

каналу

 

связи

; 

дис

-

танционная

 

защита

 (

при

 

условии

 

достаточного

 «

охвата

» 

защищае

-

мого

 

объекта

 

ступенью

 

с

 

мини

-

мальной

 

выдержкой

 

времени

) 

или

 

дифференциальная

 

защита

. 

ДлЗА

Должна

 

обеспечивать

 

достаточ

-

ную

 

чувствительность

 

к

 

внешним

 

возмущениям

; 

действовать

 

на

 

вы

-

деление

 

малой

 

электростанции

 

на

 

местную

 

нагрузку

 

с

 

минимальной

 

выдержкой

 

времени

, 

выполнять

 

функции

 

неселективной

 

защиты

 

вы

-

шестоящих

 

элементов

 

со

 

стороны

 

малой

 

электростанции

. 

Необходимо

 

предусмотреть

 

блокировку

 

защи

-

ты

 

в

 

том

 

случае

, 

если

 

генераторы

 

малой

 

электростанции

 

отключены

, 

а

 

также

 

при

 

невозможности

 

сба

-

лансировать

 

генерацию

 

и

 

нагрузку

 

после

 

отделения

  (

или

 

необходимо

 

дополнительно

 

использовать

 

АПВ

 

с

 

контролем

 

встречного

 

напряжения

, 

восстанавливающее

 

связь

 

нагруз

-

ки

 

с

 

внешней

 

сетью

 

при

 

отключён

-

ных

 

местных

 

генераторах

). 

Кроме

 

того

, 

в

 

составе

 

ДлЗА

 

сле

-

дует

 

предусматривать

 

функцию

 

кон

-

троля

 

синхронизма

. 

3.  

Обеспечение

 

устойчивой

 

па

-

раллельной

 

работы

 

генераторов

 

малых

 

электростанций

 

с

 

сетью

 

внешней

 

энергосистемы

.

РЗА

 

внешней

 

сети

:

• 

быстродействующая

 

защита

, 

обеспечивающая

 

отключение

 

повреждений

 

со

 

временем

, 

соот

-

ветствующим

 

условиям

 

устой

-

чивости

 

параллельной

 

работы

 

малых

 

электростанций

. 

В

 

зависи

-

мости

 

от

 

конкретной

 

ситуации

 

в

 

качестве

 

основной

 

защиты

 

могут

 

применяться

: 

дистанционная

 

защита

  (

с

 

передачей

 

разреша

-

ющих

/

блокирующих

 

сигналов

), 

защиты

 

с

 

абсолютной

 

селек

-

тивностью

  (

с

 

ВЧ

-

блокировкой

, 

дифференциально

-

фазная

 

или

 

дифференциальная

 

защита

);

• 

АПВ

 

с

 

улавливанием

 

синхронизма

;

• 

защита

 

вышестоящих

 

сетевых

 

элементов

 

со

 

стороны

 

малой

 

электростанции

  (

дистанционная

 

защита

 

или

 

второй

 

полукомплект

 

защиты

 

с

 

абсолютной

 

селектив

-

ностью

).

РЗА

 

внутренней

 

сети

Требования

 

к

 

РЗ

 

внешней

 

сети

 

в

 

целом

 

аналогичны

 

описанным

 

для

 

предыдущего

 

подхода

.

U<

U>

f<

f>

I

2

>

df/dt>

<0,6

U

ном

 

0,05 

с

≥

1,5

U

ном

0,1—1 c

47—49 

Гц

 

0,3—0,5 

с

51—52 

Гц

 0,3—0,5 

с

(0,05—0,2)

I

ном

0,1—10 c

≥

2,5 

Гц

/

с

≥

0,1 c

(0,6—0,8)

U

ном

 

≥

 0,5 c

Табл

. 2. 

Пример

 

состава

 

функций

 

и

 

параметров

 

срабатывания

 

ДлЗА