96
АНАЛИТИКА
СЕТИ РОССИИ
96
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
Р
азвитие
сетей
330—750
кВ
,
а
также
ввод
в
эксплуатацию
электрооборудования
напря
-
жением
1150
кВ
[1]
выявили
проблему
за
-
щиты
неповреждённых
фаз
в
цикле
однофаз
-
ного
автоматического
повторного
включения
(
ОАПВ
).
ОАПВ
линий
электропередачи
высокого
и
сверхвысо
-
кого
напряжения
—
весьма
эффективное
средство
повышения
надёжности
работы
электроэнергетиче
-
ских
систем
.
Оно
позволяет
восстановить
нормаль
-
ное
функционирование
линии
с
одной
отключённой
фазой
с
неустойчивым
коротким
замыканием
(
КЗ
).
Известно
также
,
что
основным
видом
повреждений
на
воздушных
линиях
электропередачи
(
ВЛ
)
с
пофаз
-
ным
управлением
напряжением
330
кВ
и
выше
яв
-
ляются
однофазные
замыкания
,
которые
составляют
65—80%
от
общего
числа
повреждений
[2].
В
этом
случае
отключается
только
одна
повреждённая
фаза
,
а
две
другие
остаются
в
работе
,
обеспечивая
элек
-
трическую
связь
между
энергосистемами
.
Статистические
данные
о
повреждаемости
ВЛ
по
-
казывают
,
что
доля
неустойчивых
замыканий
весь
-
ма
высока
и
составляет
на
ВЛ
разного
напряжения
50—80%
от
общего
числа
повреждений
[3].
Однако
на
оставшихся
в
работе
фазах
возможны
различные
короткие
замыкания
и
обрывы
.
В
соответствии
с
[4]
число
таких
повреждений
может
достигать
2%
и
более
.
В
качестве
основной
быстродействующей
защиты
в
цикле
ОАПВ
могут
применяться
защиты
с
абсолют
-
ной
селективностью
,
например
дифференциально
-
фазная
защита
(
ДФЗ
)
или
дифференциальная
защита
линий
(
ДЗЛ
)
с
пофазным
сравнением
.
Однако
эти
защиты
не
могут
быть
эффективными
в
неполно
-
фазных
режимах
ВЛ
.
Основные
защиты
могут
быть
выведены
из
работы
,
а
резервные
либо
заблоки
-
рованы
в
цикле
ОАПВ
(
токовые
защиты
нулевой
по
-
следовательности
),
либо
выведены
блокировкой
при
качаниях
(
дистанционная
защита
).
Известен
также
недостаток
дифференциально
-
фазного
принципа
при
реагировании
на
слож
-
ные
виды
повреждений
[5].
На
тот
случай
,
если
основная
защита
откажет
в
работе
или
будет
выведена
,
необходимо
для
неповреждённых
фаз
в
цикле
ОАПВ
иметь
резервную
защиту
.
Вариант
выполнения
быстродействующей
ре
-
зервной
защиты
был
предложен
ОАО
«
ВНИИЭ
» [4],
где
сравниваются
модули
полных
токов
в
оставших
-
ся
в
работе
фазах
.
Например
,
условие
срабатывания
такой
защиты
в
предположении
,
что
фаза
А
отключе
-
на
,
соответствует
следующему
выражению
:
,
(1)
где
I
B
,
I
C
—
токи
фаз
B
и
C.
Предварительные
исследования
алгоритма
ОАО
«
ВНИИЭ
»
показали
возможность
его
ложной
работы
в
неполнофазных
циклах
ОАПВ
.
В
ООО
«
ИЦ
Бреслер
»
был
предложен
адаптивный
алгоритм
токовой
защи
-
ты
неповреждённых
фаз
(
ТЗНФ
),
основные
измери
-
тельные
органы
(
ИО
)
которого
реагируют
на
прира
-
щения
(
аварийные
составляющие
),
возникающие
в
цикле
ОАПВ
при
повреждении
оставшихся
в
работе
фаз
.
Структурная
схема
резервной
защиты
в
цикле
ОАПВ
представлена
на
рис
. 1,
где
:
I
2
и
I
0
—
замеры
токов
обратной
и
нулевой
после
-
довательности
соответственно
;
I
2
+
I
0
—
ИО
,
реагирующий
на
суммарный
модуль
токов
обратной
и
нулевой
последовательности
.
Такое
построение
ИО
позволяет
обеспечить
высокую
чув
-
ствительность
защиты
к
малым
токам
КЗ
в
системе
;
d(
I
2
+
I
0
) —
ИО
,
реагирующий
на
суммарное
при
-
ращение
токов
обратной
и
нулевой
последовательно
-
сти
.
ИО
адаптирован
к
текущему
состоянию
режима
;
I
уст
1
—
уставка
,
отстроенная
от
минимального
зна
-
чения
замера
в
неполнофазном
режиме
ВЛ
;
I
уст
2
—
уставка
,
отстроенная
от
максимального
зна
-
чения
приращения
d(
I
2
+
I
0
)
при
коммутации
нагруз
-
ки
систем
в
цикле
ОАПВ
.
В
адаптивной
ТЗНФ
(
рис
. 1)
применены
два
то
-
ковых
измерительных
органа
:
ИО
I
2
+
I
0
необходим
Токовая защита
неповреждённых фаз
в цикле ОАПВ
Валерий ЕФРЕМОВ, директор Центра применения продукции, к.т.н.,
Юрий РОМАНОВ, заведующий сектором, к.т.н.,
Павел ВОРОНОВ, инженер-исследователь, магистрант, ООО «ИЦ «Бреслер»
Рис
. 1.
Структурная
схема
защиты
неповреждённых
фаз
в
составе
устройства
ШЛ
2704.5
Х
97
№ 3 (18), май–июнь, 2013
97
для
контроля
основного
ИО
d(
I
2
+
I
0
)
,
ко
-
торый
срабатывает
как
при
повышении
,
так
и
при
понижении
контролируемой
величины
.
Элемент
времени
на
возврат
позволяет
продлить
выходные
сигналы
ИО
приращения
d(
I
2
+
I
0
).
Модуль
адаптивной
ТЗНФ
реализован
в
устройстве
защиты
ВЛ
500
кВ
типа
ШЛ
2704.5X
производства
ООО
«
ИЦ
Брес
-
лер
».
Выходной
сигнал
ТЗНФ
при
исполь
-
зовании
совместно
с
ДФЗ
в
устройстве
защиты
ШЛ
2704.5X
может
действовать
(
рис
. 2)
либо
непосредственно
на
отключение
трёх
фаз
,
либо
на
формирование
сигнала
«
Пуск
на
отключение
»
с
отключением
при
повреждении
в
зоне
ДФЗ
.
В
кана
-
ле
формирования
сигнала
«
Пуск
на
отключение
»,
дей
-
ствующего
на
разрешение
органа
сравнения
фаз
ДФЗ
,
выдержка
времени
на
срабатывание
T1
необходима
для
отстройки
от
переходных
процессов
фильтров
,
при
-
меняемых
в
ДФЗ
,
а
также
для
нивелирования
разнов
-
ременности
срабатывания
защиты
по
концам
линии
электропередачи
.
Выдержка
элемента
времени
T2
на
возврат
выбирается
по
условию
обеспечения
надёжного
отключения
линии
в
цикле
ОАПВ
.
Ввод
ИО
ТЗНФ
проис
-
ходит
в
цикле
ОАПВ
от
сигнала
реле
положения
«
Вклю
-
чено
» (
РПВ
),
который
может
быть
замедлен
на
элементе
времени
T4
для
отстройки
от
переходного
процесса
при
размыкании
контактов
силовых
выключателей
.
Форми
-
рование
сигнала
РПВ
непосредственно
в
устройстве
ав
-
томатики
управления
выключателем
требует
в
выдержке
элемента
времени
Т
4
учёта
также
времени
отключения
выключателя
.
Действие
ТЗНФ
на
отключение
трёх
фаз
вводится
программируемой
накладкой
N.
Для
отстрой
-
ки
от
помех
и
кратковременных
срабатываний
в
канал
отключения
введён
элемент
времени
Т
3.
При
формиро
-
вании
команды
на
повторное
включение
в
цикле
ОАПВ
(
сигнал
«
Фиксация
команды
включения
» —
ФКВ
)
отклю
-
чение
трёх
фаз
от
ТЗНФ
будет
заблокировано
.
Отключе
-
ние
линии
при
неуспешном
ОАПВ
может
быть
выполнено
от
ДФЗ
,
в
том
числе
и
с
пуском
от
ТЗНФ
(
рис
.2).
Рассмотренные
алгоритмы
защиты
были
исследова
-
ны
с
применением
метода
информационного
анализа
[6]
для
линии
«
ПримГРЭС
—
Хабаровская
»
напряжением
U
= 500
кВ
с
двухсторонним
питанием
,
работающей
в
неполнофазном
режиме
с
отключённой
в
цикле
ОАПВ
фазой
А
(
рис
. 3).
В
настоящее
время
линия
разрезана
подстанцией
на
две
линии
— «
ПримГРЭС
—
Хехцир
»
и
«
Хех
-
цир
—
Хабаровская
».
Диапазоны
изменения
нормальных
параметров
объекта
представлены
в
табл
. 1.
В
табл
. 2
представлены
значения
погонных
сопротивлений
и
про
-
водимостей
ЛЭП
и
её
длина
.
В
ходе
проведения
опытов
моделировался
режим
замыкания
одной
из
«
здоровых
»
фаз
на
землю
с
переходным
сопротивлением
R
f
= (0 —
50)
Ом
и
местом
повреждения
вдоль
всей
ВЛ
(
х
f
= 0…
l
).
В
результате
опытов
оказалось
,
что
для
рассмотрен
-
ного
объекта
существуют
такие
неполнофазные
режи
-
Рис
. 2.
Логическая
схема
модуля
ТЗНФ
Рис
. 3.
Схема
исследуемого
объекта
—
линия
500
кВ
с
двухсторонним
питанием
Параметр
Минимальное
значение
Максимальное
значение
Угол
передачи
мощности
,
Ом
-30
30
Сопротивление
системы
слева
по
прямой
последовательности
Z
s1
,
Ом
30
90
Угол
сопротивления
системы
слева
по
прямой
последовательности
s1
,
Ом
84
86
Отношение
модуля
сопротивлений
системы
слева
по
прямой
и
нулевой
последовательностям
k
s
,
о
.
е
.
0,5
0,8
Угол
сопротивления
системы
слева
по
нулевой
последовательности
s0
84
86
Сопротивление
системы
справа
по
прямой
последовательности
Z
r1
,
Ом
40
120
Угол
сопротивления
системы
справа
по
прямой
последовательности
r1
,
Ом
84
86
Отношение
модуля
сопротивлений
системы
справа
по
прямой
и
нулевой
последовательностям
k
r
, o.e.
0,5
0,8
Угол
сопротивления
системы
справа
по
нулевой
последовательности
r0
84
86
Табл
. 1.
Диапазоны
вариации
нормальных
параметров
объекта
98
СЕТИ РОССИИ
мы
,
в
которых
защита
,
выполненная
по
условию
(1),
срабатывает
ложно
.
На
рис
. 4
на
плоскости
с
коорди
-
натами
(
I
B
,
I
C
)
синей
линией
ограничена
область
,
по
-
лученная
в
результате
моделирования
неполнофазных
режимов
(
без
повреждения
оставшихся
в
работе
фаз
)
при
вариации
параметров
защищаемого
объекта
в
пределах
диапазонов
,
указанных
в
табл
. 1.
Штриховкой
выделена
часть
области
,
для
которой
выполняется
усло
-
вие
(1),
т
.
е
.
происходит
ложное
срабатывание
защиты
.
Поскольку
заштрихованная
область
ограничена
срав
-
нительно
небольшими
значениями
токов
I
B
и
I
C
,
можно
сделать
вывод
,
что
ложное
срабатывание
вероятно
при
малых
углах
передачи
мощности
.
Анализ
исследований
с
применением
метода
ин
-
формационного
анализа
позволяет
получить
объектные
характеристики
распознавания
алгоритмов
защиты
не
-
повреждённых
фаз
[6].
Инструмент
объектных
харак
-
теристик
позволяет
сравнить
характеристики
разных
защит
и
их
алгоритмов
посредством
оценки
чувстви
-
тельности
защиты
к
величине
переходного
сопротив
-
ления
в
пределах
всей
защищаемой
зоны
.
Для
моде
-
ли
рассмотренного
объекта
объектная
характеристика
распознавания
защиты
с
условием
срабатывания
(1)
имеет
вид
,
представленный
на
рис
. 5,
а
.
Для
адаптивно
-
го
алгоритма
,
реализованного
в
составе
шкафа
защит
Бреслер
2704.5X,
объектная
характеристика
приведе
-
на
на
рис
. 5,
б
.
Заштрихованная
часть
плоскости
опре
-
деляет
те
аварийные
режимы
,
в
которых
срабатывание
защиты
не
гарантируется
.
Нижняя
граница
этой
области
определяет
чувствительность
защиты
к
переходному
со
-
противлению
R
f
.
Из
рис
. 5
видно
,
что
чувствительность
алгоритма
по
отношению
фазных
токов
составляет
око
-
ло
10
Ом
в
конце
линии
,
в
то
время
как
для
алгоритма
по
рис
. 1,
реализованного
в
составе
дифференциально
-
фазной
защиты
Бреслер
2704.5X, —
свыше
25
Ом
.
ВЫВО
ДЫ
Резервная
защита
в
цикле
ОАПВ
,
построенная
по
отношению
токов
оставшихся
в
работе
фаз
,
обладает
недостаточной
чувствительностью
и
требует
дополни
-
тельной
отстройки
от
ложных
срабатываний
в
неполно
-
фазных
режимах
с
малыми
углами
передачи
мощности
.
Реализованный
в
составе
шкафа
защит
Бреслер
ШЛ
2704.5
Х
алгоритм
резервной
защиты
в
цикле
ОАПВ
от
-
строен
от
ложных
срабатываний
за
счёт
адаптивности
и
обладает
значительно
лучшей
чувствительностью
по
сравнению
с
алгоритмом
,
построенным
по
отношению
токов
оставшихся
в
работе
фаз
.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Электропередачи
1150
кВ
:
Сб
.
ст
.:
В
2-
х
кн
.
Кн
.1/
Под
общ
.
ред
.
Г
.
А
.
Илларионова
,
В
.
С
.
Лященко
. —
М
.:
Энергоатомиздат
, 1992. 320
с
.
2.
Владимиров
А
.
Н
.
Релейная
защита
в
период
рефор
-
мирования
.
Вопросы
и
проблемы
.
Релейная
защи
-
та
и
автоматика
энергосистем
2004.
Сборник
до
-
кладов
.
М
.:
ВВЦ
, 2004. 326
с
.
3.
Сушко
В
.
А
.
Автоматика
электроэнергетических
си
-
стем
.
Ч
. II:
Противоаварийная
автоматика
.
4.
Коржецкая
Т
.
А
.,
Левиуш
А
.
И
.
Некоторые
принципы
выполнения
резервной
защиты
в
цикле
ОАПВ
.
Элек
-
тричество
, 1978,
№
8,
с
. 81—84.
5.
Атабеков
Г
.
И
.
Теоретические
основы
релейной
за
-
щиты
высоковольтных
сетей
.
М
.-
Л
.:
Государственное
энергетическое
издательство
, 1957.
6.
Лямец
Ю
.
Я
.,
Нудельман
Г
.
С
.,
Павлов
А
.
О
.
Метод
объ
-
ектных
характеристик
для
анализа
и
синтеза
дис
-
танционной
защиты
.
Изв
.
вузов
,
Электромеханика
,
1999,
№
1,
с
. 95—96.
Длина
линии
I
,
км
357,2
Погонное
сопротивление
линии
по
прямой
последовательности
0
1
Z
,
Ом
0,0314+
j
0,307
Погонное
сопротивление
линии
по
нулевой
последовательности
0
0
Z
,
Ом
0,2+
j
0,9
Погонная
проводимость
линии
по
прямой
последовательности
0
1
Y
,
мкСм
0,2+
j
3,6
Погонная
проводимость
линии
по
нулевой
последовательности
0
0
Y
,
мкСм
0,2+
j
2,2
Табл
. 2.
Длина
ЛЭП
и
погонные
сопротивления
и
проводимости
а
—
для
алгоритма
по
отношению
фазных
токов
;
б
—
для
алгоритма
,
реализованного
в
составе
шкафа
защит
Бреслер
ШЛ
2704.5
Х
Рис
. 5.
Объектная
характеристика
при
однофазных
замыканиях
Рис
. 4.
Область
замера
I
C
=
f
(
I
В
)
Оригинал статьи: Токовая защита неповреждённых фаз в цикле ОАПВ
Развитие сетей 330–750 кВ, а также ввод в эксплуатацию электрооборудования напряжением 1150 кВ [1] выявили проблему защиты неповреждённых фаз в цикле однофазного автоматического повторного включения (ОАПВ). ОАПВ линий электропередачи высокого и сверхвысокого напряжения — весьма эффективное средство повышения надёжности работы электроэнергетических систем. Оно позволяет восстановить нормальное функционирование линии с одной отключённой
фазой с неустойчивым коротким замыканием.
