Токовая защита неповреждённых фаз в цикле ОАПВ

Page 1
background image

Page 2
background image

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


Page 3
background image

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


Page 4
background image

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

 

)


Читать онлайн

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.

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»