88
АНАЛИТИКА
СЕТИ РОССИИ
88
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
Д
ифференциально
-
фазная
защита
(
ДФЗ
),
раз
-
работанная
более
70
лет
назад
[1],
практи
-
чески
без
изменений
и
сегодня
эффективно
используется
в
энергосистемах
России
.
Известно
,
что
сам
дифференциально
-
фазный
прин
-
цип
наряду
с
очевидными
преимуществами
имеет
ряд
недостатков
,
основной
из
которых
заключается
в
существовании
вероятности
отказа
в
действии
в
слу
-
чаях
сложных
видов
повреждений
,
например
в
режи
-
ме
одновременного
замыкания
и
обрыва
фазы
линии
электропередачи
(
ЛЭП
).
Такая
ситуация
ограничивает
внедрение
ДФЗ
на
линиях
с
пофазным
управлением
выключателями
,
поэтому
разработчикам
приходится
вносить
в
защиты
дополнительные
фазные
реле
со
-
противления
,
которые
из
-
за
вынужденной
отстройки
от
субгармонических
составляющих
на
отключённой
с
двух
сторон
фазе
имеют
большое
время
срабатыва
-
ния
(
до
100
мс
и
более
).
Важным
условием
применения
дифференциально
-
фазного
принципа
является
его
селективная
работа
в
режиме
реверса
тока
(
мощности
)
в
защищаемой
линии
,
когда
из
-
за
различий
протекания
переходных
процессов
в
элементах
полукомплектов
защит
при
из
-
менении
направления
тока
в
ВЧ
-
сигнале
появляются
условия
,
достаточные
для
неселективного
срабатыва
-
ния
ДФЗ
.
Особенно
такая
ситуация
вероятна
,
когда
ми
-
кропроцессорная
ДФЗ
и
электромеханическая
ДФЗ
на
разных
концах
одной
и
той
же
линии
работают
совмест
-
но
.
К
тому
же
низкий
коэффициент
возврата
токовых
измерительных
органов
электромеханической
ДФЗ
и
большое
время
их
отпускания
могут
вызвать
неселек
-
тивное
действие
в
результате
отключения
внешнего
КЗ
.
Для
отстройки
от
избыточных
срабатываний
в
этих
ре
-
жимах
в
защиты
вынужденно
вводят
дополнительные
задержки
на
отключения
,
что
в
результате
постоянного
увеличения
токов
короткого
замыкания
приводит
к
уве
-
личению
теплового
и
динамического
воздействия
то
-
ков
короткого
замыкания
на
первичное
оборудование
.
Ниже
описываются
алгоритмы
ДФЗ
,
которые
лише
-
ны
указанных
недостатков
.
Для
исследования
проблем
применены
методы
информационного
анализа
[2].
ПРОБЛЕМА
1.
НЕСЕЛЕКТИВНАЯ
РАБОТА
ДФЗ
В
РЕЖИМЕ
РЕВЕРСА
МОЩНОСТИ
В
ЗАЩИЩАЕМОЙ
ЛИНИИ
.
ЗАДЕРЖКИ
НА
ОТКЛЮЧЕНИЕ
В
современных
версиях
микропроцессорных
(
МП
)
защит
с
абсолютной
селективностью
(
ДФЗ
,
направленная
ВЧ
-
защита
)
российского
произ
-
водства
при
внешних
повреждениях
в
канале
на
-
блюдается
сплошной
ВЧ
-
сигнал
,
который
может
слу
-
жить
индикатором
повреждения
вне
зоны
защиты
.
В
дифференциально
-
фазных
защитах
появление
пауз
в
длительном
сплошном
ВЧ
-
сигнале
на
входе
МП
ДФЗ
приводит
к
дополнительному
блокированию
защиты
посредством
выдачи
«
сплошного
»
сигнала
с
выхода
программируемого
элемента
времени
,
работающего
на
возврат
.
Уставка
срабатывания
такого
элемента
времени
определяется
длительностью
переходного
процесса
в
фильтрах
симметричных
составляющих
МП
ДФЗ
и
с
учётом
запаса
не
должна
превышать
25
мс
(
у
электромеханических
ДФЗ
длительность
пе
-
реходного
процесса
намного
короче
).
В
существую
-
щей
реализации
происходит
блокирование
только
собственного
срабатывания
полукомплектов
.
Возни
-
кающие
же
в
ВЧ
-
сигнале
паузы
в
рассматриваемых
режимах
иногда
приводят
к
неселективной
работе
ДФЗ
-201.
Чтобы
исключить
неселективное
действие
ДФЗ
-201,
в
РАО
ЕЭС
России
был
выпущен
циркуляр
[3],
который
предписывал
вносить
задержки
в
цепи
отклю
-
чения
защиты
.
Задержка
на
отключение
автоматиче
-
ски
вводится
и
в
случае
повреждения
в
зоне
действия
защиты
,
тем
самым
увеличивая
время
устранения
аварии
.
Во
ВНИИЭ
разработано
устройство
,
которое
способно
определять
внешние
КЗ
и
только
при
этом
вносить
задержки
в
цепи
отключения
.
Однако
в
сетях
110—220
кВ
оно
практически
не
встречается
.
На
рис
. 1
представлена
усовершенствованная
логическая
схема
для
отстройки
от
режимов
реверса
мощности
(
тока
).
В
предлагаемой
схеме
с
помощью
выдержки
вре
-
мени
на
срабатывание
DT1
фиксируется
сплошной
ВЧ
-
сигнал
в
канале
(
кратковременные
паузы
в
ВЧ
-
канале
длительностью
до
1—2
мс
ликвидируются
элементом
времени
на
возврат
DT0),
что
является
фактором
на
-
личия
внешнего
КЗ
в
системе
.
После
отключения
вы
-
явленного
повреждения
МП
защита
срабатыванием
DT2
блокирует
посредством
ВЧ
-
канала
не
только
себя
,
но
и
защиту
противоположного
конца
линии
.
Усовершенствование
дифференциально-фазной защиты
Валерий ЕФРЕМОВ,
директор Центра применения продукции, к.т.н.,
Николай ПОДШИВАЛИН, директор Центра разработки ПО, к.т.н.,
Юрий РОМАНОВ, завсектором, к.т.н.,
ООО «Исследовательский центр «Бреслер»
Рис
. 1.
Усовершенствованная
логическая
схема
отстройки
от
реверса
мощности
89
№ 5 (14), сентябрь-октябрь, 2012
89
Наиболее
сложной
задачей
в
этой
ситуации
являет
-
ся
быстрое
отключение
«
вторичных
КЗ
»
на
своей
линии
,
возникающих
в
местах
с
ослабленной
изоляцией
во
вре
-
мя
протекания
по
защищаемой
линии
токов
внешнего
КЗ
.
Здесь
можно
рассмотреть
несколько
возможных
слу
-
чаев
:
•
внутреннее
«
вторичное
КЗ
»
появляется
раньше
набора
уставки
элементом
времени
DT1 (
t
<
t
уст
DT1
).
В
этом
случае
ДФЗ
работает
без
задержек
,
как
в
слу
-
чае
повреждения
в
зоне
;
•
внутреннее
«
вторичное
КЗ
»
появляется
по
истечении
выдержки
времени
DT1.
В
этом
случае
следует
мгно
-
венно
снять
блокировку
защит
по
ВЧ
-
каналу
и
дать
работать
органу
сравнения
фаз
для
обеспечения
селективной
работы
защиты
.
В
качестве
критерия
выявления
«
вторичного
КЗ
»
на
защищаемой
линии
предлагается
использовать
адаптивный
к
току
внеш
-
него
КЗ
измерительный
орган
(
ИО
)
тока
обратной
последовательности
(«
адаптивный
ИООП
»
на
рис
. 1).
Появление
сигнала
срабатывания
этого
ИО
в
момент
истечения
выдержки
элемента
времени
DT2
приво
-
дит
к
деблокировке
обоих
полукомплектов
ДФЗ
линии
и
определению
защитой
факта
внутреннего
повреж
-
дения
.
В
случае
несрабатывания
реле
тока
в
режиме
внутреннего
«
вторичного
КЗ
»
из
-
за
малого
значения
тока
ДФЗ
будет
отключать
линию
с
дополнительной
задержкой
до
20
мс
;
•
наиболее
неблагоприятным
является
случай
внеш
-
него
«
вторичного
КЗ
»
с
увеличением
тока
,
превы
-
шающим
адаптивную
уставку
реле
тока
обратной
последовательности
(
внешнее
«
вторичное
КЗ
»
вблизи
шин
полукомплекта
ДФЗ
-201).
Одновременно
с
этим
необходимо
,
чтобы
было
изменение
направления
тока
в
полукомплектах
защит
,
что
практически
невозмож
-
но
,
т
.
е
.
здесь
не
будет
провалов
в
ВЧ
-
сигнале
.
Наличие
на
обоих
концах
ЛЭП
микропроцессорной
ДФЗ
решает
эту
задачу
безусловно
.
Основное
достоинство
предлагаемой
схемы
заключается
в
обеспечении
селек
-
тивной
работы
полукомплектов
ДФЗ
в
ре
-
жимах
реверса
мощности
в
энергосисте
-
ме
только
с
одним
полукомплектом
МП
ДФЗ
на
линии
и
без
задержек
на
отключе
-
ние
в
случае
возникновения
первичных
и
вторичных
КЗ
на
защищаемой
ЛЭП
.
На
рис
. 2
приведена
осциллограмма
совместной
работы
полукомплектов
ДФЗ
-201
и
МП
ДФЗ
«
Бреслер
ШЛ
2604»
на
разных
концах
линии
,
где
зафиксированы
двойное
изменение
направления
мощности
и
«
вторич
-
ное
»
повреждение
на
защищаемой
линии
.
ПРОБЛЕМА
2.
ОТКАЗ
РАБОТЫ
ДФЗ
ПРИ
СЛОЖНЫХ
ВИДАХ
ПОВРЕЖДЕНИЙ
Проведённые
ещё
в
1941
г
.
Г
.
И
.
Атабековым
исследования
[1]
по
-
казали
,
что
в
режиме
однофазного
КЗ
с
обрывом
фазы
в
зависимости
от
па
-
раметров
системы
могут
иметь
место
неблагоприятные
с
точки
зрения
чувствительности
ДФЗ
фазовые
соотношения
между
токами
одной
и
той
же
по
-
следовательности
по
обе
стороны
от
места
повреждения
.
Оказалось
,
что
,
когда
ЭДС
эквивалентных
источников
равны
,
фазовый
сдвиг
между
одноимёнными
симме
-
тричными
составляющими
тока
всецело
зависит
от
со
-
отношения
сопротивлений
прямой
(
обратной
)
Z
1
I
и
нуле
-
вой
Z
0
I
последовательностей
участка
электропередачи
с
той
стороны
,
где
заземлена
фаза
.
Если
Z
1
I
>
Z
0
I
,
то
токи
прямой
и
обратной
последовательностей
по
концам
по
-
вреждённого
участка
совпадают
по
фазе
,
а
токи
нулевой
последовательности
сдвинуты
на
180º.
Если
Z
1
I
<
Z
0
I
,
то
токи
нулевой
последовательности
совпадают
по
фазе
,
а
токи
прямой
и
обратной
последовательностей
сдвинуты
на
180º.
Относительно
предотвращения
отказа
ДФЗ
в
режи
-
ме
однофазного
КЗ
в
зоне
с
одновременным
обрывом
фазы
заслуживает
внимания
идея
,
заключающаяся
в
останове
ВЧ
-
передатчика
,
когда
в
защищаемой
линии
выявляется
обрыв
.
Вместе
с
тем
если
обрыв
«
за
спиной
»,
то
имеет
смысл
,
наоборот
,
блокировать
защиты
посред
-
ством
посыла
в
канал
сплошного
ВЧ
-
сигнала
.
В
резуль
-
тате
МП
ДФЗ
,
реагирующая
на
сложные
виды
повреж
-
дений
,
окажется
эффективной
только
с
использованием
модифицированных
защит
по
обоим
концам
ЛЭП
,
иначе
могут
наблюдаться
случаи
неселективной
работы
в
ре
-
жиме
КЗ
с
обрывом
вне
зоны
.
В
результате
проведённых
с
применением
метода
информационного
анализа
исследований
выяснилось
,
что
блок
защиты
от
однофазных
КЗ
на
землю
с
обрывом
особой
фазы
можно
построить
на
основе
двух
измери
-
тельных
органов
(
рис
. 3):
Рис
. 2.
Осциллограмма
работы
ДФЗ
в
режиме
реверса
мощности
Рис
. 3.
Логическая
схема
модуля
защиты
,
реагирующего
на
КЗ
с
обрывом
особой
фазы
90
СЕТИ РОССИИ
•
измерительного
органа
выявления
обрыва
;
•
реле
направления
мощности
нулевой
последова
-
тельности
(
РНМНП
),
которое
контролируется
ИО
тока
нулевой
последовательности
.
Существует
по
крайней
мере
два
варианта
построе
-
ния
ИО
выявления
обрыва
:
•
по
уровню
фазных
токов
;
•
с
помощью
избирателя
повреждённых
фаз
(
фазового
селектора
).
В
первом
случае
следует
отстраиваться
от
токов
в
ли
-
ниях
,
имеющих
значительную
нагрузку
на
ответвитель
-
ных
подстанциях
(
рис
. 4).
Одновременно
нужно
учитывать
,
что
обрыв
может
быть
избыточно
выявлен
в
случае
однофазного
КЗ
через
некоторое
большое
переходное
сопротивление
(
рис
. 5),
где
I
отп
,max
—
максимально
возможный
ток
в
отпайке
,
вы
-
деленная
область
—
область
избыточного
выявления
об
-
рыва
по
уровню
фазного
тока
.
Это
,
однако
,
не
лишает
защиты
селективности
.
Во
втором
случае
возможны
сложности
реализации
фазового
селектора
.
Логично
предположить
,
что
наилучший
эффект
может
быть
достигнут
путём
объединения
обоих
способов
.
Как
показали
исследования
,
для
однофазного
замы
-
кания
на
землю
[
К
(1)
]
с
обрывом
можно
построить
изби
-
ратель
повреждённой
фазы
только
на
основе
токов
,
без
привлечения
замеров
напряжения
,
что
отвечает
идеоло
-
гии
построения
МП
ДФЗ
«
Бреслер
».
На
рис
. 6
приведён
пример
работы
органа
выявле
-
ния
обрыва
.
Как
видно
из
осциллограммы
тока
особой
фазы
i
A
(
t
),
до
момента
времени
200
мс
существовал
нормальный
рабочий
режим
ЛЭП
с
отпайкой
,
нарушен
-
ный
возникновением
однофазного
КЗ
в
момент
200
мс
с
переходом
в
режим
обрыва
фазы
через
12
мс
.
Столь
короткое
время
наблюдения
режима
КЗ
недостаточно
для
срабатывания
ДФЗ
,
а
орган
сравнения
фаз
клас
-
сифицирует
последующий
режим
обрыва
как
внешнее
КЗ
,
что
приводит
к
отказу
традиционной
защиты
.
Одна
-
ко
благодаря
применению
органа
выявления
обрыва
в
сочетании
с
РНМНП
(
сигнал
«
Повреждение
в
линии
»
на
рис
. 6)
удаётся
определить
факт
повреждения
в
защи
-
щаемой
зоне
через
17
мс
после
его
возникновения
и
селективно
отключить
линию
.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1.
Использование
усовершенствованного
алгоритма
отстройки
от
реверса
мощности
позволяет
без
до
-
полнительных
условий
применять
защиты
на
различ
-
ной
элементной
базе
на
разных
концах
защищае
-
мой
линии
.
2.
Проведённые
на
имитационных
моделях
испытания
разработанного
модуля
защиты
,
реагирующего
на
КЗ
с
обрывом
особой
фазы
,
подтвердили
его
высо
-
кую
эффективность
.
ЛИТЕРАТУРА
1 .
Атабеков
Г
.
И
.
Теоретические
основы
релейной
за
-
щиты
высоковольтных
сетей
.
М
.-
Л
.:
Государственное
энергетическое
издательство
, 1957
г
., 344
с
.
2. Liamets Y., Ivanov S., Podchivaline A., Nudelman G.,
Zakonjšek J. Informational analysis — new relay protec-
tion tool // Proc. 13
th
Int. Conf. Power System Protec-
tion, Slovenia, Bled, 2002, P. 197—210.
3.
Циркуляр
№
Ц
-04-94(
Э
) «
О
предотвращении
излиш
-
них
действий
защит
ДФЗ
линий
110—500
кВ
при
внешних
КЗ
».
РАО
«
ЕЭС
России
»,
Москва
, 30
декабря
1994
г
.
Рис
. 4.
Ток
в
повреждённой
фазе
(
фаза
тока
считается
относительно
U
A
)
при
K
A
(1)
с
обрывом
,
расположенным
относительно
места
наблюдения
тока
после
или
перед
КЗ
Рис
. 5.
Пример
области
избыточного
срабатывания
органа
выявления
обрыва
при
K
A
(1)
без
обрыва
Рис
. 6.
Пример
работы
органа
выявления
обрыва
R
f
—
переходное
сопротивление
в
месте
КЗ
х
f
—
координата
места
повреждения
R
f
Ом
х
f
,
км
I
А
,
ТК
≤
I
ОТП
,max
на
правах
рекламы
Оригинал статьи: Усовершенствование дифференциально-фазной защиты
Дифференциально-фазная защита (ДФЗ), разработанная более 70 лет назад, практически без изменений и сегодня эффективно используется в энергосистемах России.