Усовершенствование дифференциально-фазной защиты

Page 1
background image

Page 2
background image

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


Page 3
background image

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


Page 4
background image

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

Читать онлайн

Дифференциально-фазная защита (ДФЗ), разработанная более 70 лет назад, практически без изменений и сегодня эффективно используется в энергосистемах России.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 1(82), январь-февраль 2024

Использование цифровых двойников как перспективное направление развития технологий дистанционного управления силовым оборудованием и устройствами релейной защиты и автоматики

Цифровая трансформация / Цифровые сети / Цифровая подстанция Релейная защита и автоматика
Гвоздев Д.Б. Грибков М.А. Шубин Н.Г.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»