Содержание к диссертации
Введение
1. ВЫБОР ПРИНЦИПОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ОРГАНА СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ НА МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМАХ 12
1.1. Требования, предъявляемые к дистанционным защитам от однофазных КЗ на землю 12
1.2. Классификация принципов измерительных органов сопротивления 13
1.3. Методы реализации принципов измерительных органов
сопротивления 17
1.3.1. Формирование входных величин 19
1.3.2. Описание алгоритмов ЙО сопротивления 21
1.4. Оценка в свете рассматриваемых требований ИО для ДЗЗ 23
1.4.1. Общие положения 24
1.4.2. Пофазные ИО, использующие интегральные значения входных величин 25
1.4.3. Пофазные ИО сопротивления, использующие мгновенные значения входных величин 31
1.4.4. Многофазные ИО сопротивления 41
1.5. Выводы по первой главе 45
2. ИССЛЕЩОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ П0ФАЗН0Г0
ОРГАНА СОПРОТИВЛЕНИЯ ДИСТАНЦИОННЫХ ЗАЩИТ ОТ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ 46
2.1. Общие положения 46
2.2. Улучшение качества функционирования алгоритма ИО сопротивления 47
2.2.1. Постановка задачи 47
2.2.2. Исследование взаимосвязи между углом " уз " и ошибкой замера " л X " 49
2.2.3.. Математическая модель для определения угла 53
2.2.4. Определение оптимального угла " 55
2.3. Анализ поведения алгоритма ИО сопротивления при КаЛ 58
2.3.1. Общие положения 58
2.3.2. Методика исследования 58
2.3.3. Поведение алгоритма ИО сопротивления при КС1Л 61
2.4. Выводы по второй главе 70
3. ВОПРОСЫ РАЗРАБОТКИ АЛГОРИТМОВ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ОРГАНА
СОПРОТИВЛЕНИЯ НА МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМАХ 71
3.1. Общие положения 71
3.2. Анализ способов получения ортогональных слагающих 72
3.3. Оценка влияния апериодической слагающей переходных токов 77
3.4. Реализация алгоритмов ИО сопротивления на МП 88
3.5. Оценка вычислительного ресурса для реализации алгоритмов 92
3.6. Выводы по третьей главе . 97
4. УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ СЕТИ 110-220 кВ СИСТЕМЫ HP БОЛГАРИИ 98
4.1. Общие положения 98
4.2. Влияния взаимоиндукции между параллельными линиями на поведение ДЗЗ 98
4.3. Способы улучшения работы ДЗЗ при наличии взаимоиндукции между параллельными линиями 104
4.3.1. Компенсация взаимной индукции 104
4.3.2. Выбор параметров срабатывания ДЗЗ 108
4.4. Устройства блокировки при качаниях III
4.4.1. Постановка задачи ш
4.4.2. Выбор принципа устройства блокировки
при качаниях 114
4.4.3. Особенности выполнения пускового органа блокировки на полных аварийных слагающих И8
4.4.4. Вариант построения устройства блокировки
при качаниях 123
4.5. Выводы по четвертой главе 128
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 130
ЛИТЕРАТУРА 134
- Требования, предъявляемые к дистанционным защитам от однофазных КЗ на землю
- Математическая модель для определения угла
- Анализ способов получения ортогональных слагающих
- Влияния взаимоиндукции между параллельными линиями на поведение ДЗЗ
Введение к работе
B.I. Постановка задачи
Быстрый рост электропотребления в Народной Республике Болгарии (НРБ) в последние годы, строительство новых электростанций и линии электропередач (ЛЭП), а также общий рост мощ-ностей энергосистемы определяют необходимость повышения технического совершенства и надежности релейной защиты ее сетей высокого напряжения.
В свете этого необходимо рассмотрение вопросов совершенствования защит находящихся на воздушных линиях НРБ, выполняемых в основном со ступенчатыми характеристиками выдержки времени: особое внимание заслуживают вопросы улучшения защит от коротких замыканиях на землю, являющимися основным видом повреждений в сетях высокого напряжения (110-220 кВ) работающих с глухозазем-ленными нейтралями.
Воздушные ЛЭП 110-220 кВ, энергетической системы НРБ выполняют функции как передачи (в основном ЛЭП 220 кВ) так и распределения электрической энергии. Линии 220 кВ часто выполняются двухцепными на одной опоре, а линии НО кВ работают в сетях иногда имеющих сложную конфигурацию, несколько источников питания. Возможно резкое изменение режимов работы энергосистемы и ее электрических сетей 110-220 кВ.
На отмеченных линиях применены тросы; значение переходного сопротивления ( f?n ) в месте к.з. на землю, происходящего у опоры, определяется в основном сопротивлением заземления опор. Ряд ЛЭП проходит полностью или частично через горные местности, в которых осуществление заземления опор вызывает затруднение.
Указанные особенности электрических сетей НРБ усложняют требования, предъявляемые к устройствам релейной защиты от к.з. на землю, как одному из важнейших средств обеспечения надежной безаварийной работы энергосистемы.
Для выполнения защит на рассматриваемых ЛЭП применены дистанционные защиты (ДЗ) от всех видов к.з. В некоторых случаях дополнительно используются токовые направленные защиты нулевой последовательности для защиты от однофазных (К**') и двухфазных (К'*'*Ъ к.з. на землю.
С точки зрения быстроты действия ДЗ, как защиты с относительной селективностью могут обеспечивать быстрое отключение поврежденной ЛЭП с обеих сторон при к.з., расположенных в пределах только 60-70$ длины защищаемой линии. Поэтому предусматривается охват первой ступенью ДЗ с небольшим запасом всей длины защищаемой линии. Для устранения последствий излишнего срабатывания защиты при к.з. в начале сменных элементов используются устройства АПВ. Такое решение на параллельных линиях допустимо в случаях, когда используется токовая поперечная направленная защита нулевой последовательности ГЛ.ІJ .
Как выше отмечено для защиты ЛЭП, от всех видов к.з., использованы ступенчатые дистанционные защиты заводов EkW (ГДР) типов: RD-H0, предназначена для ЛЭП НО кВ, которая имеет односистемное исполнение; защита RD -310 для ЛЭП 220 кВ - трех-системное исполнение [Л.2] . Эти защиты имеют одинаковое выполнение: пусковые,органы, орган блокировки при качаниях, орган направления мощности и измерительный (дистанционный) орган.
В комплекте защиты V.V -310 имеется еще устройство для компенсации взаимной индукции.
Измерительные органы, обеих защит * имеют нормально три ступени, переключение которых производится контактными реле времени.
В случае работы защиты совместно с АПВ, охватывающей первой ступенью всю длину участка, используется также четвертая ступень, установка сопротивления срабатывания которой находится между вто*-рой и первой, а время срабатывания минимально, как и для первой ступени.
Пусковые органы защиты 7?~110 представляют три токовых фазных реле и одно реле в нулевом проводе. Они обычно не удовлетворяют требованиям чувствительности и поэтому ДЗ работает с дополнительным пусковым органом. Он представляет три реле смешанного сопротивления. Пусковой орган защиты FD-3I0 состоит из трех фазных элементов, каждый из которых содержит два реле смешанного сопротивления, включенных на фазный ток и фазное или междуфазное напряжение и реле тока нулевой последовательности с стабилизацией от фазного тока. Необходимо отметить, что пусковые органы в ряде случаев не обеспечивают необходимой чувствительности, поэтому в последние годы к этим защитам добавляются пусковые органы с четырехугольной характеристикой.
Орган блокировки при качаниях использует следующие критерии отличия режима качаний от коротких замыканий: наличие токов в трех фазах, отсутствие тока нулевой последовательности и более плавное сравнительно с режимом короткого замыкания изменение сопротивления на зажимах измерительного органа. При наличии этих условий, блокировка выводит из действия быстродействующую ступень защиты. Этот принцип имеет существенный недостаток, заключающийся в непредотвращении излишнего срабатывания защиты при внешних к.з.. сопровождающихся развивающимися качаниями.
Орган направления мощности у обеих защит выполнен на принципе сравнения абсолютных значений выпрямленных величин. Он с нормально замкнутым контактом и разрешает срабатывание измерительного органа. Это решение не является целесообразным, ухудшает работу защиты при к.з. "за спиной" и может вызывать затруднения в согласовании по чувствительности реле сопротивления и реле направления мощности.
Защиты используют в качестве измерительного органа однофазное ненаправленное реле сопротивления, общее для междуфазных к.з. и к.з. на землю (К^ и Ю1*1'). Для первых, как входные используются междуфазные напряжения и разности токов поврежденных фаз, а для вторых - фазное напряжение и фазный ток компенсированной с током нулевой последовательности.
Использование общего ИО для всех видов к.з. имеет недостатки с точки зрения снижения чувствительности защиты при многофазных к.з. Последнее имеет место в связи с необходимостью учитывать при выборе параметров срабатывания неблагоприятное влияние величин нулевой последовательности (например, при учетах различных режимов параллельных линий). Измерительный орган при двухфазных замыканиях на землю целесообразнее работать как при междуфазных к.з., поскольку при этом исключается влияния сопротивления заземления опор. Такое решение принято и в Советском Союзе, где ДЗ предлагается в виде двух отдельных комплектов - от всех многофазных к.з. и от однофазных к.з. на землю. В этом случае действие защиты при к****' - являющимся достаточно вероятным и наиболее тежелмм из несимметричных к.з., возложена на первый комплект. Это создает возможность исключить неблагоприятное влияние токов нулевой последовательности и общего переходного сопротивления не только на параметры срабатывания защиты, но и на ее чувствительности.
Реле сопротивления (Ж)) реализовано на принципе сравнения абсолютных значений величин и срабатывает при Ігі<. Гр I -- Mz fy - ^э Ip /? 0. Здесь I р и Up - токи и напряжения подведены к схеме формирования сравниваемых (по амплитуде) электрических величин. Таким образом характеристика реле оказывается смещенной вдоль оси действительных величин для охвата, при к.з. в конце зоны переходных сопротивлений с величиной до 60$ сопротивления уставки. Реле с такой характеристикой не является целесообразным для выполнения ДЗ на линиях с двухсторонним питанием [ Л.З 7 . Следует учитывать возможностью подверженность защиты излишнему срабатыванию при внешнем замыкании на землю через переходное сопротивление при наличии сдвига по фазе э.д.с. питающих систем.
В защите PI7-3IO, для обеспечения правильного определения места к.з. на землю, при ее работе на линиях с взаимной индукцией, применена дополнительная компенсация током нулевой последовательности соседней цепи. Применение компенсации взаимоиндукции принципиально позволяет повысить чувствительность защиты при параллельной работе линии, но не является эффективным и универсальным мероприятием ГЛ.4 J . Компенсация не может уменьшить влияние взаимоиндукции, например в режимах, когда одна из цепей отключена и заземлена с обеих сторон. Она приводит к снижению чувствительности и селективности защиты при разном направлении токов нулевой последовательности в обеих линиях.
Изложенное выше подчеркивает актуальность и необходимость улучшения защиты ЛЭП от к.з. на землю. С учетом развития системы НРБ и усложнения требовании к защите необходимо рассмотрение вопроса о применении других более совершенных дистанционных защит от однофазных к.з.
Ниже рассматриваются более совершенные принципы ИО для ДЗЗ и; возможности их реализации на новой элементной базе, используя микропроцессорные средства, а также мероприятия по более эффективному использованию токовой направленной защиты нулевой последовательности.
В.2. Краткое содержание работы
Существующие ИО сопротивления применяемых в ДЗ линиях Болгарии имеют существенные недостатки, с точки зрения, их правильное функционирование на линиях с двухсторонним литдаием при КЗ на землю через большое переходное сопротивление. Поэтому рассмотрены лучшие из существующих в мире, в том числе и предложенных в последние годы в Советском Союзе, принципы ИО сопротивления для КЗ на землю. В первой главе сделана их классификация, анализ и выбор целесообразного принципа ИО сопротивления, обладающий эффективностью функционирования при КЗ на землю. Цель анализа являлась и возможностью перехода на принципиально новую элементную базу - микропроцессорные системы (МПС).
Во второй главе рассматривается вопрос о более полном исключении влияния переходного сопротивления в месте КЗ на землю на ИО сопротивления. Показана методика выбора оптимального настроечного параметра с точки зрения, улучшения качества алгоритма ИО сопротивления, определяющий реактивное сопротивление до места КЗ на землю. Сделана оценка поведения этого алгоритма при двухфазных КЗ на землю через переходное сопротивление. Целями анализа являлись нахождение возможности улучшения качества алгоритма и проверка его поведения при Ю1'1'.
В третьей главе рассматриваются варианты выполнения ИО сопротивления на МПС. В частности показана реализация пофазного и многофазного ИО сопротивления. Отмечено, что для рассматриваемых вариантов, целесообразнее использовать интегральные значения входных величин. Отмечена влияние апериодической слагающей тока на их формировании.
Результатом анализа являлись обоснованные возможности реализации ИО сопротивления на МПС.
Сеть 220 В системы HP Болгарии характеризуется наличием ответственных двухцепных ЛЭП. Они защищаются дистанционными защитами, тогда возникает необходимость учитывания влияния взаимоиндукции между параллельными цепями в схеме замещения нулевой последовательности при КЗ на землю.
В четвертой главе рассматривается этот вопрос и даются некоторые рекомендации по реализации защит в различных режимах работы обеих цепей. В этой главе рассматриваются вопросы принципов реализации устройства блокировки при качаниях (УШ) и дается целесообразный принцип выполнения его пускового органа блокировки (ПОБ) с применением полных аварийных слагающих фазных величин.
Предложенные мероприятия, применены к защитам ЛЭП повысят ее эффективность функционирования.
В конце даны общие выводы по всей диссертационной работе.
ШВА ПЕРВАЯ ВЫБОР ПРИНЦИПОВ РЕАЛИЗАЦИИ ШМЕРИТЕЛЫЮГО ОРГАНА СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ НА МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМАХ
I.I. Требования, предъявляемые к дистанционным защитам от однофазных к.з. на землю
Для разработки ДЗЗ, обладающей высокой эффективностью функционирования, необходимо прежде всего правильно подобрать принцип осуществления ее измерительного органа сопротивления. Решение этого вопроса связано с необходимостью учета специфических требований, предъявляемых к защите от однофазных к.з. на землю. Основные из них сводятся к следующим: на работу ИО по возможности не должно влиять: значения переходных сопротивлений в месте к.з., которое при к.з. на землю, часто определяется значительными сопротивлениями заземленв опор ; сдвиги векторов э.д.с. системы (токи нагрузки по защищаемой линии) ; распределение токов нулевой последовательности, при возникающих повреждениях ; измерительные органы должны обладать свойствами недействия при к.з. развивающимися качаниями. Необходимо отметить, что удовлетворение этого требования самими ИО однако не обеспечивается и для их правильной работы при качаниях используются отдельные блокировки от качаний (гл. ІУ) ; при выполнении ИО быстродействующими, что принципиально возможно, встает вопрос обеспечения их правильного функционирования при электромагнитных переходных процессах, возникающих в системе при к.з. ; обеспечению необходимой надежности этих ИО.
Последние два требования стали особенно актуальными при выполнении ИО на МП элементной базе.
Широко использующуюся ИО с выполнением на фазное напряжение и фазный ток, компенсированный током нулевой последовательности указанные требования в необходимой мере не удовлетворяют, как было показано в многочисленных исследованиях.
В последние годы как в Советском Союзе, так и в других странах появились ряд новых разработок, более приемлемых, чем указанные выше выполнения для осуществления защит от к.з. на землю. Ниже анализируется лучшие из этих новых исполнений. Рассмотрение ведется в основном применительно к работе ИО при 1С , так как при К^1' , как отмечалось выше более целесообразно использование ИО включенных для действия при многофазных коротких замыканиях.
1.2. Классификация принципов измерительных органов сопротивления для ДЗЗ
Существуют ряд классификаций измерительных органов сопротивления. Каждая из них базируется на каких-то условиях: например, принцип работы, элементная база построения устройств защиты, характеристика срабатывания, характер входных величин, количество входных величин и т.п.
Поскольку данная глава посвящена анализу и выбору целесообразного принципа и потом его реализации на МП системах, нас интересует в основном классификация ИОС с точки зрения обеспечения эффективностей его функционирования и реализации на новой (МП) элементной базе. С точки зрения облегчения сравнительного анализа разработана классификация возможных принципов построения ИО для ДЗЗ на МП системах (рис. І.І).
Рис. I.I. Классификация принципов построения ИО для к.з. на землю с учетом использования МПС
ЦЗМЕРиТЕАЬИЫЕ ОРГЯНЫ ЛАЯ Адд спосо5 определений места /СЗ количество поЗ&одимы* іе/іииин
Вид прдд&арительной Фильтрации 9/19/стрицеских Велииш по&азные
ИО сопротивления с мгновенными значениями с однозначной характеристикой В плос кости д~е& одно значнои характеристики 8 плоскости сроооты-Воющий при разком чередовании
Сформированных Величин
С применением
УЗКОПОЛЮС Н6/Г <рильтР08 основной гармоники L и U (Фильтрации
С интегральными значениями Величин І о (tfi), Р -а ;
В по 125 „Реле' типа ,оннеТР{ многоразные И О U0„ F" сра5аты-ёоющиа при но-мжденщ В одной полуплоскости
Ъ,и-ц
Выполненная схема сране-ния и логика где1*А,В,С;
Правильное поведение ИО сопротивления может быть обеспечено лишь путем применения в его алгоритмах фильтров с целью подавления помех и выделения сформулированных в соответствии с алгоритмом функционирования ИО принужденных составляющих токов и напряжений. Существуют два способа фильтрации электрических величин: с аналоговыми фильтрами до АЦП и цифровыми фильтрами после его. Тогда принципы реализации ИО сопротивления на МП могут классифицировать как требующие предварительной фильтрации входных величин (до АЦП) Г Л.5,б,7] и не требующие ее. Последние бывают: принципы основанные на использовании информации о мгновенных электрических величинах и дифференциального уравнения пет^ли к.з. (не выполняют цифровой фильтрации) Г Л.8 -II] , принципы построенные на интегральных (ортогональных составляющих гармоник промышленной частоты) значениях, которые обладают частотно-избирательными свойствами ГЛ.12-15J .
Существуют два способа определения места к.з. ГЛ.1,1б] , которые применяются и в защитах на ЭВМ: "пропорциональноеv определение, принимаемое в устройствах для обнаружения места повреждения. В релейной защите оно давно используется в качестве реле сопротивления работающее как "омметр" СЛ.І] ; "зональное" определение (типа "реле"), используемое в дистанционных защитах.
В зависимости от количества подводимых (формируемых величин Up и Ip , в комплексной плоскости отношение которых Zp = Up і Ip , требуется получить желательную характеристику срабатывания) величин ИО сопротивления для ДЗЗ бывают: пофазные и многофазные (трехфазные).
Пофазные ИО обычно бывают с однозначной характеристикой в плоскости сопротивления и иногда не однозначной. Они выполняются с компенсацией тока и компенсацией напряжения. Первые используют "пропорциональное" определение места к.з. и бывают реле полного сопротивления и направленное реле сопротивления. Вторые - зональное определение места к.з. и применяется как реле: срабатывающего при отставании компенсированного напряжения поврежденной фазы от тока нулевой последовательности на угол менее, чем на 180 [Л.17] ; построенное на сравнении (в момент перехода тока нулевой последовательности через нуль) фаз компенсированного напряжения поврежденной фазы и полного падения напряжения в сопротивлении защищаемой зоны и срабатывающее при несовпадении их полярности
Г Л.18] . Следует отметить, что характеристика рассматриваемого ИО не может быть изображена в плоскости.
В случае, когда один и тот же ИО использует комбинацию фазных токов и напряжений (обычно трех фаз) как входные величины удовлетворяющие определенный критерий (условие), характеризующий условия срабатывания называются многофазные реле сопротивления (МРС). Они используют зональный способ определения места к.з. Для таких ИО понятие о сопротивлении на их зажимах является условным и их работа в комплексной плоскости отношения двух величин - напряжение к току) уже не может определяться характеристиками, неизменными при разных случаях к.з. [Л.І] .
Многофазные реле сопротивления с точки зрения способов формирования их критериев срабатывания [Л.З] можно разделить на три группы:
I. ИО, срабатывающие при обратном порядке чередования формируемых величин Г Л. 19,20] .
ИО, срабатывающие при совпадении знаков трех компенсированных фазных напряжений (КФН) и тока нулевой последовательности взятого с обратным знаком [Л.18] .
ИО, которые используют двухфазные схемы сравнения, а выходной сигнал получается после их объединения с одной логической операцией (И или ИДИ).
Они срабатывают при удовлетворении определннных условий фазных соотношений (углов)между каждой парой сравниваемых величин (компенсированное фазное напряжение и ток нулевой последовательности) [Л.2І] » либо ИО, срабатывающий, если КФН одной из фаз опережает или отстоят от разности этого КФН и удвоенного компенсированного напряжения нулевой последовательности на угол, превышающий по абсолютному значению 90 Г Л.22,23] .
В этой группе заслуживает внимание ИО, который срабатывает при отставании от одного заданного вектора ( І о ) до определенного угла ( 180 [Л.24] или на угол ^ 180+
1.3. Методы реализации принципов измерительных органов сопротивления
При реализации ИО сопротивления на МП, работающие в реальном масштабе времени, необходимо учитывать ряд существующих особенностей в записи алгоритмов, обусловленных тем, что: - информация о значениях входных электрических величин поступают в МП в дискретные моменты времени и она может быть отфильтрованной либо не отфильтрованной аналоговым фильтром; - микропроцессор выполняет арифметические операции типа: сложение, вычитание, умножение, деление.
Следовательно налагаются ограничения на форму записи алгоритма - он должен быть записан для дискретных моментов времени и содержать выше указанные операции.
Тогда возникают следующие две проблемы.
Первая - реализация операции дифференцирование, интегрирование (при решении дифференциального уравнения контура к.з.) необходимо проводить с приближенными численными методами. В зависимости от требуемой точности, эти операции проводим по двум, трем и больше пар измеренных величин ( и (t) , eft) ). При использовании большое число из этих величин увеличивается точность расчета, с которым увеличивается объем вычисления и время расчета (теряется быстродействие ИО).
Вторая проблема - реализация сложных функциональных зависимостей (например, тригонометрические, обратно тригонометрические и т.п.) через арифметические операции. В этом случае возможны два варианта реализации этих зависимостей: апроксимация функциональных зависимостей рядами, содержащими только отмеченных выше арифметических операций; задание зависимостей таблицами. Они содержат значения функции для определенных аргументов и хранятся в памяти МП системы.
Следует отметить, что и оба варианта, усложняют расчетного алгоритма ИО и увеличивают его время расчета (особенно при необходимости высокой точности).
Таким образом одно из основных требований к реализации алгоритмов является стремлением к созданию алгоритмов, описывающих принципов ИО сопротивления на МП, в которые не должны входить функции высокого порядка. Исходя из этого в данном разделе рассматривается методы реализации некоторых целесообразных принципов ИО сопротивления. Она осуществляется в два этапа: формирование входных величин; реализация рабочих уравнений с критериями срабатывания.
Входные величины алгоритмов ИО сопротивления могут реализоваться с использованием мгновенных и "интегральных" значений напряжений и токов.
1.3.I. Формирование входных величин
А. Мгновенные значения и их использование используемые в алгоритмах ИО напряжения и токи подводятся к МП в цифровом виде с помощью АЦП, в виде мгновенных значений. Их использование в ИО возможно по двум направлениям: с предварительной узкополюсной фильтрацией и определением амплитуды (А) и фазы ( У ) по мгновенным значениям синусоидальной величины или путем непосредственного решения уравнения состояния электрических цепей по текущим мгновенным значениям в реальном масштабе времени без предварительной фильтрации. Недостатком первого способа является необходимость фильтрации, которая не может быть выполнена полноценной.
Способы второго направления по существу сводятся в простейшем случае к решению дифференциального уравнения и~^^ + Ь-^ (для контура к.з. рассматриваемых ЛЭП 110-220 кВ) по текущим мгновенным значениям напряжениями тока в реальном масштабе времени. Используют по двум или по больше мгновенных значений и .ft) и С ft) , а иногда одно из них в определенный момент времени (например, для ДЗЗ в момент перехода тока нулевой последовательности ^ в месте замера через нуль).
Достоинством этого способа является простое получение величин при наличии апериодической составляющей в переходном процессе. Недостатком является влияния колебательных знакопеременных составляющих при к.з. на линиях сверхвысоких напряжений с частотой выше промышленной. Этот недостаток пытаются устранить, например применением узкополюсных фильтров ГЛ.27] .
Необходимо отметить, что рассматриваемый способ имеет некоторые другие недостатки (см. ниже).
Б. Интегральные значения и их использование
Под "интегральными" значениями будем понимать форму представ ления сигнала, информацией которого является значения пропорцио нальные амплитуде (А) и фазе ( Ч7 ) синусоидального сигнала про мышленной частотой или эквивалентные им ортогональным составляю щим. Ортогональные составляющие сигнала являются проекциями изображения амплитуды "А" и аргумента " ^ " комплексной записи "интегрального" значения (A . 6^ ) входного сигнала на координатные оси - йс - Й cos у и Йь - ЙьСп у . Здесь надо отметить, что "интегральные" значения получаются на основании мгновенных значений входного сигнала, используя разные математи ческие методы.
Исходными величинами для реализации некоторых алгоритмов являются ортогональные составляющие напряжения и тока ( V = -Vi* jV$ f = іс +j Is ). Известные методы их получения, основанные на гармоническом анализе, являются своего рода методами фильтрации ГЛ.12,13 и др.J . Они в различной степени уменьшают влияние апериодической слагающей и сигналов с частотами выше промышленной.
Во вторичных величинах (тока и напряжения), используемых для ДЗ линий 110-220 кВ, апериодические слагающие могут иногда оказывать отрицательное влияние на работу И0 использующих "интегральных" значений [Л.28,29] . Знакопеременные затухающие составляющие в этих сетях малы, их можно пренебречь.
С учетом изложенных ниже отдается предпочтение использованию для рассматриваемых ИО сопротивления ортогональных составляющих.
1.3.2. Описание алгоритмов ИО сопротивления
Алгоритмы функционирования ИО для ДЗЗ на микропроцессорных системах заданы в виде программ, находящихся в ее памяти. При такой реализации ИО сопротивления целесообразно разделить его на две части - измерительную и сравнивающую часть. В измерительной части осуществляется формирование сравниваемых величин (например, решение определенной зависимости, либо группа зависимостей), алгоритм для каждой сравниваемой величины Н (А,В и т.д.) в общем случае записывается в виде функции, ниже называемой У -функций где 0.1 и В і - необходимые токи и напряжения, поступающие на вход измерительного органа; У - аналитическая функция многих переменных, в соответствии с которой формируется сравниваемая величина.
При пофазном ИО, подключенные к петле к.з. (которые имеют однозначную характеристику в плоскости) удается описать их алгоритм единственной V -функцию.
Пока многофазные ИО описываются системой выражений вида (I.I). Например, очень часто используется скалярное произведение [А] Лі В]-0 либо векторное произведение fix Ъ=0 . Таким образом берутся все возможные пары сравниваемых величин описывающие определенное условие, а их совокупность условие (критерий) срабатывания ИО.
Такой метод описания (для многофазных ЙО) алгоритмов имеет два недостатка: наличия избыточных условий, например, для нахождения в одной полуплоскости четырех векторов (1.4.4), а.именно условия соответствующие углу равному нулю и т.п.; такое описание не дает расположение областей срабатывания, определяемая этими условиями, в плоскости.
Все этого требует критериев определяющих область срабатывания. Они имеют форму не уравнений, а неравенств, четко определяющих область срабатывания.
Сравнивающая часть ИО производит попарное сравнение значений сформулируемых в формирующей части величин между собой или с заданными значениями и в особом случае описывается системой, состоящей из Hhn функций вида:
Ф(Ні9Н/)=
4 при Не < /// О при Не s" Hj (1.2) и одной функцией вида у(ф<,,,-,^=- J (1-3)
В выражении (1.2) И с и Hj -две сравниваемые величины. Если сравнение производится с заданным значением Н sag , то при Йс Нъаа » удовлетворяется критерий срабатывания и ИО срабатывает.
Аргументы Н функции * принадлежат, множеству действительных чисел, область значений функции Ф дискретна и включает всего два значения I или "О" отражающих результаты сравнения.
Для многофазного ИО, как отмечено выше, с учетом результатов попарного сравнения принимается окончательное решение о срабатывании или несрабатывании измерительного органа в соответствии с выражением (1.3). Функция У включает стандартные логические операции, дополненные при необходимости операциями задержек по времени. При общем числе сравниваемых величин не более двух логическая часть описывается единственной функцией вида (1.2), при этом (1.3) отсутствует. Состояние ИО в этом случае соответствует значению функции Ф , которая даст критерий срабатывания этого ИО.
Система функций (I.I) и (1.3) дает аналитическое описание алгоритма функционирования измерительного органа. Устанавливая вид входящих в (I.I, 1.3) функций и состав аргументов,* можно получить аналитическое описание любого из рассматриваемых измерительных органов.
1.4. Оценка в свете рассматриваемых требований ИО для ДЗЗ
Ниже рассматриваются принципы ИО сопротивления, предлагаются факторы, позволяющие оценить и выбрать согласно рассмотренные выше требования целесообразного принципа для реализации ИО сопротивления. Предложена оценка возможности реализации некоторых принципов на МП, применительно к сетям 110-220 кВ HP Болгарии.
Основными факторами выбора целесообразно принципа ИО сопротивления для ДЗЗ являются: метод реализации принципов ИО сопротивления; выбор принципа по эффективности функционирования.
Первый "фактор - метод реализации принципов уже был рассмотрен в ІЗ.I и 13.2, здесь он будет использован для общей оценки принципов.
Рассмотрение целесообразных принципов выполнения ИО для ДЗЗ и их алгоритмов, определяющих условия срабатывания ИО, а также реализация этих алгоритмов на МП будет представлена дальше.
1.4.I. Общие положения
Согласно требованиям, рассмотренным в I.I, ИО сопротивления на МП должен по возможности точно определить, независимо от искажающих факторов место возникновения к.з. (находится в защищаемой зоне или вне ее) и дать соответственно положительный или отрицательный сигнал на своем выходе.
Выбор целесообразного принципа по эсЕфективности функциониро-вания производится после анализа некоторых типов ИО с точки зре -ния двух направлений: - по первому направлению учитывается чувствительность к за мыканиям через переходное сопротивление при наличии угла сдвига э.д.с. и различие угла сдвига токов нулевой последовательности в месте замера и месте к. з.; - по второму направлению, возможность в различной степени исключить влияния Яп и связанное с ними влияние нагрузочно го режима и токораспределения в схеме нулевой последовательности.
Дальше дается сравнительная оценка по этим направлениям для ИО сопротивления , представляющие интерес .для реализации ДЗЗ применительно к сетям HP Болгарии.
Для осуществления указанных органов, как показывает анализ, могут быть использованы как интегральные, так и мгновенные значения электрических величин.
1.4»2# Пофазные ИО сопротивления использующие интегральные значения величин
При пофазном выполнении ИО сопротивления на их вход подаются величины Up и Тр (обычно при к.з. на землю Up - Iff и Ір = їф + к То ), либо сочетание их этих величин (например Up- Щ ~(Іф + к1о).7.у и т.п.), которые дали бы возможность правильного функционирования защиты. Они могут выполняться как "реле" или "омметр".
А. Пофазные ИО сопротивления с токовой компенсацией
Пофазные ИО с токовой компенсацией, используемые в ДЗЗ имеют различные формы характеристики в плоскости Ї?-Х (окружности, прямые, четырехугольники и т.п.). Одним из условий выбора целесообразной ее формы является надежное срабатывание ИО при возможных переходных сопротивлениях. Среди них заслуживает внимания ИО с характеристикой в виде четырехугольника; она имеет ряд преимуществ по сравнению с более простыми - круг. Но на линиях с двусторонним питанием (при наличии угла между токами в месте повреждения и месте установки защиты) возможно излишнее срабатывание ИО при внешних к.з. через переходное сопротивление. В [Л.з] предлагается подход для определения оптимальной формы этой характеристики, с точки зрения влияния ^n , но вопрос об исключении влияния режима нагрузки полностью не решен.
В [Л.ЗО] предложен оригинальный алгоритм расчета реактивного сопротивления Хак до места к.з. использующий фазное напряжение и фазный ток, компенсированный током нулевой последователь- ности. Действительная часть их отношения R = е
1ср + К І о X--L поставленные в расчет-
Ц + к1<. и мнимая часть <- л - L т ное выражение (1.4) вместе с углами d - Q*9 -7—-—f и f v ІФ + К la p = аъо - . определяют реактивное сопротивление до места к.з. на землю у _ X-Ktz(o(-A) Хп (1 4)
Видно, что в месте замера определяются все величины ( ??, X, Ы ) за исключением угла л , который определяется выражением (1.5). Для определенной точки к.з., если известны параметры линии ( Ron ? Хоп ) И СИСТеМ ( oci , Кос j , #осЛ , Хрс» ) в схеме замещения нулевой последовательности Г Л. 31] . (b = azctQ 1*сЪ +Хоп -XK-azcta *" 1ХоП \Хос/ (1.5) J « Кос г, +Т?оп-Кок п + ^ос« где у? - угол между токами нулевой последовательности в месте замера и месте короткого замыкания.
Известно [JL32J , что одной из причин влияния переходного сопротивления на работу ИО, является отличие тока на его входе от тока в месте к.з. за счет нагрузки (качания). Здесь он учитывается углом " о( ", который может быть фиксирован во время к.з. в месте включения защиты.
Тогда остается только неблагоприятное влияние сдвига по фазе в п между токами нулевой последовательности в месте замера (угол " р ") и в месте к.з. Для частичного устранения этого влияния, если известны параметры нулевой последовательности двух (эквивалентных) систем принимают угол " А " соответствующий замыканию в конце линии ГЛ.337 .
Можно заключить, что этот алгоритм, может полностью исключить влияния переходного сопротивления на погрешности ИО связанные с учетом нагрузочного режима.
Этот алгоритм является целесообразным для реализации ИО на МП системах. Дальше показано его улучшение (глава П) и реализация на МП (глава Ш).
Б. Измерительные органы сопротивления с компенсацией фазного напряжения
В эту группу входят ИО сопротивления одной из входных величин которых является компенсированное фазное напряжение (КШ) l/ф- 1/Ф - (l0-t-^Io)Zy . Они определяют место повреждения по "зональному" способу. Принципы их действия дают возможность исключить в некоторой степени влияния Дп .
I. Измерительный орган сопротивления срабатывающий при отставании КФН поврежденной фазы от тока нулевой последовательности на угол менее, чем на 180 [Л.17J .
Его функция срабатывания (несрабатывания) " j- " описана векторным произведением и дается в (1.6), образуемое из векторов Іїф и «З І о (ЦхЪ10)г = І ифс.ЗІоь - 2)Ioc.V±sl
Если функция f- положительна, тогда проекция их векторного произведения направлена по положительному направлению оси " Z ", тогда существует отставание ^ от 310 на угол меньше чем на 180.
Первоначально считалось, что самый принцип работы И6 исключает влияния переходного сопротивления. Учитывались те обстоятельства, что распределение тока нулевой последовательности не зависит от расхождения э.д.с. по фазе и угол между токами нулевой последовательности ( /Ъ ) не большой по величине (менее 15).
Исследования [Л.341 показывают однако, что на работу этого ИО, даже небольшие сопротивления, при наличии значительных углов сдвига между э.д.с. оказывают существенное отрицательное влияние.
2. Измерительный орган сопротивления срабатывающий при сравнении полярности КФН и падения напряжения на сопротивлении защищаемой зоны, в момент перехода тока нулевой последовательности ( І о ) через нуль Г Л. 18] .
Принцип действия этого ИО дается выражениями (1.7, 1.8): щ~ щ - а? +к.з1о).%у = ( 7) аЩ = (І* + K.3i«J.Zy , (1.8) где Z і к j Z* - сопротивления прямой последовательности до места повреждения и сопротивление уставки.
В момент перехода тока нулевой последовательности через нуль компенсированное фазное напряжение ( (ftp ) и полное падение напряжение в защищаемой зоне ( a V$> ) имеют вид:
17* = Ї<$>(%4к-%у)+3(Існ-Їо)Ко (1.9) h\Jf = Г. Zy (1.10)
В СЛЛ7] при допущении,что токи нулевой последовательности в месте замера ( Го ) ик.з. ( Го к) совпадают по фазе, функция срабатывания имеет вид:
Из выражений (I.II) и рис. 1.2 видно, что нахождение в противо-фазе векторов Щ и &Щ является показателем нахождения к.з. в защищаемой зоне.
Здесь этот принцип ИО сопротивления рассмотрен в качестве реле (по "зональному" способу определения места к.з.). Как будет отмечено дальше (1.4.3) его можно реализовать и как ИО сопротивления типа "омметр" (по "пропорциональному" способу).
Работа этого ИО принципиально не зависит СЛ.35J от угла сдвига между э.д.с. систем. Последнее объясняется тем, что для к.з. на линии с двусторонним питанием напряжение в месте установки защиты ( Щ> ) и полное падение напряжения в сопротивлении защищаемой зоны ( д Ц6 ) в момент перехода тока Г0 через нуль совпадают по фазе при любых углах между э.д.с. по концам передачи, следовательно, полярность сравниваемых напряжений в момент сравнения не зависит от угла между э.д.с. В этот момент через Rn проходит только ток с противоположной стороны; учитывая, что угол между углом " fi " небольшой, падение напряжения на Яп от этого тока будет оказывать такое влияние на полярности напряжения в месте замера.
Следовательно рассматриваемый здесь ИО по принципу своего действия не исключает полностью влияния токораспределения по схеме нулевой последовательности, что является его недостатком.
sioK.Rn a. Zb = Zh ; i0 to. if. Zне> f 5. Zy--2* j i0^&
Рис. 1.2. Векторные диаграммы пофазного ИО, срабатывающие при /= s Ion "? I .
Для улучшения работы ИО в ГЛ.307 и предлагается производить сравнение полярности напряжения Йр и a 1/cjo в момент прохождения через нуль тока I0 6~^A , тогда остается только вопрос о выборе оптимального угла " у2> ".
1.4.3. Пофазные ИО сопротивления использующие мгновенные значения величин
Алгоритмы ИО сопротивления имеют те же принципы действия, что и рассматриваемые выше алгоритмы, использующие интегральные значения величин. Ниже рассмотрение проводится применительно к пофазному измерительному органу. Они работают как "омметры". В этом случае, как отмечено выше, к ним подводятся (при Kj ) мгновенные значения фазного напряжения - Ы<ъ (і) (І.ІЗ) и фазный ток ip (t) (I.I2), компенсированный током нулевой последовательности Со (~t) . Фазное напряжение можно рассматривать как сумма из падений напряжений на линии до места к.з. и напряжения в месте повреждения Ыок (t) . Последнее при замыкании нейтрали трансформаторов с двух сторон (рис. 1.3) формируется из падений напряжения на #п от токов нулевой последовательности в месте замера L0 (t) и тока с противоположной стороны (при наличии заземления нейтрали трансформатора) ip(t) = l
0H=H-D Vok ЗІовн JJ I t 3.7^
1 1 і—і І 3.1он — —., . — — , ,.. „. .
Рис. 1.3. Используемые величины для алгоритмов мгновенными значениями при 10IJ фазы "А". а. Рассматриваемая схема. б. Схема замещения нулевой последовательности. в. Векторная диаграмма для начального момента К* , токов и напряжений. где UpA It), Uон(t) - мгновенные значения падений напряжений по длине линии и на переходном сопротивлении;
1р - 1ф + Н1о - компенсированный ток на входе измерителя; L*w - С. .4^ - C/Ajyg/.C „ СОПрОТИВЛеНИе ПряМОЙ ПОСЛЄ- довательности ВЛ до места к.з.;
1рт , 3Iotnf %} Уо - максимальные значения и начальные фазы тока на входе измерителя и тока нулевой последовательности; ІоВИт= Іокгг,~~Гот 7 %вн~ максимальное значение и фаза тока нулевой последовательности с противоположной стороны линии; fi -угол между токами нулевой последовательности в месте замера и месте к.з.
В [Л.36J предложен принцип выполнения ИО сопротивления основанный на вычислении расстояния до места повреждения " (, " по формуле (I.I4). Є = JML І CI.I4) йЫсрЩ Iс=о
Оно вычисляется как частное от деления мгновенных значений напряжения поврежденной фазы Ucp и полного падения напряжения на одном километре этой фазы &Uf (І.Іб) в момент перехода через нуль тока нулевой последовательности (см. рис. 1.4). AUcf>(t)=Alf.5Ln(Lut + (&ы)= (1Л5)
Тогда в момент to имеем &U
,„ / , .л \ (І.Іб) = Ipm./Ziyf/.Sin (Vau-YoI,
4ВН Щ- іон Но) I ^\Г"~Т~"~---^ UOfiH (&)- Рок (to) \ \~ — +^и,С б.
Рис. 1.4. Векторные диаграммы алгоритма 6 = * J для К &U
Тогда в момент ( Го ) перехода тока нулевой последовательности (в месте замера) через нуль и синусоидальных величинах токов (рис. 1.4) для мгновенных величин получаем: CP(t0)= Ірм-stn ( -%) U (to)^0
Сок (tj - -Іокт -Stn/)'и LvBH (to) =-IoBff .Si/7 Уовц --(іоит- Iotn)sift % откуда получаем S'n Vow, = bitljb (1.20) - 3n (I окт "Loin ви AUf (to) = Ipm . IZ^9/ bin /Vr + z - yy (I.21)
На основании мгновенных значений напряжений, расстояние до места повреждения в этом моменте ( t0 ) будет: 0 = Аг-
о ЬН
3R„ (Totem "То) Si/1 fo
Ipm.lZ^zl-Stn (Yz +* + *) --ек- SRn.IoKtr, .Bin Jb' Tp«,JZ<«J. din (Yz+Yz* W (1.22)
Последний член выражения определяет ошибку замера, вызванную переходным сопротивлением. Из этого выражения видно, что она существует при наличии переходного сопротивления, тока подпитки с противоположной стороны и угла сдвига этого тока относительно тока в месте замера. Видно, что в зависимость от опережения или отставании тока подпитки замер будет соответственно увеличенным или уменьшенным.
Если фазное напряжение описано в виде U^ = Um.btn (wt+%)7 где падение напряжения на Rn тока подпитки входит в неявном виде, после математических преобразований показано ГЛ.30] , что алгоритм имеющий расчетное выражение (I.I4) может быть описан с интегральным значением (1.4), если принимать угол " fb " равен нулю ( fb = О ).
Для улучшения качества этого принципа, ниже рассматриваются некоторые возможности более полного исключения влияния п . Они связаны с учетом влияния угла сдвига между токами в месте защиты и месте к.з. в схеме с нулевой последовательностью.
Если проводим замер (мгновенные значения ^ф w А^*), когда ток в месте к.з. ioK (t) - О ( Іон = Іо.Є *Р ) , тогда ошибка замера будет равна нулю, ток как сумма мгновенных значений падений напряжения вызванных токов с двух сторон ( Uol-Ь) и UoBH (t) ) на п , тока будет равна нулю (рис. 1.5,*5). Тогда Rn не будет оказывать влияние на определение места к.з.
Выше было отмечено, что величина угла " р "на основании замера с одной стороны не может быть определенной. Поэтому, как предлагается в Г Л.30,33 J (для пофазных реле), выбрать угол fb = уэА соответствующий к.з. в конце защищаемой линии.
Реализация этого принципа при заранее заданной величине угла fb ( lb - /2>л ) возможна, если проводить замер ( U
А) как предлагается в [Л.ЗЗ] , либо по двум замерам (в два момента вре- ' Ій*Яп боенШ
Рис. 1.5. Векторные диаграммы алгоритма ^ и для Кч ' - переход тока в месте к.з. через нуль а - используемые величины для момента с/ъ(гак(6р>)*о) б - величины в месте к.з. мени U
В ГЛ.IIJ предложен способ определения расстояния^ используя данные трех замеров (т.е. в три момента времени). Как отмечено, добавление третьего замера исключает погрешности от сдвига фаз токов нулевой последовательности с двух сторон.
В этом случае напряжение поврежденной фазы записывается в виде:
Ыф = X. V +L № + .(/ (1.23) где Ць, V, ^, - электрические величины, которые могут быть фиксированы в месте замера; X, , ч - неизвестные величины, где " & " искомое расстояние до места к.з.
Тогда для определения " t " предлагается фиксировать Ц*, if, \А? и в трех моментах времени и потом на основании этих замеров решить систему из трех уравнений с тремя неизвестными. Но как отмечено С Л.37 J , в случае одностороннего замера, в постав' ленной системе из трех уравнений, только две являются независимыми. Следовательно задача в таком виде однозначно не может быть решена.
В Г Л.31] предлагается по двум замерам (т.е. в два момента времени - Uf (t4lZ } t & Up (ti,z 1, ^"cQ обеспечить правильное решение. Тогда на основании (1.23) получаем два независимых уравнения вида (1.24) где Ы - фаза тока нулевой ^последовательности в месте замера;
Э±окт f Ы-р)- максимальное значение и фаза тока в переходном сопротивлении. Деление уравнения типа (1.24) получается выражение (1.25) его совместное решение с уравнением (1.5) (расписано как 1.26) дает расстояние " I "до места к.з. ифЩ-і.&иїІЬ) _ sen Ыа-А) ,т рр-ч azcto*e'*xA~e-"*le -azcto, *» , (і.2б) " * Roc* +Рол-Є.1?о d K Rod — Kccr ~f" кол "*" К ос Ті
Лоо — Хост. / nOA ~f~ лосїї .
Решение этих двух уравнений (1.25 и 1.26) получается довольно сложным и их реализация на МП занимает большой вычислительный ресурс. У него есть преимущество с точки зрения учета угла п Jb ", но если известны параметры (в схеме нулевой последовательности) двух систем.
Измерительные органы сопротивления этой группы с использованием мгновенных значений имеют некоторые функциональные недостатки - невозможность использования этого принципа для выполнения ИО вторых и третьих ступеней ДЗЗ, когда токи в отдельных элементах, входящих в контур к.з., могут отличаться от токов в месте ее включения, например, за счет "подпитки", нагрузок или дополнительных связей между отдельными подстанциями. Влияние этого фактора в общем случае может приводить как к отказам, так и к излишним срабатываниям дистанционной защиты. Неравенство токов в месте включения защиты и в отдельных элементах, входящих в контур к.з., при выборе параметров срабатывания ИО посредством коэффи- циента токораспределения Кг аналогично тому, как это делается в ГЛ.І] не представляет возможным, т.к. понятие коэффициента токораспределения справедливо только для амплитуд токов, а рассмотренный принцип с мгновенными значениями, это понятие оказывается неприменимым. Использование для вторых и третьих ступеней интегральных значений в целом приводит к усложнению алгоритма функционирования И0 ДЗЗ.
Другим недостатком считается, что направленность действия ИО, выполненных в соответствии с этим принципом, при близких к.з. на землю (Ю , Ю1,1') не может быть обеспечена простейшими способами, например запоминанием напряжения предшествующего режима, т.к. производило бы к нарушению дифференциального уравнения контура к.з. Этот недостаток отмечен и исследован в [Л.38,39 J для междуфазных к.з. имеется и здесь. Использование других способов обеспечения направленности действия требует либо выделения амплитуды слагающих, которое лишает ИО от быстродействия или существенно усложняет алгоритм его выполнения.
Некоторые общие соображения по оценке рассматриваемых пофаз-ных ИО органов, использующих как интегральные так и мгновенные значения входных величин, заключаются в следующих:
1. Направленность действия пофазных ИО требуется отдельными органами направления мощности.
2. Возможность неправильных срабатываний органов включенных не на петлю к.з., в связи с этим требуются избиратели поврежден ной фазы, последний вопрос решается достаточно просто при выпол нении на линии пофазного АПВ, требующего наличия избирателей поврежденной фазы.
1.4.4. Многофазные измерительные органы сопротивления
Среди известных ИО ДЗЗ от к.з. на землю привлекают внимание два типа многофазных измерительных органов (МИО) сопротивления предложенные в С Л.18,247 : - МИО сопротивления срабатывающий при совпадении полярности трех компенсированных фазных напряжений (КФН) Уп , V& , Vc' , где Щ " ^96 -(1<р +Hlo).Zy и тока -/0 ГЛ.П] -ниже типа " F "; -МЛ.0 сопротивления, срабатывающий при условии, что векторы КФН трех фаз отстают от вектора тока нулевой последовательности Іо на угол (180 + с< ) ГЛ.25] - ниже типа "А".
Для реализации принципов работы МИО сопротивления типа " F " и "А" на вычислительных машинах (МП) используют рабочие уравнения. (I.27-1.29 ) и критерий срабатывания (1.30 и 1.34) предложеный в [Л.40] .
МИО сопротивления " F " имеет рабочие уравнения (І.25-1.27) типа:
Л = %'х & /;= ІЦ х V* /Л &с'к ЇЇ (1.27) fz = %' x % = Vb x to // = -Л x Vi (1.28) &=ft'x# fl*fc *-I. /; = -І«й'. (1.29)
Если хотя бы в одном сочетании векторных произведений (1.27--1.29) одного вектора на все остальные, знаки совпадают [Jl.40]f то векторы не находятся в одной полуплоскости. В противном случае если выполняется условие (1.30), тогда четыре вектора ( Va , Vb, If с и -Іо ) находятся в одной полуплоскости и ИО срабатывает /-.. +У<.Уі.Уз, (Ie30) X = /,.////; У*=Л..Л»; Уз-/з./5'.//.
Многофазный ИО типа "А", который имеет рабочие уравнения (І.ЗІ-І.ЗЗ) ГЛ.33] и срабатывает при выполнении условия (1.34), когда угол " d " изменяется в пределах от 0-60. В этом случае векторы компенсированных фазных напряжений &V , &в » ^' отстают от тока Jo на угол ^ (180 + о( ).
А = Й'*Л; ^--Wxtoe^ (І-ЗІ) iz = Wxi.f- &*П*І.е~<* (І-32) /5=ї/с/Іо; /W = #xr.e-'V (І'33) (1.34)
У- У, + У0*
Многофазные ИО сопротивления имеют общие достоинства: - по сравнению с дистанционным органом с пофазными ИО не требуют специальных избирательных органов. Это упрощает ДЗЗ и увеличивает ее надежностью; ~ не реагируют на нагрузки и качания (без к.з. на землю); обладают направленностью действия, это дает возможность значительно упростить схему и повысить чувствительность ДЗЗ; важнейшим преимуществом этих ИО по сравнению с рядом других является большая чувствительность к замыканиям через переход- ное сопротивление, а по сравнению с некоторыми пофазными ИО -также и меньшее влияние подпитки на эту чувствительность. Некоторым недостатком МИО сопротивления является их функционирование при двухфазных к.з. на землю в защищаемой зоне.
Проведенные исследования по методам специальных расчетных выражений Г Л.41] и методом последовательных приближений ГЛ.34J показывают, что при двухфазном внутреннем к.з. на землю чувствительность многофазных ИО в целом ( F и й ) очень мала (чувствительность в начале линии достаточно высока, но при перемещении точки к.з. в конце зоны снижается до нуля). Поэтому эти ИО сопротивления не пригодны для защиты от двухфазных к.з. на землю. Однако они четко функционируют при этих внешних к.з. на землю.
Известно, что принцип действия МИО в общем определяется угловыми соотношениями сравниваемых величин. Запасы по углу между этими величинами, определяющие поведение МО, могут оказаться небольшими. Тогда на поведение МИО ногут оказывать существенное влияние (в большей степени в сторону излишнего срабатывания) такие факторы, как угловые погрешности основных и вспомогательных измерительных трансформаторов напряжения, неравенство углов полного сопротивления уставки и защищаемой линии, погрешности в расчете уставок и в определении параметров линии и т.д. Влияние этих факторов повышает вероятность неправильного функционирования МИО, особенно, при наложении к.з. на качания.
В [Л.25,29,41] предложены мероприятия, которые улучшают функционирования МИО сопротивления типа " F ".
Выше отмечено, что условием срабатывания МИО типа " F " нахождения четырех векторов { V/it Va , 1 и -І*) в одной полуплоскости, т.е. граничное условие срабатывания 180.
Если изменить это граничное условие на (180 -^/ ), где принимается равным 10-15 эл.град. [Л.29,4і] получаем сокращение области срабатывания МИО, но улучшаем его чувствительности к переходным сопротивлениям.
Улучшение Ш0 СОПрОТИВЛеНИЯ ВОЗМОЖНО, ЄСЛИ ВеКТОрЫ Ufl ,
Уъ , VI сравниваются не с током То , а с током Г0' » где г.' - їе.е-іР" (т.е. с током Io , повернутым на угол, равный аргументу коэффициента токораспределения тока НП при к.з. в определенной точке защищаемой ЛЭП, взятым с обратным знаком), тогда для этой точки (при известных параметрах схемы замещения нулевой последовательности возможность излишнего срабатывания исключается [Л.42,43] .
Если к критериям срабатывания МИО сопротивления добавить и условие: любой из векторов ^ , Vb и Vc не должен стоять от вектора - І о на угол больший 180- d , где Ы. изменяется от 0 до 60 эл.град., как отмечено в ГЛ.257 , можно улучшить чувствительность МИО к #п и его поведение при наложении качаний на несимметричные режимы.
Последние две мероприятия находят применение для улучшения качества и И0 типа "А".
В конце необходимо отметить, что рассматриваемые МИО сопротивления имеют хорошую чувствительность к ^п при к.з. на землю на ЛЭП с небольшой длины, работающих с относительно небольшими сдвигами э.д.с. двух систем.
1.5. Выводы по первой главе
Представлены свойства ИО сопротивления для ДЗЗ от однофазных к.з. на землю на МП и сформулированы предъявленные к ним требования. Показано, что для выполнения ИО сопротивления на МП могут быть использованы как мгновенный ток, так и интегральные значения входных величин и показано преимущество последних.
Классифицированы и проанализированы принципы ИО сопротивления от к.з. на землю с целью их реализации на МП. Отмечено, что однофазные ИО в значительной степени исключают влияние переходного сопротивления в месте повреждения.
Предложено использование алгоритма однофазного ИО сопротивления для определения реактивного сопротивления до места повреждения на интегральных входных величинах для линии 220 кВ, где есть избиратели поврежденной фазы для осуществления ОАПВ. На его работу не оказывает влияние угол сдвига между э.д.с, а если выбирать оптимальную величину утла " в ", то более полно исключается влияние переходного сопротивления в месте к.з. на землю на замер ИО сопротивления.
4. Для коротких линий НО кВ энергосистемы НРБ, где нет избирателей поврежденной, фазы, предлагается реализовать ИО по средством многофазных реле сопротивления. Они имеют достаточную чувствительность и простоту выполнений.
Требования, предъявляемые к дистанционным защитам от однофазных КЗ на землю
Дистанционных защит от Для разработки ДЗЗ, обладающей высокой эффективностью функционирования, необходимо прежде всего правильно подобрать принцип осуществления ее измерительного органа сопротивления. Решение этого вопроса связано с необходимостью учета специфических требований, предъявляемых к защите от однофазных к.з. на землю. Основные из них сводятся к следующим:
- на работу ИО по возможности не должно влиять: значения переходных сопротивлений в месте к.з., которое при к.з. на землю, часто определяется значительными сопротивлениями заземленв опор ; сдвиги векторов э.д.с. системы (токи нагрузки по защищаемой линии) ; распределение токов нулевой последовательности, при возникающих повреждениях ;
- измерительные органы должны обладать свойствами недействия при к.з. развивающимися качаниями. Необходимо отметить, что удовлетворение этого требования самими ИО однако не обеспечивается и для их правильной работы при качаниях используются отдельные блокировки от качаний (гл. ІУ) ;
- при выполнении ИО быстродействующими, что принципиально возможно, встает вопрос обеспечения их правильного функционирования при электромагнитных переходных процессах, возникающих в системе при к.з. ;
- обеспечению необходимой надежности этих ИО.
Последние два требования стали особенно актуальными при выполнении ИО на МП элементной базе.
Широко использующуюся ИО с выполнением на фазное напряжение и фазный ток, компенсированный током нулевой последовательности указанные требования в необходимой мере не удовлетворяют, как было показано в многочисленных исследованиях.
В последние годы как в Советском Союзе, так и в других странах появились ряд новых разработок, более приемлемых, чем указанные выше выполнения для осуществления защит от к.з. на землю. Ниже анализируется лучшие из этих новых исполнений. Рассмотрение ведется в основном применительно к работе ИО при 1С , так как при К 1 , как отмечалось выше более целесообразно использование ИО включенных для действия при многофазных коротких замыканиях. коротких замыканий
class2 ИССЛЕЩОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ П0ФАЗН0Г0
ОРГАНА СОПРОТИВЛЕНИЯ ДИСТАНЦИОННЫХ ЗАЩИТ ОТ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ class2
Математическая модель для определения угла
Таким образом, полученная модель приемлема и (2.20) можно использовать при рассматриваемом анализе.
После применения метода планирования эксперимента для получения математической модели угла " & " удалось количественно оценить влияние каждого из влияющих параметров. Следует отметить, что активная составляющая сопротивления (в схеме замещения нулевой последовательности) системы со стороны защиты оказывает несущественное влияние.
Значительно сильнее оказывается влияние активной составляющей ЛЭП (из-за активных сопротивлений фазных проводов и земли: заземляющих трос). Отметим, что для рассматриваемых линий 110--220 кВ, обычно применяются провода малого радиуса и наличии стальных троссов для которых сопротивление нулевой последовательности имеет угол менее 80 эл.град. [Л.55] .
Применение зависимости (2.20) дает возможность быстрее получить величину утла р на МПС, чем применения зависимости (4.5), в которой входят дополнительно две обратные тригонометрические функции. Это создает более благоприятные условия, с точки зрения, применения адаптивного принципа в релейной защите. Создаются условия для быстрого пересчета угла f , как в процессе получения информации о изменяющихся параметров обеих систем, так и в рассматриваемом случае для определения его оптимального значения.
class3 ВОПРОСЫ РАЗРАБОТКИ АЛГОРИТМОВ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ОРГАНА
СОПРОТИВЛЕНИЯ НА МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМАХ class3
Анализ способов получения ортогональных слагающих
Для реализации алгоритмов ИО сопротивления используем способы, не требующие специальной предварительной фильтрации токов и напряжений. Их принцип основан на интегральном преобразовании входных величин (тока и напряжения).
Понятие об интегральной величине вводится с целью получения гармонического сигнала, описывающегося фазой ( Y ) и амплитудой (А).
Алгоритмы относящиеся к данной группе, обладают частотно-избирательными свойствами. Обычно, для получения А и V (промышленной частоты) используют ортогональные функции на конечном интервале времени [Л. 12,13,5 -65] или одну функцию ограниченной длительности [Л.14]. Они используются для вычисления модуля и фазы комплексного сопротивления петли к.з. или его активной ( R ) и реактивной ( X ) слагающих. В нашем случае на основании этих величин ( R и X ) дальше идет алгоритм определения места к.з., учитывающий влияния Rn при к.з. на землю.
Известно, что во время к.з. (Л и і не являются периодическими функциями, но иногда в инженерной практике игнорируют это. Оно может приводить для быстродействующих защит, особенно выполняемых на МП, к недопустимым погрешностям.
Следовательно, способы использованные для определения ортогональных слагающих входных величин должны удовлетворять требованиям соответствующими переходному режиму, быстродействию и и допустимой загрузке МП.
Целью настоящего анализа является нахождение целесообразных принципов получения ортогональных слагающих входных величин ( и. и і ) удовлевторяющих требований реализации ИО на МП
Впервые применение ортогональных функций в виде синуса и косинуса, для выделения гармоник промышленной частоты в релейной защите использовано в Г Л. 12]. Сущность метода сводится к измерению мгновенных значений ( ?0 , fі , 2 » » Чп ) тока и напряжения в течение интервала времени V , равного периоду промышленной частоты, через интервалы времени tt/n. Полагая затем, что измеренные значения токов и напряжений повторяются с дальнейшим периодом t , определяются приближенные ортогональные слагающие первой гармоники выражением.
Влияния взаимоиндукции между параллельными линиями на поведение ДЗЗ
В этом режиме токи нулевой последовательностиимеют противоположные направления и в зависимости от их отношения, замер бывает уменьшенным. Как показали исследования ГЛ. 37 » в худшем случае, когда к.з. Ко находится у самого конца, отключенной со стороны защиты линия Jig не возможно ошибочное отключение защиты "I".
В случае, когда параллельная линия отключена и заземлена с обоих сторон (режим Ш) и к.з. у шин противоположной подстанции (К3), тогда сопротивление на зажиме ИО описывается выражением (4.6)
Кто изменении от 0 до со ) сопротивление на зажимах И0, при к.з. в точке "Kg" может уменьшаться до 0,57 ГЛ.41J длины защищаемой линии. Таким образом, взаимоиндукция между параллельными линиями в этом режиме приводит к весьма существенному снижению длины защищаемой зоны.
Из выражения (4.3) видно, что влияние взаимной индукции между параллельными цепями приводит к увеличению опасности излишнего срабатывания при наложении к.з. на качания, а в некоторых случаях и на нагрузочный режим. Это приводит к удлинению защищаемой зоны в режимах каскадного отключения и режиме Ш.
Влияние мощности двух систем на замерах реле "I" рассмотрено в [Л.66,67] . В большинстве случаев отношение мощностей эквивалентных систем I и П ( Р/й ) по ее концам при к.з. в точках Kj и Kg (на защищаемой линии) защищаемая зона сокращается для защиты "I" (рис. 4.2,а). Удлинение защищаемой зоны может быть в случаях, если отношение установленных мощностей систем P/G 5/i однако это не приводит к излишнему срабатыванию. Защиты на концах параллельной цепи не могут неправильно срабатывать. Ошибка замера при различном соотношении мощности с двух сторон показана на (рис. 4.2,6).
Рассмотренные выше вопросы показывают отрицательное влияние взаимоиндукции на функционировании защиты параллельных линий.
Для устранения указанного выше влияния взаимоиндукции на поведение ДЗ от к.з. на землю дальше рассматриваются некоторые способы улучшения ее работы.
