Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ основных защит линий электропередачи в сетях с глухозаземленнои нейтралью и автоматики управления линейным выключателем 16
1.1. Анализ основных защит абсолютной селективности линий электропередачи в сетях с глухозаземленной нейтралью 16
1.2. Назначение и принцип работы дифференциально-фазной защиты 20
1.3. Тенденции развития дифференциально-фазной защиты на примере отечественных микропроцессорных защит 23
1.4. Анализ автоматического повторного включения с контролем синхронизма 26
1.5. Выводы 27
ГЛАВА 2. Разработка и исследование алгоритмов работы дииференциально-фазной защиты линий выскокого напряжения 28
2.1. Анализ алгоритмов работы основных функциональных органов различных исполнений дифференциально-фазной защиты 28
2.2. Разработка алгоритма органа манипуляции дифференциально-фазной зашиты на микропроцессорной элементной базе для линий высокого напряжения 53
2.3. Разработка и исследование алгоритма работы органа сравнения фаз дифференциально-фазной защиты линий высокого напряжения 69
2.4. Совершенствование функциональной схемы дифференциально-фазной защиты для работы на линиях с ответвлениями 89
2.5 Выводы 91
ГЛАВА 3. Исследование и совершенствование работы дифференциально-фазной защиты при неполнофазных режимах сети 93
3.1. Постановка задачи 93
3.2. Исследование работы дифференциально-фазной защиты при неполнофазном режиме работы сети 96
3.2.1. Постановка задачи и определение методов исследования дифференциально-фазной защиты при неполнофазном режиме работы сети 96
3.2.2. Исследование работы дифференциально-фазной защиты при сочетании неполнофазного режима и короткого замыкания с использованием методов математического моделирования сети в системе MATLAB 97
3.2.3. Исследование работы дифференциально-фазной защиты при сочетании неполнофазного режима и короткого замыкания с изменяемыми параметрами линии и высокочастотного приемопередатчика 101
3.3. Способы повышения селективности дифференциально-фазной защиты при неполнофазных режимах работы сети 106
3.3.1. Метод коррекции фазной характеристики дифференциально-фазной защиты 106
3.3.2. Совершенствование работы дифференциально-фазной защиты при однофазном КЗ с обрывом 112
3.3.3. Повышение надежности работы дифференциально-фазной защиты в неполнофазном режиме при изменении коэффициента манипуляции 118
3.4. Выводы 120
ГЛАВА 4. Совершенствование алгоритма работы автоматического повторного включения линий 110-220 кВ 121
4.1.. Особенности функционирования автоматического повторного включения в микропроцессорном терминале релейной защиты и автоматики 121
4.2. Разработка алгоритма автоматического повторного включения с улавливанием синхронизма линий 110-220 кВ 123
4.3. Исследование алгоритма блока улавливания синхронизма для линий высокого напряжения на математической модели электроэнергетической системы 132
4.4. Выводы 137
ГЛАВА 5. Исследование разработанных алгоритмов функционирования на опытных образцах микропроцессорных терминалов 138
5.1. Исследование алгоритмов функционирования основных узлов дифференциально-фазной защиты на опытном образце микропроцессорного терминала Сириус-З-ДФЗ-01 138
5.2. Исследование алгоритма работы автоматического повторного включения с улавливанием синхронизма на опытном образце микропроцессорного терминала Сириус-З-ЛВ-03 147
5.3. Вопросы сертификации микропроцессорных терминалов Сириус-З-ДФЗ-01 и Сириус-З-ЛВ-03 в ОАО «ФСК ЕЭС» 149
5.4. Выводы 154
Заключение 155
Библиографический список 157
- Назначение и принцип работы дифференциально-фазной защиты
- Разработка алгоритма органа манипуляции дифференциально-фазной зашиты на микропроцессорной элементной базе для линий высокого напряжения
- Исследование работы дифференциально-фазной защиты при неполнофазном режиме работы сети
- Разработка алгоритма автоматического повторного включения с улавливанием синхронизма линий 110-220 кВ
Введение к работе
Актуальность работы. Современные требования к работе устройств релейной защиты и автоматики (УРЗА) электроэнергетических систем (ЭЭС) в части технического совершенства заставляют искать новые пути к усовершенствованию алгоритмов работы УРЗА. Последние достижения в повышении технического совершенства УРЗА - селективности и устойчивости функционирования связаны с внедрение микропроцессорной (МП) техники, позволяющей программно реализовать сложные алгоритмы работы защит без значительного увеличения их стоимости. Подобное сочетание объема выполняемых функций и цены МП терминала РЗА предопределяет тенденцию в развитии УРЗА.
Надежность функционирования УРЗА линий электропередачи (ЛЭП) напряжением 110 кВ и выше с двусторонним питанием в соответствии нормативных документов ОАО «ФСК ЕЭС» обеспечивается установкой двух комплектов защит: основной и резервной. В качестве основной защиты воздушных линий электропередачи (ВЛ) в отечественной практике релейной защиты традиционно используется дифференциально-фазная высокочастотная защита (ДФЗ). Значительный вклад в разработку принципов работы и усовершенствование алгоритмов работы ДФЗ внесли советские и российские ученые: Е.Д. Сапир, Э.И. Басе, Я.С. Гельфанд, Н.И. Овчаренко, Г.И. Атабеков, А.И. Левиуш, Н.А. Дони. Попытки создания ДФЗ были предприняты за рубежом, в частности, в 1944 - 1945 гг. устройства ДФЗ выпускались американскими фирмами Вестингауз и Дженерал Электрик. Кроме этого, в это же время велись разработки образцов ДФЗ в Швеции и Франции. Однако зарубежные исполнения ДФЗ имели существенные недостатки по сравнению с отечественным, проявлявшиеся прежде всего при сложных видах повреждений на ВЛ, что привело к практически полному отказу от применения подобных защит за рубежом.
Г.И. Атабековым были выявлены недостатки работы ДФЗ, связанные возможностью отказов срабатывания защиты по принципу ее действия при однофазном коротком замыкании (КЗ) с обрывом фазы. Исследования работы ДФЗ при сложных видах повреждений были продолжены в работах А.Б. Чернина. В частности, им была показана возможность отказа защиты при определенных параметрах сети. В работах А.И. Левиуша и Н.А. Дони указано на смещение и увеличение зоны блокировки ДФЗ, связанные с использованием высокочастотного канала связи для передачи информации.
С учетом сказанного выше задачи совершенствования алгоритмов функционирования ДФЗ актуальны и связаны прежде всего с обеспечением селективности защиты при сочетании неполнофазного режима и внутреннего КЗ; обеспечением динамической устойчивости функционирования защиты в переходных режимах; повышением быстродействия защиты; исключением влияния элементов высокочастотного тракта и высокочастотных помех на работу защиты; обеспечением возможности совместной работы различных исполнений ДФЗ на концам защищаемой линии. Проведенный анализ известных исполнений ДФЗ привел также к выводу о целесообразности реорганизации функционально-логической схемы ДФЗ и совершенствования существующих алгоритмов работы основных функциональных узлов ДФЗ.
Устойчивость работы ЭЭС при нарушениях нормального режима работы, связанных с КЗ, во многом зависит не только от эффективности функционирования основной защиты, но и автоматики ЛЭП. Актуальность такого взаимодействия возрастает на сильно загруженных магистральных ЛЭП, на которых отключение при КЗ вызывает скачкообразные нарушения баланса мощностей, что может привести к развитию аварии. Применение эффективных устройств автоматического повторного включения (АПВ) ЛЭП совместно с быстродействующей основной защитой позволяет избежать развития аварии. На ЛЭП с двусторонним питанием, как правило, необходимо применение АПВ с контролем синхронизма. В настоящее время в отечественной практике получили применение МП УРЗА, в составе которых имеется функция АПВ с ожиданием синхронизма (АПВОС), обеспечивающая возможность включения линии при частоте скольжения до 0,4 Гц. Функция АПВ с улавливанием синхронизма (АПВУС) встречается в некоторых МП терминалах зарубежных производителей и возможность ее применения ограничена частотой скольжения в пределах 0,2 - 1 Гц. В отечественной практике имеются решения, заключающиеся в использовании для целей АПВУС синхронизатора с постоянным временем опережения. Однако известные синхронизаторы подобного типа обеспечивают возможность включения выключателя при частоте скольжения до 1 Гц и максимальном угле опережения до 120 град, что приемлемо для целей синхронизации генераторов, но недостаточно для целей АПВУС ЛЭП. Поэтому совершенствование алгоритма функционирования АПВ с контролем синхронизма для ЛЭП с двусторонним питанием также является актуальной задачей.
Цели работы:
Совершенствование алгоритмов функционирования и разработка МП дифференциально-фазной высокочастотной защиты линий 110-220 кВ.
Совершенствование алгоритма функционирования АПВ с контролем синхронизма линий 110-220 кВ с двусторонним питанием.
Основные задачи исследования. Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие задачи:
Сравнительный анализ известных исполнений ДФЗ.
Разработка функционально-логической схемы и общего алгоритма функционирования микропроцессорной ДФЗ.
Совершенствование алгоритмов функционирования основных функциональных органов ДФЗ для повышения быстродействия и устойчивости функционирования защиты.
Разработка и исследование методов обеспечения устойчивого срабатывания ДФЗ при наложении неполнофазного режима и внутреннего однофазного КЗ.
Исследование и разработка алгоритма функционирования АПВ с контролем синхронизма для линий 110-220 кВ с двусторонним питанием.
Разработка, исследование и внедрение микропроцессорных исполнений ДФЗ и АПВ с контролем синхронизма для линий 110-220 кВ.
Основные методы научных исследований. Для решения поставленных задач использовались: теория электрических цепей, теория электромагнитных переходных процессов в ЭЭС, современные методы математического моделирования электрических цепей, аналитические и численные методы с использованием ЭВМ, экспериментальные исследования на МП устройствах УРЗА.
Научная новизна и значимость полученных результатов, по мнению автора, заключается в следующем:
Разработан принцип действия и функционально-логическая структура блока, обеспечивающего селективность и устойчивость функционирования ДФЗ при обрыве фазы с КЗ на землю.
Разработан алгоритм функционирования органа манипуляции ДФЗ, обеспечивающий повышение динамической устойчивости функционирования защиты.
Предложен метод отстройки органа сравнения фаз ДФЗ от помех в высокочастотном канале связи, основанный на выделении за период импульсов заданной длительности и обеспечивающий повышение быстродействия защиты.
Разработан алгоритм коррекции фазной характеристики ДФЗ, обеспечивающий компенсацию погрешностей, вносимых элементами высокочастотного тракта.
Разработан новый алгоритм улавливания синхронизма для АПВ линий с двусторонним питанием, учитывающий угловую погрешность, вносимую периодом измерения угла между синхронизируемыми напряжениями.
Достоверность результатов и обоснованность основных научных положений, полученных в диссертационной работе, подтверждается исследованиями и экспериментами, выполненными как на физических и математических моделях, так и в условиях действующих электроэнергетических объектов.
Обоснование соответствия диссертации паспорту научной специальности 05.14.02 - «Электростанции и электроэнергетические системы».
Соответствие диссертации формуле специальности: в соответствии с формулой специальности 05.14.02 -«Электростанции и электроэнергети-ческие системы» (технические науки), объединяющей исследования по связям и закономерностям при планировании развития, проектировании и эксплуатации электрических станций, электроэнергетических систем, электрических сетей и систем электроснабжения, в диссертационном исследовании разработаны функционально-логическая схема и алгоритмы функционирования, обеспечивающие повышение технического совершенства быстродействующей дифференциально-фазной защиты линий электропередачи, и усовершенствованный алгоритм функции автоматического повторного включения ЛЭП с контролем синхронизма, обладающий более широкой областью применения по сравнению с известными алгоритмами.
Соответствие диссертации области исследования специальности:
отраженные в диссертации научные положения соответствуют области
исследования специальности 05.14.02-«Электростанции и
электроэнергетические системы» (технические науки): по развитию и совершенствованию теоретической и технической базы электроэнергетики с целью обеспечения экономичного и надежного производства электроэнергии, ее транспортировки и снабжения потребителей электроэнергией в необходимом для потребителей количестве и требуемого качества, а именно:
- п. 6 «Разработка методов математического и физического моделирования в электроэнергетике» паспорта специальности 05.14.02 -«Электростанции и электроэнергетические системы» (технические науки) соответствуют разработанные автором с использованием современных средств моделирования модели электроэнергетических систем для исследования работы алгоритмов функционирования дифференциально-фазной высокочастотной защиты в установившихся и переходных аварийных режимах; математическая модель для исследования функции АПВ с улавливанием синхронизма, а также результаты исследований, выполненных с применением разработанных моделей;
- п. 9 «Разработка методов анализа и синтеза систем автоматического регулирования, противоаварийной автоматики и релейной защиты в электроэнергетике» соответствуют разработанные автором алгоритм функционирования органа манипуляции, способ отстройки органа сравнения фаз от помех в высокочастотном канале связи, метод коррекции фазной характеристики дифференциально-фазной защиты, дополнительный блок общей функционально-логической схемы, обеспечивающий селективность защиты при внутренних однофазных КЗ с обрывом поврежденной фазы на защищаемой линии, усовершенствованный алгоритм АПВ с улавливанием синхронизма.
Практическая ценность представляют следующие основные результаты работы:
Результаты опытно-конструкторской работы и сертификации в ОАО «ФСК ЕЭС» терминала ДФЗ «Сириус-З-ДФЗ-01», переданного для промышленного внедрения.
Результаты опытно-конструкторской работы и сертификации в ОАО «ФСК ЕЭС» терминала резервных защит и автоматики управления выключателем линий 110-220 кВ «Сириус-З-ЛВ-03», переданного для промышленного внедрения.
Результаты исследования на математической модели электрической сети 110-220 кВ выполненной в системе MATLAB, статических и динамических режимов функционирования ДФЗ и АПВУС.
Обоснование состава пусковых органов различных типов и схемы их логического взаимодействия в дифференциально-фазных защитах, обеспечивающих наибольшую чувствительность при внутреннем КЗ на линиях 110-220 кВ различной конфигурации.
Реализация результатов работы. Результаты выполненных исследований и разработок использованы автором при создании устройств микропроцессорных защит «Сириус-З-ДФЗ-01» и «Сириус-З-ЛВ-03». Данные терминалы выпускаются серийно на предприятии ЗАО «РАДИУС Автоматика» с 2008 г.
Основные положения, выносимые на защиту:
Принцип действия и функционально-логическая структура блока, обеспечивающего селективность и устойчивость функционирования ДФЗ при однофазном КЗ с обрывом фазы.
Способ компенсации частотной зависимости фазы тока посредством изменения числа выборок при цифровой фильтрации мгновенных значений первой гармоники косинусным фильтром.
Алгоритм коррекции фазы тока, основанный на способе «зеркального» отображения сигнала.
Способ отстройки ДФЗ от влияния высокочастотных помех в канале связи, основанный на выделении базовых периодов во входном сигнале органа сравнения фаз.
Метод коррекции фазной характеристики ДФЗ, исключающий угловую погрешность, обусловленную влиянием элементов высокочастотного тракта.
Алгоритм АПВУС для линий с двухсторонним питанием, учитывающий угловую погрешность, вносимую периодом измерения угла между синхронизируемыми напряжениями.
Личный вклад автора заключается в постановке цели и конкретных задач исследования, разработке алгоритма обработки мгновенных значений тока манипуляции с использованием косинусного фильтра, способа коррекции фазы тока, алгоритма отстройки ДФЗ от высокочастотных помех в канале связи, алгоритма коррекции фазной характеристики ДФЗ, функционально-логического блока, обеспечивающего селективную работу защиты при внутреннем однофазном КЗ с обрывом фазы, исследовании работы ДФЗ при сочетании неполнофазного режима и внутреннего КЗ на землю, разработке усовершенствованного алгоритма АПВУС.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались:
на «XVIII Научно-технической конференции «Релейная защита и автоматика энергосистем 2008», Москва, ВВЦ, 2008 г.;
на «XIX Научно-технической конференции «Релейная защита и автоматика энергосистем 2009», Москва ВВЦ, 2009 г.;
на научно-технической конференции в рамках выставки «Электрические сети России - 2009»;
на «XVI научно-технической конференции «Обмен опытом проектирования, наладки и эксплуатации устройств РЗА и ПА в энергосистемах Урала», Екатеринбург, 2010 г.
Публикации. По результатам диссертационной работы опубликованы 13 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 41 наименования и 4 приложений. Основной текст включает 160 стр.
Назначение и принцип работы дифференциально-фазной защиты
К числу основных защит ЛЭП относятся защиты, действующие на всей длине защищаемого участка без выдержки времени. При этом существуют два вида защит, удовлетворяющие указанному требованию: ступенчатые защиты, дополненные устройствами высокочастотной блокировки, и продольные защиты абсолютной селективности [1]. Директивные материалы ФСК [13] требуют, чтобы на линиях 110-220 кВ с двусторонним питанием устанавливались два независимых комплекта защит: защита абсолютной селективности и комплект ступенчатых (резервных) защит.
В настоящее время существует несколько видов продольных защит линий абсолютной селективности, основанных на разных принципах работы: продольная дифференциальная защита линии (ДЗЛ); дифференциально-фазная защита (ДФЗ); направленная высокочастотная защита (НВЧЗ). Изначально для реализации перечисленных защит была использована электромеханическая элементная база, имеющая ограниченные возможности для усовершенствования защит. В настоящее время разработка защит линий абсолютной селективности ведется на микропроцессорной элементной базе, которая расширяет круг реализуемых технических решений.
Преимущество среди указанных защит абсолютной селективности имеет ДЗЛ, которая для сравнения токов по концам защищаемой линии использует особый канал связи. Алгоритм передачи данных на противоположный конец защищаемой линии подразумевает предварительное преобразование в цифровой вид измеряемых величин и затем передачу по выделенной волоконно-оптической линии связи или через цифровую систему (коммуникационную сеть) обмена данных. В последнем случае необходимо использовать коммуникационный преобразователь для преобразования цифровой информации о векторах тока в соответствии с требованиями коммуникационной сети [5,7].
Следует заметить, что основными поставщиками современных микропроцессорных устройств ДЗЛ, связь между которыми обеспечивается по цифровому каналу связи, являются иностранные компании Siemens, ABB и Areva. Это связано с большим опытом, накопленным иностранными компаниями при эксплуатации подобных устройств предыдущего поколения, а также ускоренным развитием и внедрением современных технологий в электроэнергетику.
Однако при всех перечисленных достоинствах данный вид защиты имеет ряд существенных недостатков, в частности: ограничения по длине защищаемой линии (до 170 км), связанные со свойствами передачи цифровых данных, и высокая стоимость всего комплекса защиты в целом.
Принцип работы направленной высокочастотной защиты состоит в сравнении направлений мощности по концам защищаемой линии. А именно, при внешнем КЗ один из полукомплектов (расположенный ближе к месту повреждения и фиксирующий направление мощности короткого замыкания в сторону шин) посылает по высокочастотному каналу блокирующий сигнал на противоположный конец неповрежденной защищаемой линии, препятствуя тем самым ее отключению [4]. При несимметричном КЗ пуск ВЧ-передатчика происходит при одновременном срабатывании блокирующих пусковых органов (ПО) по току и напряжению обратной последовательности. Блокировка пуска происходит при срабатывании разрешающего органа направления мощности обратной последовательности (OHM ОП). При симметричном КЗ пуск ВЧ передатчика происходит при . . срабатывании, блокирующего реле сопротивления (PC), характеристика срабатывания которого развернута в сторону смежной линии, «за спину» относительно места установки защиты; Блокировка пуска ВЧ передатчика при. трехфазном КЗ осуществляется срабатыванием направленного отключающего PC. Таким образом, обеспечивается срабатывание при любом виде КЗ внутри защищаемой линии и несрабатывание при внешнем КЗ. К числу достоинств НВЧЗ, согласно [1], можно отнести следующие: малое время отключения, низкие, требования к высокочастотному каналу. Недостатки НВЧЗ: -блокировка защиты при возникновении неисправностей: в цепях напряжения; — неселективная работа НВЧЗ на линиях, где используется пофазное управление. Принцип работы, основанный на косвенном сравнении токов по концам защищаемой линии, заложен в ДФЗ. В качестве передаваемой»информации используется фаза тока манипуляции. Прием и передача осуществляются с помощью высокочастотных приемопередатчиков,. установленных совместно с полукомплектами защиты. В виде канала связи используется; одна из фаз; защищаемое линии [2,3];. С учетом принципа, действия и способа организации защиты, ДФЗ имеет меньшую стоимость и сравнимую с ДЗЛ: надежность. Принцип действия; ДФЗ) обеспечивает несрабатывание защиты при качаниях электроэнергетической системы, а также в неполнофазных режимах. К достоинствам ДФЗ можно отнести достаточное быстродействие, чувствительность, простоту исполнения [6].Этим объясняется широкое;, применение ДФЗ в отечественной электроэнергетике.
На базе отечественных фирм-производителей микропроцессорных терминалов релейной защиты (ЗАО «РАДИУС-Автоматика», НПП «ЭКРА»,-ИЦ: «Бреслер» и др.) освоен выпуск каждой из рассмотренных защит на микропроцессорной элементной базе. В основе алгоритмов работы.основных функциональных органов защит лежат принципы, принятые для предыдущих исполнений. В настоящее время неисчерпанный потенциал микропроцессорной элементной базы заставляет находить новые пути к усовершенствованию алгоритмов защит. Так, поиск решения проблемы по устранению признанных недостатков работы ДФЗ при сложных видах повреждений, сочетающих неполнофазный режим и КЗ и усугубляемых угловой погрешностью, вызванной использованием ВЧ-канала связи, приводит к необходимости модернизации функционально-логической схемы и алгоритмов функционирования основных функциональных органов.
Разработка алгоритма органа манипуляции дифференциально-фазной зашиты на микропроцессорной элементной базе для линий высокого напряжения
В свою очередь, токовые ПО включают грубые и чувствительные ПО. При этом чувствительные ПО действуют на пуск ВЧ-передатчика, грубые - на пуск защиты.
Комбинированный ПО может реагировать либо только на ток обратной последовательности, либо на сумму токов прямой и обратной последовательностей.
Направленное реле сопротивления необходимо для обнаружения симметричных повреждений и подготовки цепей отключения, имеет круговую характеристику со смещением в третий квадрант. Действие защиты на отключение при симметричных КЗ в защищаемой зоне возможно только после кратковременного срабатывания комбинированного ПО. Конструктивно в панели ДФЗ-201 предусматриваются группы дополнительных реле при установке защиты на линиях с ответвлениями. Применение дополнительных реле обеспечивает требуемую чувствительность при КЗ на защищаемой линии.
Согласно [8], существует три варианта дополнения схемы полукомплекта ДФЗ-2 (ДФЗ-201), установленного на питающем конце линии 110-220 кВ с ответвлениями, с учетом отсутствия на одном или нескольких ее концах полукомплектов высокочастотной защиты.
Вариант 1. Выполняется для защит, где невозможно «затрубить» уставку реле пускового органа, действующего на отключение. Схема выполняется с использованием типовой панели ДФЗ-201, дополнительно к которой устанавливаются реле тока 24РТ и 25РТ, включенные на фазные токи, а также реле тока 23 РТ, включенное на ток нулевой последовательности (см. рис. 7 в [14]).
Ток срабатывания реле тока 24РТ и 25РТ выбирается по условию отстройки от максимального фазного тока при КЗ за трансформатором конца линии, на котором не установлен комплект защиты. Реле тока 23 РТ предусмотрено для обеспечения действия защиты при замыканиях на землю на защищаемой линии. Ток срабатывания реле 23РТ выбирается по условию отстройки от тока небаланса в нулевом проводе защиты при КЗ за трансформатором [8].
Все три блок-контакта от дополнительных реле включаются параллельно (по схеме «ИЛИ») с контролем срабатывания пускового реле тока обратной и нулевой последовательностей, действующее на отключение.
Вариант 2. Схема по варианту 2 применяется в случае, если начальная защита при выборе тока срабатывания реле пускового органа по условию отстройки от КЗ в питающей системе за шинами данной подстанции не удовлетворяет требованиям чувствительности. Схема также может быть применена и для одного из концов линии с ответвлениями при наличии питания с нескольких концов в целях повышения чувствительности защиты [8].
Согласно [8], дополнительно предусматривается реле направления мощности обратной последовательности 23РМ, контакт которого включен последовательно с блок-контактом отключающего реле тока обратной и нулевой последовательностей. Введение в типовую схему защиты реле направления мощности обратной последовательности на линиях с несколькими концами, на которых не установлены полукомплекты высокочастотной защиты, позволяет не отстраивать реле 1ПР2 от КЗ в питающей системе (см. рис. 8 в [8]).
Кроме того, предусматривается выполнение характеристики срабатывания реле сопротивления, предназначенного для отключения трехфазного КЗ, проходящей через начало координат в целях обеспечения недействия защиты при трехфазных КЗ в питающей системе в режиме отключения линии со всех противоположных питающих концов [8].
Вариант 3. Схема выполняется по варианту 3 в случае, если схема защиты по варианту 2 не удовлетворяет требованиям чувствительности при КЗ на защищаемой линии.
Дополнительно предусмотрены реле сопротивления 24РС типа КРС-121, реле направления мощности нулевой последовательности 25РМ и реле тока 23РТН, включенное на ток нулевой последовательности (см. рис. 9 в [8]).
Согласно [8], сопротивление срабатывания реле 24РС выбирается по условию отстройки от КЗ за трансформаторами конца линии, на котором не установлен комплект защиты, а также по условию отстройки от повреждений в питающей системе в режиме одностороннего питания.
Реле тока 23РТН предусмотрено для повышения чувствительности защиты при замыканиях на землю на защищаемой линии; ток срабатывания реле 23РТН выбирается по условию отстройки от тока небаланса при трехфазном КЗ за трансформатором конца линии, на котором не установлен полукомплект защиты, и от броска тока намагничивания трансформаторов, включаемых под напряжение при включении линии.
Следует отметить, что в этом случае параллельно контакту 24РС включаются соединенные последовательно контакты реле 25РМ и реле 23РТН.
Микропроцессорные защиты. Анализ информационных параметров различных КЗ показывает, что основное представление об аварии дают два тока: ток обратной последовательности (12), несущий информацию обо всех видах несимметричных КЗ, и аварийный ток (1ав), равный разности текущего тока и тока предшествующего режима. При КЗ, коммутациях и иных возмущениях наряду с основной гармоникой в сети присутствуют свободные составляющие, которые вносят искажения в результате фильтрации аварийных составляющих. Обязанность ИО при внешних замыканиях сохранять свое состояние в течение длительного времени еще
Исследование работы дифференциально-фазной защиты при неполнофазном режиме работы сети
Режим реверса характеризуется резким изменением направления мощности по ЛЭП. Примером реверса мощности может служить каскадное отключение КЗ на параллельной линии. Этот пример иллюстрируется рис. 2.27, где показаны направления токов в месте установки защиты до и после отключения одного из выключателей параллельной линии.
Поскольку на защищаемой линии могут быть установлены полукомплекты ДФЗ разных производителей, следовательно, обработка входных сигналов в части фильтрации и формирования мгновенных значений тока манипуляции или напряжения манипуляции (панель ДФЗ-201) происходит по-разному. Исходя из этого, форма выходного тока комбинированного фильтра при реверсе мощности может быть разная. Оценка работы ДФЗ при реверсе мощности выявила возможность появление двух импульсов, длительность которых превышает 5 мс, что может привести к ложному отключению ДФЗ. S1
Как было указано выше, в разработанном алгоритме ОСФ предусмотрены специальные меры, исключающие срабатывания защиты при реверсе мощности. В сущности, эти меры сводятся к запоминанию предыдущего состояния и введению задержки на срабатывание ОСФ в том случае, если были пуск ВЧ-передатчика и срабатывание отключающих ПО, от которых пускается ОСФ. На рис. 2.28 приведена временная диаграмма работы алгоритма ОСФ при реверсе мощности. 1
На диаграмме (рис. 2.29) видно несрабатывание ОСФ (сигнал «RZ») из-за не превышения пороговой суммы весовых коэффициентов.
Оценка работы органа сравнения фаз при переходе внешнего КЗ во внутреннее. В процессе развития повреждений возможны переходы внешнего КЗ во внутреннее из-за перенапряжений, возникающих после отключения внешнего КЗ. При этом для ДФЗ важно за минимально возможное время отключить защищаемую линию при внутреннем КЗ.
Согласно вышеизложенному при возникновении внешнего КЗ время срабатывания ОСФ увеличивается на время отстройки от режима реверса мощности. Поэтому в случае, если при внутреннем КЗ, происходящем после или во время отключения внешнего КЗ, измеренное значение угла блокировки превысит заданную уставку, время срабатывания ОСФ будет составлять 60 мс. Указанное иллюстрирует рис. 2.29 и 2.30. Моделируемая ЭЭС подобна примененной в п. 2.3.4. При этом моделируется внешнее двухфазное КЗ между фазами А и В на параллельной линии и происходящее через 50 мс после отключения параллельной линии однофазное КЗ фазы А на защищаемой линии.
На временной диаграмме (рис. 2.30) видно появление трех подряд импульсов после возникновения внутреннего КЗ, соответствующих углу блокировки более 90 град., после которых срабатывает ОСФ.
Временная диаграмма работы ОСФ при переходе внешнего КЗ во внутреннее 2.3.6. Способ улучшения помехозащищенности дифференциально-фазной защиты при внешнем КЗ. Алгоритм органа сравнения фаз разработанной МП ДФЗ подразумевает предварительное разделение входного сигнала ОСФ на «базовые» периоды, длительность которых зависит от частоты входного сигнала. Далее на выделенном интервале выделается импульс, соответствующий углу между токами манипуляции по концам защищаемой линии.
Применение представленного способа выделения истинного сигнала во входном сигнале ОСФ позволяет учесть и исключить влияние ряда внешних факторов, негативно влияющих на работу ДФЗ. Примером таких факторов являются помехи, возникающие на ЛЭП вследствие коммутации высоковольтного оборудования, КЗ на защищаемой линии и др. В частности, при внешнем КЗ появляются дополнительные импульсы в выходном сигнале ВЧ-приемника, что может привести к ложной работе ДФЗ.
Согласно [29], помехи в ВЧ-тракте, образованном ВЛ , появляются из-за наличия на проводах ВЛ высокого напряжения промышленной частоты и воздействуют на приемники каналов связи наряду с обычными видами помех (от грозовых разрядов, радиостанций и других каналов передачи информации). При этом все виды помех, обусловленные ЛЭП, делятся на помехи, генерируемые ЛЭП при нормальном режиме, и дополнительные помехи, возникающие при коммутационных операциях выключателями и разъединителями и аварийных ситуациях. Оценка влияния тех или иных помех на работу ДФЗ произведена на основе уровня помех и восприимчивости их ВЧ-приемником. В качестве примера были взяты параметры приемопередатчика ПВЗУ-Е как одного из широко используемых устройств передачи сигналов РЗ и противоаварийной автоматики (ПА).
В нормальном режиме работы помехи с относительно высоким уровнем вызываются коронированием проводов и частичными электрическими разрядами в изоляции линии. ВЧ-помехи от коронирования каждой из фаз ВЛ существуют только в течение примерно 6- -7 мс вблизи моментов времени, когда напряжение на данной фазе ВЛ проходит вблизи положительного максимума, и периодически повторяются каждые 20 мс. При этом уровень помех от короны при нормальных условиях окружающей среды, для линий напряжением 110-500 кВ, для приемника с полосой частот 1 кГц и средней частотой настройки 100 кГц не превышает минус 20 дБ [28]. Кроме этого, помехи от короны близки по своему характеру к флуктуационному шуму, что относит этот вид помех к широкополосным помехам.
Другие виды помех при нормальном режиме функционирования линии связаны с частичными электрическими разрядами в изоляции линии. Эти разряды вызваны разземлением грозозащитного троса. В этом случае на грозозащитном тросе через емкостные связи с фазами наводится высокое напряжение, которое может вызывать перемежающийся пробой одного или нескольких искровых промежутков. Эти пробои являются источником помех с широким частотным спектром и высоким уровнем, которые будут существовать, пока не будет устранен их источник. Рассматриваемый вид помех характеризуется двумя всплесками в течение периода промышленной частоты, сдвинутыми между собой на 10 мс. Всплески напряжения помех располагаются вблизи моментов времени, когда напряжение на тросе проходит около положительного и отрицательного максимумов [29]. Рассматриваемый вид помех иллюстрирует рис. 2.31.
Разработка алгоритма автоматического повторного включения с улавливанием синхронизма линий 110-220 кВ
Одна из наиболее актуальных проблем при разработке ДФЗ заключается в обеспечении правильной работы защиты при однофазном КЗ с одновременным обрывом поврежденной фазы. Согласно [4], в случае внутреннего однофазного КЗ с обрывом поврежденной фазы при Z1 Z0HZ2 Z0, где zl, z2, zO — сопротивления линии со стороны обрыва, токи манипуляции по концам защищаемой линии будут сдвинуты на 180 эл. град. Аналогичное доказано в приложении 3 при рассмотрении токов прямой и обратной последовательностей, появляющихся при указанном виде повреждения на защищаемой линии. Поэтому работа ДФЗ при рассматриваемом виде повреждения будет аналогична работе защиты при внешнем КЗ, т.е. защита откажет по принципу действия.
Решение данной проблемы заключается в останове ВЧ-передатчика со стороны обрыва. В этом случае произойдет отключение защищаемой линии, поскольку в высокочастотном канале связи появятся паузы, длительность которых соответствует внутреннему КЗ. На рис. 3.11 представлена предложенная функционально-логическая схема для воздействия на останов ВЧ-передатчика при выявлении однофазного КЗ с обрывом той же фазы.
На схеме рис. 3.11 видно, что сигнал на останов ВЧ-передатчика формируется только при выявлении факта отсутствия срабатывания ОСФ. Указанное позволяет надежно отстроиться от всех внутренних КЗ, при которых токи манипуляции по концам защищаемой линии совпадают по фазе, а также обеспечить правильную работу при неполнофазном режиме работы в цикле однофазного автоматического повторного включения (ОАПВ). Поэтому в область рассмотрения попадают все внешние КЗ, а также рассматриваемый вид повреждения, при котором токи манипуляции находятся в противофазе. Помимо этого, использование . в схеме разрешающего органа направления мощности нулевой последовательности (OHM НП-р) позволяет надежно отстроиться от аналогичных повреждений «за спиной». На основании указанного, цель проведенного исследования сводится к отделению в полукомплекте, установленном со стороны обрыва, внутреннего однофазного КЗ с обрывом поврежденной фазы от любых видов внешних КЗ, возникающих на смежной линии.
Известные алгоритмы определения вида повреждения не позволяют квалифицировать обрыв провода, поскольку соотношения между симметричными составляющими в месте обрыва схожи с аналогичными при двухфазном КЗ на землю [1]. Кроме этого, соотношения между фазными токами по величинам в неповрежденных фазах при указанных повреждениях могут быть одинаковы.
Для разрешения поставленного вопроса предложено использовать дополнительный измерительный орган, квалифицирующий обрыв провода на защищаемой линии.
Одно из граничных условий при обрыве фазы А (В или С) представляется выражением 1Ы{ВС) = 0, согласно которому обрыв фазы можно квалифицировать по отсутствию тока в одной из фаз. Однако ток через защиту при отсутствии ответвления на линии будет определяться емкостным током линии. Причем емкостной ток, в зависимости от места повреждения, изменяется от 0 до Іуд.Еш Ік- гДе Іудямк удельный емкостной ток на 1 км защищаемой линии; 1К- длина защищаемой линии. Уставка по току измерительного органа (ИО), квалифицирующего обрыв фазного провода, рассчитывается по следующему выражению:
Проверка отсутствия тока осуществляется для каждой фазы по выражению (3.25). Результаты сравнения фазных токов с уставкой, рассчитанной по выражению (3.24), объединяются по «ИЛИ».
В целях увеличения надежности работы ИО выявления обрыва и исключения работы схемы при других видах повреждений был введен дополнительный критерий, выявляющий обрыв фазного провода.
В режиме обрыва фазного провода, совмещенного с КЗ в той же фазе, токи в неповрежденных фазах определяются нагрузкой и влиянием несимметрии, создаваемой указанным режимом. При этом фаза тока, образованного разностью фазных токов неповрежденных фаз, остается прежней. Принятый факт подтверждается исследованиями, проведенными на модели ЭЭС.
Учитывая коэффициент отстройки в выражении (3.24), равный 1,05, область срабатывания рассматриваемого ИО распространяется на начало смежной линии. Для исключения ложной работы защиты при всех видах повреждений на смежной линии, которые удовлетворяют неравенству (3.25), предложено ввести в функционально-логическую схему ДФЗ дополнительный блок, формирующий непрерывный сигнал при выявлении указанного повреждения на смежной линии. Функционально-логическая схема дополнительного блока представлена на рис. 3.12.
ИО Отсутствует ток в одной из фаз Формирование & непрерывного ВЧ-сигнала ИО ОНМНП-б Срабатывание \ чувствительных ПО У Рис. 3.12. Функционально-логическая схема блока, формирующего непрерывный ВЧ-сигнал при обнаружении обрыва «за спиной»
В функционально-логической схеме блока, формирующего непрерывный ВЧ-сигнал, используются блокирующий орган направления мощности нулевой последовательности (OHM НП-б), срабатывающий при внешних КЗ «за спиной», сигнал срабатывания чувствительных пусковых органов и сигнал срабатывания измерительного органа, выявляющего обрыв фазного провода.
Оценка работы дифференциально-фазной защиты с принятыми изменениями в функциональной части при однофазном КЗ с обрывом при разных сочетаниях фазных токов в месте установки защиты. При исследовании работы сети в режиме однофазного КЗ с обрывом фазы выяснилось, что имеются случаи, при которых возможно отсутствие токов в двух фазах со стороны обрыва. На основании указанного и руководствуясь граничными условиями при однофазном КЗ и первым законом Кирхгофа, можно сделать следующие выводы: — при КЗ фазы А токи в месте КЗ в двух других фазах отсутствуют — — согласно первому закону Кирхгофа Івк=ІВі+1ву При равенстве нулю тока фазы В в месте КЗ (1вк) и со стороны обрыва (1Ву) ток в фазе В со стороны КЗ также будет равен нулю.
Функционально-логическая схема, показанная на рис. 3.11, не обеспечивает правильную работу защиты при рассматриваемом виде повреждения, поскольку в случае отсутствия тока в двух фазах со стороны обрыва и, следовательно, в одной фазе со стороны КЗ сформируется сигнал останова ВЧ-передатчика с обеих сторон. Для предотвращения некорректной работы схемы в указанном случае схема рис. 3.11 преобразована к виду, показанному на рис. 3.13.
