Адаптивная быстродействующая защита линии при неуспешном ОАПВ

В статье рассмотрены вопросы применения быстродействующей адаптивной токовой защиты для линий с пофазным управлением выключателями при неуспешном однофазном автоматическом повторном включении (ОАПВ). Приведена методика расчета параметров срабатывания защиты в зависимости от текущего нагрузочного режима.

Авторы:

• Ефремов В.А., к.т.н., доцент кафедры ТОЭ и РЗА ЧувГУ им. И.Н. Ульянова, директор центра применения продукции ООО «Релематика»
• Ефремов А.В., инженер-исследователь 3 категории ООО «Релематика»

Быстродействие защит с абсолютной селективностью при отключении повреждения на линиях электропередачи (ЛЭП) является ключевым требованием к защитам на линиях с пофазным управлением выключателями [1]. Оно актуально при отключении повреждения на неповрежденных фазах в цикле однофазного автоматического повторного включения (ОАПВ) и при неуспешном ОАПВ. Наиболее оптимальным с точки зрения таких требований является направленная высокочастотная защита (НВЧЗ) линии. Однако алгоритм ее функционирования вынуждает выводить эту защиту из действия в неполнофазных циклах ОАПВ [2]. Перевод НВЧЗ в цикле ОАПВ в режим дифференциально-фазной защиты (ДФЗ), как показано в [3], неэффективен из-за отказа дифференциально-фазного принципа [4] в действии при неуспешном ОАПВ практически на всех существующих линиях с пофазным управлением 220−750 кВ, равно как и применение ДФЗ в качестве защиты неповрежденных фаз. Для таких целей применяют более простое решение с использованием токовой защиты неповрежденных фаз (ТЗНФ) [5]. Рассмотрим более подробно решение проблемы, которое позволяет увеличить быстродействие защиты линии при неуспешном ОАПВ.

ЗАЩИТЫ ЛЭП ПРИ НЕУСПЕШНОМ ОАПВ

Для решения задачи отключения линии при неуспешном ОАПВ могут применяться различные измерительные органы [6]. Их свод приведен в таблице 1.

Анализ защит и функций, представленных в таблице 1, показывает, что в качестве защиты линии при неуспешном ОАПВ наряду с традиционным применением фазного реле сопротивления, имеющим времена срабатывания более 80 мс, может быть применено комбинированное реле тока симметричных и аварийных составляющих (КРТСиАС). Применение фазного реле сопротивления и его недостатки, связанные с большими временами отключения неуспешного ОАПВ, уже не раз описаны в литературе [7, 8].

АДАПТИВНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА ЛЭП ПРИ НЕУСПЕШНОМ ОАПВ

Анализ режимов для построения алгоритма КРТСиАС приводит к выводу, что алгоритм работы комбинированного токового реле зависит только от текущих величин фазных токов, то есть по своей сути такое реле является адаптивным к текущему нагрузочному режиму, а перечень необходимых измерительных органов делает его структуру близкой к алгоритму действия ТЗНФ [5], которая включает два реле: комбинированное реле тока симметричных (КРТСС) и аварийных (КРТАС) составляющих. Первое реле, реагирующее на алгебраическую сумму токов обратной и нулевой последовательностей:

необходимо для блокирования действия аварийных составляющих КРТАС при отключении присоединения, когда наблюдается резкое снижение токов симметричных составляющих I2 и I0, например, при переходе в симметричный режим работы или при отключении линии [7].

Алгоритм КРТАС сравнивает сумму модулей аварийных составляющих обратной и нулевой последовательностей с уставкой:

где

 — аварийная составляющая обратной последовательности, определяемая как разность величин токов обратной последовательности в неполнофазном режиме цикла ОАПВ

и в режиме неуспешного повторного включения

 — аварийная составляющая нулевой последовательности, определяемая как разность величин токов нулевой последовательности в неполнофазном режиме цикла ОАПВ

и в режиме неуспешного повторного включения

.

На рисунке 1 показана логика выявления неуспешного ОАПВ и формирование команды на отключение линии на базе адаптивного комбинированного токового реле.

Рассмотрим расчет параметров срабатывания (уставок) модуля выявления неуспешного ОАПВ. Уставки элементов времени на возврат

и

зависят от времени включения и отключения выключателя и рассчитываются из условия обеспечения:

• надежного отключения при включении на устойчивое повреждение или повторного пробоя в месте повреждения по формуле:

  

• формирования сигнала на отключение при неуспешном ОАПВ по формуле:

  

  где

  

  и

  

   — соответственно время включения и отключения выключателя;

  

  = 0,1 сек — время запаса.

При неуспешном ОАПВ блок выявления неуспешного ОАПВ (на рисунке 1) формирует сигнал отключения линии по схеме «И» от токовых реле и дискретного сигнала блока ОАПВ.

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ СРАБАТЫВАНИЯ АДАПТИВНОЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ

Особый интерес представляет расчет параметров срабатывания токовых измерительных органов (ИО) [6]. Величина уставки суммарного тока

должна быть адаптивно отстроена от текущего режима. Рассмотрим случай расчета по максимальному рабочему току

в неполнофазном режиме цикла ОАПВ. Эта уставка суммарного тока будет максимальной и может быть использована как уставка в неадаптивных версиях защиты. Ее можно рассчитать следующим образом:

где

 — токи неповрежденных фаз в цикле ОАПВ,

 — виртуальный ток в третьей фазе;

 — первичный максимальный рабочий ток в месте установки защиты (ток нагрузки), А;

 — коэффициент отстройки, который можно принять равным требуемому коэффициенту чувствительности

а уставка КРТСС будет равна:

Для расчета уставки КРТАС

по максимальному рабочему току необходимо рассчитать модули токов обратной и нулевой последовательностей.

Составляющие уставки КРТАС по обратной

и по нулевой

последовательностям должны быть отстроены от небалансов, вызываемых погрешностью измерительных цепей фаз, и рассчитываются по выражениям:

где

 — коэффициент отстройки;

 — коэффициент возврата для микропроцессорных защит;

 — первичный ток небаланса, вызываемый погрешностью измерительного тракта, начиная от трансформатора тока, А.

Уставка КРТАС по приращению вектора тока обратной и нулевой последовательностей

принимается равной алгебраической сумме уставок по приращению обратной и нулевой последовательностей:

Для случая максимальной погрешности измерительного трансформатора тока формулу (5) можно записать следующим образом:

Коэффициент чувствительности выбирается как для защит с абсолютной селективностью по выражению:

где

 — значения приращений векторов первичного тока обратной и нулевой последовательностей при однофазном КЗ во включенной с одной стороны отключавшейся фазе в конце линии в минимальном режиме.

Таким образом, уставки срабатывания КРТСиАС зависят только от токов фаз линии и могут быть адаптированы к текущему режиму как интегральное значение за 1−3 периода.

ВЫВОДЫ:

1. В качестве быстродействующей защиты линии при неуспешном ОАПВ рекомендована адаптивная токовая защита на базе комбинации симметричных и аварийных составляющих токов обратной и нулевой последовательностей.
2. Адаптивная токовая защита не требует предварительного расчета параметров срабатывания. Они адаптивно формируются по величинам токов текущего наблюдаемого режима.
3. Чувствительность адаптивной токовой защиты будет всегда максимальной. Ее выбирают по текущему режиму, который, как правило, меньше расчетного максимального.

ЛИТЕРАТУРА:

1. СТО 56947007−29.120.70.241−2017. Технические требования к микропроцессорным устройствам РЗА. Стандарт организации ПАО «ФСК ЕЭС». М.: ПАО «ФСК ЕЭС», 2017. 223 с.
2. Левиуш А.И., Дони Н.А., Надель Л.А., Наумов А.М. Высокочастотная направленная и дифференциально-фазная защита ПДЭ 2003 для ВЛ 500−750 кВ. М.: ЭНАС, 1996. 204 с.
3. Ефремов В.А., Ефремов А.В. НВЧЗ для линий с ОАПВ // ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение, 2018, № 5 (50). С. 76−78.
4. Атабеков Г. И. Теоретические основы релейной защиты высоковольтных сетей. М.: Госэнергоиздат, 1957. 344 с.
5. Ефремов В.А., Романов Ю.В., Воронов П.И. Токовая защита неповрежденных фаз в цикле ОАПВ // ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение, 2013, № 3 (18). С. 98−100.
6. Ефремов В.А., Ефремов А.В. НВЧЗ на линиях с пофазным управлением. Эффективность защиты // Сборник докладов науч.-техн. конф. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2019. С. 75−82.
7. Ефремов В.А. Защиты абсолютной селективности серии «Бреслер». Часть 2. Основная защита линий с ОАПВ // Энерго-info, 2008, № 9. С. 70−74.
8. Ефремов В.А. ОАПВ: Опыт разработки и применения // Релейная защита и автоматизация, 2014, № 03 (16). С. 10−13.