Направленная высокочастотная защита для линий с однофазным автоматическим повторным включением

19 октября 2018 г.

В журнале «Электроэнергия. Передача и распределение» № 5(50) за сентябрь – октябрь 2018 года опубликована статья Ефремова В.А. и Ефремова А.В. под заголовком «Направленная высокочастотная защита для линий с однофазным автоматическим повторным включением».

Аннотация. В статье рассмотрены вопросы применимости направленной высокочастотной защиты на линиях с пофазным управлением и целесообразность перевода ее в режим дифференциально-фазной защиты в неполнофазных режимах цикла однофазного автоматического повторного включения.

Одним из критериев применимости защит является быстродействие. Анализ защит с абсолютной селективностью воздушных линий электропередачи (ВЛ) показывает, что по принципу действия самой быстродействующей из защит с абсолютной селективностью является направленная высокочастотная защита (НВЧЗ) [1]. Действительно, в момент аварии защита мгновенно блокируется всеми полукомплектами за счет срабатывания фильтровых токовых измерительных органов (ИО), и далее, по мере срабатывания реле направления мощности обратной последовательности (РНМОП) при повреждении в зоне действия, блокирующий сигнал снимается, и защита производит отключение. Таким образом, время срабатывания защиты определяется временем срабатывания РНМОП, которое в наихудшем случае для реле на любой элементной базе не превышает 20–30 мс, а потому такие защиты нашли широкое применение на ВЛ 110–220 кВ с трехфазным управлением выключателя. Однако естественный недостаток такой защиты, обусловленный использованием мощности симметричных составляющих обратной последовательности (ОП), ограничивает область применения защиты. Он практически исключает использование таких защит на линиях с пофазным управлением выключателя из-за возникновения неполнофазного режима в цикле однофазного автоматического повторного включения (ОАПВ). В этом режиме источником симметричных составляющих ОП, на что реагируют НВЧЗ, является место несимметрии в энергосистеме, то есть место отключения фазы выключателем. В неполнофазных режимах цикла ОАПВ необходимо выводить из действия все защиты, реагирующие на составляющие обратной, в том числе и НВЧЗ, или нулевой (направленная токовая защита нулевой последовательности — ТЗНП) последовательностей. Данный недостаток НВЧЗ пытаются обходить в [2, 3] путем перевода защиты в неполнофазном режиме в цикле ОАПВ в дифференциально-фазный режим.

Процедура перевода НВЧЗ в режим дифференциально-фазной защиты (ДФЗ) позволяет ДФЗ выполнять только функции защиты неповрежденных фаз в цикле ОАПВ. Однако, учитывая функциональную сложность защиты и трудности ее настройки, применение ДФЗ для целей защиты неповрежденных фаз оказывается нецелесообразным. Кроме того, в [1] описаны

ограничения дифференциально-фазного принципа при сложных видах повреждений, в частности при одновременном однофазном коротком замыкании (КЗ) с обрывом на линии.

Далее рассмотрена эффективность применения НВЧЗ на линиях электропередачи с пофазным управлением, и приведен график минимальных длин ВЛ напряжением 500 кВ, на которых целесообразен перевод НВЧЗ в режим ДФЗ.

НВЧЗ на линиях с пофазным управлением выключателями реагирует на все виды повреждений. Однофазное повреждение (К(1)) на линии выявляется и отключается быстродействующей НВЧЗ. Далее в неполнофазном режиме после отключения К(1) НВЧЗ блокируется или переводится в режим ДФЗ. В цикле ОАПВ защита линии должна:

– реагировать на повреждения неповрежденных фаз;

– выявлять устойчивое замыкание на отключенной с двух сторон фазе;

– формировать команду на ОАПВ и отключать без задержек неуспешное ОАПВ.

Для решения задачи защиты неповрежденных фаз в цикле ОАПВ обычно применяют специальную токовую защиту неповрежденных фаз — ТЗНФ [4, 5].

Алгоритм ТЗНФ прост в реализации, а его эффективность очень высока [5].

Кроме того, дополнительным способом защиты неповрежденных фаз могут быть ускоренные ступени дистанционной защиты (ДЗ) или фазные дистанционные избирательные органы (ДИО) при их переводе в цикле ОАПВ на «самостоятельное действие». Однако время ввода ступеней ДЗ и ДИО на «самостоятельное действие» должно быть ограничено временем возможного появления асинхронного хода или качаний в неполнофазном режиме. По данным ВНИИЭ это время ограничено 600 мс.

Рассмотрим применимость ДФЗ для решения задач по защите ВЛ в цикле ОАПВ.

Исследования и моделирование ВЛ показали, что дифференциально-фазный принцип отказывает в реальных диапазонах эквивалентных сопротивлений энергосистем прямой (обратной) и нулевой последовательностей только лишь при КЗ с обрывом на одной фазе. В цикле ОАПВ обрывом будем считать отключенную с двух сторон фазу, а повреждение, на которое и должна реагировать защита, возможно на других (неповрежденных) фазах, то есть ДФЗ для защиты неповрежденных фаз применима. При этом следует учесть, что отключение от ДФЗ при КЗ на неповрежденных фазах будет происходить с задержкой 50 мс и более, обусловленной особенностями работы ДФЗ при внешних КЗ и возможным реверсом мощности (тока) в таком режиме. Проблема устранения дополнительных задержек и ускорения ДФЗ для ВЛ с трехфазным управлением выключателями в ООО «Релематика» решена вводом дополнительного токового реле, выявляющего повреждения на контролируемой линии при наличии внешнего КЗ. Таким образом, наиболее эффективной и быстродействующей защитой неповрежденных фаз в цикле ОАПВ является ТЗНФ, причем реагирующая не на отношение модулей токов неповрежденных фаз [4], а на аварийные составляющие токов обратной и нулевой последовательностей [5].

Иная ситуация с ДФЗ возникает при неуспешных ОАПВ. В этом случае при включении линии с 1-го конца возникает режим короткого замыкания для данного конца и режим обрыва для другого конца линии, то есть для защиты это КЗ с обрывом, причем на одной фазе ВЛ. Этот режим ДФЗ идентифицируется как внешнее повреждение [1], и защита не формирует сигнала на отключение поврежденной линии.

На рисунке 1 показаны графики предельной длины линии 500 кВ в зависимости от величины эквивалентных сопротивлений системы по прямой (обратной) последовательности, на которых возможно селективное отключение от ДФЗ при неуспешном ОАПВ. Например, для ВЛ 500 кВ МЭС Востока эквивалентные сопротивления прямой последовательности, величина которых не более Z1сист < 150 Ом, эта длина ограничена 40 км, то есть на всех линиях 500 кВ в ДФЗ этого региона должны быть использованы другие способы защиты при неуспешных ОАПВ.

Рис. 1. Зависимость предельных длин ВЛ, для которых применима ДФЗ для защиты при неуспешных ОАПВ, от величины эквивалентного сопротивления системы

В первую очередь речь должна идти о распознавании устойчивого замыкания на отключенной фазе. Для этих целей в устройстве ОАПВ имеется модуль адаптивного ОАПВ [6], который формирует команду ОАПВ через время деионизации канала дуги после отключения фазы или выявляет устойчивое замыкание, блокирует ОАПВ, не допуская повторного включения поврежденной фазы, и формирует команду на доотключение двух оставшихся в работе фаз линии. Однако из-за недостаточного опыта применения измерительных органов адаптивного ОАПВ такой способ редко применяется в эксплуатации. Основное преимущество адаптивного ОАПВ заключается в значительном, в два раза и более, сокращении бестоковой паузы цикла ОАПВ, тем самым значительно повышается устойчивость работы энергосистемы.

Если устойчивое замыкание не распознано или адаптивное ОАПВ вообще не применено, то необходимо предусмотреть способы отключения линии при неуспешном ОАПВ.

В настоящее время в защитах с абсолютной селективностью типа ДФЗ или НВЧЗ, переведенной в таком режиме в ДФЗ, для этой цели применяется специальное фазное реле сопротивления (РС), которое вводится в работу только в момент повторного включения и работает до момента времени замыкания линии в транзит. Расчет параметров срабатывания данного РС предполагает отстройку от величин тока и напряжения максимального нагрузочного режима. При наличии ДИО в устройстве уставки рассматриваемого РС могут быть приняты равными уставкам дистанционного избирателя.

Анализ процессов неполнофазного режима (рисунок 2) показывает, что на отключенной фазе линии, имеющей реакторы по концам ВЛ напряжением 500 кВ и выше, возникают субгармонические составляющие токов и напряжений, обусловленные частотой собственных колебаний линии электропередачи.

рис.2..PNG

Рис. 2. Вид токов и напряжений в неполнофазном режиме цикла ОАПВ на одной из ВЛ 500 кВ МЭС Востока

Эти составляющие вызывают периодические срабатывания специального фазного РС. Для отстройки от таких срабатываний на практике необходимо вносить задержки в канал срабатывания реле на время полупериода биений напряжения (тока) в отключенной фазе.

Если II ступень токовой защиты нулевой последовательности на таких ВЛ не отстроена от неполнофазного режима цикла ОАПВ, то время отключения на них при неуспешном ОАПВ может составить 80–100 мс без учета времени отключения самого выключателя.

На линиях с трехфазным управлением выключателями (ВЛ 110–220 кВ) обрывы с КЗ на одной фазе в ДФЗ ООО «Релематика» отключаются без задержек посредством выявления специальным блоком обрыва фазы. Линия в этом случае будет отключена, если возникающие в данном режиме токи симметричных составляющих превышают уставки отключающих ИО ДФЗ.

При неуспешных ОАПВ на линиях с пофазным управлением выключателями необходимы быстродействующие измерительные органы. Решение такой проблемы лежит в плоскости применения реле тока на базе комбинированных фильтров аварийных составляющих обратной и нулевой последовательностей [7].

Выводы

1. Применение НВЧЗ на линиях с пофазным управлением не может считаться оптимальным, так как в возникающем неполнофазном режиме такая защита должна быть выведена из действия.

2. Перевод НВЧЗ в режим ДФЗ в неполнофазном режиме нецелесообразен из-за отказа ДФЗ при неуспешном ОАПВ.

3. Применяемые на практике в ДФЗ специальные РС для работы при неуспешном ОАПВ имеют большие времена отключения. Требуется разработка измерительных органов с применением аварийных составляющих тока.


Литература

1. Атабеков Г.И. Теоретические основы релейной защиты высоковольтных сетей. М.: Госэнергоиздат, 1957. 344 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. Шкаф направленной и дифференциально-фазной защиты линии и устройства ОАПВ типа ШЭ2710 538. ЭКРА.656453.534 РЭ.

4. Коржецкая Т.А., Левиуш А.И. Некоторые принципы выполнения резервной защиты в цикле ОАПВ // Электричество, 1978, № 8. С. 81–84.

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. ОАПВ: Опыт разработки и применения // Релейная защита и автоматизация, 2014, № 3(16). С. 10–13.

7. Ефремов В.А., Мартынов М.В. Микропроцессорная ДФЗ «Бреслер»: новые возможности / Современные направления развития систем релейной защиты и автоматики энергосистем. Сб. докладов 4-й МНТК. Екатеринбург, 3–7 июня 2013 года .





Вернуться к списку новостей
Календарь событий
<
11/2018
>
ПнВтСрЧтПтСбВс
1234
12131415161718
19202122232425
2627282930
Все события