Ускорение ступенчатых защит линий 110-220 кВ без использования каналов связи

Компиляция статьи и доклада, представленного на VII международной научно-технической конференции «Электроэнергетика глазами молодежи — 2016», проходившей 19-23 сентября 2016 года, КГЭУ, Казань

Введение
В электрических сетях 110-220 кВ значительное число линий электропередачи не оборудовано быстродействующими защитами, действующими на отключение без замедления. Время ликвидации повреждения на этих линиях ступенчатыми защитами может быть значительным даже с учетом каскадного действия. При этом установка быстродействующих защит связана со значительными финансовыми затратами из-за необходимости организации канала связи.

В то же время в ряде случаев возможно ускорение ступенчатых защит после отключения выключателя с противоположного конца транзитной ЛЭП, выявленного без использования канала связи по косвенным признакам. Имея ввиду тот факт, что подавляющее большинство повреждений на воздушных линиях составляют однофазные замыкания на землю и двухфазные короткие замыкания, признаком отключения выключателя с противоположной стороны линии может быть факт исчезновения тока в неповрежденных фазах.

Принцип действия
При возникновении короткого замыкания на ЛЭП, оборудованной только комплектом ступенчатых защит, повреждение может быть ликвидировано в следующем порядке:
  • с одного конца линии первой ступенью (дистанционной защиты или токовой защиты нулевой последовательности) без выдержки времени;
  • с противоположной стороны – также первыми ступенями, в результате возникновения каскадного режима, либо вторыми ступенями защит с выдержкой времени (как правило 0.3 – 0.8 сек). Следует также отметить, что при замыкании со значительным переходным сопротивлением повреждение может быть ликвидировано с еще большим временем.

При этом после отключения выключателя с одной из сторон линии токи неповрежденных фаз на противоположной стороне снижаются до уровня емкостных.

В этой связи для ускорения ликвидации повреждения предлагается использовать автоматическое токовое ускорение ступенчатых защит по факту выявления отключения линии с противоположной стороны, признаком которого является исчезновение тока хотя бы в одной из фаз.

Следует сразу очертить область возможного применения предлагаемого токового ускорения: двухконцевые транзитные линии без отпаечных подстанций.

Также необходимо отметить, что предлагаемое ускорение не способно заменить собой быстродействующие защиты, а является лишь дополнительной функцией КСЗ, способной сократить общее время ликвидации повреждения в ряде случаев.

На рисунке ниже представлена логическая схема предлагаемого ускорения.


Среди измеренных действующих значений фазных токов выбирается минимальный, затем текущее значение минимального из токов сравнивается с уставкой по минимальному току. Элемент задержки восходящего фронта DT1 служит для исключения срабатывания ускорения при краткосрочных переходных режимах, задержка DT2 служит для ограничения времени ввода автоматического токового ускорения.

Логику работы алгоритма можно проиллюстрировать на осциллограмме реального короткого замыкания, произошедшего на одной из линий 110 кВ, оборудованной лишь набором ступенчатых защитам.


Короткое замыкание фазы B на землю происходит в момент времени, обозначенный цифрой 1 на осциллограмме, через примерно 0.1 сек происходит отключение линии с противоположного конца первой ступенью ТЗНП – момент времени 2, при этом ток по неповрежденным фазам снижается практически до нуля. Спустя выдержку времени таймера DT1 срабатывает токовое ускорение, время ввода ускорения ограничивается уставкой таймера DT2. При отсутствии токового ускорения, несмотря на возникновение каскадного режима, повреждение ликвидируется спустя еще около 0.65 сек второй ступенью ТЗНП – момент 3.

Токовое ускорение предлагается применять для тех ступеней дистанционных и токовых защит, которые обладают достаточной чувствительностью при повреждении в конце защищаемой линии в каскадном режиме. Аналогичные требования предъявляются при выборе ступеней, автоматически ускоряемых при включении выключателя. Как правило, это третья ступень токовой защиты нулевой последовательности и вторая ступень дистанционной защиты.

Применительно к описанному выше случаю, в результате применения токового ускорения повреждение могло бы быть отключено со всех сторон с меньшим временем (менее 0.2 сек).

При двухфазных замыканиях представленная логическая схема работает аналогичным образом. Очевидно, что при трехфазном повреждении токовое ускорение работать не будет.

Выбор уставок
Ключевым параметром настройки – уставкой алгоритма является значение минимального тока нагрузки. Эта величина должна выбираться меньше минимально допустимого тока нагрузки по линии. В то же время, она должна быть больше емкостного тока линии. Следует отметить, что расчет значения минимального нагрузочного тока по линии не входит в компетенцию служб релейной защиты и производится, как правило, службой электрических режимов.


Емкостной ток может быть рассчитан, выбран по справочным данным, либо могут быть использованы укрупненные удельные значения: 0.2 А/км для линий 110 кВ и 0.4 А/км для линий 220 кВ.

Опыт эксплуатации
В энергосистеме Приморского края на двух объектах в панелях защит типа ЭПЗ-1636 по трем ЛЭП было реализовано упрощенное автоматическое токовое ускорение, действующее по цепи автоматического ускорения при включении выключателя на ускорение 3 ступени ТЗНП и 2 ступени ДЗ. Ускорение было выполнено на базе двух неиспользованных токовых реле типа РТ40/Р-5 в составе панели, предназначенных изначально для логики устройства резервирования отказа выключателя.


Реализованная логика токового ускорения, ввиду технической ограниченности используемых аппаратных средств, значительно отличалась от описанной выше:
  • контроль тока только по двум фазам;
  • отсутствие таймера, ограничивающего время ввода ускорения. В результате чего ускорение остается введенным в течении всего времени, пока отсутствует фазный ток хотя бы по одной из контролируемых фаз.
  • ограниченность диапазона регулирования тока срабатывания реле РТ40/Р-5.

Из-за обозначенных упрощений была возможна ситуация, когда ввиду ограниченного диапазона регулирования реле и малого тока нагрузки ускорение вводилось без отключения выключателя противоположной стороны линии и в дальнейшем не блокировалось. В этой ситуации при возникновении внешнего повреждения возможна излишняя работа защит.

Несмотря на перечисленные недостатки, десятилетний опыт эксплуатации показал в целом эффективность токового ускорения. От его применения пришлось отказаться только при реконструкции объектов и установке микропроцессорных терминалов быстродействующей релейной защиты.

Математическая модель автоматического токового ускорения была реализована в среде математического моделирования Matlab Simulink. Также были созданы вспомогательные программные средства, позволяющие использовать для анализа работы модели архивные осциллограммы, записанные регистраторами аварийных событий различных производителей в универсальном формате COMTRADE.

Анализ работы модели на значительном количестве реальных аварий показывает перспективу широкого использования токового ускорения при отсутствии быстродействующих защит линий, необходимость разработки рекомендаций к применению данного вида ускорения.

Материалы
  1. Версия статьи для печати (PDF, 690 Кбайт);
  2. Презентация доклада (PDF, 3 Мбайт);
  3. Расчет емкости ВЛ (ZIP, PDF, Mathcad, 400 Кбайт);
  4. Модель алгоритма, модель энергосистемы, модуль для чтения осциллограмм в формате Comtrade, а также несколько характерных осциллограмм для анализа (Matlab 2015b, 28 Мбайт).

0 комментариев

Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.