СПОСОБ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ПРИ НЕУСПЕШНОМ ОДНОФАЗНОМ ПОВТОРНОМ ВКЛЮЧЕНИИ Российский патент 2021 года по МПК H02H7/06 

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к релейной защите и автоматике (РЗА) линий электропередачи (ЛЭП) при неуспешном однофазном автоматическом повторном включении (ОАПВ). Решает проблему низкого быстродействия в высокочастотной (ВЧ) защите с абсолютной селективностью линий электропередачи при неуспешном однофазном повторном включении линии.

Согласно [1], на ЛЭП высокого и сверхвысокого напряжения с двухсторонним питанием с пофазным управлением выключателями необходима установка быстродействующих защит с абсолютной селективностью. Применение для этих целей направленной высокочастотной защиты (НВЧЗ) оказывается неприемлемой из-за отказа такой защиты в неполнофазных режимах работы. На практике НВЧЗ в неполнофазном режиме переводят в режим дифференциально-фазной защиты (ДФЗ). Однако, как было показано в монографии [2], дифференциально-фазный принцип отказывает в действии при сложных видах повреждений на ЛЭП, в частности, при одновременном наличии на защищаемой линии обрыва и короткого замыкания. Именно такой режим получается на линии с пофазным управлением выключателями при неуспешном ОАПВ на ней.

В связи с тем, что дифференциально-фазный принцип может отказать в сложных видах повреждений, для селективной работы при неуспешном ОАПВ в дифференциально-фазной защите применяют дополнительные реле.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ, описанный в [3], где для защиты ЛЭП предлагается использовать фазные реле сопротивления, одно из которых подключается при формировании команды на повторное включение отключавшейся фазы. Этот способ выбран в качестве прототипа изобретения. Его недостатком является то, что при неуспешном ОАПВ время срабатывания защиты вынужденно отстраивается от времени биений. Частота собственных колебаний отключенной в цикле ОАПВ с двух сторон повреждавшейся фазы, по концам которого находятся шунтирующие реакторы, близка к промышленной частоте, на которой работает ЛЭП. Поэтому задержка на срабатывание реле сопротивления для защиты линии при неуспешном ОАПВ может составить 100 мс и более.

Цель изобретения - обеспечение быстродействия защиты при неуспешном ОАПВ на линии электропередачи. Поставленная цель достигается тем, что вместо реле сопротивления в схеме логики ВЧ защиты, например, ДФЗ применяется дополнительное комбинированное реле тока обратной последовательности и его аварийной составляющей. Параметры срабатывания комбинированного реле тока адаптивно формируются по фазным токам i_A, i_B, i_C неполнофазного режима цикла ОАПВ.

Осуществление способа иллюстрирует представленная на фиг. блок-схема логики функционирования полукомплекта защиты, установленного на одном из концов ЛЭП, которая включается в работу при однофазном автоматическом повторном включении. Блок-схема по фиг. содержит следующие модули и блоки: модуль ВЧ защиты (элемент 1), модуль ОАПВ (элемент 2), блок фильтра обратной последовательности (ФОП) (элемент 3), блок формирования адаптивных параметров срабатывания (блок уставок) (элемент 4) и комбинированное реле тока обратной последовательности (КРТ ОП) (элемент 5), которое включат в себя реле тока обратной последовательности (РТОП) (элемент 5.1), фильтр аварийных составляющих (ФАС) (элемент 5.2), реле тока обратной последовательности аварийной составляющей (РТОП АС) (элемент 5.3), элемент времени на срабатывание (элемент 5.4) и логический элемент «И» (элемент 5.5).

Способ осуществляется следующим образом.

При однофазном замыкании в зоне защиты на ЛЭП срабатывают полукомплекты ВЧ защиты (элемент 1) по концам линии электропередачи, которые запускают модули ОАПВ (элемент 2) своих полукомплектов. Соответственно модуль ОАПВ (элемент 2) выявляет поврежденную фазу, которая и отключается с обоих концов линии. ЛЭП переходит в неполнофазный режим цикла ОАПВ и формирует сигнал (2.1) «Цикл ОАПВ».

Сигнал (2.1) «Цикл ОАПВ» запускает блок ФОП (элемент 3), который по текущим фазным токам i_A, i_B, i_C формирует комплексную величину тока обратной последовательности I₂ (сигнал 3.1). Величина тока обратной последовательности I₂ поступает на два реле КРТОП (элемент 5). В первом реле тока обратной последовательности РТОП (элемент 5.1) происходит сравнение модуля тока I₂ с текущей адаптивной уставкой (сигнал 4.1 - I_{2 уст}), поступающей от блока уставок (элемент 4). Второе реле КРТ ОП (элемент 5) состоит из двух элементов: ФАС (элемент 5.2), который формирует аварийные составляющие тока обратной последовательности I_{2 ав} [4], и собственно реле тока аварийной составляющей обратной последовательности РТОП АС (элемент 5.3), где производится сравнение текущего значения аварийной составляющей тока обратной последовательности с адаптивной уставкой (сигнал 4.2 - I_{2 уст}), также поступающей от блока уставок (элемент 4). До истечения времени цикла ОАПВ и появления команды на повторное включение (сигнал 2.2 «Повторное включение») КРТ ОП заблокировано посредством элемента времени (элемент 5.4) и логического элемента «И» (элемент 5.5).

По истечении цикла ОАПВ модуль ОАПВ (элемент 2) формирует команду на повторное включение (сигнал 2.2) выключателя отключавшейся фазы. Одновременно по сигналу «Повторное включение» (сигнал 2.2) в блоке уставок (элемент 4) по текущим фазным токам i_A, i_B, i_C неполнофазного режима цикла ОАПВ формируются параметры срабатывания тока обратной последовательности I_{2 уст} (сигнал 4.1) и его аварийной составляющей I_{2ав уст} (сигнал 4.2), которые в качестве адаптивных уставок поступают на соответственно на РТОП (элемент 5.1) и на РТОП АС (элемент 5.3).

Сигнал «Повторное включение» (сигнал 2.2) через выдержку элемента времени на срабатывание (элемент 5.4) разрешает работу КРТ ОП. Задержка времени (элемент 5.4) позволяет исключить неселективное срабатывание КРТ ОП из-за помех в момент повторного замыкания фазы выключателя, а также отстроится от возникающего в таком режиме кратковременного переходного процесса.

В случае успешного ОАПВ со стороны конца линии, который включается первым, в полукомплекте ВЧ защиты величина тока обратной последовательности I₂ (сигнал 3.1) на входе РТОП (элемент 5.1) практически не изменяется и, как следствие, модуль I₂ заведомо будет меньше величины уставки I_{2 уст} (сигнал 4.1), формируемой блоком уставок (элемент 4), и РТОП не сработает.Аналогично малое изменение тока обратной последовательности I₂ на входе фильтра ФАС (элемент 5.2) вызывает практически близкие к нулю значение величины аварийной составляющей тока I_{2 ав} и, как следствие, отсутствие срабатывания у РТОП АС (элемент 5.3), уставка которого I_{2ав уст} (сигнал 4.2) сформирована блоком уставок (элемент 4). Таким образом, реле РТОП и РТОП АС на логическом элементе «И» (элемент 5.5) заблокируют отключающий выходной сигнал «Отключение 3-х фаз» реле КРТ ОП.

В случае успешного ОАПВ со стороны конца линии, который включается вторым и замыкает линию в транзит, на вход полукомплекта ВЧ защиты поступает симметричная система фазных токов i_A, i_B, i_C и величина тока обратной последовательности I₂ (сигнал 3.1) при этом на входе КРТ ОП (элемент 5) близка нулю, и, как следствие, модуль I₂ на входе РТОП (элемент 5.1) заведомо будет меньше величины уставки I_{2 уст} (сигнал 4.1), формируемой блоком уставок (элемент 4), реле РТОП не сработает и заблокирует отключающий выходной сигнал КРТ ОП. При этом резкое изменение тока обратной последовательности I₂ при переходе в симметричный режим на входе фильтра ФАС (элемент 5.2) вызывает появление значения величины аварийной составляющей тока I_{2 ав}, которое может превысить уставку I_{2ав уст} (сигнал 4.2), и, как следствие, вызвать срабатывание реле РТОП АС (элемент 5.3). Однако отключающий выходной сигнал «Отключение 3-х фаз» реле КРТ ОП уже заблокирован на элементе «И» (элемент 5.5) сигналом РТОП (элемент 5.1).

При повторном включении на устойчивое повреждение или возникший повторный пробой в месте повреждения будет наблюдаться режим неуспешного ОАПВ.

В этом режиме со стороны конца линии, который включается первым, в полукомплекте ВЧ защиты величина тока обратной последовательности I₂ (сигнал 3.1) на входе РТОП (элемент 5.1) изменяется значительно и, как следствие, модуль тока I₂ заведомо будет больше величины уставки I_{2 уст} (сигнал 4.1), формируемой блоком уставок (элемент 4), что приведет к срабатыванию РТОП. Аналогично изменение тока обратной последовательности I₂ на входе фильтра ФАС (элемент 5.2) вызывает появление значительной величины аварийной составляющей тока I_{2 ав} и, как следствие, срабатывание реле РТОП АС (элемент 5.3), уставка которого I_{2ав уст} (сигнал 4.2) сформирована блоком уставок (элемент 4) по величинам токов неполнофазного режима цикла ОАПВ. Таким образом, с выходов реле РТОП и РТОП АС на логический элемент «И» (элемент 5.5) поступают уровни логической «1» и при истечении выдержки времени элемента времени (элемент 5.4) появляется отключающий выходной сигнал «Отключение 3-х фаз» реле КРТ ОП.

В случае неуспешного ОАПВ со стороны конца линии, который включается вторым и замыкает линию в транзит, на вход полукомплекта ВЧ защиты поступающая на входе РТОП (элемент 5.1) величина тока обратной последовательности I₂ (сигнал 3.1) будет изменяется по обратнопропорциональному закону эквивалентных сопротивлений обратной последовательности электрических систем концов линии, которые практически мало отличаются друг от друга и, как следствие, модуль I₂ будет близок аналогичной величине противоположного конца линии и заведомо, как и ток обратной последовательности конца линии включаемого первым будет больше величины уставки I_{2 уст} (сигнал 4.1), формируемой блоком уставок (элемент 4). Аналогичная ситуация будет наблюдаться с изменением тока обратной последовательности I₂ на входе фильтра ФАС (элемент 5.2), что вызовет появление значительной величины аварийной составляющей тока I_{2 ав} и, как следствие, срабатывание реле РТОП АС (элемент 5.3). Таким образом, с выходов реле РТОП и РТОП АС на логический элемент «И» (элемент 5.5) поступают уровни логической «1» и при истечении выдержки времени элемента времени (элемент 5.4) появляется отключающий выходной сигнал «Отключение 3-х фаз» реле КРТ ОП второго конца линии.

Таким образом, по принципу своего действия предложенный способ позволяет для ЛЭП с пофазным управлением выключателями обеспечить быстродействующую защиту при неуспешном ОАПВ, уставки которой адаптивно рассчитываются по токам неполнофазного режима цикла ОАПВ.

Особый интерес представляет расчет параметров срабатывания (уставок) токовых реле КРТ ОП: РТОП и РТОП АС. Величина уставки реле тока РТОП mod(I₂)≥I_{2 уст} должна быть отстроена от текущего рабочего фазного тока mod(I₂)=ƒ(I_{тек фаз}) в неполнофазном режиме цикла ОАПВ. Уставку тока обратной последовательности при однофазном коротком замыкании фазы А можно рассчитать, как:

где I_B, I_C - токи неповрежденных фаз в цикле ОАПВ;

I _A - виртуальный ток в третьей фазе;

I_{фаз неполн Реж} - модуль максимального первичного фазного тока нагрузки в месте установки защиты в неполнофазном режиме цикла ОАПВ;

k_отс - коэффициент отстройки, максимальную величину которого можно принять равной требуемому коэффициенту чувствительности k_oтс=k_{ч треб}=1.25.

Для расчета уставки реле РТОП АС mod(I_{2 ав})≥I_{2ав уст} необходимо рассчитать модули токов обратной последовательности.

Уставка РТОП АС по аварийной составляющей обратной последовательности mod(I_2ав) должна быть отстроена от небалансов, вызываемых погрешностью измерительных цепей фаз в неполнофазном режиме, и рассчитывается по выражению: mod(I_2ав)≥I_{2ав уст}=k_отс/k_в*I_нб,

где: k_отс=2,5 - коэффициент отстройки; k_в=0.95 - коэффициент возврата;

I_2нб=(0.02÷0.05)*I_{фаз неполн реж} - первичный ток небаланса, вызываемый погрешностью

измерительного тракта измерительного токового органа. Для случая максимальной

погрешности измерительного трансформатора тока величина уставки по аварийной составляющей будет равна:

Таким образом, уставки реле КРТ ОП: РТОП и РТОП АС зависят только от величины текущего максимального фазного тока и равны соответственно:

I_{2 уст}≈0.42*I_{фаз неполн реж}., I_{2ав уст}≈0.14*I_{фаз неполн реж}.

Источники информации

1. Правила устройства электроустановок, 7 изд., утв. Приказом Минэнерго России от 08.07.2002 №204.

2. Атабеков Г. И. Теоретические основы релейной защиты высоковольтных сетей. М. Госэнергоиздат, 1957.

3. Шкаф дифференциально-фазной защиты линии с комплектом ступенчатых защит и устройства однофазного автоматического повторного включения ТИПА ШЭ2710 582 Руководство по эксплуатации ЭКРА.656453.039-21 РЭ.

4. Патент 2035815 Российская Федерация, МКИ Н02Н 3/38. Способ выделения аварийной слагаемой тока короткого замыкания / Ю.Я. Лямец, В.А. Ефремов, В.А. Ильин. Опубл. 20.05.1995

Использование: в области электроэнергетики в высокочастотных защитах линий электропередачи с пофазным управлением выключателями. Технический результат - обеспечение быстродействия отключения линии электропередачи при неуспешном однофазном автоматическом повторном включении (ОАПВ). Для защиты линии применено комбинированное реле тока обратной последовательности и его аварийной составляющей. Параметры срабатывания реле рассчитываются по сигналу однофазного автоматического повторного включения по токам предшествующего неполнофазного режима. Параметры адаптивно вводятся в реле тока в качестве уставок для защиты линии при неуспешном ОАПВ отключавшейся фазы. 1 ил.

Способ высокочастотной защиты линии электропередачи высокого напряжения с абсолютной селективностью с пофазным управлением выключателями, характеризующийся тем, что для защиты линии при неуспешном однофазном автоматическом повторном включении использовано кратковременно включаемое реле, отличающийся тем, что с целью повышения быстродействия защит в режиме неуспешного однофазного автоматического включения применено комбинированное реле тока обратной последовательности и его аварийной составляющей, параметры срабатывания которого рассчитываются по сигналу однофазного автоматического повторного включения по токам предшествующего неполнофазного режима и адаптивно вводятся в качестве уставок в реле тока для защиты линии при неуспешном однофазном автоматическом повторном включении отключавшейся фазы.