СПОСОБ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ФАЗНОЙ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Российский патент 2021 года по МПК H02H3/28 H02H7/06 

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к релейной защите и автоматике (РЗА) линий электропередачи (ЛЭП) при переходе несимметричного повреждения в симметричное. Решает проблему неселективного отключения при переходе внешнего несимметричного повреждения в симметричное в этом же месте линии.

Согласно [1], на ЛЭП высокого и сверхвысокого напряжения с двухсторонним питанием необходима установка быстродействующих защит с абсолютной селективностью. Применение для этих целей высокочастотной дифференциально-фазной защиты (ДФЗ) может быть ограничено различиями протекания переходных процессов на полукомплектах защиты, установленных на разных концах одной и той же линии, и, как следствие, возможной неселективной работой при внешних повреждениях.

Один из вариантов решения проблемы был отражен в документе [2], где предлагается увеличить время срабатывания ДФЗ на суммарное время переходного режима и возврата отключающих измерительных органов (ИО) защиты. Использование такого решения более чем в два раза увеличивает время отключения повреждения дифференциально-фазной защитой.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ, описанный в [3], где для повышения надежности функционирования защиты в режимах перехода несимметричного повреждения в симметричное предлагается использовать специальный блок, который на заданное время в органе манипуляции (ОМ) продлевает действие тока обратной последовательности, используемого в качестве тока манипуляции. Этот способ выбран в качестве прототипа изобретения. Его недостаток заключается в том, что указанный модуль продлевает действие тока обратной последовательности в органе манипуляции независимо от его величины и не учитывает текущее состояние полукомплекта противоположного конца, тем самым не исключается неселективное срабатывание защиты, особенно при длительных переходных режимах, когда даже незначительные отличия в полукомплектах ДФЗ могут приводить к манипуляции в полукомплектах соответственно токами обратной и прямой последовательности. Кроме того, данный модуль не может быть применен в устройствах ДФЗ, выполненных на различной элементной базе или в ДФЗ разных производителей, установленных по концам одной и той же линии.

Цель изобретения - повышение селективности и быстродействия ДФЗ в режимах перехода несимметричных повреждений в симметричные. Поставленная цель достигается тем, что в полукомплект ДФЗ вводится дополнительный модуль выявления перехода несимметричного повреждения в симметричное, который при срабатывании блокирует все полукомплекты защиты линии на заданное время, определяемое переходными процессами в фильтрах ортогональных составляющих.

Работу способа иллюстрирует представленная на чертеже блок-схема модуля выявления перехода несимметричного повреждения в симметричное и логическая часть взаимодействия модуля с логикой функционирования полукомплекта защиты, установленного на одном из концов ЛЭП. Блок-схема (см. чертеж) содержит следующие модули, блоки и логические элементы: блок пусковых органов (ПО) ДФЗ (элемент 1), модуль ОМ (элемент 2), модуль выявления перехода короткого замыкания (КЗ) (МВП КЗ) из несимметричного вида повреждения в симметричное трехфазное повреждение (элемент 3), который соответственно включат в себя минимальное реле тока обратной последовательности (РТОПмин) (элемент 3.1), реле тока обратной последовательности аварийной составляющей (РТОП АС) (элемент 3.2), блок определения перехода в ОМ к манипуляции током прямой последовательности (элемент 3.3), логический элемент «И» (элемент 3.4), импульсный элемент времени (элемент 3.5) и логический элемент «ИЛИ» (элемент 4).

Способ осуществляется следующим образом.

При несимметричных видах повреждениях или при симметричном КЗ в зоне защиты происходит отключение линии со всех сторон без дополнительных задержек в соответствии с заложенными алгоритмами в ДФЗ [4]. Модуль МВП КЗ (элемент 3) при этом будет находиться в несработанном состоянии, т.к. при несимметричном КЗ всегда kI₂≥I₁, что является условием несрабатывания блока определения перехода в ОМ к манипуляции током прямой последовательности (БПТПП) (элемент 3.3), а при симметричном КЗ будет отсутствовать аварийная составляющая тока обратной последовательности, что приводит к несрабатыванию РТОП АС (элемент 3.2).

При внешних несимметричных (или симметричных) повреждениях, в соответствии с принципом действия ДФЗ, происходит блокирование отключения линии полукомплектами ДФЗ [4], установленными на всех концах линии. Модуль МВП КЗ (элемент 3) при этом также будет находиться в несработанном состоянии.

При внешних несимметричных КЗ, особенно на линиях без защит с абсолютной селективностью, может произойти отключение повреждения на линии 2-й (или 3-й) ступенью защиты. За время действия данных защит иногда наблюдается переход одного вида повреждения в другой. При таком переходе на смежной линии в полукомплектах ДФЗ на соседних линиях вектор тока манипуляции может скачкообразно изменять свои амплитуду и фазу, переходя от увеличенного на коэффициент манипуляции тока обратной последовательности к току прямой последовательности, тем самым изменяя длительности пакетов высокочастотного (ВЧ) сигнала и пауз между ними. Такое развитие процесса даже при минимальной разновременности перехода в противоположных полукомплектах ДФЗ может послужить причиной неселективного срабатывания защиты. Например, при переходе несимметричного междуфазного КЗ в 3-фазное повреждение за счет различий параметров системы и параметров режима по концам линии, а также неоднородности выполнения входных цепей полукомплектов защиты переход тока манипуляции от обратной последовательности к прямой последовательности в ОМ разных полукомплектов защит происходит неодновременно, вызывая появление пауз в ВЧ сигнале.

В режиме внешнего несимметричного КЗ на смежной линии в ДФЗ на защищаемой линии во всех полукомплектах срабатывают ПО (элемент 1), которые дают разрешение на манипуляцию ВЧ передатчиками ОМ (элемент 2) по фазам токов, соответствующих токам обратной последовательности, а в линии, являющейся сумматором для ВЧ приемника, наблюдается сплошной ВЧ сигнал. Модуль МВП КЗ (элемент 3) находится в несработанном состоянии. При переходе КЗ в симметричное повреждение модуль величины тока обратной последовательности начинает уменьшаться, что приводит к срабатыванию РТОПмин (элемент 3.1), уставка которого по току обратной последовательности выбирается с учетом минимальной чувствительности ОМ (элемент 2) и адаптивного изменения его порога срабатывания. Одновременно может сработать РТОП АС (элемент 3.2), которое реагирует на скорость изменения тока обратной последовательности. Для аварийных токов РТОП АС (элемент 3.2) рекомендуется фильтр аварийных составляющих 1-го порядка [5]. Уставка РТОП АС (элемент 3.2) определяется скоростью изменения тока обратной последовательности (величина аварийной составляющей) за четверть периода промышленной частоты. При достижении равенства модулей тока прямой последовательности и увеличенного на коэффициент манипуляции тока обратной последовательности, т.е. при I₁>kI₂ срабатывает БПТПП (элемент 3.3), уставки токов и коэффициент к которого равны параметрам срабатывания токов и коэффициенту манипуляции ОМ.

При срабатывании ПО (элемент 1), РТОПмин (элемент 3.1), РТОП АС (элемент 3.2), и БПТПП (элемент 3.3) на выходе логического элемента «И» (элемент 3.4) появляется сигнал, который запускает импульсный элемент времени (элемент 3.5). Длительность импульса элемента времени (элемент 3.5) определяется временем обеспечения обязательного наличия на всех полукомплектах защиты манипулированного сигнала от тока прямой последовательности. Для микропроцессорных ДФЗ длительность импульса не превышает периода сигнала промышленной частоты. Выходной сигнал с импульсного элемента времени (элемент 3.5) через логический элемент «ИЛИ» (элемент 4) поступает непосредственно на ВЧ передатчик и сплошным ВЧ сигналом блокирует все полукомплекты защиты линии. Аналогично действуют на блокировку и остальные полукомплекты защиты и, таким образом, обеспечивается селективное несрабатывание ДФЗ даже в том случае, когда полукомплекты защиты могут иметь отличающиеся друг от друга параметры срабатывания и/или особенности аппаратного и программного исполнения.

Аналогичная ситуация возникает при подключении линии к мощной подстанции и отключении на ней внешнего несимметричного КЗ тремя фазами. В этом случае могут появиться паузы в ВЧ сигнале, и из-за затянутого возврата отключающих пусковых органов полукомплектов ДФЗ, например минимального реле сопротивления, появляются условия для неселективного отключения. Однако модуль МВП КЗ (элемент 3) заблокирует неселективное действие защиты аналогично ситуации перехода несимметричного КЗ в симметричное.

Таким образом, по принципу своего действия предложенный способ позволяет обеспечить несрабатывание дифференциально-фазной защиты при переходе внешнего несимметричного КЗ в симметричное повреждение или при его отключении тремя фазами.

Источники информации

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

2. Циркуляр №Ц-04-94(Э) «О предотвращении излишних действий защит ДФЗ линий 110-500 кВ при внешних КЗ». РАО «ЕЭС России», Москва, 30 декабря 1994 г.

3. Приборный модуль релейной защиты и автоматики основная защита ВЛ 110-220 KB (ДФЗ ВЧ) L031 руководство по эксплуатации ААВГ.421453.005 - 109.05 РЭП

4. Терминал дифференциально-фазной защиты линии 110-220 кВ типа «ТОР 300 ДФЗ 51х». Руководство по эксплуатации. Описание функций защит.АИПБ.656122.011-013 РЭ2

5. 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. Технический результат - повышение надежности функционирования дифференциально-фазной защиты в режимах перехода внешних несимметричных повреждений в симметричные. Согласно изобретению в каждый полукомплект защиты введены модуль выявления перехода несимметричного повреждения в симметричное, а также импульсный элемент времени, который формирует на время переходного процесса в измерительных цепях полукомплектов защит блокирующий импульс на высокочастотный передатчик. Выход передатчика, действуя по схеме «ИЛИ» с сигналом от органа манипуляции посредством заполнения высокочастотного канала сплошным сигналом, воздействует на блокирование всех полукомплектов дифференциально-фазной защиты линии. 1 ил.

Способ дифференциально-фазной защиты линии электропередачи с абсолютной селективностью, включающей модули пусковых органов и органа манипуляции, характеризующийся тем, что в переходных режимах в полукомплектах защиты происходит продление манипуляции током обратной последовательности, отличающийся тем, что с целью повышения надежности и селективности действия дифференциально-фазной защиты в каждый полукомплект защиты введен модуль выявления перехода несимметричного повреждения в симметричное, в котором сигнал от модуля пусковых органов соединен по логической схеме «И» с выходными сигналами реле тока обратной последовательности с уставкой, отстроенной от небалансов в измерительных цепях, реле тока аварийной составляющей обратной последовательности, определяющей скорость изменения (уменьшения) тока обратной последовательности в момент перехода несимметричного повреждения в симметричное, блока выявления момента превышения током прямой последовательности, увеличенного на коэффициент манипуляции тока обратной последовательности, а выход логического элемента «И» поступает на вход импульсного элемента времени, который формирует на время переходного процесса в измерительных цепях полукомплектов защит блокирующий импульс на высокочастотный передатчик, выход которого, являясь выходом модуля выявления перехода несимметричного повреждения в симметричное и действуя по схеме «ИЛИ» с сигналом от органа манипуляции посредством заполнения высокочастотного канала сплошным сигналом, воздействует на блокирование всех полукомплектов дифференциально-фазной защиты линии.