CC BY
26
УДК 621.316.9 м. Я. КЛЕЦЕЛЬ
К. И. НИКИТИН К. С. ТАРОНОВ
Павлодарский государственный университет им. С.Торайгырова
АЛГОРИТМ
ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ РЕЗЕРВНЫХ ЗАЩИТ ЛИНИЙ_
Предложено повышать чувствительность защит линий с номинальным током 1НЛ путем вычитания результатов вычитаний векторов токов фаз друг из друга в данный и предыдущий моменты времени. Показано, что это позволяет выявлять ток двухфазного КЗ за трансформаторами ответвлений 1КШН = (0,1+0,2) 1ил. Дана схема устройства, реализующая алгоритм. _.. .
В настоящее время резервные защиты линий значительной длины с трансформаторами на ответвлениях иногда не обладают достаточной чувствительностью к двухфазным коротким замыканиям (КЗ) на стороне низшего напряжения трансформаторов, так как ток 1-гт, протекающий при этом через трансформаторы тока (ТТ) линии, может составлять (0,1 -4- 0,2)1 ил , где 1НЛ - ее номинальный ток. Даже самые чувствительные защиты [ 1,2] не способны выявлятьтакиетоки при ¿з < £с, где ¿д и £с - время работы защиты и время самозапуска электродвигателей. Это становится возможным, если строить защиту по следующему алгоритму.
Определяется разность векторов токов фаз А и В, В и С, С и А, затем из этих разностей вычитаются разности векторов токов фаз предыдущего режима (за время (.ПР до момента_измерения, 1:п|, = 0,1 с). Полученные в итоге токи 1аи,1пс,1са также вычитаются друг из друга. В результате имеем:
/ р,= / ВС - 1аз\ I р2= IcA - /ее ' 1р1=1лв—1сл г (1)
гле 7 -7 -7"" 7 =7 -7"" 7 -7 7■
> АВ~1 HAB 1 ПАП• 1 ПС 1 нас ' ННС I ел исл~' пел'
а 1нлв,1н»с,1нсл и ¡нлв^'шС 'на -разности векторов токов фаз в данный и предыдущий моменты времени, причем:
I нав~ I нл~ I нв' I нт:= I пв~ ^ не >'
I ПСА= I 11С~ I IIA ' (2)
J up np _~T np . J rip _ J np _ ~J np . 1 HAB~ 1 HA 1 HB' 1 ИНС~ 'HU 1 HC '
где I нА, I нВ, I '/i"c - вектора токов фаз А, В, С предыдущего режима.
146
Рис. 1. Векторная диаграмма токов 1р при двухфазном КЗ за трансформатором с соединением обмоток У/Д.
Вычитание из разностей, полученных в момент измерения, таких же разностей предыдущего режима дает:
7 = 7 -7"" -7 -7 -(1 "р-1 "р)-1
1 ЛЯ ' ПАВ 1 ПАВ НА 1 НВ V НЛ i НВ)~ 1 нб! '
7 =7 -1"" =1 -7 -(1 пр~1П1')-1 ■
1 ВС ' нвс ' нес 1 НВ 1 НС V НВ 1 НС1 иГ>2<
7 =7 -7пр =7 -7 -(?""-7пр )-1
1 СА 1 НСА 1 НСЛ 1 НС 1 НА У НС 1 НА) пйЭ "
где 7„<л,7„«,7нлз - токи небаланса при самозапуске нагрузки линии, обусловленные несимметрией сети. Тогда:
^ />1— I НС ^ ЛП~ I н02 I нб1 ■
/ ,>2— I CA I ВС~ I нбЗ I Н02 '
I Р3~ I AB I CA ^ iiöl I ийЗ '
(5)
2. I I>2~ I CA I к 3 -I 'hcrr ''
з 7А =7 _7 =ч.7 -1 • 79
J СЗ AB * СИ 1 К ° 1 НАТР ■
(10)
Векторная диаграмма, иллюстрирующая как получаются разности 8, 9, 10, приведена на рис. 1.
Аналогично определим 7 р при КЗ ВС для трансформатора с соединением У / У :
1 IY = 1 -I - Я • 7 9
J PI J ЯС 1 АН К J J НОГЯ '
2 1=1 -1 = - Ч • / 9
■ 1 Р2 С.А 1 ВС К ° 1 HC TP '
2 1=1 -I =-1-1"
J- ' i'3 ' AB ' CA ° 1 НАТР ■
(11)
Коэффициент Кч чувствительности (для резервных защит Кч= 1,2), которым характеризуется чувствительность защит, и ток срабатывания реагирующего органа определяются по известным формулам [3]:
Очевидно, что ток I сз срабатывания защиты должен быть больше максимальной из полученных разностей токов I мвы небаланса:
(6)
где Котс - коэффициент отстройки, учитывает погрешность расчетов, TT и реализующего устройства, принимаем Котс = 1,2.
Оценим, какова будет чувствительность защиты, построенной по предложенному алгоритму.
При двухфазном КЗ, например между фазами В и С, за трансформатором ответвления с соединением обмоток У/Д линия продолжает нести нагрузку, так как ток КЗ 1К, со стороны высшего напряжения трансформатора, значительно меньше 1НЛ. Поэтому через TT фаз А,В,С линии протекают следующие токи:
7 к-7 _7 • 7к-7 -7 ■ 7 К=1 +2-7 (7)
1 А~ 1 НЛ 1 К ' 1 В~ 1 HB 'к1 С НС 'к-
Разности между токами фаз в момент КЗ равны:
HAB- (/ НЛ~~1 к)~ (f к)=^ ПА нн~
~ (/ ПА~ f НЛ TP НВ~ ^ НИ TP )'
^ НВС~ {f HB~ кtj нс+ 2' ^ К )= ^ НИ~ 1 ПС~ 3 ■ 7 к~
- if >нГ 7 HBTP НС~ ^ НСТР3 • 7 к , ' нсл= пс+ 2 • / к)- (77 к )= 7 нс-7 ш+ з ■ 7 к
= (lHC-HlCTp)-(jHA-niATp)+3-h, (8)
где 7 ЙНАТР,111ПТ,„1 УНСТР - вектора токов нагрузки в фазах А,В, С трансформатора ответвления до КЗ на нем.
Разности между токами в момент КЗ и предыдущий момент равны:
7 -7 к -1 "р -7 я _7 д
1 ЛВ~ 1 HAB 1 HAB" 1 HBTP 1 НАТР '
1 -7к -1 "р -_т.7 4-79 -7я IQ)
1 вс-1 нас 1 нис~ ° 1 ' нет г 1 нвтр*
7 - 7 к -1 "р -4.7 + 79 - 79
' ГД~ 1 НСЛ 1 НСЛ_ ° ' К J /МП' J НС.ТУ ■
Токи , полученные в результате всех операций, равны:
1 7л-7 -1 -7К -7',,,; =7-7-"
Р\— ВС 1 ЛП НЛ» J HAB 1 HBTP 1 НАТР '
(12)
где I,, - ток в реагирующем органе при КЗ; 1С1> -ток его срабатывания; п,.г - коэффициент трансформации ТТ.
Наибольший ток 1Р при КЗ за трансформатором с соединением обмоток У/Д определяется по выражению 2 из (10), а при КЗ за трансформатором с соединением обмоток У/У по выражению 2 из (11). Ток I р2 показан на рис.1. Для оценки чувствительности примем, что вектора 1кз и ]ИТ1, находятся в фазе (так как тогда величина 1Р по 2 из (10) и (11) минимальна). Таким образом:
,л _ 6■ /к 3-/);п. . гу _ 3- 1К -3-/
1 ,, — * 1 м —
нтр
(13)
где и /J - токи в реагирующем органе при КЗ за трансформатором с соединением обмоток У/Д и У/У , соответственно; //т)-ток нагрузки трансформатора, на котором произошло КЗ.
Из (12) и (13), после преобразований, получим минимальные токи КЗ за трансформаторами с соединением обмоток У/Д и У/У, на которые реагирует защита:
IКМИП — с ' К(ЭТС ' КЧ ' ^нбп + • 1НТР ;
IКМИН — 2 ' ^отс ' К-Ч ' и + IНТР .
При изменении 1НТГ в пределах (ОД -5- 0,4)- 1ИЛ и '«в« =°'21пл имеем:
Пмин = (ОД *0,2)- /„,; ¡1МИП = (0,2 + 0,5)- 1ИЛ .
Следовательно, защита, выполненная по предложенному алгоритму, обладает более высокой чувствительностью, чем известные.
На рис.2 представлена структурная схема устройства, реализующего этот алгоритм. При трехфазном КЗ она работает на принципе фиксации приращения тока, как в [2].
Устройство содержит преобразователи 1,2,3 тока, подключенные соответственно к фазам А, В, С линии, коммутатор 4 аналоговых сигналов, вычита-тели 5, 6, 7, 8, 9, 10 векторов токов фаз, линии 11,12, 13 задержки, схему 14 сравнения трех электрических величин, состоящую из вычитателей 15, 16, 17,
Рис.2. Структурная схема устройства.
блока 18 сравнения, элемента 19 ПАМЯТЬ, блок 20 работы при трехфазных КЗ, состоящий из линий 21 и 22 задержек, схем 23 и 24 сравнения двух электрических величин, элементов 25, 26 и 27 ВРЕМЯ, 28 ПАМЯТЬ, 29 И, элементы 30 ИЛИ, 31 ВРЕМЯ, блок 32 блокировки при ОАПВ, состоящий из элементов 33 и 34 ВРЕМЯ, 35, 36, 37 и 38 И, 39 НЕ, реле 40, 41, 42 положения "включено", исполнительный орган 43, выключатели 44, 45, 46.
Устройство работает следующим образом.
В режиме симметричной нагрузки при первом вычитании векторов токов фаз А, В, С в элементах 5,6 и 7 получаются разности (2). Далее из текущей разности (2) в элементах 8, 9 и 10 вычитаются разности (3) векторов токов, которые были в предыдущем режиме (режиме без двухфазного КЗ). Результатом этих вычитаний являются разности (4). Затем векторное вычитание полученных разностей в вычитателях 15,16 и 17 дает разности (5), наибольшая их которых сравнивается с эталонной величиной (/„) в блоке 18 сравнения. Так как /„ выбран из условия (6), защита не срабатывает.
В режиме двухфазного КЗ в вычитателях проводятся аналогичные операции, но через ТТ при этом протекают токи КЗ, указанные в (7), на выходах вычи-тателей 5,6,7 появляются разности (8), на выходах вы-читателей 8, 9 и 10 - разности (9) и на выходах вычи-тателей 15,16 и 17 - разности (10), Блок 18 выбирает
наибольшую из них и сравнивает с током /1Г Если она больше 1СЗ, то на выходе блока 14 появляется сигнал. Начинает работать элемент 31 ВРЕМЯ и через выдержку времени i, подает сигнал на элемент 37 И (на другом входе сигнал уже присутствует). Исполнительный орган 43 отключает выключатели 44,45 и 46.
Библиографический список
1. Богдан A.B., Клецель М.Я., Никитин К.И. Адаптивная резервная токовая защита тупиковых линий с ответвлениями. - Электричество, 1991, 2.
2. Клецель М.Я., Никитин К.И. Резервная защита линий, реагирующая на разность модулей токов фаз и их приращения. - Электричество, 1993, 10.
3. Федосеев А.М. Релейная защита электрических систем. -М.: Энергия, 1976.
КЛЕЦЕЛЬ Марк Яковлевич, доктор технических наук, профессор кафедры «Электрические станции и автоматизация энергосистем». НИКИТИН Константин Иванович, кандидат технических наук, доцент.
ТАРОНОВ Константин Сергеевич, аспирант, инженер.
Книжная полка
А. Новгородцев. Расчет электрических цепей в MATLAB: Учебный курс. СПб.: Питер, 2004. - 250 с. ISBN 5-94723-699-0.
Автор - профессор, опытный преподаватель, использующий MATLAB при обучении студентов теоретическим основам электротехники. В первой части книги рассмотрены элементы системы MATLAB, знакомство с которыми необходимо при ее использовании для расчетов электрических цепей.
Вторая часть иллюстрирует применение системы MATLAB к решению задач расчета электрических цепей.
