Обеспечение надежности централизованной направленной защиты присоединений полуторной схемы Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

удк621.316 9 В. Н. ГОРЮНОВ

М. Я. КЛЕЦЕЛЬ А. С. СТИНСКИЙ К. Т. ШАХАЕВ

Омский государственный технический университет

Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова

ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОЙ НАПРАВЛЕННОЙ ЗАЩИТЫ ПРИСОЕДИНЕНИЙ ПОЛУТОРНОЙ СХЕМЫ

Предложено выявлять КЗ на шинах полуторной схемы и предотвращать излишние срабатывания защиты при КЗ на землю путём сопоставления с помощью алгебры логики информации о токах и направлениях мощности в фазах всех присоединений. Показано, как контролировать исправность реле защиты и соединительных проводов.

Ключевые слова: алгоритм функционирования централизованной защиты.

Актуальность проблемы. В релейной защите объектов электроэнергетики для увеличении надежности срабатывания широко применяют резервные защиты. Отказ резервных защит присоединений главных схем на электрических станциях чреват огромными убытками в связи с возможным прекращением их работы. Наиболее эффективным способом повышения надёжности считается использование мажорирования при разных принципах действия защит (сигнал на отключение подаётся, если есть сигналы о срабатывании хотя бы двух из дублирующих друг друга трёх защит). Поскольку в сетях 330 - 750 кВ в качестве резервной защиты от междуфазных коротких замыканий (КЗ) применяются только дистанционные, для использования мажорирования необходима разработка защит на иных принципах. Одним из них может быть контроль направлений мощности на каждом присоединении, на основе которого ещё с 30-х годов прошлого столетия строят централизованные защиты, например, защиту шин (1). Алгоритм основной централизованной направленной защиты (ЦЗ) присоединений одной из схем открытого распределительного усгройства (ОРУ) электрической станции, насколько нам известно, впервые был дан в (2). В [3] была сделана попытка построения резервной ЦЗ для схем четырёх- и шестиугольника, а в |4) для полуторной схемы. Однако в этих ЦЗ не решён ряд вопросов, связанных с надёжностью, причём большинство из них остаётся и при программной реализации. Так. они не выявляют короткие замыкания на шинах, могут излишне срабатывать при однофазных КЗ и отказывать при повреждении реле и соединительных проводов, что вполне вероятно из-за большого их количества.

В данной работе сделана попытка устранить вышеуказанные недостатки, используя алгебру логики и теорию релейных устройств |5) при построении алгоритма функционирования ЦЗ присоединений полуторной схемы.

Подключение измерительных органов. Для получения информации используются трансформато-

ры тока, установленные в ветвях ОРУ. К ним подключены реле направления мощности (РМ) и через трансреакторы - реле напряжения (PH). На рис. 1 показано подключение измерительных органов для одной фазы линии \ЛЧ (РМ — К\*\М и К\Л^2, PH — КУ1, КУ2, КУЗ) и блока генератор С1 - трансформатор Т! (РМ - К\/У2, К\УЗ, PH - К\М, КУ5, КУ6).

Принцип действия ЦЗ. Защита локализует КЗ в присоединении при достижении тока в одной из его фаз уставки срабатывания и определённом направлении активной мощности (НАМ) в фазах других присоединений. Информация о НАМ. например, в линии >Л/1 фиксируется с помощью реле К \ЛИ, К\У2. При КЗ в точке К1 мощность (на рис. 1 показана сплошными стрелками) на участке от Ш1 до точки 1 и в промежутке 1 -2 направлена в линию. Обозначим

символами М| (М?), М'2 (М]).... (М,() сигналы

от реле К\ЛЧ, К\У2 КУУЭ, которые принимают значение логической «1» при направлении активной мощности от линии к блоку генератор-трансформатор (от блока генератор - трансформатор к линии) и значение логического «0» при обратном направлении. Сигналы, характеризующие поведение РМ при КЗ на присоединениях 1,2,.... б, принимающие значение «1» («0») при появлении (отсутствии) КЗ, обозначим как М>У|, МТ| МТ1, а сигналы от реле фиксации положения отключено (РПО), принимающие значение «1»(««0») при отключении (включении) выключателей 01,02.....09, как а,'. а/ а,'. В случа-

ях, когда один из выключателей отключён и присоединение пигается только по одной ветви, сигнал о НАМ в «разорванной» ветви заменяется сигналом от РПО соответствующего выключателя. Тогда при КЗ на УУ1 сигнал М№| описывается следующим логическим выражением:

Мт = м1 ■ М] + М; ■а'!+м;а\. II)

Предлагаемая ЦЗ имеет по два пусковых органа для каждого присоединения. Первый срабатывает

притоке ІСЗІ^( 1,3+1.5)-1м, второй - при 1( ,^21м, где 1М — максимальный ток нагрузки.

При отключении одной из фаз линии (когда допускается неполнофазный режим работы) токи и других её фазах нозрастают и могут превысить 1(., Исключение ложного срабатывания защиты достигается переключением уставки срабатывания с 1г;п на 1са, по факту отсутствия тока 1ф в любой <|>азе. Он выбирается из условия 1ф£ 1,3-1ХХ, где 1ЧХ - ток холостого хода. Реле КУ1, КУ2, КУЗ (КУ4, КУ5, КУ6) имеют напряжения срабатывания, пропорциональные, соответственно, 1(;1Г 1фдля линии Ш1 (блока СІ-

ТІ). Такие же реле установлены в других фазах присоединений 3-6.

Сигнал хуг на изменение величины тока срабатывания защиты с 1С,, на 1сза принимает значение «1», если отсутствует сигнал от одного из трёх реле, контролирующих ток в каждой фазе присоединений:

*у,=7?-7’,*-7^+7?-7?-7?' +

+7? Т’ Т? + 7? Т? X +

<-Т?-# +ЪАТ6"Т?+..лТ,1Т,1Т<,,

где Т*, Т", Т[ и Тьл..7^ - сигналы, соответствен-

но, от реле КУЗ в фазах А, В, С линии \У1 и от реле КУ6 в фазах А, В, С блока С1-Т1 и т. д

Обозначим сигнал от измерительной части защиты о выполнении условий срабатывания для линии \У1 при возникновении на ней КЗ в фазе А как у*,. Сформулировав условии срабатывании, запишем их аналитически:

Ущг\ = • (дГу2 • Тх + хУ2 • Т2 ),

где /Ч£, - сигнал, принимающий значение «I» при выполнении условий (1) для фазы А; Т* (Г/) - сигналы от КУ1 (КУ2) о том, что ток в фазе Алинин \У1 превышает величину 1(1,(!,-;,2)- Аналогичным образом записы-ваютси условия отключения других выключателей.

Рассмотрим поведение защиты при однофазных КЗ. например, когда линии \ЛЧ, \УЗ связаны с системами, а \У2 - с нагрузкой. При однофазном КЗ па линии \Л/1 активная мощность в поврежденной (|>азе, например А, направлена от энергоблоков С1 -ТІ, СЇ2-Т2. вЗ-ТЗ к точке К1. а величина тока в ней превышает 1М. В неповрежденных фазах (В, С) линии \У1 мощность направлена к ОРУ независимо от количества заземлённых нейтралей трансформаторов. В фазах В и С линии \У2 при этом КЗ мощность может быть направлена к нагрузке, а ток - превышать 1м (когда нейтраль трансформатора изолирована). Это грозит излишним отключением линии \У2 и должно быгь запрещено соответствующим построением алгоритма действия защиты. Чтобы защита излишне не срабатывала в подобных режимах, будем запрещать её действие (блокировано при возникновении однофазного КЗ на любом присоединении, кроме своего. Анализ показал, что для линии \У 1 условия блокировки можно записать в виде следующего ло-гического выражения:

в„, = УІі ■ УІг ■ + УЇг ■ У» і ■ Уші +

+У»і-УЛ*ґ Уш , +••• + Уп' Уп' Уп +

+Уп * Уп' Уп + Уп ‘ Уп' Уп’

где Вчу| - сигнал, блокирующий действия защиты на

отключение линии \У1, у£2(у!г2'У(1г г) и Уп(Уп'Уп)‘ сигналы от измерительной части защиты о выполнении условий срабатывания для фазы А (В. С) линии \Л^2 и трансформатора ТЗ (в формуле также используются соответствующие сигналы для фаз А. В, С линии \УЗ, трансформаторов Т1 и Т2).

Для обеспечения селективности в условия отключения выключателей необходимо ввести операторы задержки появления сигнала й], £>] на время 1|И = I, + Д1 и 11П = 1. + Д1, где I, и 1.; - время срабатывания резервной защиты блока и линии, соответственно, Д1 - ступень селективности (при использовании мажорирования Д1 = 0).

Пуск защиты осуществляется при возникновении любого из сигналов Ь,, Ьа, Ь.( от пусковых органов обратной последовательности, аналогичных используемым в устройствах блокировки при качаниях дистанционных защит линий \ЛП, \У2, \УЗ. Дли краткости обозначим Ь, + Ь2 + Ьл = Ь.

С учётом сказанного, условия отключения линии \У1 при возникновении на ней КЗ, если повреждена, например фаза А, запишем в виде:

<2>

Аналогично записываютси условии отключении остальных присоединений дли каждой фазы.

Защита шин. ЦЗ полуторной схемы ОРУ должна резервировать защиту сборных шин Ш1, Ш2 (рис. I). Для этого в алгоритм функционирования ЦЗдля каждой из фаз вводятся дополнительные логические переменные МШ|, Мш, которые принимают значение логической «1», когда активная мощность направлена к шинам Ш1, Ш2:

мШ|=м;.м;.м;+о’.м?м;+ (з)

+М|,-а'4-М;+Д11'-.М,,-а,7.

Выдержка времени на отключение шин обеспечивается оператором задержки появления ст-нала о].

Условие (3) может привести к излишним срабатываниям, если не ввести в алгоритм функционирования защиты разрешающего сигнала В (по аналогии с 11 ]), принимающего значение «1» при отсутствии внешних КЗ на присоединениях:

д=к;,+к;1+г;;+...+кг';+}'-+кг<;.

Тогда условия отключения выключателя 01 фазы А при КЗ на линии \У 1 или на шине Ш1 описываются следующей формулой:

где = Млшх В-Ь Ь\ - условие отключения выключателя О! фазы А при КЗ на шинах Ш1, —

сигнал (3) для фазы А, а* — сигнал от реле фиксации положения включено (РПВ) выключателя 01 фазы А, исключающий подачу сигнала О*, если данный выключатель отключён. Условия отключения других выключателей записываются аналогично.

Сшцализйцшшжцсцрйшюст цштдаш.релс и

обрывах соединительных прополов. Отсутствие из-за обрывов проводов сигналов от РПВ, РПО выключателей может вызвать отказы защиты. Наличие (отсутствие) сигнала от РПВ и отсутствие (наличие) сигнала от РПО информирует об исправности цепей их питания. При обрывах соединительных проводов

Рис. I. Подключение измерительных органон ЦЗ присоединении полуторной схемы

или неисправности РПВ и РПО это состояние нарушается. Условия сигнализации о перечисленных неисправностях записываются так:

СдХ = ах • а\ + я, • а\, С02 = а2 • а'2 + а2 • а\.

^ * а ф >

где С01, С(Л.С(„ — сигналы, принимающие значе-

ние логической «1» при неисправностях в цепях РПВ и РПО выключателей 01. 02....09; а,, аг.а., - сигналы от РПВ 01, 02......................09, соответственно.

Сформулируем условия срабатывания сигнализации о неисправности реле напряжения, контролирующих наличие тока в каждой фазе, например для КУЗ. Сигнализация срабатывает, если есть сигнал Т* от КУЗ, когда линия \У1 отключена выключателями ОРУ. или нет этого сигнала, когда она включена. Аналитически условия записываются в виде следующего выражения:

= •а*2*(а\+а,4'0%7) +

+Т* • (а2 + ах • а4 + о\-а\ ах • а, • а9)

где СКУЗ - сигнал, принимающий значение «1» при выявлении неисправностей, связанных с реле напряжения КУЗ.

Отметим, что сигнал СКУЗ появляется и при отключении линии \У1 с противоположной стороны, что может быть использовано, например, для кот-роля отсутствия напряжения на линии.

Аналогично сформулируем условия срабатывания

сигнализации о неисправности реле К\У1 — если есть сигналы М\ или Л/,3 от К\У1, когда линия отключена, или нет обоих сигналов Л/,1, Л/,3. когда линия включена. Запишем эти условия аналитически:

Скт «{М\ + М?На\+а\’а\)+

+Л11 • М,2 • (о, -а4 + а,- а, • а„)

где Скж, • сигнал о неисправности К\У 1. Первое слагаемое определяет неисправность реле, второе - неисправность реле или обрыв проводов. Аналогично могут быть получены сигналы о неисправности других РМ.

Выводы

1. Разработанный алгоритм централизованной защиты по принципу построения обеспечивает её правильную работу при КЗ на шинах, КЗ на любом присоединении и в других режимах.

2. При выполнении измерительных органов рассмотренной защиты отдельными реле следует использовать предложенные способы контроля исправности, которые, в силу исключительной простоты, можно реализовывать и для традиционных защит.

Библиографический список

1. Федосеев А. М. Основы релейной защиты. - М.— Л : Госэнергоиздат. 1961. - 440 с.: на.

2. Поляков В.Е., Скутельников В.И. Комплексная структура быстродействующих защит главной схемы электростанций и подстанций от коротких замыканий //

Изв. Вузов СССР - Энергетика. - 1965. - 5. -

С.1-5.

3. Клецель М.Я.. Яковец С.А. Алгоритмы централи* зопанных защит ирисоелннений схем четырёх* и шестиугольника // Вестник Павлодарского государственного университета. — 2004, - N9 4. - С. 80-86.

4 Клецель М.Я., Шахаев К.Т.. Стннский А С. Построение централизованной резервной защиты присоединений схемы 3/2 // Вестник Павлодарского государственного университета. - 2008. - N9 1 - С. 117-124.

5. Поляков В.Е., Жуков С.Ф.. Проскурин Г.М. и др. / Под ред. Полякова В.Е. Теоретические основы построении логической части релейной защиты и автоматики энергосистем. — М. : Энергия. 1979 - 240 с.

института ОмГТУ, заведующий кафедрой «Электроснабжение промышленных предприятий». КЛЕЦЕЛЬ Марк Яковлевич, доктор технических наук, профессор кафедры «Автоматизация и управление» Павлодарского государственного университета им. С. Торайгырова.

СТИНСКИЙ Александр Сергеевич, аспирант кафедры «Автоматизация и управление» Павлодарского государственного университета им. С. Торайгырова.

ШАХАЕВ Куаныш Тулеугазыевич, аспирант кафедры «Автоматизация и управление» Павлодарского государственного университета им. С. Торайгырова.

ГОРЮНОВ Владимир Николаевич, доктор технических наук, профессор, директор энергетического

Дата поступлении статьи и редакцию: 06.03.2009 г. © Горюнов В.Н., Клецель М.Я., Стннский Л.С.. Шахаев К.Т.

У^621 3169 К. И. НИКИТИН

О. А. СИДОРОВ А. А. ВЫРВА М. М. САРЫЧЕВ

Омский государственный технический университет

ВОЗМОЖНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ

На основе анализа требований релейной защиты электроэнергетических систем предлагаются перспективные направления совершенствования её алгоритмов. Такое улучшение возможно с использованием современных микроконтроллеров и программируемых логических структур.

Ключевые слова: релейная защита, селективность, быстродействие, чувствительность, адаптивные алгоритмы.

В основу построения устройств релейной защиты (РЗ) заложены четыре основных требования: селективность. быстродействие, чувствительность и надежность 111.

Разрабатываемые устройства РЗ не должны нарушать эти требования. Современные технологии позволяют совершенствовать алгоритмы действия устройств с улучшением вышеуказанных требований.

Анализируя эти требования и развитие техники РЗ. можно наметить возможные направления ее совершенствования, для селективности:

- более точное моделирование защищаемой электроустановки;

- создание взаимных связей между устройствами РЗ;

- получение более полной информации о защищаемой электроустановке от дополнительных датчиков, втом числе неэлектрических (температуры, дав-

ления, светового излучения, и т.п.);

- увеличение количества датчиков вдоль всего объекта и передачи информации от каждого из них в устройство РЗ.

Для быстродействия:

- повышение точности отсчета временных параметров за счет использования электронных реле времени, в том числе и с синхронизацией от одного задающего тактового генератора;

- использование быстродействующих аппаратных устройств (микроконтроллеров, микропроцессоров);

- для резервных ступеней защит, реагирующих на перегрузки, — раснознование самозапуска и короткого замыкании на начальных стадиях;

- использование адаптивных алгоритмов по времени.

Для чувствительности: