О повышении чувствительности максимальной токовой защиты с пуском по напряжению при помощи блока коррекции токовой уставки
О повышении чувствительности максимальной токовой защиты с пуском по напряжению при помощи блока коррекции токовой уставки
Аннотация
Проблемы, связанные с устройствами релейной защиты, являются одной из основных причин серьезных аварий, которые периодически происходят в энергосистемах по всему миру. По данным Североамериканского совета по надежности электроэнергетики, в 74% случаев причиной серьезных аварий энергосистемы является неправильное действие релейной защиты при развитии аварии. Поэтому надежность всей энергосистемы во многом зависит от релейной защиты. В качестве резервной защиты в электрических сетях применяется максимальная токовая защита (МТЗ), осуществляющая ближнее и дальнее резервирование. Недостатками МТЗ является низкий коэффициент чувствительности в слишком длинных и нагруженных сетях, т.к ток срабатывания максимальной токовой защиты числено примерно равен рабочему току линии и, следовательно, защита не может распознать повреждение для отключения участка сети. В данной работе рассмотрена задача повышения чувствительности токовой ступенчатой защиты за счет применения управляющей системы адаптивных уставок срабатывания. При контроле рабочего тока проходящего по линии в реальном режиме можно корректировать автоматически уставку срабатывания и тем самым сделать максимальную токовую защиту более гибкой и чувствительной. Ложное срабатывание МТЗ при перегрузках предлагается устранить при помощи установки дополнительной блокировки по напряжению.
1. Введение
Современная цифровая аппаратура релейной защиты и автоматики (РЗА) объединяет функции релейной защиты, автоматики, измерения, регулирования и управления в единый информационный комплекс. Такими устройствами в составе АСУ ТП энергетических установок являются терминальные устройства сбора информации.
Современные микропроцессорные терминалы помимо основного назначения еще обладают рядом функций, таких как, запись осциллограмм, поиск места повреждения, фиксация параметров сети при обнаружении повреждения и т.д. Скорость функционирование терминалов, наличие памяти для хранения данных и возможность удаленного управления терминалом, позволяет искать пути по усовершенствованию алгоритмов функционирования микропроцессорных устройств релейной защиты , , .
При проектировании и эксплуатации электроэнергетической системы необходимо учитывать вероятность возникновения ненормального режима работы либо повреждения. Самыми вероятными и опасными для электрооборудования видами повреждений являются короткие замыкания. Перегрузка оборудования относится к ненормальному режиму работы, при котором по нему протекают токи, превосходящие значение длительно допустимого тока, вызывающие повышение температуры токоведущих частей с последующей их деформацией и ускоренную деградацию изоляции.
Устройства релейной защиты и автоматики являются неотъемлемой частью электроэнергетических систем. Они выполняют роль раннего обнаружения и локализации неисправностей, таких как короткие замыкания, перегрузки или другие аварийные ситуации, и предпринимают соответствующие действия для предотвращения распространения этих событий с минимизацией их влияния.
Исходя из требований нормативной документации и Правил устройства электроустановок система релейной защиты должна выполнять функции ближнего и дальнего резервирования. В силу распределенности электроэнергетических объектов дальнее резервирование показывает лучшую надежность и эффективность в экстремальных условиях
. Проблема отстройки защит дальнего резервирования, напрямую связана с нахождением уставок согласно требованию селективности на всех ступенях резервных защит. При возникновении короткого замыкания в зоне защиты определенной ступени, если требование селективности соблюдается, РЗ производит отключение, при невыполнении этого условия повреждение перемещается в зону срабатывания следующей ступени релейной защиты. При такой отстройки невозможно организовать срабатывания защиты смежных элементов и как следствие дальнее резервирование. Математическое моделирование электроэнергетической сети, позволило провести анализ эффективности действия защит дальнего резервирования :- в 60% случаев дальнее резервирование не обеспечивается при междуфазных замыканиях в сетях 330-500 кВ при кз на воздушной линии электропередачи или за силовыми трансформаторами (автотрансформаторами);
- в 20% при тех же параметрах дальнее резервирование не эффективно при однофазных замыканиях на землю.
Традиционные методики отстройки и согласования уставок релейной защиты, использующие способ абсолютного согласования, обеспечивая селективность, чувствительность и максимальное быстродействие резервных защит в режимах нормального функционирования системы ближнего резервирования, часто не позволяет удовлетворить требования дальнего резервирования, необходимого в экстремальных условиях , .
Цель работы заключается в пересмотре методов выбора уставок срабатывания, принципов согласования и необходимости определения вторичных факторов, влияющих на уставку срабатывания для проектирования защит дальнего резервирования способных надежно и эффективно отрабатывать в экстремальных условиях
.
2. Основные результаты
Важно правильно выбрать основные параметры устройств релейной защиты и автоматики по срабатыванию, такие как уставки тока, напряжения, временные характеристики и другие, чтобы обеспечить надежное и корректное функционирование всей системы релейной защиты. Неправильно выбранные параметры могут привести к ложным срабатываниям или недостаточной защите, что может привести к простоям, повреждениям оборудования или другим серьезным последствиям.
Рисунок 1 - Алгоритм функционирования МТЗ с блокировкой по напряжению
Задачей работы является анализ возможности увеличения коэффициента чувствительности резервных защит путем введения дополнительного контролируемого параметра - рабочего тока линии и адаптации уставки срабатывания при изменении его.
ОАО «ФСК ЕЭС» разработало методические указания для выбора уставок трехступенчатой токовой защиты (токовая отсечка без выдержки времени) микропроцессорных терминалов применяемых на ВЛ и КЛ электропередачи с напряжением питания от 110 до 330 кВ . При расчете уставок токовых уставок срабатывания необходимо учитывать:
1. Уставка по току срабатывание первой ступени должна быть дольше максимального рабочего тока проходящего по линии электропередачи.
2. Необходимо производить отстройку уставки срабатывания не только от трехфазного тока короткого замыкания, но и от однофазного тока кз рассчитанного в конце защищаемой линии.
3. При наличии силовых трансформаторов, установленных на защищаемой линии либо на ее ответвлениях, следует отстраиваться от трехфазных токов КЗ и от токов замыкания на землю на низком и среднем напряжении трансформатора.
4. Ток уставки должен быть выше тока броска намагничивания, при подключении силового трансформатора к защищаемой линии электропередачи.
Согласно условиям отстройки устройств релейной защиты и автоматики, корректность срабатывания устройств релейной защиты напрямую зависит от тока проходящего по линии электропередачи. Его определяют на этапе проектирования сети и в дальнейшем никак не адаптируют уставку срабатывания микропроцессорного терминала под годовые и суточные колебания тока , , .
Произведем анализ рабочего тока, проходящего по линии электропередачи и тока срабатывания максимальной токовой защиты для воздушной линии электропередачи «Ильмень – Елань 1» Камышинских электрических сетей. На рисунке 2 представлено колебание значений рабочего тока в течение лета и зимы, измерение этого параметра проводилось ежечасно в режимные дни (без ремонтных работ и переключений). Изменение силы рабочего тока, протекающего в линиях, с учетом максимального и минимального значений, измеренных в течение суток изменялось 9 раз в летнее время и 22 раза в зимний период .
Рисунок 2 - График изменения величины рабочего тока
Примечание: а) в летний период; б) в зимний период
Для повышения чувствительности третьей ступени токовых защит предлагается интеллектуальная управляющая система адаптации уставки срабатывания в зависимости от реальной величины тока проходящего по воздушной линии электропередачи (рис. 3).
Рисунок 3 - Алгоритм адаптивной максимальной токовой защиты с пуском по напряжению
Применение неадаптивной уставки по току срабатывания повысит вероятность не корректной работы устройств релейной защиты и понизит надежность электроснабжения потребителей. Исходя из графиков нагрузки каждое промышленное предприятие имеет время минимальной потребляемой мощности и соответственно минимального рабочего тока проходящего по линии электропередачи, тогда этот ток окажется меньше расчетного тока срабатывания максимальной токовой защиты и как следствие устройство релейной защиты может отказать в действии.
Основным требованием, предъявляемым к устройствам релейной защиты, является селективность. В связи с этим все микропроцессорные реле отстраиваются по ступенчатому принципу срабатывания. Не верное функционирование одного участка может привести к снижению надежности и устойчивости всей энергосистемы. Поэтому для избежания не селективных отключений смежных участков из-за отказа основной защиты и не реагирования на пониженный рабочий ток резервной защиты необходимо использовать адаптивную уставку срабатывания, изменяющуюся при колебаниях потребляемой мощности на промышленных предприятиях.
3. Заключение
1. Рекомендуется использовать истинное значение тока, протекающего по линии электропередачи, полученное от датчика тока, при определении уставки резервной защиты. Это поможет точнее определить необходимую уставку фазной МТЗ.
2. Также необходимо устанавливать токовую защиту с блокировкой по напряжению. Это означает, что защитное устройство будет активироваться только в том случае, если обнаружено превышение допустимого тока и одновременно имеется напряжение на линии, указывающее на наличие фазного короткого замыкания. Такая комбинированная защита поможет исключить ложные срабатывания защиты в случаях, когда превышение тока вызвано другими факторами, такими как временные перегрузки или переходные процессы.
3. Отстройка уставки срабатывания защит с учетом реального рабочего тока линии, полученного от датчиков тока, позволит уменьшить количество ступеней защит ближнего резервирования и повысить эффективность срабатывания защит дальнего резервирования при междуфазных коротких замыканиях.
Таким образом, использование истинного значения тока и установка токовой защиты с блокировкой по напряжению позволят достичь более надежной и чувствительной защиты линии электропередачи.