Название: Быстродействующие защиты линий высокого и сверхвысокого напряжений (Л.В. Багинский )

Жанр: Информатика

Просмотров: 1550


2.3.4. особенности высокочастотной направленной защиты линий сверхвысокого напряжения

К защите линий сверхвысокого напряжения (СВН) предъявляются повышенные требования, так как надежная работа линий СВН имеет большое значение для обеспечения живучести ЭЭС. Поэтому защита таких линий должна наиболее полно учитывать свойства защищаемого объекта, надежно и быстро отключать поврежденную линию и не допускать излишних срабатываний.

Основными особенностями линий СВН как объектов защиты являются особая важность их для надежной работы ЭЭС при КЗ, значительная протяженность их (соизмеримая с 1000 км), как правило, питание от весьма мощных источников (хотя бы с одного из концов) и обязательное использование ОАПВ. Эти особенности диктуют ряд жестких требований к ВЧНЗ, поскольку она является основной защитой таких линий. Для обеспечения необходимого уровня динамической устойчивости защищаемой линии время срабатывания ее должно быть не более 20 мс. Из-за значительной длины линии переходный процесс при внезапном КЗ может сопровождаться свободной составляющей периодического характера, а при включении ее на холостой ход возникает очень большой зарядный ток. Кроме того, при таких длинах линии время передачи информации с противоположного ее конца соизмеримо с временем срабатывания быстродействующих органов защиты. Как показано в п. 2.3.2.1, при большой мощности источника питания в режиме КЗ на защищаемой линии напряжение UP может оказаться недостаточным для срабатывания ВЧНЗ, а из п. 2.3.2.5 следует, что ВЧНЗ не может применяться на линиях с ОАПВ.

Как и ВЧНЗ линий напряжением 110…330 кВ, рассматриваемая защита использует главным образом токи и напряжения обратной последовательности, так как по каналу связи между комплектами, установленными на концах защищаемой линии, можно передать только 1 бит информации.

Для обеспечения необходимого быстродействия ВЧНЗ и повышения надежности срабатывания ее структура построена по схеме «направленный пуск». Кроме того, в качестве ОНМ используются трехфазные реле, выполненные по специальной схеме. Фильтры тока и напряжения обратной последовательности имеют однофазный выход. Чтобы обеспечить питание трехфазного ОНМ, на выходах фильтров предусмотрены схемы расщепления, преобразующие выходные величины фильтров в симметричную трехфазную систему токов и напряжений. На каждую из фаз этих величин включается обычный однофазный ОНМ в качестве элементов трехфазного ОНМ. Как известно, ОНМ, выполненные на микроэлектронной или микропроцессорной базе, реагируют на время совпадения (или несовпадения) полуволн тока и напряжения, подведенных к измерительному органу. Если эти полуволны совпадают на протяжении всего полупериода, то реле работает в условиях максимальной чувствительности, а если на протяжении половины полупериода – находится в состоянии «на грани срабатывания». Поэтому время срабатывания такого однофазного ОНМ не может меньше 5 мс (даже если КЗ возникло как раз в такой момент, когда начинается совпадение сопоставляемых полуволн, чего, как правило, не бывает). Полуволны токов (и напряжений) на входах однофазных ОНМ в каждой из фаз трехфазного ОНМ смещены во времени на треть периода (на 6,67 мс). Следовательно, и времена совпадения полуволн тока и напряжения в однофазном ОНМ какой-либо из фаз могут существовать одновременно с аналогичным временем совпадения другой фазы не более чем треть времени совпадения однофазного ОНМ. Если ОНМ находится в состоянии «на грани срабатывания», одновременно в таком состоянии однофазные ОНМ двух фаз пребывают в течение 1/12 периода. Измерительным органом трехфазного ОНМ является логическая схема, которая срабатывает только в тех случаях, если одновременно сработали два однофазных элемента и такое совпадение длится не менее 1/12 периода промышленной частоты. Если проанализировать работу однофазных ОНМ и взаимодействие их в исполнительном органе в условиях разных моментов возникновения КЗ, можно показать, что в худшем случае теоретически возможное время срабатывания ОНМ составляет 3,33 мс, а в лучшем – 1,67 мс, т. е. втрое меньше, чем у однофазного.

Чтобы нейтрализовать влияние периодической свободной составляющей, на входах цепей напряжения и тока рассматриваемой защиты предусматривают фильтры низших частот (так как эта составляющая имеет частоту выше 50 Гц).

Для отстройки от ложного сигнала, обусловленного зарядным током линии, используется тормозной сигнал, полученный от упрощенной модели защищаемой линии. Эта модель адекватно отражает параметры защищаемой линии. На нее подается напряжение в момент подачи напряжения на защищаемую линию. Поэтому в ней возникает зарядный ток, отражающий в определенном масштабе зарядный ток защищаемой линии. Полученный таким образом зарядный ток модели используется в качестве тормозного для нейтрализации влияния реального зарядного тока защищаемой линии.

Запаздывание блокирующего сигнала от комплекта ВЧНЗ противоположного конца защищаемой линии может привести к тому что ОНМ, ориентированный от шин в линию, сработает раньше, чем в приемник данного комплекта поступит блокирующий сигнал, и ВЧНЗ сработает излишне. Для исключения возможности такого излишнего срабатывания в рассматриваемой защите предусмотрена задержка прохождения отключающего сигнала на 4 мс, что соответствует длине защищаемой линии 1200 км.

Как показано в п. 2.3, при несимметричном КЗ на защищаемой линии наличие мощного источника питания может обусловить незначительную величину UР, особенно при КЗ в конце защищаемой линии. Вследствие этого ОНМ, ориентированный от шин в линию, мог бы не сработать. Использование неселективной токовой отсечки обратной последовательности в данных условиях неэффективно, так как при КЗ в конце линии значительной протяженности ток обратной последовательности может быть достаточно малым. Поэтому в рассматриваемой защите используется другой прием, который получил название «смещение точки замера напряжения в защищаемую линию». Он заключается в том, что в канал замера напряжения обратной последовательности включается сопротивление Xдоб, по которому пропускается ток обратной последовательности I2Л, протекающий по линии. В результате напряжение, подведенное к ОНМ, возрастает на величину ХдобI2Л и становится достаточным для срабатывания ОНМ. Сопротивление Xдоб можно рассматривать как эквивалент сопротивления части защищаемой линии. Тогда напряжение, измеряемое ОНМ, приблизительно равно напряжению в точке линии, удаленной на расстояние, эквивалентное Xдоб, от начала защищаемой линии.

Для сохранения защитоспособности и исключения излишних срабатываний во время цикла ОАПВ по факту срабатывания ВЧНЗ она переводится в режим ДФЗ. При этом проблема одностороннего запуска не возникает, так как, во-первых, на внутреннее КЗ реагируют комплекты ВЧНЗ на обоих концах линии, а во-вторых, возможная величина разновременности их срабатывания много меньше бестоковой паузы ОАПВ.

Таким образом, структура построения ВЧНЗ линий СВН существенно отличается от рассмотренной в п. 2.3. Хотя рассматриваемая ВЧНЗ так же в основном реагирует на токи и напряжения обратной последовательности, она реализует схему «направленный пуск».

Более чувствительный трехфазный ОНМ ориентирован из линии в шины и предназначен для запуска высокочастотного передатчика, а менее чувствительный – из шин в линию и выполняет две функции: останавливает передатчик и подготавливает цепь на отключение выключателя. Кроме того, в ней отсутствует отдельный канал, предназначенный для работы в режиме симметричных КЗ. Но для обеспечения уверенного срабатывания при трехфазных КЗ фильтры обратной последовательности выполняют с незначительной добавкой составляющих прямой последовательности. Кроме того, быстродействие ОНМ настолько велико, что он уверенно реагирует даже на выходной сигнал, обусловленный переходным процессом в цепях фильтра в режиме симметричного КЗ. Однако в этом режиме ОНМ срабатывает кратковременно. Поэтому для уверенного срабатывания при симметричном КЗ на линии предусмотрена необходимость подтверждения существования такого повреждения линии от быстродействующего реле сопротивления (с шестиугольной характеристикой срабатывания). Итак, для защиты от всех видов КЗ в полнофазном режиме работы линии рассматриваемая ВЧНЗ использует три пороговых органа (реле). Однако для защиты в режиме ОАПВ необходим дополнительный канал – ДФЗ, который выполняется без пусковых органов. Этот канал использует уже имеющийся в структуре защиты фильтр токов обратной последовательности и содержит манипулятор для формирования сигнала в канале связи, несущего информацию о фазе тока (см. п. 2.2). И, наконец, еще одно существенное структурное отличие – это необходимость использования модели защищаемой линии для отстройки от токов включения ее на холостой ход.

Описанная в этом разделе ВЧНЗ, выполненная на микроэлектронной базе, в настоящее время установлена и находится в эксплуатации почти на всех линиях напряжением 500 и 750 кВ России и стран СНГ (панель ПДЭ 2003) [6]. Есть информация о возобновлении ее выпуска на микропроцессорной базе при практически неизменной структуре построения.