УСТРОЙСТВО ВЫЯВЛЕНИЯ АСИНХРОННОГО РЕЖИМА

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использовано для противоаварийного управления энергосистемой при возникновении в ней асинхронного режима (АР).
Известны устройства автоматической ликвидации асинхронного режима (АЛАР), использующие для определения АР факт колебания режимных параметров на защищаемом участке [1]. К таким режимным параметрам относятся: ток, протекающий по защищаемому участку, напряжение в определенной точке защищаемого участка, сопротивление на зажимах реле сопротивления, активная и реактивная мощности, измеряемые устройством в месте установки, угол между напряжением и током, угол между напряжениями по концам защищаемого участка. В случае неоднократного достижения контролируемым параметром максимального и минимального уставочных значений, фиксируются циклы АР. Управляющие воздействия выдаются после отсчета заданного количества циклов АР.
Недостаток устройств [1] - сложность выбора параметров срабатывания, что связано с трудоемким анализом множества режимов работы энергосистем. В условиях современных многосвязных энергосистем эта задача является труднорешаемой в полном объеме. Все это обуславливает низкую селективность и высокую долю ложных срабатываний устройств [1].
Наиболее близко к заявляемой полезной модели по использованию, технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство прекращения асинхронного хода [2]. Оно и принято за прототип полезной модели. Прототип содержит блоки моделирования вектора напряжения удаленного конца линии или приемники сигналов телепередачи вектора напряжения, блок измерения разности фаз, блок логики с органами выдержки времени, контролирующими длительность цикла асинхронного хода, формирующий сигналы на ресинхронизацию тремя ступенями при положительном и отрицательном скольжении, блок блокировки при коротких замыканиях (КЗ) и неисправности цепей напряжения, блок задержки, дополнительные реагирующие органы с регулируемой уставкой срабатывания и разной полярностью срабатывания, логический элемент ИЛИ, счетчики асинхронных проворотов.
Недостатки устройства прекращения асинхронного хода [2] заключаются в следующем. На блок блокировки прототипа подается лишь трехфазное напряжение линии в месте установки устройства. При этом в блоке блокировки реализованы функции вывода из работы устройства при КЗ и неисправностях в цепях напряжения. Однако в энергосистемах существуют режимы, при которых блок блокировки прототипа срабатывает ложно, или не срабатывает, когда это необходимо, например:
- устройство не выводится из работы при несимметрии тока, а также при резком скачке тока прямой и обратной последовательности в режиме К3, так как блокировка работы прототипа в режиме КЗ осуществляется по факту увеличения уровня напряжения обратной последовательности до уровня уставки в месте установки устройства. Это связано с тем, что не всегда КЗ сопровождается достаточным для срабатывания уставки увеличением напряжения обратной последовательности;
- устройство выводится из работы в паузе однофазного автоматического повторного включения, так как в одной из фаз линии резко падает напряжение и блок блокировки прототипа воспринимает этот случай как КЗ или неисправность в цепях напряжения.
Все вышеперечисленные недостатки приводят к некорректной работе (ложным сигналам на выходе устройства), что может повлечь за собой тяжкие последствия для энергосистемы, например: недопустимое снижение напряжения, массовое отключение потребителей.
Полезная модель решает задачу повышения надежности определения АР.
Эта задача решена в предлагаемом устройстве выявления асинхронного режима (УВАР) следующим образом. В соответствии с прототипом настоящее устройство содержит блок блокировки, к которому дополнительно подсоединены шесть источников тока и в нем дополнительно реализованы функции выявления несимметрии тока, выявления резкого скачка тока прямой последовательности, выявления резкого скачка тока обратной последовательности, выявления неполного подключения токовых цепей, выявления паузы однофазного автоматического повторного включения.
Сущность полезной модели состоит в том, что при указанных выше отличиях возможно выявление асинхронного режима в условиях существенной несимметрии тока и напряжения благодаря модифицированному блоку блокировки.
Сущность полезной модели поясняется чертежами на фиг.1, на которой представлена структурная схема УВАР.
На фиг.1 обозначено: u1, i1 - входная трехфазная система напряжений и токов левого плеча линии электропередач; u2, i2 - входная трехфазная система напряжений и токов правого плеча линии электропередач; u - трехфазная система напряжений линии электропередач в точке установки устройства; блоки 1, 2 моделирования вектора напряжения удаленного конца линии и/или приемники сигналов телепередачи вектора напряжения, блок 3 измерения разности фаз, блок задержки 4, блоки 5 и 6 реагирующих органов с регулируемой уставкой срабатывания и разной полярностью срабатывания, блоки 7 и 8 счетчиков, блок 9 органа блокировки, блок 10 блока логики.
Z
Z
Z
На фиг.2 представлен пример установки УВАР на транзитную подстанцию, где: УВАР - устройство выявления асинхронного режима, В1 и В2 - выключатели, нг - электрическое сопротивление нагрузки, Плечо 1 - часть защищаемого УВАР участка, расположенная до транзитной подстанции, Плечо 2 - оставшаяся часть защищаемого УВАР участка, расположенная после транзитной подстанции, л1 - электрическое сопротивление плеча 1, л2 - электрическое сопротивление плеча 2.
Осуществление полезной модели сводится к следующему (см. фиг.1). Блоки 1, 2 - моделируют векторы напряжения удаленных концов линии по обоим сторонам от места установки устройства и/или принимают сигналы телепередачи векторов напряжения. Далее эти сигналы поступают на блок 3 который определяет разность фаз векторов напряжений удаленных концов линии. При положительном скольжении выходной сигнал блока 3 изменяется пропорционально разности фаз от -180° до 180°, при отрицательном - наоборот. Выходной сигнал блока задержки 4 при увеличении скольжения будет соответствовать исходному значению разности фаз. Блоки 5, 6 являются реагирующими органами, входы которых соединены с выходами блока задержки и блока измерения разности фаз. Блоки 5, 6 точно фиксируют момент наступления асинхронного режима по моменту прохождения моделируемого угла через значения +180° или -180° и передают эту информацию счетчикам 7 и 8. Блок 5 срабатывает при положительном скольжении, блок 6 - при отрицательном. Соответственно блок 7 считает провороты при положительном скольжении, а блок 8 считает провороты при отрицательном скольжении. Блок 10 периодически сбрасывает счетчики, а также имеет 6 дискретных выходов, сигнализирующих о результатах работы устройства. В случае возникновения АР с положительным скольжением счетчик 7 последовательно начинает считать количество проворотов. Как только будет достигнуто заданное число проворотов, блок логики выставит на выходе 1 ступени в группе «ускорение» сигнал логической единицы, сигнализируя вышестоящим устройствам о необходимости принятия мер для ресинхронизации. Если ресинхронизация не произошла, счетчик 7 продолжает считать провороты до определенного значения, определяемого уставкой второй ступени блока логики, после чего срабатывает выход 2 ступени блока логики группы «ускорение». Выход 3 ступени блока логики группы «ускорение» срабатывает после срабатывания второй ступени через определенное количество проворотов, если ресинхронизация не произошла. Блок 8 функционирует аналогично блоку 7, но считает провороты при отрицательном скольжении.
Блок 9, являющийся органом блокировки, выводит из работы УВАР, воздействуя на блок логики 10, при выявлении КЗ. Блок 9 идентифицирует КЗ следующими общеизвестными функциями:
- выявления несимметрии тока,
- выявления несимметрии напряжения,
- выявления резкого скачка тока прямой последовательности;
- выявления резкого скачка тока обратной последовательности.
2
2
Поясним принцип работы данных функций. Выявить несимметрию тока или напряжения можно посредством измерений тока и напряжения обратной последовательности (U и I). При превышении определенного порога данных величин, функция сигнализирует о наличии несимметрии тока либо напряжения.
I
U
I
2
2
2
Алгоритм выявления скачка тока либо напряжения обратной последовательности следующий. В основу пускового органа данного типа положен принцип выделения при скачкообразном изменении вектора  или  разностного сигнала с выходов инерционного и безынерционного элементов, который в установившемся режиме равен нулю, а в переходном режиме отличается от нуля из-за процессов установления сигналов в инерционном элементе. Структурная схема на фиг.3, а) поясняет данный принцип выполнения применительно к пусковым органам, реагирующим на приращение вектора .
Сигнал с выхода фильтра токов обратной последовательности ФТОП поступает на инерционный ИЭ и безынерционный элементы БИЭ. Сигнал на выходе ИЭ инвертируется и складывается в сумматоре |∑| с сигналом выхода БИЭ.
1
2
0
0
0
0
1
2
2
Далее используется абсолютное значение выходного сигнала сумматора Δ(nТ)=|е(nТ)-е(nТ)|. Инерционный элемент ИЭ задерживает сигнал на время Δt=mT, кратное периоду Т основной частоты ω. Поэтому в установившемся режиме с частотой ω цифровой сигнал Δ(nТ) на выходе сумматора примерно равен нулю, так как сигналы e(nT) и e(nТ) равны по модулю и по фазе и сигнал е(nТ) дополнительно инвертируется.
I
I
I
I
I
I
I
I
2
2н
2к
1
2к
2
0
2н
0
2
2К
2Н
При скачкообразном изменении вектора  при КЗ от значения  до значения  (фиг.3, б) сигнал e(nT) на выходе безынерционного элемента сразу же принимает значения, соответствующие вектору , а сигнал е(nТ) на выходе инерционного элемента в течение времени mT остается прежним, т.е. соответствующим вектору . В результате на выходе сумматора на время mT возникает сигнал Δ(nТ), пропорциональный геометрическому приращению Δ=-. В указанный промежуток времени при достаточном значении сигнала Δ(nТ) реагирующий орган РО срабатывает и обеспечивает запуск дистанционной защиты при КЗ.
Блок 9 имеет также функцию выявления неполного подключения токовых цепей, выполняющую контроль целостности подключения токовых цепей к устройству. Логика данной функции такова, что при снижении тока в любых двух из трех фаз до нуля, функция блокирует УВАР. Данную функцию можно реализовать с помощью реле тока и логических элементов. Однако эта функция может ложно вывести устройство из работы в условиях существенной несимметрии токов и напряжений, в частности в затянутой паузе ОАПВ. Поэтому в блоке 9 дополнительно реализована функция выявления паузы ОАПВ. Пауза ОАПВ в нем идентифицируется по отсутствию тока в одной из трех фаз. Функция выявления паузы ОАПВ выводит из работы функцию выявления неполного подключения токовых цепей. Функция выявления ОАПВ также общеизвестна, и ее можно также реализовать, например, с помощью простейших реле минимального тока и логических элементов.
На фиг.2 представлен вариант установки УВАР на транзитную подстанцию. В этом случае от измерительных преобразователей тока в устройство заводятся по три тока с каждого плеча. При этом в блоки 1 и 2 заводится своя группа токов, что увеличивает точность определения вектора напряжения. Если плечо имеет свои выключатели такие, как В1 и В2 для плеча 1, то в случае возникновения затянутой паузы ОАПВ после отключения релейной защитой однофазного КЗ, функция выявления паузы ОАПВ определит паузу ОАПВ по соответствующей токовой группе плеча и выведет из работы функцию выявления неполного подключения токовых цепей, и устройство сможет функционировать в условиях существенной несимметрии токов и напряжений (в случае необходимости выявления АР в затянутой паузе ОАПВ, функции выявления несимметрии тока и напряжения выводятся из работы).
Описанная полезная модель (фиг.1) реализована в микропроцессорных терминалах ООО НПП «ЭКРА» серии "ЭКРА 221-01", которые поставлены в опытную эксплуатацию на подстанции "Арзамасская" и "Азот" на линии 220 и 500 кВ, соответственно. Также терминал с реализованной полезной моделью (фиг.1) был испытан в натурных опытах асинхронного хода возбужденного генератора на Гусиноозерской ГРЭС, где показал правильное функционирование во всех экспериментальных режимах.
Технический результат, который достигается полезной моделью, состоит в повышении надежности выявления асинхронного режима в условиях существенной несимметрии тока и напряжения, что повышает устойчивость функционирования энергосистем.
1. Гоник Я.Е., Иглицкий Е.С. Автоматика ликвидации асинхронного режима. - М.: Энергоатомиздат, 1988.
2. Розенблюм Ф.М., Любарский Д.Р., Брухис Г.Л., Бирюкова С.А., Плещенко И.И., Салова В.Г. Устройство прекращения асинхронного хода. Патент 2002352 (РФ) от 30.10.1993.
3. Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергосистем: Учеб. пособие для техникумов. - М.: Энергоатомиздат, 1998. - 800 с.: ил.
4. Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита. - М.: Энергоатомиздат, 2007.