ОРГАН ОТСТРОЙКИ УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ОТ НЕСЕЛЕКТИВНЫХ ДЕЙСТВИЙ В ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМАХ ПРИ НАСЫЩЕНИИ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА В НЕПОВРЕЖДЁННЫХ ФАЗАХ

Полезная модель относится к электротехнике и электроэнергетике и может использоваться на электрических станциях и подстанциях распределительных и межсистемных сетей электроэнергетических систем для обеспечения правильного функционирования быстродействующих устройств релейной защиты (УРЗ) в переходных режимах несимметричных коротких замыканий (КЗ) при насыщении магнитопроводов трансформаторов тока (ТТ), включенных в неповрежденные фазы.
Актуальность данной задачи объясняется имевшими место на практике случаями срабатывании УРЗ электрических станций и подстанций при внешних однофазных и двухфазных коротких замыканиях, не входящих в зону действия защит.
Известен вариант предотвращения неселективного срабатывания дифференциальных защит шин (ДЗШ) при внешних несимметричных КЗ путем подключения микропроцессорных ДЗШ к ТТ индивидуальными фазными и нулевыми проводниками (Об обеспечении необходимой точности работы защитных трансформаторов тока в переходных режимах / Кужеков С.Л., Дегтярев А.А., Чередниченко К.В. - Электрические станции, 2015, №5. С. 53-60).
Достоинством варианта является его радикальность: исключается возможность насыщения ТТ в неповрежденных фазах, так как отсутствует общий нулевой проводник группы ТТ, соединенных в звезду. Реализация варианта возможна, если группа ТТ может быть подключена к токовым входам терминала защиты шестью проводниками. Мероприятие целесообразно при новом строительстве или реконструкции объектов электроэнергетики. В условиях эксплуатации реализация варианта, как правило, невозможна, так как при этом требуется замена терминала релейной защиты.
Известен также вариант, заключающийся в уменьшении сопротивления нулевых проводников во вторичных цепях ТТ, соединенных в звезду, путем подключения параллельно нулевым проводникам дополнительных жил контрольного кабеля (Анализ неселективных действий дифференциальных защит сборных шин при внешних однофазных коротких замыканиях с насыщением трансформатора тока в неповрежденной фазе / С.Л. Кужеков, А.А. Дегтярев, Н.А. Дони, А.А. Шурупов, А.А. Петров, Л.Н. Костарев, И.А. Кошельков. - Релейная защита и автоматизация, 01/Март 2019. - С. 28-36).
Существо варианта заключается в создании условий, при которых ТТ в поврежденной фазе насытится раньше, чем в неповрежденной. Благодаря этому исключается возможность насыщения ТТ в неповрежденной фазе.
Недостаток данного технического решения заключается в необходимости подключения параллельно существующему нулевому проводнику большого числа жил контрольных кабелей. Расчет показал, что в ряде случаев необходимо подключить 7 дополнительных жил, что трудно реализуемо на практике.
Возможно также заменить используемые ТТ на аналогичные устройства с увеличенным коэффициентом трансформации (например, применить вместо ТТ с номинальным вторичным током 5 А ТТ с тем же номинальным первичным током, но имеющие номинальный вторичный ток 1А). Мероприятие целесообразно при новом строительстве или реконструкции объектов электроэнергетики. В условиях эксплуатации реализация варианта проблематична, так как требуется демонтаж существующих и замена их новыми ТТ.
Известен также вариант технического решения задачи: введение выдержки времени на срабатывание УРЗ (Анализ неселективного действия ДЗШ (по неповрежденной фазе) при внешних однофазных КЗ / С.Л. Кужеков, А.А. Дегтярев, Л.Н Костарев. - Сборник докладов научно - технической конференции. - Чебоксары: Изд-во Чуваш. Ун-та, 2019. -. С. 72-75).
Этот вариант является наиболее легко реализуемым мероприятием в условиях эксплуатации. Например, для ДЗШ указанная выдержка времени должна быть не меньше, чем сумма времени срабатывания основных (или быстродействующих ступеней резервных защит, если оно больше) защит воздушных линий (ВЛ), подключенных к сборным шинам, и полного времени отключения выключателя с приводом. Время срабатывания большинства защит ВЛ, например, производства ООО НПП «ЭКРА» не более 25 мс. Полное время отключения элегазового выключателя напряжением 110 кВ с приводом не превышает 35 мс. Таким образом, выдержка времени на срабатывание ДЗШ должна быть не менее 60 мс. С учетом замедления в срабатывании защиты ВЛ указанная выдержка времени может составить более 100 мс, что не всегда приемлемо по условиям динамической устойчивости электроэнергетической системы, а также по требованиям электро- и пожарной безопасности.
Задача, положенная в основу полезной модели, заключается в исключении неправильных срабатываний УРЗ при несимметричных КЗ вне зоны действия по причине насыщения магнитопроводов ТТ, включенных в неповрежденные фазы.
Технический результат, получаемый при использовании полезной модели, заключается в обеспечении быстродействия и селективности УРЗ в соответствии с требованиями динамической устойчивости электроэнергетической системы, безопасности и надежности электроснабжения.
Поставленная задача решается путем использования органа отстройки устройств релейной защиты от неселективных действий в переходных режимах при насыщении трансформаторов тока в неповрежденных фазах (ООНФ).
Предлагаемый ООНФ имеет два входа и один выход. В состав ООНФ входят реле (компаратор) интегрального (среднего выпрямленного или действующего) значения фазного напряжения и логический элемент совпадения И. Вход указанного реле является первым входом ООНФ и подключен к выходу измерителя интегрального значения фазного напряжения. К выходу указанного реле подключен первый (инверсный) вход логического элемента совпадения И. Второй (прямой) вход логического элемента совпадения И является вторым входом ООНФ и подключен к выходу пускового органа УРЗ. Выход логического элемента И является выходом ООНФ и подключен к выходным цепям УРЗ.
Предлагаемый ООНФ может использоваться в различных быстродействующих УРЗ. На фиг. 1 в качестве примера приведена схема подключения ООНФ к устройству ДЗШ фазы А.
На фиг. 1 приняты следующие обозначения:
А
ПО - пусковой органа ДЗШ фазы А;
А
A
ИН - измеритель интегрального значения напряжения U в фазе А;
A
ReleU - реле (компаратор) напряжения фазы А. На выходе данного элемента появляется логический сигнал 1 (истина) при выполнении следующего неравенства:
A
ном
U>0.8⋅U,
ном
U - номинальное действующее значение напряжения в фазе А;
И - логический элемент совпадения с двумя входами: первый - инверсный, второй - прямой;
А
ВОДЗШ - выходной органа ДЗШ фазы А.
Элементы, входящие в состав предлагаемого ООНФ, могут быть выполнены, например, в микропроцессорных устройствах ДЗШ, выпускаемых различными фирмами России (ООО НПП «ЭКРА», ООО НПП «Релематика», ЗАО «РАДИУС Автоматика» и др.), а также за рубежом.
Удобно проводить анализ работы устройства на примере дифференциальной защиты шин в трех характерных режимах:
- исправное состояние объекта защиты, т.е. повреждения на нем отсутствуют;
- внешнее (по отношению к устройству защиты) несимметричное КЗ;
- несимметричное КЗ на защищаемом объекте.
Симметричное (трехфазное) КЗ не рассматривается, так как при нем все фазы защищаемого объекта повреждены.
Устройство с предлагаемым органом работает следующим образом.
А
A
А
A
A
А
Исправное состояние объекта защиты. Пусковой орган защиты ПО находится в несработанном состоянии, на его выходе имеется логический сигнал 0. Напряжение U на выходе ИН превышает порог срабатывания реле (компаратора) фазного напряжения ReleU. Реле (компаратор) фазного напряжения ReleU находится в сработанном состоянии, на его выходе имеется логический сигнал 1. Выходной сигнал логического элемента И равен нулю. Предлагаемый орган ООНФ не действует.
А
A
A
Внешнее (по отношению к устройству защиты) несимметричное КЗ. При насыщении магнитопровода ТТ, включенного в цепь неповрежденной фазы, пусковой орган защиты ПО в этой фазе срабатывает. На его выходе возникает логический сигнал 1. Напряжение в неповрежденной фазе превышает порог срабатывания реле (компаратора) фазного напряжения ReleU. Реле (компаратор) фазного напряжения ReleU находится в сработанном состоянии, на его выходе имеется логический сигнал 1. На выходе логического элемента И сигнал отсутствует из-за наличия логического сигнала 1 на его инверсном входе. В результате неселективное действие защиты не происходит.
А
A
A
A
Несимметричное КЗ на защищаемом объекте. Пусковой орган защиты ПО в поврежденной фазе срабатывает, на его выходе появляется логический сигнал 1. Интегральное значение напряжения U в этой фазе снижается и становится ниже порога срабатывания реле (компаратора) фазного напряжения ReleU. На выходе указанного реле появляется логический сигнал 0. На выходе логического элемента И появляется логическая 1 и защита объекта срабатывает. Некоторая задержка в срабатывании защиты, не превышающая 10 мс, обусловлена временем возврата реле (компаратора) фазного напряжения ReleU.
Предлагаемое устройство обладает следующей совокупностью свойств, которую не имеет ни одно из известных устройств того же назначения:
1 Исключение неправильных срабатываний устройств релейной защиты в переходных режимах несимметричных КЗ вне зоны действия при насыщении ТТ, включенных в неповрежденные фазы.
2 Обеспечение без специальной выдержки времени отключения поврежденного элемента электроэнергетической системы при КЗ в зоне действия.
3 Отсутствие необходимости уменьшения сопротивления нулевого проводника во вторичных цепях ТТ, соединенных в звезду, например, путем включения параллельно последнему дополнительных жил контрольного кабеля.
4 Отсутствие необходимости подключения микропроцессорных устройств релейной защиты к ТТ индивидуальными фазными и нулевыми проводниками.
5 Отсутствие необходимости замены ТТ с номинальным вторичным током 5А на ТТ с номинальным вторичным током 1 А.
6 Невысокая стоимость, так как предлагаемый орган представляет собой программный элемент, для реализации которого не требуются дополнительные электромагнитные, электронные и прочие компоненты.
Указанная совокупность свойств объясняется использованием дополнительного признака - контроля уровня напряжения неповрежденной фазы.