Адаптация работы дистанционной защиты линий электропередачи

УДК 621.316.925

Ковадло Р. Ю., Скорик В. Г.

Дальневосточный государственный университет путей сообщения, Россия

DOI: 10.24411/2520-6990-2019-10372

АДАПТАЦИЯ РАБОТЫ ДИСТАНЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Kovadlo R U., Skorik V. G.

Far Eastern State Transport University, Russia WORK ADAPTATION OF ELECTRICAL TRANSMISSION LINES DISTANCE RELAY DEFENSE

Abstract.

The article presents the results of mathematical modeling of part of the power system of the Khabarovsk Territory and the Jewish Autonomous Region, at a model developed in the Matlab Simulink environment, and analyzes the behavior of the distance backup stage with the response characteristic "polygon ". A variant of the distance relay defense stage with an adaptive algorithm of operation is proposed.

Аннотация.

В статье представлены результаты математического моделирования части энергосистемы Хабаровского края и ЕАО, на модели, разработанной в среде Matlab Simulink, и проанализировано поведение ступени дальнего резервирования дистанционной защиты с характеристикой срабатывания «многоугольник». Предложен вариант ступени дистанционной защиты с адаптивным алгоритмом работы.

Ключевые слова: линия электропередачи, характеристика срабатывания, дистанционная защита, адаптивная защита, дальнее резервирование.

Keywords: electrical transmission line, response characteristic, distance defense, adaptive defense, longdistance reservation.

Неправильная работа релейной защиты является из главных причин крупных аварий в энергосистеме, поэтому поиск новых решений в области повышения надежности РЗА является актуальным на сегодняшний день.

Резервирование защит повышает надежность работы всей энергосистемы и является одним из самых эффективных средств для уменьшения повреждений при коротких замыканиях и сохранения электроснабжения потребителей. Эффективность функционирования дальнего резервирования оценивается при КЗ на удаленном конце смежного элемента, его отключении от защиты и отказе системы ближнего резервирования другого его конца. К ступени дистанционной релейной защиты линии электропередачи (ЛЭП), которая отвечает за резервирование защит смежных присоединений, предъявляются высокие требования, в частности надежное распознавание аварийного режима в конце зоны дальнего резервирования. В то же время, необходимым требованием является также несрабатывание на различные нагрузочные режимы. Поэтому, даже несмотря на качественный прорыв в релейной защите в виде постепенного перехода от электромеханических реле к микропроцессорным терминалам, перечисленные требования не всегда выполняются [3].

Одним из примеров излишней работы дистанционной защиты является авария, которая произошла в 2018 году в Объединенной энергосистеме Востока. При однофазном коротком замыкании на землю правильно селективно отключилась одна из параллельно работающих ВЛ 220 кВ. При условии выведенной в ремонт одной из ВЛ 500 кВ, после отключения ВЛ 220 кВ произошел наброс мощности на оставшейся в работе параллельной линии 220 кВ. В итоге, при повышении мощности излишним действием третьей ступени дистанционной защиты была отключена указанная ВЛ 220 кВ, оснащенная терминалом Siemens 7SA522.

В результате отключений ОЭС Востока разделилась на две изолированно работающие части: восточная часть (Приморская энергосистема с Правобережной частью Хабаровской энергосистемы) и западная часть (Амурская энергосистема с ЮжноЯкутским энергорайоном и Левобережной частью Хабаровской энергосистемы (ЕАО и Комсомольский энергорайон)).

Для исследования процессов, происходивших при возникновении и развитии аварии, а также с целью анализа поведения и условий срабатывания ступени дальнего резервирования дистанционной защиты была создана модель данного участка энергосистемы в среде Simulink [4] (рис. 1).

<<ШУШетиМ~^©и©Мак>>#1Щ17)),2(0]9 / TECHNICAL SCIENCE

51

Рис. 1 Модель участка сети в программном комплексе БтиНпк

Адекватность созданной модели доказана результатами моделирования нормальных режимов при различных вариантов конфигурации сети.

На созданный модели выполнен расчет ситуации, аналогичная аварии, описанной выше. Осциллограммы токов и напряжений, регистрируемых со стороны ПС 500 кВ Хабаровская приведены на рис. 2.

Как видно из осциллограммы, ток нагрузочного режима достиг значения, которое находилось

в зоне срабатывания третьей ступени дистанционной защиты, что и привело к излишнему отключению в реальном режиме.

С другой стороны, ступень дальнего резервирования должна удовлетворять требованию о достаточном коэффициенте чувствительности больше 1,2 в конце зоны резервирования, а именно в конце смежной линии и на шинах среднего напряжения трансформаторов (автотрансформаторов).

Рис. 2 Осциллограмма напряжений и токов при однофазном замыкании на ВЛХабаровская - Волочаевка/тяга и набросе мощности на ВЛ Хабаровская - Левобережная

Для проверки этих условий, выполнен замер сопротивления в исполнительном органе релейной защиты при трехфазном коротком замыкании через переходное сопротивление 10 Ом на шинах 220 кВ РЦ (рис. 3).

Рис. 3 Осциллограмма токов и напряжений при трехфазном металлическом замыкании

вблизи шин ПС 220 кВ РЦ

Данное короткое замыкание находится на границе зоны дальнего резервирования для комплекта, установленного на ПС 500 кВ Хабаровская, соответственно, при отказе защит ВЛ Левобережная -РЦ данная авария должна быть ликвидирована защитами линии Хабаровская - Левобережная. Ток через трансформаторы тока ВЛ Хабаровская - Левобережная при КЗ на шинах ПС 220 кВ РЦ составляет около 1200 А.

Таким образом, из двух опытов, можно сделать вывод о том, что зачастую ток короткого замыкания в конце зоны дальнего резервирования и максимально допустимый ток по условию наихудшего режима с точки зрения пропускной способности сравнимы по величине. Соответственно, задача рас-

познавания аварийного и нагрузочного режима, используя полигональную характеристику срабатывания дистанционной защиты, становится трудно разрешимой.

Возможности взаимодействия отдельных устройств релейной защиты, установленных на разных подстанциях, используются в недостаточном объеме. Если связать устройства РЗА на подстанциях, соединенных линиями, таким образом, чтобы они смогли обмениваться информацией о срабатывании защит и замерами электрических величин, то появляется возможность изменять (адаптировать) характеристику срабатывания защит, в зависимости от режима сети и дополнительных замеров на других участках энергосистемы. Вариант адаптации предложен на рис. 4б.

а)

\ б) \ Рис. 4 Характеристика срабатывания реле сопротивления: а - типовая; б - предлагаемая адаптация характеристики к нагрузочному режиму

Аналитические исследования зависимости угла нагрузки ^нагр от параметров режима показали, что поскольку «вырез нагрузки» в характеристике дистанционной защиты симметричен относительно оси II, то предельный угол нагрузки <рпа| р

определяется как угол наклона касательной, проведенной из начала координат к годографу Ъ (рис.5) при отношении модулей ЭДС Е1 и Е2 на , равном 41 (дуга 1).

Следовательно, точка А пересечения окружностей 1 и 3 на рис. 6 является точкой, в которой ра-

<<шушетум-шу©мау>>#«17)),2(0]9 а technical science

53

диус окружности 3 касается окружности 1. На основании этого, величина ^>нагр может быть определена из выражения:

|^нагр|= arceos = arceos (^j

где r01 - радиус окружности, описываемой годографом Z, а — ордината центра этой окружности.

Таким образом, предельный угол нагрузки ^>нагр зависит только от допустимого соотношения qi модулей ЭДС E1 и E2.

Предлагается адаптивная характеристика срабатывания, которая основана на изменении параметров угла нагрузки ^нагр и сопротивления срабатывания в режиме реального времени в зависимости от текущей конфигурации энергосистемы посредством взаимодействия с центральной системой противоаварийной автоматики. За счет гибкости характеристики срабатывания, увеличивается чувствительность защиты и надежное несрабатывание на ток нагрузки. При использовании замеров тока по всем линиям сечения, можно контролировать перетоки мощности между энергосистемами и

изменять «вырез нагрузки» в полигональной характеристике в режиме реального времени.

Данный подход решает две проблемы: во-первых, из-за автоматизации процесса, исключается вероятность ошибки персонала расчетов, а во-вторых, повышается чувствительность и избирательность защиты дальнего резервирования к коротким замыканиям в конце зоны.

Список литературы

1. IEC 61850-2013 Communication networks and systems in substations, 2013 г.

2. Лямец, Ю. Я. Граничная задача релейной защиты / Ю. Я. Лямец, М. В. Мартынов // Электричество. - 2013. - № 10. - С. 16-22.

3. Циглер Г. Цифровая дистанционная защита: принципы и применение / Г. Циглер. М.: Энерго-атомиздат, 2005.

4. Черных И. В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink. / И. В. Черных. М.:ДМК Пресс, СПБ, 2008 г.

5. Шнеерсон Э. М. Цифровая релейная защита/ Э. М. Шнеерсон. М.: Энергоатомиздат, 2007.