АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА РЕЗЕРВНОЙ ЗАЩИТЫ С КОНТРОЛЕМ ПОЛОЖЕНИЯ РПН ТРАНСФОРМАТОРОВ ОТВЕТВИТЕЛЬНЫХ ПОДСТАНЦИЙ

Заявляемое устройство относится к электротехнике и может быть использовано для релейной защиты радиальных и транзитных воздушных линий и кабельных линий имеющих ответвления с трансформаторными подстанциями.
Существует устройство микропроцессорной защиты «Сириус-Т» [инструкция версия 1.04 от 14.01.10 http://www.rza.ru/techrew/sirius-t-2010.pdf], предназначенное для выполнения функций основной защиты двухобмоточного трансформатора с высшим напряжением 35-220 кВ. Оно состоит из терминала защиты трансформатора, включенного на токи сторон трансформатора, блока анализа положения РПН, выходных реле, действующих на отключение и сигнализацию. При этом терминал имеет функции дифференциального органа и максимальных токовых защит. Особенностью данного устройства является наличие цифровой коррекции номинального тока высшей стороны трансформатора в зависимости от положения РПН. Определение ступени РПН производится путем соотношения токов фаз А на сторонах трансформатора в нагрузочном режиме. Недостатком устройства является то, что оно выполняет защиту трансформатора непосредственно на подстанции нахождения трансформатора, т.е. не может выполнять функции дальнего резервирования.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является устройство защиты дальнего резервирования линии с трансформаторами на ответвлениях типа КЕДР-07 [инструкция КЕДР-07 2008 г, по запросу nieng@novoch.rn], состоящее из блока измерений, блока логики с различными функциями срабатывания, выходных реле, действующих на отключение и сигнализацию. При этом уставки различных функций данной защиты рассчитываются и вводятся в устройство с учетом сопротивления трансформатора ответвительной или проходной подстанции. Недостатком данного устройства является то, что данное устройство не контролирует изменение ступени РПН трансформатора ответвительной подстанции, соответственно уставки устройства при различных положениях РПН могут быть либо загрублены, либо быть более низкими, чем это должно быть при текущем положении РПН, что может приводить к неселективному действию защиты.
Задача полезной модели - повышение чувствительности и селективности защиты дальнего резервирования путем расширения информационной базы и использования адаптивных алгоритмов ее построения.
Поставленная задача достигается тем, что в адаптивной системе резервной защиты с контролем положения РПН трансформаторов ответвительных подстанций, состоящей из устройств защиты дальнего резервирования линии с трансформаторами на ответвлениях, использующих информацию о токах и напряжениях линии или только о токах; блоков устройств, блоков датчиков, первых приемопередатчиков блоков устройств, вторых приемопередатчиков блоков датчиков, канала связи, обеспечивающего соединение первых и вторых приемопередатчиков, первый выход устройства защиты дальнего резервирования в блоке устройств подключен к входу выходного элемента блока устройств, действующему на отключение линии электропередачи; второй выход устройства защиты дальнего резервирования блока устройств действует на запрет автоматического повторного включения линии электропередачи, третий выход вход/выход устройства защиты дальнего резервирования подключен ко входу первого приемопередатчика, к входу второго приемопередатчика подключен датчик положения РПН в блоке датчика, первый приемопередатчик соединен со втором приемопередатчиком по каналу связи, при этом количество блоков устройств определяется количеством питающих подстанций, а количество блоков датчиков определяется количеством защищаемых трансформаторов ответвительных подстанций.
Так один из алгоритмов работы устройства типа КЕДР-07 (прототип) заключается в контроле уровня тока, протекающего через защиту. Данный алгоритм основан на взаимодействии трех блоков: пускового, отключающего и блокирующего. Пусковой и отключающий Органы отстраиваются от максимального тока нагрузки и обеспечивают срабатывание защиты при КЗ на защищаемых подстанциях. Блокирующий же орган отстраивается от максимального тока короткого замыкания за защищаемыми трансформаторами и обеспечивает блокирование защиты при КЗ на подстанциях, не нуждающихся в дальнем резервировании (например на подстанциях с выключателями на высокой стороне).
Сопротивление трансформатора, а значит и токи короткого замыкания при повреждении за ним зависят от ступени его РПН. Результаты расчета сопротивлений некоторых видов трансформаторов и токов при коротком замыкании за ними при разных положениях РПН приведена в таблице 1.
Таблица 1
Тип трансформатора
S<sub>н</sub>, МВА
U<sub>вн</sub>, кВ
dU, %
U<sub>к</sub>, %
Ступень РПН
Х<sub>тр</sub>, Ом
I<sub>кз</sub>, А
ТМН-2500/110
2,5
110
1,5
10,5
-8
393,55
161,37
-7
407,08
156,01
-6
420,84
150,91
-5
434,83
146,05
-4
449,05
141,43
-3
463, 49
137,02
-2
478,17
132,82
-1
493,07
128,8
0
508,2
124,97
1
523,56
121,3
2
539,15
117,79
3
554,97
114,44
4
571,01
111,22
5
587,29
108,14
6
603,79
105,18
7
620,52
102,35
8
637,49
99,623
9
654,68
97,008
10
672,09
94,493
ТМН-6300/110
6,3
110
1,8
10,5
-9
142,23
446,53
-8
148,32
428,18
-7
154,54
410,95
-6
160,89
394,73
-5
167,37
379,46
Продолжение таблицы 1
-4
173,97
365,05
-3
180,7
351,45
-2
187,56
338,6
-1
194,55
326,44
0
201,67
314,92
1
208,91
304
2
216,28
293,64
3
223,78
283,8
4
231,41
274,45
5
239,16
265,55
6
247,04
257,07
7
255,05
249
8
263,19
241,3
9
271,46
233,95
ТДН-10000/110
10
110
1,8
10,5
-9
89,604
708,77
-8
93,442
679,65
-7
97,362
652,3
-6
101,36
626,56
-5
105,44
602,31
-4
109,6
579,45
-3
113,84
557,86
-2
118,17
537,46
-1
122,57
518,15
0
127,05
499,87
1
131,61
482,54
2
136,26
466,09
3
140,98
450,48
4
145,79
435,63
5
150,67
421,5
6
155,64
408,06
7
160,68
395,24
8
165,81
383,02
9
171,02
371,36
ТДН-16000/110
16
110
1,8
10,5
-9
56,002
1134
-8
58,402
1087,4
-7
60,851
1043,7
-6
63,351
1002,5
-5
65,901
963,7
-4
68,501
927,11
-3
71,152
892,57
-2
73,853
859,93
-1
76,605
829,04
0
79,406
799,79
1
82,258
772,06
2
85,161
745,75
3
88,113
720,76
4
91,116
697,01
5
94,17
674,41
6
97,273
652,89
7
100,43
632,38
8
103,63
612,83
9
106,89
594,17
Например, ток трехфазного короткого замыкания при установке на подстанции трансформатора ТМН-2500/110 при пренебрежении сопротивлениями линии и системы будет изменяться от/кэшах до 7кз min, где
;
.
Таким образом если изменять уставки токовых и дистанционных органов в зависимости от положения РПН трансформаторов ответвительных подстанций, возможно в ряде режимов обеспечить существенно большую чувствительность и селективность защит, чем при традиционном способе их построения и отстройки.
1
2
1
2
На фиг.1 приведено размещение блоков системы по объектам электрической сети. На приведенной схеме показан участок электрической сети из одной линии электропередачи (Л1), соединяющей четыре подстанции (ПС 1 - ПС 4), где подстанции ПС 3 и ПС 4 являются ответвительными подстанциями с трансформаторами малой мощности (Т1 - Т2). В качестве коммутационного оборудования на ПС 3 используются отделитель (O1) и короткозамыкатель (К1), на ПС 4 полноценный выключатель (В3). В качестве коммутационного оборудования на ответвительных подстанциях могут использоваться как отделители и короткозамыкатели, так и выключатели нагрузки, полноценные выключатели. На ответвительных подстанциях устанавливаются блоки датчиков (БД - БД) по числу ответвлений. На приведенной схеме к подстанциям ПС 1 и ПС 2 подключены внешние источники электрической мощности в виде эквивалентированных систем С1 и С2, поэтому на данных подстанциях устанавливаются блоки устройств (БУ - БУ). Кроме того, на данных подстанциях установлены полноценные выключатели В1, В2, действующие на отключение линии.
1
2
1
1
n
2
На фиг.2. приведена структурная схема предлагаемой системы. Она содержит блоки устройств (БУ - БУ) 1, каждый из которых состоит из устройства защиты дальнего резервирования (УЗДР) 2, выходного элемента (ВЭ) 3, и первого приемопередатчика (ПП) 4, блоки датчиков (БД - БД) 6, каждый из которых состоит из датчика положения РПН (ДПР) 7, и второго приемопередатчика (ПП) 8. Так же система содержит канал связи (КС) 5.
1
2
Блок устройства (БУ) 1 выполняет функции совокупности входящих в него структурных элементов: выявляет повреждение на удаленной подстанции, определяет зону повреждения на основании собственных замеров и полученной от блоков датчиков 6 информации, может формировать сигнал запрета автоматического повторного включения линии электропередачи после отключения. Устройство защиты дальнего резервирования (УЗДР) 2 осуществляет выявление короткого замыкания на ответвительной подстанции и после чего действует на отключение выключателя линии электропередачи, может формировать сигнал запрета автоматического повторного включения линии электропередачи после отключения. Выходной элемент (ВЭ) 3 осуществляет преобразование выходных сигналов устройства дальнего резервирования 2 релейной защиты в соответствующие выходные сигналы системы релейной защиты: формирует цепи отключения выключателя. Приемопередатчик (ПП) 4 обеспечивает кодирование сигналов устройства защиты дальнего резервирования 2 и декодирование сигналов блоков датчиков 6, посылает и принимает кодированные сигналы. Блоки датчиков (БД) 6 выполняют функции совокупности входящих в него структурных элементов: определяют положение РПН трансформаторов ответвительных подстанций и передают ее блокам устройств 1. Датчик положения РПН (ДПР) 7 связан с валом РПН трансформатора ответвительной подстанции и по его положению определяет текущую ступень его регулирования. Эту информацию он направляет в приемопередатчик 8. Приемопередатчик (ПП) 8 обеспечивает кодирование сигналов датчика положения РПН 7 и посылает кодированные сигналы по каналу связи 5 приемопередатчикам 4 блоков устройств 1. Так приемопередатчики 4 и 8 обеспечивают обмен тестовыми импульсами между блоками устройств 1 и блоками датчиков 6. Канал связи (КС) 5 является средой распространения кодированных сигналов между приемопередатчиками 8 и 4, например, радиоканал, оптоволокно, фазные провода и др.
В нормальном режиме работы сети описанное устройство находится в следующем состоянии: устройство защиты дальнего резервирования 2 находится в несработанном состоянии, на выходе выходных элементов 3 присутствует логический 0, сигнал на выходе датчика положения РПН 7 соответствует текущему нагрузочному положению регулятора. Информация при помощи приемопередатчиков 4 и 8 по каналу связи передается от блоков датчиков 6 к блокам устройств 1, на которых корректируется уставка блокирующего органа, соответствующая текущему положению РПН трансформаторов ответвлений.
При изменении нагрузки ответвительной подстанции и последующем изменении состояния РПН трансформатора ответвления датчик положения РПН 7 выдает сигнал о новом положении регулятора, который передается блоку устройства 1. В соответствии с данным сигналом в устройстве защиты дальнего резервирования 2 выставляется новая уставка блокирующего органа по следующему закону:
бл уст
бл 0
РПН
попр
I
I=I+K  ,
бл уст
бл 0
РПН
попр
где I - уставка блокирующего органа; I - начальная уставка блокирующего органа, соответсвующая нулевому положению РПН; K - номер текущей ступени РПН; I - ток поправки, соответствующий изменению уставки блокирующего органа при изменении ступени РПН на одну ступень.
При коротком замыкании за защищаемым трансформатором срабатывают пусковой и отключающий органы устройства защиты дальнего резервирования 2. У ставка блокирующего органа оказывается больше тока, протекающего через защиту, он не срабатывает. Выдается сигнал на отключение линии и запрет АПВ.
При коротком замыкании не за защищаемым трансформатором так же срабатывают пусковой и отключающий органы устройства защиты дальнего резервирования 2. Однако уставка блокирующего органа оказывается меньше тока, протекающего через защиту, он срабатывает и блокирует действие защиты. Отключения линии не происходит.
Таким образом, применение предлагаемого устройства позволяет улучшить селективность работы устройства дальнего резервирования. А поскольку от количества излишних срабатываний устройства напрямую зависит надежность защиты, то при использовании вышеописанной системы способствует повышению надежности