СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ
METHOD FOR DETERMINING SHORT CIRCUIT IN ELECTRIC POWER SYSTEM

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к технологии выявления короткого замыкания при аварийном процессе в электроэнергетической системе.
Известен способ выявления короткого замыкания в электроэнергетической системе, включающий измерение режимных параметров контролируемого участка электроэнергетической системы, например фазной величины тока, (Федосеев A.M., Релейная защита электрических систем, М., изд-во «Энергия», 1976, с.280-283).
Недостаток известного способа состоит в том, что он не позволяет выявить короткое замыкание, возникающее в электроэнергетической системе при коротком замыкании в случае, когда оно возникает одновременно симметрично во всех фазах без протекания несимметрии или с малым уровнем несимметрии. Кроме того, для реализации известного способа необходимо выполнять предварительный расчет уровня и характера несимметрии для всей совокупности аварийных режимов защищаемого участка, что усложняет процесс выявления короткого замыкания в электроэнергетической системе. При неточности выполнения такой оценки возможно несрабатывание или ложное срабатывание контролирующего устройства выявительного органа.
Задачей настоящего изобретения является повышение точности и эффективности выявления момента короткого замыкания и тем самым повышение селективности и устойчивости действия релейной защиты и автоматики электроэнергетической системы.
Техническим результатом является уменьшение числа отказов, излишних и ложных срабатываний релейной защиты и противоаварийной автоматики при возникновении аварийных переходных процессов в электроэнергетической системе.
Указанная задача достигается тем, что в известном способе выявления короткого замыкания в электроэнергетической системе, включающем измерение режимною параметра контролируемого участка электроэнергетической системы, режимный параметр измеряют не менее чем на четырех последовательных интервалах времени, затем определяют скорость изменения режимного параметра на каждом из последовательных интервалов измерения, сравнивают скорость изменения данного режимного параметра на текущем интервале его измерения с величиной скорости изменения этого режимного параметра не менее чем на трех предшествующих интервалах измерения и при превышении абсолютного значения скорости его изменения на текущем интервале измерения по отношению к абсолютному значению скорости его изменения на каждом из предшествующих интервалов не менее чем в 2 раза выявляют факт наличия короткого замыкания в электроэнергетической системе. При этом в качестве режимного параметра используют фазные величины тока или фазные величины активной мощности на контролируемом участке электроэнергетической системы.
Проведенные исследования по патентным и научно-техническим информационным источникам показали, что данный способ неизвестен и не следует явным образом из известного уровня техники, т.е. соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень».
Предлагаемый способ простой и может быть реализован с использованием выпускаемого промышленностью микропроцессорного контроллера, предназначенного для решения задач релейной защиты и противоаварийной автоматики.
Таким образом, заявленный способ является доступным, а следовательно, практически применимым.
Предлагаемый способ основан на том, что характер изменения режимных параметров (например, таких как ток или мощность) в переходном процессе короткого замыкания электроэнергетической системы существенно отличается от характера изменения режимных параметров в других переходных процессах электроэнергетической системы (например, при развитии асинхронного режима или синхронных качаний).
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.
Предварительно в соответствии с предлагаемым способом осуществляют настройку контролирующего органа, например микропроцессорного контроллера, установленного в системе противоаварийной автоматики на исследуемом участке линии электропередачи.
В процессе контроля на линии электропередачи (ЛЭП) в месте подключения к электроподстанции периодически проводят измерение заранее выбранного режимного параметра на четырех последовательных интервалах времени.
Интервал времени измерения режимных параметров выбирают на основании характерного времени развития короткого замыкания в электроэнергетической системе. На практике было установлено, что достаточно использовать интервалы времени в пределах от 1 мс до 20 мс.
В качестве режимного параметра используют, например, фазные значения тока на контролируемом участке ЛЭП или фазные значения мощности, передаваемой по ЛЭП.
Основой для выявления момента возникновения короткого замыкания является резкое увеличение в данный момент контроля режимных параметров, причем такое повышение по темпу изменения превышает темп изменения, характерный для инерционных электромеханических процессов.
Происходит сравнение скорости изменения заранее выбранного режимного параметра (для примера рассмотрим фазные значения переменного тока I), измеренного на контролируемом участке электрической сети в интервале времени Δτ:
Затем сравнивают скорости изменения переменного тока со скоростью изменения величины переменного тока на трех предыдущих интервалах измерения. При превышении не менее чем в 2 раза абсолютного значения скорости изменения переменного тока на текущем интервале измерения по отношению к абсолютному значению скорости его изменения на каждом из предшествующих интервалов выявляют факт наличия короткого замыкания в электроэнергетической системы.
Пример 1
Рассмотрим пример короткого замыкания фазы А ЛЭП 500 кВ Арзамасская - Южная, произошедшее 22.03.2007 года. В качестве контролируемого режимного параметра использовали фазные значения тока, протекающего по данной ЛЭП.
Предварительно в соответствии с предлагаемым способом осуществили настройку микропроцессорного контроллера, установленного в системе противоаварийной автоматики на исследуемом участке линии электропередачи.
В процессе контроля на ЛЭП в месте подключения к измерительным трансформаторам тока и напряжения периодически проводили измерение фазного значения тока в электроэнергетической системе на четырех последовательных интервалах времени. Интервал времени измерения был установлен равным 0,02 с.
Рассмотрим значения тока в фазе А электроэнергетической системы, зафиксированные при возникновении короткого замыкания, а также скорость изменения значений величин тока фазы А (см. табл. 1).
Таблица 1
N измерения
1
2
3
4
5
Значения тока, А
176
166
161
159
1250
Скорость изменения тока, А/с
500
250
100
54550
Скорость изменения значения величины тока фазы А на четвертом интервале измерения больше скорости изменения значения величины тока фазы А, чем на первом, в 109 раз. Скорость изменения значения величины тока фазы А на четвертом интервале измерения больше скорости изменения значения величины тока фазы А, чем на втором, в 218 раз. Скорость изменения значения величины тока фазы А на четвертом интервале измерения больше скорости изменения значения величины тока фазы А, чем на третьем, в 545 раз.
Таким образом, на каждом из предшествующих интервалов времени скорость изменения тока фазы А превысила скорость изменения тока на текущем интервале более чем 2 раза, что согласно предлагаемому способу соответствует возникновению короткого замыкания на контролируемой ЛЭП.
Релейная защита в системе противоаварийной автоматики на контролируемом участке ЛЭП в данном случае сработала своевременно благодаря выявлению момента начала короткого замыкания на фоне развития переходного процесса в электроэнергетической системе.
Из практики известно, что в подобных случаях релейная защита в системе противоаварийной автоматики на исследуемом участке линии электропередачи при использовании известного способа определения короткого замыкания в электроэнергетической системе не срабатывает, что приводит к повреждению оборудования.
Пример 2
Рассмотрим случай возникновения переходного процесса (синхронных качаний или возникновения асинхронного режима и т.п.), в процессе которых релейная защита срабатывать не должна.
Рассмотрим пример возникновения переходного процесса в фазе А ЛЭП 500 кВ Арзамасская - Южная, произошедший 22.03.2007 года.
Предварительно в соответствии с предлагаемым способом осуществили настройку микропроцессорного контроллера, установленного в системе противоаварийной автоматики на исследуемом участке линии электропередачи.
В процессе контроля в месте подключения к измерительным трансформаторам тока и напряжения периодически проводили измерение фазного значения тока на четырех последовательных интервалах времени. Интервал времени измерения был установлен равным 0,02 с.
При возникновении переходного процесса в фазе А измерены значения величины фазного тока, а также скорость изменения его значений, которые отображены в табл.2.
Таблица 2
N измерения
1
2
3
4
5
Значения тока, А
314
343
926
964
1041
Скорость изменения тока, А/с
1450
29150
1900
3080
Сравнительный анализ скорости изменения фазного значения величины тока фазы А показал, что различие между первым и четвертым участком измерения - 2,2 раза, между вторым и четвертым - 0,1 раз, между третьим и четвертым - 1,6 раза, т.е. только на первом из трех интервалов времени скорость изменения фазного значения тока фазы А превысила 2 раза. При этом значение тока на четвертом временном интервале превысило пороговое значение тока срабатывания релейной защиты.
Однако релейная защита в системе противоаварийной автоматики на исследуемом участке линии электропередачи в данном случае не сработала. На фазе А контролируемого участка электроэнергетической системы возникло не короткое замыкание, а случай возникновения переходного процесса (синхронных качаний или возникновения асинхронного режима и т.п.), в процессе которых релейная защита не должна срабатывать, что подтверждено дальнейшей работой оборудования.
Из практики известно, что в подобных случаях релейная защита в системе противоаварийной автоматики на исследуемом участке линии электропередачи при использовании известного способа определения короткого замыкания в электроэнергетической системе срабатывает, что приводит необоснованному излишнему отключению ЛЭП.
Предложенный способ определения короткого замыкания в электроэнергетической системе позволяет своевременно выявлять моменты начала короткого замыкания на фоне развития переходного процесса электроэнергетической системы. Его использование обеспечивает повышение надежности, точности и эффективности выявления момента короткого замыкания на контролируемом участке электроэнергетической системы, а следовательно, и повышение селективности и устойчивости действия релейной защиты и противоаварийной автоматики электроэнергетической системы. В результате значительно уменьшится число отказов, излишних и ложных срабатываний релейной защиты и противоаварийной автоматики при возникновении аварийных переходных процессов в электроэнергетической системе, что позволит снизить недоотпуск электрической энергии потребителям и повысить экономическую выгоду работы как электроэнергетических, так и промышленных предприятий.
Данный способ может быть использован в процессе пуска или блокировки релейной зашиты и противоаварийной автоматики электроэнергетической системы. Он может найти широкое применение в электроэнергетической системе для повышения устойчивости и управляемости электроэнергетических и промышленных предприятий, для удовлетворения требований экологической безопасности на электроподстанциях, атомных, компенсационных, тепловых и других электростанциях, работающих в энергосистеме России и за рубежом. Этот способ может быть применен как в магистральных, так и в распределительных электроэнергетических сетях.