Инструменты, цифровые технологии, связь, измерения

Дальнее резервирование в сетях 6–110 кВ. Проблемы и решения

12 мая 2015 г. в 16:54

Проблема ближнего резервирования может быть, например, решена за счет применения отделителя и выключателя на стороне высшего напряжения (ВН), что показано в [1], использования системы ближнего резервирования с расширенной информацией о токах и напряжениях сторон ВН, среднего (СН) и низшего (НН) напряжения. Решение проблемы дальнего резервирования (ДР) наталкивается на значительно большие трудности, что обусловлено рядом факторов, представленных на рис. 1.

Рис. 1. Основные влияющие факторы на чувствительность защит дальнего резервирования ответвительных и промежуточных подстанций

Оценка влияющих факторов

Двигательная нагрузка
Наличие двигательной нагрузки на рассматриваемых ПС утяжеляет условия выбора параметров срабатывания резервных защит, т.к. это вызывает увеличение модулей токов линий и особенно их аргументов, что приводит к появлению между областью нагрузок (НР), областью аварийных режимов (КЗ) (рис. 2) области пусковых режимов (ПР) или области самозапусков электродвигателей (возникающих при действии автоматического повторного включения (АПВ) и автоматического ввода резерва (АВР)). При этом возможно пересечение областей КЗ и ПР, что не позволяет обеспечить распознавание этих режимов и, как следствие, построить чувствительную резервную защиту.

Рис. 2. Области нагрузочных режимов, пусковых режимов и аварийных режимов защищаемой сети

Области режимов защищаемой распределительной сети (рис. 2) построены в координатах активной (Iа) и реактивной (Iр) составляющих токов и могут быть описаны как:

где kСТ, kД – доля статической и двигательной нагрузки;
I*ПД – относительный пусковой ток двигателя, равный отношению его пускового тока к номинальному току;
φНГ, φПД – аргументы тока нагрузки и пускового тока.

Минимальное и максимальное значения модулей и аргументов токов в пусковом режиме с наложением тока статической нагрузки определяются при условии, что напряжение на зажимах защит электродвигателей ≥(0,55÷0,7)Uном, а φНГ min ≤ φНГ ≤ φНГ max, φПД min ≤ φНГ ≤ φПД max, kСТ = 1 – kД.

Из-за сопоставимости токов нагрузки и токов КЗ за трансформаторами ответвительных (промежуточных) подстанций будет целесообразен учет комплексной нагрузки сопротивлением, зависящим от напряжения, ZНГК = ƒ(U). Снижение напряжения на стороне высшего напряжения трансформаторов ответвительных (промежуточных) подстанций на 5–10% приводит к уменьшению модулей и аргументов токов нагрузки на 5–10% и 2–5% соответственно [1, 2].

Влияние батарей конденсаторов

Существенное значение при построении защит дальнего резервирования имеет учет влияния емкостной составляющей в токах нагрузочного и аварийного режимов [1, 2]. Данная составляющая должна учитываться при наличии высоковольтных батарей конденсаторов (БК), устанавливаемых для компенсации реактивной мощности в сети. Модуль I*ВЛ и аргумент φВЛ токов со стороны питающей подстанции за трансформатором минимальной мощности можно описать выражениями:

где α = IC / IКЗmin;
β = IВЛ / IКЗmin;
IКЗmin– ток КЗ за трансформатором минимальной мощности;
IВЛ – ток нагрузки ВЛ, за исключением тока нагрузки поврежденного трансформатора.

При этом минимальное значение тока I*ВЛ возможно при α = 1 + β sinφНГ. Таким образом, наличие БК приводит к снижению тока КЗ, т.е. снижается чувствительность резервных защит. Особенно это актуально для защит, измерительные органы которых реагируют на аварийные составляющие, и направленных защит [1]. Например, отключение мощной БК эквивалентно приращению индуктивной составляющей тока при КЗ за маломощным трансформатором.

Бросок намагничивающего тока

Для выбора параметров срабатывания резервных защит от междуфазных КЗ влияние броска намагничивающего тока (БНТ), как правило, не является определяющим по сравнению с токовыми защитами нулевой последовательности. Это обусловлено затуханием токов БНТ к моменту срабатывания резервных защит, выдержка времени которых, как правило, составляет tср ≥ 1,5 с. Однако стремление обеспечить чувствительность резервных защит к повреждениям за трансформаторами мощностью Smp ≤ 10 МВА потребовало снизить токи срабатывания до уровней сопоставимых с токами затухающего БНТ к моменту ее срабатывания. Это потребовало уточнения расчетных значений тока срабатывания с учетом БНТ [1, 2], который может быть представлен в виде:

Iс.з. = kотс Iн maxI*1Г(А0, tср / Тэкв)Im ,

где    – суммарная мощность трансформаторов, включаемых на холостой ход;

I*1Г — относительное значение тока первой гармоники;
Im – амплитудное значение тока БНТ;
A0 = ψ*r + E* – ψ*S, ψ*r, ψ*S — относительное потокосцепление, соответствующее остаточной индукции B*r и насыщения B*S;
tср — время срабатывания защиты;
Tэкв — эквивалентная постоянная времени сети при включении трансформаторов на холостой ход.

Переходное сопротивление

Наличие переходного сопротивления в месте повреждения приводит к снижению как модуля тока, так и его аргументов. Это отражено на рис. 2 в виде движения области аварийных режимов в сторону пусковых режимов и в предельном случае приводит к их пересечению, что затрудняет их распознавание. Переходное сопротивление при междуфазных КЗ в базисе короткозамкнутой цепи можно приближенно представить в виде:

R ≈ 2U*∂ ,

где U*∂ = U / Uном, U — падение напряжение на столбе дуги, величина которого определяется напряженностью электрического поля E и длиной столба дуги l; Uном — номинальное междуфазное напряжение.

Сопротивление короткозамкнутой цепи с учетом переходного сопротивления зависит от сопротивления защищаемого трансформатора [2] и может быть представлено в виде:

где r*T, x*T – относительные активное и реактивное сопротивления защищаемого трансформатора;
φT – аргумент сопротивления трансформатора.

Также одним из основных факторов, ограничивающих чувствительность, являются нагрузочные режимы, токи которых могут превышать токи КЗ за маломощными трансформаторами. Например, при наличии на ВЛ трансформатора Smp = 2,5 МВА и предельной нагрузки ВЛ, определяемой термической стойкостью проводов (ВЛ 110 кВ до 600 А), отношение токов нагрузки к токам КЗ находится в диапазоне 4–5.

Пути решения

Сейчас состояние проблемы дальнего резервирования защит трансформаторов ответвительных (промежуточных) подстанций можно отразить диаграммой, представленной на рис. 3.

Рис. 3. Зоны чувствительности традиционных и адаптивных защит

Защиты с традиционными алгоритмами (токовые и дистанционные защиты) обеспечивают резервирование трансформаторов Smp ≥ 10 МВА. Причем их эффективность резко снижается на транзитных ВЛ из-за наличия токораспределения по концам питающих линий. Использование современных микропроцессорных резервных защит с новыми алгоритмами функционирования [3–10] позволяет существенно повысить чувствительность защит. Например, для ВЛ 110 кВ с трансформаторами минимальной мощности 2,5 МВА удается получить коэффициент чувствительности kч > 1,2. Перечень основных способов повышения чувствительности приведен на рис. 4.

Рис. 4. Способы повышения эффективности защит дальнего резервирования

Контроль ортогональных составляющих токов (сопротивлений) позволяет обеспечить распознавание аварийных и нагрузочных режимов при относительно малой доле двигательной нагрузки [1, 2, 4, 5]. Эффективным средством в распознавании повреждений является использование симметричных составляющих токов обратной и прямой последовательностей. При этом возможно выявление несимметричных повреждений за трансформаторами с разными группами соединений обмоток [2, 6, 7]. Влияние нагрузочного режима в данном случае минимально.

Развитием способа контроля ортогональных составляющих является контроль аварийных составляющих, в том числе фазных токов и сопротивлений. Достоинством является практическая отстроенность от нагрузочного режима, а недостатками – необходимость учета приращений контролируемых величин в цикле АПВ, АВР, коммутации батарей конденсаторов и т.д. Расширение информационной базы позволяет контролировать состояние защищаемого объекта в n-мерном пространстве, используя принцип многопараметрических защит [8–10]. При этом области аварийных режимов и области альтернативных режимов удается удалить друг от друга на расстояние, достаточное для распознавания повреждений.

Построение защит с адаптацией к режимам защищаемого оборудования позволяет также увеличить их чувствительность к повреждениям за электрически удаленными объектами, к которым относятся трансформаторы ответвительных и промежуточных подстанций. Примерами подобных защит могут служить технические решения [1, 2, 4, 5], обеспечивающие изменение уставок в зависимости от предшествующего режима электрической сети. Эффективность подобных решений возрастает с использованием информации от других концов защищаемой линии, в том числе и с ответвительных и промежуточных подстанций, что требует использования каналов связи между ними.

Выводы

  1. Наличие переходного сопротивления в месте повреждения и батарей конденсаторов приводит к снижению как модулей, так и аргументов токов аварийных режимов, что должно быть учтено при построении токовых, токовых направленных защит и защит, реагирующих на аварийные составляющие токов, сопротивлений и т.д.
  2. Условия отстройки от режимов пуска и самозапуска электродвигателей зачастую являются необоснованно завышенными, и поэтому в статье уточнены реальные области их существования.
  3. Отстройка от нагрузочных режимов, токи которых превышают токи КЗ за маломощными трансформаторами, достигается за счет использования защит, контролирующих аварийные составляющие токов, сопротивлений, с адаптацией к режимам включения ВЛ.
  4. Областью использования токовых и токовых направленных защит с регулируемыми угловыми характеристиками, защит с контролем ортогональных составляющих в целях обеспечения дальнего резервирования маломощных трансформаторов являются слабонагруженные ВЛ.
  5. Областью использования защит с контролем аварийных составляющих являются сильнонагруженные радиальные и транзитные ВЛ с ответвительными подстанциями.
  6. Областью использования резервных защит с контролем n-параметров в многомерном пространстве признаков являются как радиальные, так и транзитные ВЛ. При этом возможна селекция сложных видов повреждений с многократной продольно-поперечной несимметрией.

Литература

  • Нагай В.И., Маруда И.Ф., Нагай В.В. Резервирование релейной защиты и коммутационных аппаратов электрических распределительных сетей. Ростов-на-Дону: Изд-во журнала «Известия вузов. Северо-Кавказский регион», 2009. 316 с.
  • Нагай В.И. Релейная защита ответвительных подстанций электрических сетей. М.: Энергоатомиздат, 2002. 312 с.
  • Гарке В.Г., Жегалов А.А., Иванов И.Ю. и др. Развитие микропроцессорных устройств релейной защиты, автоматики и управления (МР РЗАУ) электрических систем // Релейная защита и автоматика энергосистем: сб. докл. ХХ конф., г. Москва, 1–4 июня 2010 г. М.: Науч.-инж. инф. агентство, 2010. С. 203–209.
  • Нагай В.И., Нагай В.В., Нагай И.В. Адаптивные измерительные органы аварийных составляющих резервных защит электрических распределительных сетей // Современные направления развития систем релейной защиты и автоматики энергосистем: сб. докл. Междунар. науч.-техн. конф., г. Москва, 7–10 сентября 2009 г. / М.: Науч.-инж. инф. агентство, 2009. С. 134–140.
  • Васильев Д.С., Еремеев Д.Г. Высокочувствительная защита дальнего резервирования линий электропередачи // Релейная защита и автоматика современных энергосистем: сб. докл. Междунар. конф., г. Чебоксары, 9–13 сентября 2007 г. М.: Науч.-инж. инф. агентство, 2009. С. 471–479.
  • Клецель М.Я., Стинский А.С., Шахаев К.Т., Никитин К.И. Пос-троение резервных защит, использующих закон Кирхгофа и сравнение знака мощности // Релейная защита и автоматика энергосистем: сб. докл. ХХ конф., г. Москва, 1–4 июня 2010 г. / М.: Науч.-инж. инф. агентство, 2010. С. 267–271.
  • Клецель М.Я., Стинский А.С. Алгоритмы для повышения чувствительности резервных защит трансформаторов к удаленным двухфазным КЗ // Современные направления развития систем релейной защиты и автоматики энергосистем: сб. докл. Междунар. науч.-техн. конф., г. Москва, 7–10 сентября 2009 г. М.: Науч.-инж. инф. агентство, 2009. С. 390–394.
  • Лямец Ю.Я., Нудельман Г.С., Кержаев Д.В., Романов Ю.В. Многомерная релейная защита // Современные направления развития систем релейной защиты и автоматики энергосистем: сб. докл. Междунар. науч.-техн. конф., г. Москва, 7–10 сентября 2009 г. М.: Науч.-инж. инф. агентство, 2009. С. 105–111.
  • Подшивалин А.Н., Климатова И.Г. Применение многомерной защиты: методики расчета уставок и проведение испытаний// Современные направления развития систем релейной защиты и автоматики энергосистем: сб. докл. Междунар. науч-техн. конф., г. Москва, 7–10 сентября 2009 г. М.: Науч.-инж. инф. агентство, 2009. С. 112–121.
  • Нагай И.В. Построение многопараметрических защит дальнего резервирования с повышенной распознаваемостью повреждений // Релейная защита и автоматика энергосистем: сб. докл. ХХ конф., г. Москва, 1–4 июня 2010 г. М.: Науч.-инж. инф. агентство, 2010. С. 264–266.
  • Иван Нагай,

    ведущий инженер НИИ Энергетики Южно-российского
    государственного технического университета
    (Новочеркасского политехнического института)

    👉 Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках

    Информация о компании

    ООО НПК «Электроэнергетика» предприятие-поставщик электротехнического оборудования Московской области. Поставляет электрооборудование бытового и промышленного назначения во все регионы России. Компания много лет сотрудничает напрямую с производственными предприятиями, учебными центрами и институтами. Это позволяет ей поддерживать необходимый объем оборудования, контролируя уровень качества и поддерживая грамотную ценовую политику.
    Смолич Елена Геннадиевна
    Все новости и публикации пользователя Смолич Елена в персональной ленте вашего личного кабинета на Elec.ru
    Подписаться
    Читайте также
    Новости по теме
    Объявления по теме

    ПРОДАМ: Вакуумные выключатели

    Главной проблемой в сетях среднего напряжения и высоковольтных линий является возникновение электростатической дуги при разрыве под нагрузкой. Дуга способно привести в негодность устройство защиты и является опасным фактором, который может привести к замыканию и неконтролируемому выходу энергии. Защитные выключатели в таких сетях снабжаются дугогасящими устройствами. Одни гасят дугу при помощи потока воздуха, который создается специальными сепарационными устройствами, другие устройства снабжены вакуумными камерами (сопротивление вакуума намного выше сопротивления воздуха, поэтому пробой не возникает). Устройства с такими камерами называются вакуумные выключатели. Данный тип выключателей является перспективным направлением развития устройств защиты, так как при сравнительно небольших размерах не требует особенного обслуживания, а скорость срабатывания обеспечивает надежность и безопасность электроснабжения потребителей. Наша компания с 2005 года профессионально решает задачи на электротехническом рынке в области поставок низковольтного оборудования партнерам по всей России. Сегодня "Элснаб" является крупнейшим дистрибьютором и сервис-партнером чешского завода OEZ (Siemens AG) в России. Наши технические специалисты проводят обучающие семинары и презентации по всему оборудованию, осуществляют полную техническую поддержку и сервисное обслуживание. Электротехническое оборудование "Элснаб" приобретают крупнейшие предприятия и организации страны, работающие в различных отраслях хозяйства: электроэнергетике, атомной, лесной и химической промышленности, агропромышленном комплексе, машиностроении и судостроении, сферах связи и IT. Тщательно продуманная логистика, высокий сервис, надежные поставки, оперативная обработка клиентских запросов - все эти исключительные качества «Элснаб» помогают нашим партнерам реализовать крупные проекты и решать важные задачи в области электротехники. Благодаря собственному складу и сотрудничеству с ведущими транспортными компаниями,...
    Отдел продаж · Элснаб · 18 июня · Россия · г Москва
    Вакуумные выключатели

    ПРОДАМ: РЕЛЕ НАПРЯЖЕНИЯ РН-111М

    Реле напряжения РН-111М предназначено для отключения бытовой и промышленной 1-фазной нагрузки 220 В, 50 Гц любой мощности при недопустимых колебаниях напряжения в сети с по-следующим автоматическим включением после восстановления параметров сети: • при мощности нагрузки до 3,5 кВт (до 16 А) отключение производится непосредственно выходными контактами реле, включенными в разрыв питания нагрузки; • при мощности, превышающей 3,5 кВт (16 А) отключение производится магнитным пускателем (МП) соответствующей мощности (МП в комплект не входит), в разрыв питания катушки которого включены выходные контакты реле. РН-111М может работать в четырех независимых режимах: -реле напряжения; -реле минимального напряжения; -реле максимального напряжения; -реле времени с задержкой на включение. РН-111М индицирует действующее значение входного напряжения и состояние выходного реле (вклю-чено/выключено). 1.2. Используемые термины и сокращения Термин нормальное напряжение означает, что входное напряжение соответствует всем установлен-ным пользователем параметрам. Сокращение АПВ - автоматическое повторное включение.
    Мясников Николай · ЕССО-Технолоджи · Сегодня · Россия · Чувашская республика - Чувашия
    РЕЛЕ НАПРЯЖЕНИЯ РН-111М

    ПРОДАМ: УВНС3 6-10, УВНБУ 6-35, УВНБУ 35-110, УВНБУ 35-220, УВНсТФ 6-10, УВНсТФ 10И, УВНЧФ 6-10, УВНЧФ 35, Визор, УПУВН-1

    Наша компания ООО «МИР Энерго» предлагает вашему вниманию указатели высокого напряжения: Указатели высокого напряжения предназначены для работы в электроустановках от 1 кВ до 220 кВ (включительно). УВНС3 6-10 Указатель напряжения со светозвуковой индикацией. В транспортном положении рабочая часть указателя помещается внутрь рукоятки. УВНБУ 6-35, УВНБУ 6-35 с удлинённым щупом, «УВНБУ 6-35 с двухзвенной штангой», УВНБУ 35-110, УВНБУ 35-220, УВНБУ 6-35 со штангой телескопической для установки с земли — указатели высокого напряжения универсальные со свето звуковой индикацией однополюсный. Контактный и бесконтактный способ работы. Функции самоконтроля и индикацию разряда батареи. УВНБУ 6-35 «МЕМ», УВНБУ 6-35 «МЕМ» с удлинённым щупом, «УВНБУ 6-35 „МЕМ“ с двухзвенной штангой», УВНБУ 35-110 «МЕМ», УВНБУ 35-220 «МЕМ», УВНБУ 6-35 «МЕМ» со штангой телескопической для установки с земли — указатели высокого напряжения универсальные со свето звуковой индикацией однополюсный. Контактный и бесконтактный способ работы. Функции самоконтроля и индикацию разряда батареи. Указатель имеет встроенный таймер — устройство, которое осуществляет непрерывный отсчет даты и времени в течение всего срока эксплуатации указателя. Блок управления указателя считывает текущую дату и время из таймера и записывает эти данные (отметку времени) вместе с информацией о событии в энергонезависимую память прибора. При необходимости данные могут быть выгружены при помощи специального прибора в любой компьютер и отобразиться в виде таблицы EXCEL Устройство считывания данных УСД — программно-аппаратный комплекс для считывания данных из внутренней памяти указателей УВНБУ «МЕМ». Устройство подключается через USB-порт к персональному компьютеру и беспроводным способом к указателю напряжения. При помощи идущей в комплекте программы производится экспорт протокола событий из указателя напряжения. УВНсТФ 6-10 Указатель высокого напряжения для фазировки. Двухполюсный, со светозвуковой индикацией. Имеет функцию...
    Махонина Татьяна · ООО "МИР Энерго" · 4 июня · Россия · г Москва
    УВНС3 6-10, УВНБУ 6-35, УВНБУ 35-110, УВНБУ 35-220, УВНсТФ 6-10, УВНсТФ 10И, УВНЧФ 6-10, УВНЧФ 35, Визор, УПУВН-1

    ПРОДАМ: Реле контроля напряжения в 3-фазных сетях HRN-43, HRN-43N (ETI)

    Применение Применяется для контроля минимального (Umin) и максимального (Umax) уровней напряжения в пределах 138 - 276 V (система 3x400/230V с нейтралью) или 240 - 480 V (система 3x400V, без нейтрали), ассиметрии фаз, последовательности и обрыва фаз. Особенности: •гальванически изолированное питание AC 400 V, AC 230 V, AC/DC 24 V; •функция "MEMORY" - для возвращения из аварийного режима в нормальный нужно нажать кнопку "RESET" на передней панели устройства; •два выходных реле, с возможностью выбора функций второго реле (независимо / параллельно); •фиксированная (t1) и настраиваемая (t2) задержка времени; •устойчивость к индукционному напряжению (например от двигателей)
    Федоров Сергей · ЭТИ Промкомплект · Вчера · Россия · Чувашская республика - Чувашия
    Реле контроля напряжения в 3-фазных сетях HRN-43, HRN-43N (ETI)

    ПРОДАМ: Контактор КТПВ-624, КТПВ624, КТПВ

    Контактор КТПВ-624, КТПВ624, КТПВ. Контактор КТПВ-623-для включения и отключения электрических цепей в стационарных установках. .Номинальное напряжение втягивающей катушки: 110В либо 220В постоянного тока.Качество.Большой ассортимент.Доставка в регионы. Поставляем контакты для ремонта коммутационной аппаратуры: — контакты для контакторов серии КТ-6000, КТ-7000, КПВ-600, КТПВ-600, МК, КПП, КПД, КПЕ, КМ, ES, K-ID, VMN; — контакты для пускателей серии ПМА, ПМЕ, ПАЕ, ПМ-12; — контакты для электроподвижного состава РЭВ-800, КЭ, КПП-113, АК-11 Катушки для контакторов и магнитных пускателей: КТ6013, КТ7013, КТ6023, КТ6033, КТ6043, КТ6053, КТ5023, КТПВ621, 622; КПВ602, КТПВ623, КПВ603, КТПВ624, КПВ604, КПВ605, МК1, МК2, МК1-20Д, МК2-30, МК3-20Д, МК3, МК4, МК5, МК6, ПМА-3000, ПМА-4000, ПМА-5000, ПМА-6000, ПМ12-010, ПМ12-025, ПМ12-040, ПМ12-063, ПМ12-100, ПМ12-125, ПМ12-160, ПМ12-250, ПМЕ-111, ПМЕ-211, ПАЕ-300, ПАЕ-400, ПАЕ-500, ПАЕ-600
    Кириллов Владимир · Завод Промоборудования · 8 июня · Россия · Чувашская республика - Чувашия
    Контактор КТПВ-624, КТПВ624, КТПВ
    ЗАО «ЗЭТО» — является одним из ведущих российских производителей электротехнического оборудования высокого, среднего и низкого напряжения, хорошо известным как в России, так и за рубежом.