CC BY
77
3. С и с т е м ы автоматического управления объектами с переменными параметрами. Инженерные методы анализа и синтеза /Б. Н. Петров [и др.]. - M.: Машиностроение, 1986. -256 с.
4. В о с т р и к о в, А. С. Теория автоматического регулирования: учеб. пособие для вузов / А. С. Востриков, Г. А. Французова. - М.: Высш. шк., 2004 - 365 с.
5. Анхимюк, В. Л. Теория автоматического управления / В. Л. Анхимюк, О. Ф. Опейко, Н. Н. Михеев. - Минск: ДизайнПРО, 2002. - 343 с.
6. Ф и р а г о, Б. И. Теория электропривода: учеб. пособие / Б. И. Фираго, Л. Б. Павлячик. - Минск: ЗАО «Техноперспектива», 2004. - 527 с.
7. Ф и р а г о, Б. И. Регулируемые электроприводы переменного тока / Б. И. Фираго, Л. Б. Павлячик. - Минск: ЗАО «Техноперспектива», 2006. - 527 с.
8. К о в ч и н, С. А. Теория электропривода: учеб. для вузов / С. А. Ковчин, Ю. А. Сабинин. - СПб.: Энергоатомиздат, 2000. - 496 с.
9. N a s l i n, P. Polinomes normaux et critere algebrique d'amortissement (1) / P. Naslin. -Automatisme, 1963. - Т. VIII, № 6. - Р. 215-223.
10. В е р ж б и ц к и й, В. М. Численные методы (линейная алгебра и нелинейные уравнения): учеб. пособие для вузов / В. М. Вержбицкий. - 2-е изд., испр. - М.: ООО «Издательский Дом "ОНИКС 21 век"», 2005. - 432 с.
Представлена кафедрой электропривода и автоматизации промышленных установок
и технологических комплексов Поступила 30.03.2007
УДК 621.316.925
ВЫБОР ЧИСЛЕННОГО ЗНАЧЕНИЯ КРИТЕРИЯ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВИДА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В АДАПТИВНОЙ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЕ ЛИНИЙ
Инж. КОВАЛЕВСКИЙ А. В.
Белорусский национальный технический университет
В настоящее время в связи с повышением мировых цен на энергоносители в Республике Беларусь остро стоит проблема энергетической безопасности. За счет совершенствования релейной защиты можно добиться повышения надежности работы энергосистемы. Несвоевременное отключение повреждений и ненормальных режимов работы электрической сети, распределяющей энергию между ее производителем и потребителем, может привести к серьезным финансовым потерям, экологическим проблемам и неблагоприятным социальным последствиям. Предотвращению таких ситуаций служат релейная защита и автоматика. Иметь на предприятиях белорусской энергосистемы современные, надежные и быстродействующие устройства релейной защиты и автоматики означает своевременно локали-зовывать быстроразвивающиеся аварийные режимы и не создавать условий для простоя промышленных предприятий, не тратить огромные финансовые средства и трудовые ресурсы на восстановление поврежденных участков энергосистемы, оборудование потребителей.
Для защиты линий электропередачи напряжением 6-35 кВ от междуфазных коротких замыканий (КЗ) используются ступенчатые токовые защиты, которые в общем случае содержат три ступени: первая ступень - токовая отсечка (ТО), обычно выполняемая без выдержки времени; вторая ступень - токовая отсечка с выдержкой времени (ТОВ), третья ступень - максимальная токовая защита (МТЗ). В зависимости от конкретных условий применения может использоваться одна, две или все три ступени защиты. Измерительными органами (ИО) всех ступеней являются органы максимального тока, включенные на полные токи фаз защищаемого объекта [1].
Одним из требований, предъявляемых к релейной защите, является ее чувствительность. Однако, рассчитывая уставки для токовых защит линий, инженерам-расчетчикам не всегда удается добиться нужного коэффициента чувствительности кч, который определяется как отношение минимального тока КЗ (обычно двухфазного), протекающего через ИО защиты, к току срабатывания ИО. Токи срабатывания ИО всех ступеней выбираются по наиболее тяжелым условиям симметричного режима [2]. Ток срабатывания ИО ТО выбирается по условию отстройки от максимального значения тока трехфазного КЗ /3)КЗтах в конце защищаемого участка по известному выражению
_ КтсК, ' ср I 1 k'imax '
jl _ ore сх т(3) /i\
Jcpl — КЗтах' W
Ток срабатывания МТЗ выбирается по условию отстройки от максимальных нагрузочных токов 1н.тах. с учетом перегрузок и самозапуска электродвигательной нагрузки по формуле
тШ _ КтсКхКз т(3) (2)
cpl i н.тах' v /
*B«rr
где k0TC, £сх, kB, птт - соответственно коэффициенты отстройки, схемы, возврата и трансформации измерительных трансформаторов тока; kсз - коэффициент самозапуска электродвигательной нагрузки. Его величина определяется характером нагрузки и ориентировочно может достигать значений 2,5.
Поскольку эти режимы являются симметричными и рассчитанные для них токи превышают токи несимметричных замыканий, по которым оценивается kq, на практике иногда приходится ограничивать область применения токовых защит. Повысить чувствительность к несимметричным КЗ можно, применив адаптивный принцип построения токовой защиты от междуфазных коротких замыканий [3]. Алгоритм функционирования такой микропроцессорной защиты основан на определении режима симметричного и несимметричного КЗ с использованием формулы
д j _ Anax AmI)
~ I '
max
При такой реализации защиты можно контролировать момент наступления режима несимметричного повреждения и соответствующим образом автоматически уменьшать токи срабатывания ИО ступенчатой защиты.
38
В нормальном режиме, перегрузках, самозапуске электродвигателей и при симметричных КЗ значение А/ невелико и токи срабатывания ИО ступеней защиты определяются по формулам (1), (2) согласно условию отстройки от соответствующего симметричного режима. В момент наступления режима несимметричного повреждения /ср ИО ступеней защиты автоматически уменьшаются. Ток срабатывания ИО ТО отстраивается от максимального значения тока несимметричного (как правило, двухфазного) КЗ в конце защищаемой линии, что приводит к уменьшению тока срабатывания ИО этой ступени:
т! _КтсКх_т(2) ср2 КЗтах'
П
(4)
ТТ
Ток срабатывания МТЗ отстраивается от максимальных нагрузочных токов /нес при возникновении несимметричного режима работы в сети без учета самозапуска электродвигательной нагрузки, который является симметричным режимом и сопровождается протеканием практически одинаковых токов во всех фазах защищаемого объекта:
1Ш =
1ср2
I I " I'
(5)
Ток /ср уменьшается ориентировочно в 2,5-4 раза, что приводит к значительному повышению чувствительности третьей ступени к несимметричным КЗ.
При такой реализации алгоритма функционирования микропроцессорной токовой защиты (МПТЗ) трудность заключается в определении численного значения А/, которое должно сравниваться с заданным заранее значением. При симметричном КЗ имеем А/ —> 0, при несимметричном - А/ —>1. Для определения величины А/, обеспечивающей надежность определения несимметричного режима, использована математическая модель электрической сети (рис. 1).
к к2 къ
Шины 10 кВ
| А1 | - место установки защиты
Рис. 1. Схема электрической сети
В результате вычислительного эксперимента получены (рис. 2) зависимости АI(?) для различных видов КЗ (трех- и двухфазных) в трех разных точках электрической сети (к1, к2, к3).
Анализ полученных результатов показывает, что АI не превышает значений 0,49 (точка k1 - трехфазное короткое замыкание АВС) при симметричных замыканиях, а при несимметричных замыканиях минимальное значение равно 0,73 в установившемся режиме (точка k3 - двухфазное короткое замыкание ВС). То есть, реализуя в микропроцессорной защите описанный выше принцип адаптивности, можно задать значение А/, равное 0,72-0,75, и при превышении данного порога изменять уставки, добиваясь тем самым повышения чувствительности.
Учитывая отсутствие руководящих указаний, методик по расчету уставок для несимметричных режимов и связанные с этим сложности, алгоритм функционирования МПТЗ в общем случае может содержать две группы уставок. Первая группа учитывается защитой при трехфазных КЗ. В случае, когда проблемы с чувствительностью для конкретной сети отсутствуют и коэффициент чувствительности удовлетворяет предъявляемым требованиям, во вторую группу уставок можно ввести значения, аналогичные значениям в первой группе, т. е. рассчитанные по (1) и (2). В случае, когда в сети преобладает электродвигательная нагрузка, можно составить схему замещения, соответствующую особенностям местной электроустановки, и произвести расчет несимметричных режимов для конкретных местных условий, определив таким образом по (4), (5) уставки для второй группы, которые будут обрабатываться адаптивной МПТЗ при несимметричных КЗ.
1,0 AI, A 0,6 0,4 0,2
К1-АВС
1,0 Д1, A
0,6 0,4 0,2
б
К1-ВС
0
0,2 0,4 0,6 0,!
t, с 1,2
0,2 0,4 0,6 0,8 t, с 1,2
1,0 Д1, A
0,6 0,4 0,2
Яш
0
в
К2-АВС
0,2 0,4 0,6 0,!
t, с 1,2
1,0 AI, A
0,6 0,4 0,2
г
К2-ВС
0,2 0,4 0,6 0,8 t, с
1,2
1,0 Д1, A
0,6 0,4 0,2
0
д
К3-АВС
0,2 0,4 0,6 0,!
1,2
1,0 AI, A 0,6 0,4 0,2
0
е
К3 -ВС
0,2 0,4 0,6 0,!
t, с 1,2
а
0
0
t, с
Рис. 2. Зависимость А/(/): а - трехфазное КЗ в точке к{, б - двухфазное КЗ в точке к у
в - трехфазное КЗ в точке к2; г - двухфазное КЗ в точке к2; д - трехфазное КЗ в точке к3;
е - двухфазное КЗ в точке к3
Второй подход может быть следующим: в алгоритме функционирования вводится коэффициент к. Его значение принимается равным единице в том случае, если для сети, в которой устанавливается защита, принцип адаптивности не применяется. Значение, отличное от единицы, вводится для пересчета уставок в случаях, когда используется принцип адаптивности для улучшения чувствительности. Так, для несимметричного повреждения значение тока срабатывания МТЗ будет приниматься
т-ш _Иш
1 ср2 ср1 >
(6)
где /ср1 - ток срабатывания защиты, рассчитанный по (2).
Приведенный на рис. 3 график был получен в результате вычислительного эксперимента, учитывающего второй подход при реализации алгоритма функционирования защиты. Коэффициент к (6) в этом случае был принят равным 0,87. Такое значение к в данном случае определяется тем, что на практике при расчетах токов короткого замыкания ток двухфазного КЗ в определенной точке схемы замещения электрической сети принимается равным 0,87 тока трехфазного КЗ в той же точке. В общем случае коэффициент к может быть различным для каждой из ступеней защиты и определяется по следующим формулам: 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
0 0,2 0,4 0,6 0,8 Л1, о. е.
Рис. 3. Зависимость вторичного тока КЗ от длины линии Л1:----------ток трехфазного КЗ;
------ток двухфазного КЗ;--токи срабатывания первой ступени МПТЗ при всех
видах КЗ и адаптивной МПТЗ при симметричном КЗ;------- ток срабатывания первой
ступени адаптивной МПТЗ при двухфазном КЗ
, I _^ср2 .
I1 '
1ср1
(7)
кш =
ср2
^пГ
1 ср1
(8)
Из графика на рис. 3 видно, что при трехфазном КЗ на линии Л1 (рис. 1) токи срабатывания МПТЗ и адаптивной МПТЗ одинаковы и равны При
ррр
двухфазном КЗ ток срабатывания МПТЗ остается прежним, а ток срабатывания адаптивной МПТЗ уменьшается и составляет /с:р2 = О.Х7/,'р|. Благодаря этому максимальная токовая защита линии становится более чувствительной и зона ее действия в данном случае увеличивается приблизительно на 17 %. Изменением коэффициента к в (7) можно добиться и большего увеличения чувствительности адаптивной МПТЗ.
В Ы В О Д
Рассмотренный принцип определения вида КЗ можно использовать в адаптивных микропроцессорных защитах для улучшения чувствительности релейной защиты. Это позволит снять ограничения по применению токовых защит в распределительных сетях, в которых преобладает электродвигательная нагрузка. В некоторых случаях такой принцип позволит осуществить дальнее резервирование фидеров защитами, установленными на вводах 10 кВ.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Ч е р н о б р о в о в, Н. В. Релейная защита / Н. В. Чернобровов. - М.: Энергия, 1974. - 680 с.
2. Ф е д о с е е в, А. М. Релейная защита электрических систем / А. М. Федосеев. - М.: Энергия, 1976. - 560 с.
3. Р о м а н ю к, Ф. А. Принципы выполнения адаптивной микропроцессорной токовой защиты от междуфазных коротких замыканий / Ф. А. Романюк, А. А. Тишечкин, А. В. Ковалевский // Энергетика... (Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ). - 2005. -№ 2. - С. 11-14.
Представлена кафедрой электрических систем Поступила 6.06.2007
