Защиты и автоматика на микропроцессорах для сетей 6-35 кВ и собственных нужд электростанций

ПМ РЗА "Дiамант" для класса напряжений 6 - 35 кВ предназначен для выполнения функций релейной защиты, автоматики, управления, измерений и сигнализации присоединений 6 - 35 кВ:
• воздушной линии 6-10 кВ;
• воздушной линии 35 кВ;
• кабельной линии 6 - 35 кВ;
• асинхронного двигателя;
• синхронного двигателя;
• секционного выключателя;
• выключателя ввода;
• трансформатора до 6,3 МВА;
• секционирующего пункта сети 6-10 кВ;

Функции защиты и автоматики, выполняемые ПМ РЗА 6 - 10 кВ и их распределение по модификациям приведены в таблице.

Примечание:
П - функция приемника команды ЛЗШ;
Д - функция датчика команды ЛЗШ.

Максимальная токовая защита

Максимальная токовая защита имеет три ступени:
- первая ступень — токовая отсечка;
- вторая и третья ступени с пуском по напряжению и возможностью выбора типа времятоковой характеристики.
Предусмотрена возможность работы без пуска по напряжению.

В МТЗ предусмотрены следующие типы времятоковой характеристики:
- независимая;
- зависимая (пологая, крутая, линейная).
В защите предусмотрена возможность действия с ускорением при условии включения выключателя на КЗ.
По пуску второй и третьей ступеней МТЗ формируется выходной дискретный сигнал для блокировки логической защиты шин.

Защита от замыканий на землю

Защита от замыканий одной фазы на землю имеет две ступени.
Предусмотрена возможность работы каждой ступени "на отключение" или "на сигнал" с выдержкой времени.
Для реализации функции защиты от замыканий на землю используется фильтр первой гармоники с фильтрацией высших гармонических составляющих.

Предусмотрены следующие типы пусковых органов защиты:
- по току нулевой последовательности 3I₀ (ненаправленная защита);
- по току нулевой последовательности 3I₀ (направленная защита с возможностью блокировки или вывода направленности при обрыве измерительных цепей 3U₀);
- по напряжению нулевой последовательности 3U₀.

Для реализации направленности определяется направление мощности нулевой последовательности по значению фазового угла между током 3I₀ и напряжением 3U₀.
По срабатыванию защиты выдается сигнализация.

Защита от повышения напряжения на шинах

Защита предназначена для защиты присоединения от повышения напряжения.
Защита срабатывает, если уровень хотя бы одного из линейных напряжений превышает установленный уровень.
Предусмотрена возможность работы защиты "на отключение" или "на сигнал" с выдержкой времени.

Защита от понижения напряжения на шинах

Защита предназначена для защиты присоединения от понижения напряжения.
Защита срабатывает, если уровень хотя бы одного из линейных напряжений меньше установленного уровня.
Предусмотрена возможность работы защиты "на отключение" или "на сигнал" с выдержкой времени.

Защита от обрыва фазы питающего фидера (ЗОФ)

ЗОФ реализуется методом расчета тока обратной последовательности I₂ по формуле

I₂=1/3(I_a + I_be^J240 + I_ce^J240)

Функция ЗОФ вводится программно при задании конфигурации ПМ РЗА.

Логическая защита шин (ЛЗШ)

Сигнал ЛЗШ модуля линейного присоединения формируется при превышении входным током уставки по току первой или второй ступени МТЗ (по выбору) и наличии на входе сигнала пуска защит ввода (или секционного выключателя).
Функция ЛЗШ реализуется в модуле ввода (или СВ) при отсутствии блокирующих сигналов от МТЗ линейных модулей путем ускорения МТЗ ввода.

При получении входного сигнала от ЛЗШ линейного присоединения ускорение МТЗ снимается и МТЗ действует селективными выдержками времени. Кроме того, ПМ РЗА позволяет реализовать ЛЗШ от внешних датчиков.
В ПМ РЗА секционного выключателя предусмотрено два входа ЛЗШ, что позволяет развязать гальванически цепи ЛЗШ двух секций подстанций.

Автоматическое повторное включение

Автоматическое повторное включение (АПВ) запускается по факту отключения ВВ от защит. Предусмотрена возможность выбора защит, по срабатыванию которых запускается АПВ.
Функция АПВ реализована с одним/двумя циклами работы (по выбору) без контролей.

Запрет АПВ осуществляется при:
- срабатывании функции УРОВ;
- ручном отключении от ключа управления выключателем;
- наличии дискретного сигнала "Запрет АПВ" от схем существующего УРОВ;
- ручном включении на фиксированное время;
- неисправности выключателя.

Резервирование отказа выключателя (УРОВ)

Функция УРОВ запускается при срабатывании защит на отключение. Начало пуска циклограммы соответствует моменту снятия команды отключения, длительность которой 2Т паспортного отключения. Отказ выключателя определяется по токам фаз А, В и С.

Временная циклограмма формирования выходного сигнала "Работа УРОВ" приведена на рис. 1.

Рис. 1.

Управление высоковольтным выключателем

Отключение высоковольтного выключателя предусмотрено в следующих случаях:
- при срабатывании собственных защит;
- при наличии сигнала внешнего отключения;
- при наличии сигнала от внешнего УРОВ;
- при ручном отключении от ключа управления высоковольтным выключателем.

Выполнение команды "ОТКЛ" контролируется по состоянию блок-контактов выключателя "Включен", "Отключен" и по исчезновению входных фазных токов. Длительность команды отключения равна удвоенному паспортному времени отключения выключателя, заданному в эксплуатационных параметрах ПМ РЗА.

При отключении выключателя защитами или при работе защит "на сигнал" формируется выходной дискретный сигнал ПМ РЗА "Работа защит".

Включение выключателя предусмотрено:
- в цикле АПВ
- при наличии команды включения от ключа управления выключателем.

Команда включения выдается на исправный выключатель при разомкнутом заземляющем ноже.
Выполнение команды "ВКЛ" контролируется по состоянию блок-контактов выключателя. Длительность команды включения равна удвоенному паспортному времени включения выключателя.

При вкатывании и выкатывании тележки с включенным выключателем, выключатель отключается без выдержки времени.
Исключена возможность многократного включения выключателя на короткое замыкание.

Автоматическая частотная разгрузка (АЧР)

АЧР предназначена для автоматического отключения присоединения при снижении частоты питающего напряжения ниже частоты срабатывания с выдержкой времени.
АЧР работает в диапазоне частот 45 - 55 Гц.
АЧР, сработавшая на заданной частоте, не возвращается в исходное состояние при дальнейшем снижении частоты до 30 Гц и снижении контролируемого напряжения до 0,1 Uном.

При исчезновении или снижении на неограниченное время контролируемого напряжения и при последующем его появлении или повышении, если частота сети не изменялась, не происходит ложных срабатываний АЧР.
Предусмотрена возможность частотного автоматического повторного включения (ЧАПВ).

Частотное автоматическое повторное включение

Частотное автоматическое повторное включение (ЧАПВ) однократного действия запускается по факту отключения ВВ от автоматической частотной разгрузки.

Включение ВВ по ЧАПВ после восстановления частоты выполняется через задаваемое время.
До включения ВВ по действию ЧАПВ обеспечивается блокировка любых автоматических и дистанционных команд включения ВВ.
Запрет включения ВВ в цикле ЧАПВ осуществляется при неисправности выключателя.

Расчет ресурса высоковольтного выключателя

Расчет коммутационного ресурса в процентах производится отдельно для каждой фазы выключателя с учетом фазных токов при отключении и включении выключателя:

где n — количество произведенных операций включения/отключения; Nmax — максимальное количество отключений для данного типа выключателя (задается уставкой); I — ток при отключении или включении выключателя; Iном. откл. — номинальный ток отключения выключателя.

Коммутационный ресурс 100% соответствует допустимому количеству операций включения/отключения при данном токе.
Для реализации иной характеристики выключателя коэффициенты 631 и 2,8 могут изменяться в соответствии с типом выключателя и его характеристикой.

Расчет количества операций включения и отключения производится раздельно по типам операции.

Автоматическое включение резерва (АВР)

Функция АВР выполняется взаимными действиями ПМ РЗА - СВ и двух ПМ РЗА - ВВ. На ПМ РЗА — ВВ реализуется алгоритм АВР ВВ, на секционном выключателе — алгоритм АВР СВ. (ПМ РЗА-СВ, установленный в ячейке секционного выключателя, ПМ РЗА-ВВ, установленный в ячейке ввода 6-35 кВ.)

Исходной информацией для пуска и для срабатывания АВР является уровень напряжений Uab> U_BC и U_BHP контролируемых ПМ РЗА - ВВ, положение выключателя ввода (РПО/РПВ), а также наличие разрешающего сигнала от второго ввода. Поэтому алгоритм АВР вв является "ведущим", а алгоритм АВРСВ "исполнительным".

Алгоритм АВР вв для ПМ РЗА - ВВ

Пуск АВР происходит при срабатывании пускового органа по напряжению. При этом выдается команда на выключатель ввода, а после выполнения этой команды выдается команда включения на ПМ РЗА - СВ с выдержкой времени.

После срабатывания АВР ПМ РЗА - ВВ контролирует восстановление напряжения рабочего источника U_BHP. При возрастании U_BHP выше 0,8 Uном с выдержкой времени выдается команда включения на выключатель ввода, а через 0,5 с после выполнения этой команды ПМ РЗА - ВВ выдает на ПМ РЗА - СВ команду отключения с выдержкой времени.

ПМ РЗА - ВВ формирует выходной дискретный сигнал разрешения АВР для второго ввода. Сигнал, разрешающий выполнение АВР, выдается при наличии напряжений U_AB, U_BC и U_BHP, превышающих 80% Uном.

Алгоритм АВР св для ПМ РЗА - СВ

ПМ РЗА - СВ выполняет без задержки команды включения секционного выключателя, которые поступают от первого или второго ввода. После включения секционного выключателя ПМ РЗА - СВ выполняет роль защиты ввода для секции, которая потеряла основное питание.

Функции АВР_ВВ АВР_СВ блокируются входным дискретным сигналом "Блокировка АВР".

Определение места повреждения (ОМП)

По балансу реактивных мощностей прямой и обратной последовательностей в точке повреждения определяется расстояние до места повреждения. При расчете расстояния до места повреждения используются вторичные значения удельных сопротивлений.

Защита и автоматика воздушной линии 35 кВ

ПМ РЗА для воздушной линии 35 кВ обеспечивает выполнение следующих функций:
• защиты:
- 4-х ступенчатой дистанционной защиты от всех видов КЗ;
- направленной максимальной токовой защиты;
- междуфазной токовой отсечки,
- защиты от однофазных замыканий на землю.
• автоматики:
- УРОВ;
- АПВ.

Дистанционная защита

Дистанционная защита (ДЗ) является основной защитой селективного действия от всех видов междуфазных коротких замыканий.

При междуфазных КЗ в качестве пускового органа ДЗ используются комплексные сопротивления Z_AB, Z_BC, Z_CA, которые определяются по линейным напряжениям U_AB, U_BC, U_CA и токам I_AB, I_BC, I_CA:

Zab = U_AB / I_AB = Z_1K = Z_1уд • L_K;
Zbc = U_BC / I_BC = Z_1K = Z_1уд • L_K;
Zca = U_CA / I_CA = Z_1K = Z_1уд • L_K.

В ПМ РЗА "Дiамант" реализована четырехступенчатая дистанционная защита от междуфазных КЗ.
Форма характеристики каждой ступени ДЗ может быть задана в виде круга (или сектора окружности) с произвольным расположением на комплексной плоскости в осях активного и реактивного сопротивления. Это достигается с помощью соответствующего выбора пяти параметров, которые определяют координаты центра окружности, ее радиус, а также угловое положение начального и конечного радиус-векторов для определения сектора срабатывания.

На рис. 2 приведены возможные формы зон срабатывания дистанционной защиты, их расположение на комплексной плоскости.

Рис.2

На рис. 2 приняты следующие обозначения:
- О (О _Re, О _Im) — координаты центра окружности (или сектора) зоны срабатывания в осях активного и реактивного сопротивления;
- R — радиус окружности (или сектора) зоны срабатывания;
- α — угол между осью активного сопротивления и радиус-вектором, определяющим начало сектора зоны;
- β — угол между осью активного сопротивления и радиус-вектором, определяющим конец сектора зоны.
Указанные углы, определяющие начальное и конечное положение радиусов сектора срабатывания защиты, отсчитываются от положительного направления оси активного сопротивления против часовой стрелки.

Для наглядности зоны срабатывания дистанционной защиты заштрихованы.
В реализованной ДЗ предусмотрены:
- индивидуальная настройка времени срабатывания каждой ступени;
- возможность выбора оперативного или автоматического ускорения каждой ступени ДЗ с соответствующим временем срабатывания;
- автоматическая блокировка дистанционной защиты при наличии неисправностей в измерительных цепях напряжения.

Направленная максимальная токовая защита

Максимальная токовая защита (МТЗ) применяется в качестве резервной защиты от междуфазных КЗ.

В защите предусмотрены:
- возможность выбора действия защиты "на отключение" или "на сигнал";
- ввод/вывод направленности;
- ввод/вывод автоматического ускорения и соответствующей выдержки времени;
- автоматическая блокировка направленной защиты при обрыве измерительных цепей напряжения.
Направленная защита выполнена с контролем тока, величины и направления мощности в трех фазах. Направление мощности определяется по значению фазовых углов между током IА и напряжением U_BC, током Iв и напряжением U_CA, током Iс и напряжением U_AB, соответственно. Предусмотрена возможность построения любой зоны срабатывания защиты с помощью регулируемого угла максимальной чувствительности.

Диаграмма определения направления мощности приведена на рис. 3.

Рис.3

В.В.Горбенко, Ю.И. Кочегаров, А.Д. Нистратов
НПП "Хартрон-Инкор"