книги / Микропроцессорные гибкие системы релейной защиты

Указанная совокупность данных конкретизируется разработчиком на этапе проектирования реальной системы УРЗ.

Программа коммутации 7г{&} задается в форме функции комму­

БУ от ИП и коммутационных аппаратов УРЗ, дающих информацию о ре­ жимах и конфигурации защищаемой сети; Z (/—1) —входные Сигналы системы автоматов БУ, подаваемые на вход коммутатора с задержкой на такт. Выбор функции коммутации из множества функций коммута­

местной работы измерительного, решающего и исполнительного бло­ ков РЗ, причем ф (К) G К.

Анализ подобной системы автоматов показывает, что множество ее состояний, функций переходов и выходов существенно зависит от функции коммутации. В результате граф системы автоматов в целом определяется графами отдельных автоматов и функцией коммутации системы. Изменяя функцию коммутации, можно в широких пределах изменять граф системы в целом и, следовательно, изменять тип, струк­ туру и режимы работы системы РЗ. Расширение функциональных воз­ можностей системы РЗ происходит за счет придания ей свойства гибко­ сти, которое позволяет использовать принципы адаптации и обеспечить наилучшие условия выявления КЗ для всех возможных конфигураций и режимов работы 03. Необходимо отметить, что в рассматриваемой системе гибкой УРЗ граф автомата gp, определяющий настройку РБ защиты, не является фиксированным, а может изменяться под действием оператора управления $p [Z{t—1), -ЯГ(0 ]- Иными словами, явля­ ется в рассматриваемой системе автоматом с программируемой струк­ турой, что повышает гибкость системы и придает ей большие возмож­ ности по перестройке.

Для БУ принцип программирования коммутации и структуры хоро­ шо согласуется с требованиями, которые предъявляются к автоматам при их реализации на основе БИС, в частности с такими требованиями, как однородность структуры автомата, однородность блоков, малое число информационных, управляющих и питающих входов БИС и СБИС

иоднотипность соединения последних. Цифровой БУ УРЗ позволяет также осуществлять связь с другими подсистемами противоаварийного

ирежимного управления объектом (автоматическое повторное вклю­ чение, включение резерва, частотная разгрузка, регулирование возбуж­ дения, частоты и др.), а также осуществлять координацию с верхним уровнем управления (АСУЭ) [92].Таким образом, гибкая УРЗ в полной мере становится подсистемой аварийного управления в общей системе управления электроэнергетическим объектом. Изложенный подход к построению универсальных гибких РЗ, предполагающий использование

161

трех основных принципов —адаптации структуры РЗ к конфигурации и параметрам 03, прогнозирования быстропротекающих переходных процессов при аварийных ситуациях, информационной совместимости ФУ автономных защит, входящих в систему, обеспечивающую их рацио­ нальное взаимодействие, —соответствует современной идеологии пост­ роения управляющих систем [93].

Рассмотрим на примере распределительной сети постоянного тока (СПТ) автономной ЭЭ£ примущества асинхронного переформирования структур защиты. Признано наиболее перспективным [94] использо­ вание в СПТ токовой защиты с направленной блокировкой по току (НТЗБ) и дифференциальной токовой защиты с блокировкой по току питаемых присоединений (ДТЗБ). Так как указанные защиты являются абсолютно селективными и практически равноценными по быстродей­ ствию, то определяющим критерием при выборе варианта РЗ СПТ явля­ ется чувствительность. В СПТ низкого напряжения преобладают КЗ через сопротивление электрической дуги с высоким остаточным напря­ жением в месте повреждения [95], что приводит к ограничению тока КЗ до значений, соизмеримых с номинальным током эксплуатационно­ го режима. При этом в цепи потребителей может протекать ток к месту КЗ (ток подпитки) или от него (ток отсоса). Проведем анализ чувстви­ тельности защит НТЗБ и ДТЗБ в этих режимах методом расчета ”на наихудший случай”, полагая, что максимальные погрешности элементов суммируются в наихудшей комбинации [94].

Структурная схема НТЗБ участка СПТ приведена на рис. 5.5. Изме­ рительные преобразователи ИПТ51у ИГГГ$2 установлены на питающих, а ИПТС1 —на питаемых присоединениях. В эксплуатационных режимах при протекании номинальных токов по присоединениям блокирующие БО и реагирующие РО органы, на входы которых подаются сигналы со­ ответственно с ИПТф ИПТ51 или ИПТ52, не срабатывают. В пусковых режимах или при КЗ вне защищаемой зоны срабатывают РО и один или несколько БО. При отсутствии блокирующего сигнала на одном входе логического элемента И сигнал от сработавшего РО через элемент вы­ держки времени ВВ поступает на отключение автоматического выключа­

где Kci, Ksj — коэффициенты преобразования соответственно MIJTcj9 ИПТд\ m — число питаемых присоединений; /отс/ ~ ток отсоса в 1-м присоединении.

162

Рис. 5.5. Структурная схема защиты типа НТЗБ участка сети постоянного тока

Нестабильность параметров ИПТ можно охарактеризовать аддитивной уо и мультипликативной у погрешностями, выраженными в относитель­ ных единицах (соответственно по отношению к номинальному току /ном J наиболее мощного питаемого присоединения и к текущему зна­ чению тока). Пренебрегая погрешностями БО, РО, принимаем наибо­

нии условия (5.1) и (5.2) принимают вид

где /ном/ —номинальный ток питающего присоединения; / —макси­ мальная кратность тока отсоса в питаемом присоединении по отноше­ нию к его номинальному току. При равномерном распределении токов по нескольким питающим присоединениям с учетом условий (5.3),

163

(5.4) получаем выражение для тока срабатывания НТЗБ

защиты основан на сравнении токов по концам защищаемого участка.

Рис. 5.6. Структурная схема защиты типа ДТЗБ участка сети постоянного тока

164

Сумматором Е формируется сигнал на срабатывание РО, с которого поступает команда на отключение автоматических выключателей A sl и As2. В отличие от обычной дифференциальной токовой защиты (ДТЗ) ДТЗБ дополнена несколькими реле максимального напряжения (РМН), которые срабатывают при превышении токами из зоны значений токов отсоса, так как иначе защита ложно блокируется при замыкании через сопротивление электрической дуги в защищаемой зоне. Уставка сраба­ тывания РО для ДТЗ определяется из условия отсутствия ложных сра­ батываний при КЗ вне зоны

Учитывая, что суммы напряжений на выходах ИПТ питающих и пи­ таемых присоединений соответственно равны

Наименьшую чувствительность ДТЗ с выбранной в соответствии с выражением (5.7) уставкой РО имеет в случае замыкания через дугу в защищаемой зоне с максимальным остаточным напряжением при максимальных отрицательных погрешностях у ИПТsj и положитель­ ных погрешностях у ИПТСj. С учетом сказанного, выражая ток сраба­ тывания в относительных единицах и полагая для ДТЗБ d = /, имеем

m

Выражения (5.5) и (5.8) позволяют сравнить чувствительность защит НТЗБ и ДТЗБ и выявить условия, при которых целесообразно исполь­ зование той или иной защиты, исходя из критерия максимальной чув­ ствительности. Раскрывая в этих выражениях скобки, пренебрегая ве-

165

личинами второго порядка малости и полагая JQ = 7 , получаем

При одностороннем питании СПТ (п - т = 1) и глухом КЗ (/ = 0) из выражения (5.9) следует

чае же п - т > 1, например, при трехстороннем питании (п - т = 3) и замыкании через сопротивление электрической дуги с токами отсо-

ДТЗБ. Таким образом, для разветвленных участков СПТ (п> 2) с одно­ сторонним питанием (п — т = 1) при малых значениях тока отсоса (глухие КЗ или глухие КЗ, переходящие в дуговые замыкания) с точки

167

зрения обеспечения максимального коэффициента чувствительности Кч целесообразно применять НТЗБ, а при наличии нескольких пита­ ющих присоединений (п - т > 2) и токах бтсоса / > 0,5 (дуговые за­ мыкания) целесообразно использовать ДТЗБ.

Для обеспечения максимальной чувствительности во всех режимах работы 03 потребовалось бы одновременно включать в работу оба типа защиты —НТЗБ и ДТЗБ. Достичь максимальной чувствительности защиты в процессе реконфигурации СПТ (изменение числа питающих присоединений) и изменения параметров аварийных токов в цепях пот­ ребителей (токов отсоса) можно и другим путем, а именно автоматичес­ кой перестройкой структуры защиты, а точнее, асинхронной перекоммутацией ФУ. Очевидно, что критерием перестройки при этом является

suP ( ^ 4jHT3B’^чДТЗБ-^ И 3 3 ]-

На рис. 5.7 приведена структурная схема многофункциональной пе­ рестраиваемой МПРЗ с асинхронной перекоммутацией ФУ, обеспечива­ ющая формирование защит НТЗБ и ДТЗБ в процессе контроля объек­ та защиты. В табл. 5.1 сведены данные о функциональном составе защит НТЗБ, ДТЗБ и универсальной МПРЗ с перекоммутацией ФУ, выполня­ ющей функции каждой из указанных типов защит.

Анализ данных табл. 5.1 показывает, что максимальная экономия ФУ при использовании МПРЗ с перекоммутацией ФУ ожидается на много­ концевых разветвленных участках СПТ с большим числом питаемых т присоединений. В этом случае только число сэкономленных релейных элементов РЭ составляет т + 1, не считая сокращения числа логических элементов [133].

5.4. УНИВЕРСАЛЬНАЯ МПРЗ С ЦИКЛИЧЕСКОЙ ПЕРЕКОММУТАЦИЕЙ ФУ

Как уже отмечалось, важным достоинством МПРЗ с процедурно-ап­ паратной реализацией архитектуры является то, что в них обеспечивает­ ся возможность сохранения и использования накопленного опыта реали­ зации аналоговых устройств РЗ предшествующих поколений и одновре­ менно рационального использования средств ВТ. Иными словами, реша­ ются ранее отмеченные проблемы внедрения ВТ, характерные для РЗ нового поколения, при сохранении основного достоинства таких РЗ — их широкой универсальности благодаря возможности перепрограммиро­ вания. В самом деле, проблема обеспечения быстродействия снимается здесь за счет аналоговой реализации устройств выявления поврежде­ ний, а цифровая реализация функций настройки РБ и автоматической перестройки архитектуры РЗ в процессе контроля 03 обеспечивает дос­ таточно полное использование вычислительной мощности средств ВТ.

В качестве примера использования МПРЗ с перекоммутацией ФУ рас­ смотрим вариант защиты силового понижающего трансформатора [97], щироко распространенной в объединенных ЭЭС. В последнее время они

168

Рис. 5.8. Структурная схема системы РЗ с жесткой архитектурой для понижающе­ го трехфазного трансформатора

Рис. 5.9. Структурная схема гибкой системы УРЗ с перестраиваемой архитектурой для понижающего трехфазного трансформатора