ИЭ / 9 сем (станции+реле) / Литература / Шнеерсон

стояния до места повреждения при вычисленном общем значе­ нии Х.

На протяжении длительности окна измерения ФМП произво­

дит несколько текущих измерений сопротивления, которые в об­ щем случае неодинаковы. Поэтому должна проводиться фильт­ рация измерений (например, отбрасывание крайних значений,

усреднение и т.д.) для получения наиболее достоверных резуль­ татов. Как показано в §7.З, при К3 с электрической дугой на ли­ нии с двухсторонним питанием возможны существенные иска­ жения замера, возрастающие с длиной линии и при увеличении нагрузки. При этом существенно изменяются как активная R,

так и реактивная Х составляющие замера комплексного сопро­ тивления. С учетом этого для одностороннего ФМП целесооб­ разна корректировка z-измерений, описанная в п. 7.3.4.

Эффективной для одностороннего ФМП на параллельных ли­ ниях является также корректировка замера при однофазных КЗ (см. §7.5), когда вследствие влияния составляющей тока нуле­ вой последовательности, протекающего по параллельной линии, существенно искажается соответствие между измеренным со­ противлением и расстоянием до места КЗ. Возможны случаи, когда выбор поврежденных фаз при КЗ затруднителен, и вычис­ ляются параллельно несколько петель повреждения. В этом слу­ чае выбирается замер, соответствующий минимальному значе­ нию реактивного сопротивления.

Двусторонние ФМП. Основной недостаток односторонних ФМП - принципиальная невозможность в общем случае точно определить расстояние до места повреждения при дуговых по­ вреждениях и транзите мощности ввиду отсуттвия данных о па­ раметрах сети на противоположном конце линии. Учитывая, что эквивалеНТНЬlе параметры сети могут изменяться как в процессе эксплуатации, так и непосредственно во время аварии в ЭС, при­ менение в ФМП алгоритмов, требующих введения данных о па­ раметрах сети, может вызвать серьезные затруднения при оцен­ ке результатов. Поэтому наиболее эффективными являются алго­

ритмы ФМП, использующие информацию о токах и напряжени­ ях, возникающих при К3 на обоих концах защищаемой линии.

В частности, в защите ВЛ 7SDS [9] реализован автоматичес­ кий обмен информацией о токах и напряжениях по концам за­ щищаемой линии непосредственно при возникновении К3 на

основе каналов передачи сигналов продольной дифференциаль-

469

ной защиты (см. рис. 6.18). При этом функции двустороннего ФМП выполняются одновременно с функциями дистанционной

и дифференциальной защиты ВЛ. Функционирование ФМП ос­ новано на средствах быстрого обмена цифровыми сигналами,

соответствующимивекторам, характеризующим входные вели­ чины переменного тока по концам ВЛ, причем указанными ве­ Ли<JИНами могуr быть как токи, так и напряжения по концам ВЛ Как и JJ)IЯ односторонних ФМП, формируется интервал из­

мерения tиэ (см. рис. 10.1,а) и пуrем цифровой фильтрации с использованием выророк мгновенных значений u, i рассчиты­

ваются вектора, соответствующие токам и напряжениям на входе защиты. Защиты по концам ВЛ обмениваются данными

о рассчитанных векторах, причем важным является коррекция исt<ажений и запаздывания, вносимого каналом связи. Необ­ хо има также коррекция при расчете по обоим концам ВЛ со­ ответствующих векторов, учитывающая несинхронность вы­ числений в обоих устройствах. С учетом этого, при передаче значений векторов на противоположный конец производится синхронизация векторов, их коррекция по частоте и дополни­ тельно передаются данные о моменте времени и длительнос­ ти окна измерения.

При наличии информации о токах и напряжениях на проти­ воположном конце ВЛ не обязательно применение дистанцион­ ного принципа. Определение расстояния до места I<З, в частно­ сти, может бЬIТЬ основано на том, что при I<З на защищаемой линии напряжение в точке К3 минимально и имеет одинаковое значение при его наблюдении (измерении) с любого из обоих концов ВЛ. Одним из вариантов является использование симме­

тричных составляющих токов и напряжений прямой последова­ тельности по концам и линии [9], что позволяет наиболее простым способом определить расстояние до места поврежде­ ния при любом виде КЗ.

Если !l1A, l1A - соответственно вектора напряжения и тока прямой последовательносrи на стороне А линии (рис. 10.2); !liв, 118 - такие же вектора на стороне В линии, то напряжение в месте I<З !l1x, вычисляемое по данным стороны JJ)IЯ протяжен­

ной ВЛ с учетом соотношений (7.21)-(7.23) равно:

(10.1)

470

Рис. 10.2. К расчету месrа повреждения при двустороннем ФМП

При вычислении Il1:,c на основе данных на проnmоположной стороне линии () имеем аналогичное соотношение:

(10.2)

В приведенных соотношениях: l - длина ВЛ; lx - расстояние до места КЗ от конца А линии; Zc, у - определяются соотноше-

ниями (7.22), (7.23).

Так как устройства ФМП по концам линии обмениваются зна­

чениями l[IA, llA, l[IВ, Iiв, то, производя расчеты на основе (10.1), (10.2) на каждом из концов линии, получим, что искомому зна­

чению lx соответствует равенство нулю или минимум функции, равной разности вычисленных напряжений, т.е.

(10.3)

Указанное упрощенно пояснено на рис. 10.2. Таким образом, решая нелинейное уравнение (10.3) с использованием данных о напряжениях и токах противоположной стороны, можно опре­ делить место КЗ независимо от значений переходного сопротив­ ления и передаваемой мощносrи. Дополнительным преимуще­ ством такого решения является отсутствие использования нулевой последовательности даже при расчете удаленности I<3 на землю. Это существенно облегчает и уточняет расчеты ввиду того, что точное определение этих параметров нулевой после­ довательносrи затруднительно.

471

Наличие параллельных линий и транспозиции также вносит несущественные погрешности вследствие отсутствия необходи­ мости использования составляющих нулевой последовательно­

сти. Применение составляющих прямой последовательности не является единственно возможным вариантом при выявлении

места КЗ, - возможно использование других преобразований токов и напряжений на обоих концах ВЛ. Обычно выходными данными ФМП являются как измеренное расстояние, так и вид повреждения и измеренное значение результирующего ком­ плексного сопротивления.

10.2. Контроль исправности цифровых защит

Сравнительно высокая надежность цифровых защит не исклю­ чает целесообразности использования в них средств самоконт­ роля исправности, снижающих вероятность отказа в функцио­ нировании и излишнего срабатывания. При этом расширение возможности анализа цифровой информации, используемой при функционировании ЦРЗ, существенно расширяет функции само­ контроля исправности как аппаратных, так и программных средств. Ниже рассматриваются некоторые решения в части са­ моконтроля исправности ЦРЗ [9].

10.2.1.Элементы контрОJIЯ исправности аппаратных

ипроtраммRЫХ средств

Контроль напряжения питания и АЦП осуществляется вну­ тренними аппаратными средствами. Контролируется напряже­ ние питания процессора, при снижении которого ниже допус­ тимого уровня ЦРЗ блокируется и генерируется соответствую­ щий сигнал. Сам процессор контролирует опорные напряжения и АЦП, необходимые для обеспечения измерений.

Контролируется также исправность батареи автономного пи­ тания, обеспечивающей сохранение необходимой информации (параметры, уставки, сообщения) после отключения напряже­ ния питания, что позволяет ЦРЗ нормально функционировать после восстановления питания.

Контроль элементов памяти микропроцессорной системы

обеспечивается как при подаче напряжения питания (запуск си­ стемы), так и в процессе функционирования. Различные блоки памяти процессорной системы контролируются путем формиро-

))(,

вания промежуточных сумм, сравниваемых с контрольными суммами. Сигнализация сообщает об обнаруженных неисправ­ ностях, и в необходимых случаях производится блокирование защитных функций.

«звезды» (рис. 10.З,а) сумма всех измеряемых токов теоретиче­ ски равна нулю. Указанное означает, что нулю должна быть равна и сумма вы­ численных ЦРЗ векторов, соответствующих всем подводимым токам. Неисправность в цепях тока внутри защиты возникает, с учетом неидеальности измерений и возможных небалансов, в случае, ее.ли сумма всех измеряемых токов существенно отлича­ ется от нуля. Указанному соответствует условие

(10.4)

где а2 = tga (рис. 10.З,б).

При этом коэффициент k учmъшает возможную неодинаковость коэффициентов передачи промежуточных трансформаторов Тl­ ТЗ в цепях фаз и Т4 в цепи нулевого провода. Коэффициент а1 оп­

ределяет постоянный небаланс измерений, независящий от значения входиых токов, а коэффициент а2 - рост возможного небаланса, определяемого неидеальностью трансформаторов Т1- Т4 и измерительной частью, одновременно с ростом уровня токов

(максимального из токов Imax).

Рис. 10.З. Контроль исправности токовых цепей ЦР3

473

Контроль цепей 0ТК11Ючения. Возможность фиксации с по­ мощью дискретных логических входов (см. рис. 1.16) наличия (отсуrствия) постоянного напряжения позволяет контролиро­ вать исправность катушки отключения L силового выключате­ ля )) и его реаJЩИю на отключающий сигнал с использованием вспомогательного контакта ВК (рис. 10.4).

При этом цепь отключения управляется контактом выходно­ _го реле защиты )(, параллельно которому подсоединен дискрет­ ный вход BEl. Другой дискретный вход ВЕ2 подсоединен парал­ лельно вспомогательному контакту ВК. Напряжение, подводи­ мое к катушке отключения L, должно быть, по крайней мере, в 2 раза больше, чем напряжение переключения дискретных вхо­ дов BEl, ВЕ2, чтобы обеспечить их правильное функционирова­ ние при посл овательном подключении к цепи питания. В табл. 10.1 показаны состояния дискретных входов BEl и ВЕ2 (О - отсуrствие напряжения; 1 - наличие напряжения) для че­ тырех возможных режимов, характеризующих состояние выклю­ чателя )) и контакта выходного реле защиты () (О, 1 - разомк­ нутое и замкнутое состояния соответственно).

Рабочими являются режимы 1 и 2 при разомкнутом контак­ те () выходного реле. В исправной цепи при включенном выклю­ чателе ()) (, 1) вход ()находится под напряжением (BEl ,. 1), а вход 2- без напряжения (ВЕ2 = О). При разомкнутом выклю­

чателе Q оба дискретных входа находятся под напряжением (BEl = 1, ВЕ2 = 1). При разрыве цепи обмотки L напряжение

исчезает с обоих дискретных входов (BEl -О,. ВЕ2 -О).. Такое же состояние имеет место в режиме 3 при замкнутом выключа­ теле и сработавшем выходном реле ()) = 1, )), 1). Однако ре­

жим 3 может существовать лишь кратковременно вследствие то­ го, что контакт выходного реле не может быть длительно замк­ нут. При обрыве цепи отключения этот режим существует дли­ тельно. Поэтому наличие элемента задержки по времени в трак­ те сигнализации режима З позволяет селективно выявить неис­ правность в цепи отключения выключателя. Включенное и от­ ключенное состояния выключателя контролируется режимами 1 и 2 (BEl = 1, ВЕ2 = и BEl = 1, ВЕ2 = 1). Контроль во всех

случаях осуществляетя фиксацией состояний входов и выдачей соответствующих сообщений.

Непрерывный контроль текущих проrрамм. При прекраще­ нии правильного выполнения внутренних программ контроли-

()),

EBQ

Рис. 10.4. Вариант контроля цепи отключения

Таблица 10.1. Диаrрамма сосrояввй цепи ОТКJООчевия

руется длительность возникшей паузы, а затем производится возврат процессора в исходное состояние и повторный запуск. В случае неустраняющейся неисправности производится анало­ гичная операция. После заданного числа перезапусков ЦРЗ бло­ кируется с выдачей соответствующего сообщения.

10.2.2. Контроль исправности ·внешних цепей переменного тока и напряжения

ных цепей тока и напряжения (отсутствие обрывов или КЗ) яв­ ляется симметричность входных трехфазных сигналов. При К3 на защищаемом объекте эта симметричность нарушается, но восстанавливается снова после ликвидации КЗ. Поэтому нали­ чие симметрии входных токов и напряжений при их определен­ ном уровне характеризует исправность входных измерительных

475

Imш

Рис. 10.S. Харахтеристика устройств контроля симметрии токов (а)

и напряжений (б)

цепей. При нарушении симметрии соответствующий сигнал о неисправности измерительных цепей должен генерироваться с выдержкой времени, отстроенной от максимально возможной длительности ликвидации повреждений в ЭС. Условия фиксации повреждений в цепях тока и напряжения по критерию симмет­ рии имеют соответственновид (рис. 10.5):

(10.5)

(10.6)

где Irp, Urp - граничные значения тока и напряжения, фиксирую­ щие минимальные уровни сигналов, при которых критерий сим­ метрии может быть применен; ai = tga1, аи = tg(¼ (рис. 10.5). Ис­

пользование критерия симметрии как отношения минимального и максимального значений эффективно, ввиду необходимой отст­ ройки от небалансов и помех, лишь при достаточном уровне

сигналов, определяемом значениями lrp, Urp. Фиксация неисправности в цепях напряжения. Неисправ­

ности в измерительных цепях напряжения, подводимых к уст­ ройствам РЗ (обрывы, КЗ) могуr приводить как к отказу, так и к излишнему срабатыванию определенных функций защиты, связанных с измерением напряжения. В частности, обрыв цепей напряжения во многих случаях, особенно при протекании то­ ков нагрузки ВЛ, приводит к срабатыванию отдельных ступеней дистанционной защиты, воспринимающей исчезновение напря­ жения как К3 на ВЛ вблизи места установки защиты. Использо­ вание цифровой техники расширяет возможности быстрой фик­

сации неисправностей в цепях напряжения. Вариант цифровой структуры с фиксацией неисправности в цепях напряжения, в

476

том числе и при одновременном обрыве трех фаз [45] представ­ лен на рис. 10.6.

В основу функционирования положено принципиальное от­ личие режима повреждения цепей напряжения от режима КЗ, заключающееся в том, что возникновение К3 сопровождается

скачкообразным изменением измеряемого защитой тока. При

этом производится контроль следующих условий:

• превышение измеряемым приращением тока значения ЛJ

(элементы 1-3); • нахождение максимального из токов ниже порога

lp < (~1,2lн011), соответствующего максимальному рабочему то­ ку (элемент 8);

Рис. 10.6. Фиксация неисправности в цепях налряжеиия ЦРЗ

477

• нахождение минимального из токов выше порога Iм > > (~0,05I80..), соответствующего минимальному току функцио­ нирования защиты (элемента 9);

•одновременное снижение напряжений трех фаз ниже поро­ га UФ< (---0,5 В), соответствующего обрыву трех фаз (элементы

•превышение напряжением обратной последовательности по­

рога U2>, соответствующее несимметричному повреждению це­

пей напряжения, например, обрыву одной или двух фаз (эле­

кообразное изменение тока во всем диапазоне возможных то­ ков КЗ. При запуске хотя бы одного из элементов ЛI/Лt запус­

кается расширитель импульсов на время 1 (примерно 10 с),

с запасом большее возможной длительносrи существования КЗ. При этом через элементы 14 и 15 при возникновении КЗ запре­ щается блокировка защиты и сигнализация о неисправности в цепях напряжения. Аналогичное влияние оказывает превыше­ ние одним из токов значения Ip< (элемент 8), превышающего с определенным запасом ток в максимальном режиме нагрузки. Указанные меры обеспечивают отсутствие блокирующего сиг­ нала при возникновении КЗ.

При несимметричном обрыве цепей напряжения возникает напряжение обратной последовательносrи U2, приводящее к ак­

тивированию элемента 12 (ИЛИ) и к возникновению сигнала 1 на входе элемента 15 (И). Если рабочий ток объекта превыша­ ет минимальный порог Iм>С-0,05/ном), то на входе элемента 15 также возникает разрешающий сиrnал. Так как повреждение в цепях напряжения и одновременный скачок тока практически не возникают одновременно, то расширитель импульсов Т1 (эле­ мент 11) не запускается, а фазные токи имеют значение мень­ шее уставки элемента 8 JP<. С учетом этого от рассматривае­ мого канала через элемент 14 (ИЛИ) поступает также разреша­ ющий сигнал на вход элемента 15 (И). Таким образом, при не­ симметричной неисправности в цerupc напряжения без замедле­ ния формируется блокирующий сигнал и сигнал сигнализации на входе элемента 15 (И).

При трехфазном обрыве цепей напряжения несимметрия на­

пряжений отсутствует. Однако одновременное снижение трех фазных напряжений ниже порога UФ< приводит также к пере-

478