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

Выполнение условий (11.1) означает, что, во-первых, не име­ ется «дыр», где КЗ на объекте не отключается устройствами за­ щиты или ОТЮiючается с недопустимым замедлением (условие чувствительности) и, во-вторых, не имеется случаев отключения

КЗ «чужими» вЫЮiючателями быстрее, чем «собственными». Ука­ занное не означает, что при выполнении условий (11.1) все функ­ ции и усrавки УРЗ выбраны оптимально, однако выполнение этих условий является необходимым условием обеспечения чувстви­ тельности и селективности РЗ.

На рис. 11.3 приведена структура, поясняющая основные эле­ менты полноценного контроля чувствительносrи и селективно­ сти РЗ на основе программных средств расчета КЗ и моделиро­ вания УРЗ. При пояснениях в дальнейшем в качесrве примера используются фрагменты программы СИМП, предназначенной для анализа и контроля уставок РЗ [46].

Структура алгоритма контроля чувствительности и селек­ тивности РЗ (рис. 11.3) содержит следующие основные функ­

циональные элементы.

ЭС (блок 1), включая месrа усrанов­ ки УРЗ и места приложения потока КЗ. Наиболее эффективным является при этом использование графического редактора с биб­ лиотекой элементов, используемых в ЭС (ВЛ, генераторов, трансформаторов, выключателей, разъединителей и т.д.), что обеспечивает наглядность и упрощает работу со схемой. При­ мер графического редактора программы СИМП приведен на рис. 11.4.

Принципиальным является наличие в библиотеке элементов усrройств УРЗ, усrанавливаемых непосредственно у выключате­ лей Q.

499

500

Данные потока КЗ (блок 2), накладываемого на ЭС. Вводят­ ся рассматриваемые виды КЗ, переходные сопротивления в ме­ сте КЗ в зависимости от вида КЗ (междуфазные и связанные с землей). Задаются места приложения КЗ, например, шаг в про­ центах длины ВЛ, внутренние и внешние КЗ по концам объек­ та (выключателя, трансформатора и т.д.).

Данные элементов ЭС (блок 3) - вводятся все необходимые для расчета величин при КЗ параметры элементов ЭС, в том чис­ ле и данные измерительных трансформаторов тока и напряже­ ния. На рис. 11.5,а в качестве примера показан ввод данных тре­ хобмоточного трансформатора. Эффективно при этом исполь­ зование базы данных элементов ЭС.

Данные релейной защиты устройств (блок 4). Вводятся все необходимые данные, описывающие характеристики УРЗ, преж­ де всего:

•используемые защитные функции (токовые, токовые направ­ ленные, дистанционные);

•характеристики, уставки и выдержки времени отдельных ступеней каждой защитной функции.

Пример, поясняющий ввод параметров дистанционной защи­

ты, приведен на рис.

Расчет токов и напряжений при К3 (блок 5). Методы расчета КЗ в электрических системах детально разработаны, существует большое количество соответствующих программ. Блок 5 рассчиты­

вает для каждогорассматриваемого единичного случая напряже­ ния и токи, подводимые ко всем УРЗ, установленным на различ­ ных элементах рассматриваемого участка ЭС (см. рис. 11.4). Оrме­ тим, что при этом учитывается действие УРЗ на отдельные выклю­ чатели ЭС в процессе устранения КЗ (см. блок 6 на рис. 11.3). Ин­ формация о состоянии вьпипочателей Ql-Qn с учетом действия УРЗ непрерывно в процессе расчета передается блокам З и 5.

Отключение выключателя соответствует изменению конфигу­ рации ЭС при каждом действии УРЗ. Поэтому блоком 5 произ­ водится, в общем случае, многократный расчет одного и того же КЗ, учитывающий каждое изменение состояния выключате­ лей и конфигурации ЭС (блок 1) в результате срабатывания УРЗ

отдельных элементов ЭС с подачей соответствующих величин Ш...l) к блоку 6 моделирования УРЗ.

Моделирование УРЗ (блок 6) обеспечивает учет действия (не­ действия) отдельных УРЗ рассматриваемого участка ЭС при на-

501

а)

' "

.:·•.: ....1; - 1 i: :·.

6)

Рис. 11.5. Ввод данных элементов ЭС и устройств защиты в программу СИМП

502

защитных функций, характеристик и уставок, то в большинст­ ве случаев достаточным является расчет установившихся значений тока и напряжения КЗ и моделирование статических характеристик УРЗ, что существенно упрощает анализ. В общем случае задача может быть расширена путем моделирования ал­ горитмов реализации УРЗ с использованием мгновенных значе­ ний величин ), и ((,рассчитываемых с учетом переходных про­ цессов в ЭС при возникновении КЗ.

Важным моментом при моделировании УРЗ является необхо­ димость использования параметров безусловного срабатывания и несрабатывания (см. п. 11.3.1). Так как граница срабатыва­ ния УРЗ в общем случае размыта (см. рис. 11.1), то при нахож­

дении единичного показателя чувствительности (() используют­ ся характеристики безусловного срабатывания УРЗ, что дает не­

обходимые запасы при оценке чувствительности РЗ с учетом воз­ можных погрешностей расчета и отклонений характеристик УРЗ в реальных условиях.

Исходя из тех же соображений, при оценке селективности УРЗ

УРЗ, что также дает необходимые запасы, учитывающие неточ­ ность расчетов и погрешности УРЗ.

В случае соответствия рассчитываемых значений Il.... [ харак­ теристикам безусловного срабатывания УРЗ, в том числе с уче­ том выдержек времени отдельных ступеней УРЗ по длительно­ сти существования сигналов, блоком 6 формируются сигналы отключения выключателей, которые (с учетом времени дейст­ вия выключателей) передаются блокам 1 и 5 для расчета КЗ. За­

тем проводятся последовательно новые расчеты КЗ, учитыва­ ющие изменение конфигурации ЭС после отключения каждого выключателя. При моделировании УРЗ обеспечивается генера­ ция не только отключающих сигналов, но и других сообщений, например, о попадании параметров в зону действия реле отдель­ ных фаз, о пуске отдельных ступеней и т.д.

Архивация расчетов, сообщений результатов (блок 7) обес­ печивает фиксацию значений токов и напряжений во всех мес­ тах установки УРЗ в процессе КЗ и коммутаций выключателей ЭС, возникающих сообщений УРЗ, а также единичных и резуль­ тирующих показателей чувствительности и селективности.

Автоматический контроль показателей чувствительно­

елелазелА­бела,веелелазqE, q5 (блок 8) осуществляется на осно-

503

ве общих критериев, определяемых выражением (11.1). При этом при каждом текущем К3 с номером п из общего потока К3 с учетом критериев, приведенных в п. 11.3.2, оцениваются еди-

ничные показатели чувствительности q* и селективности q* n для

En 5

РЗ отдельных элементов ЭС (см. табл. 11.1). Процесс оценки (контроля) показателей чувствительности и селективности ре­ лейной защиты участка сети содержит следующие основные мо­ менты.

1. В рассматриваемой ЭС пользователем выделяется участок, где необходимо проконтролировать чувствительность и селек­ тивность РЗ (программой дается возможность такого выделения в графическом редакторе - см. рис. 11.4). При этом имеется в виду, что все параметры ЭС, релейной защиты и данные пото­ ка К3 заданы.

2. Программа на основе анализа топологии ЭС самостоятель­ но формирует табл. 11.1 для оценки показателей чувствитель­ ности и селективности, включающую все элементы ЭС, входя­ щие в выделенный участок, и определяет «собственные» выклю­ чатели для каждого из элементов. ·предельные времена чувст­ вительности ТЕ (см. n. 11.3.2) вводятся в табл. 11.1 в соответст­ вии с требованиями к рассматриваемым элементам ЭС.

3. Для выявления показателей чувствительности и селектив­ ности qE и q5 релейной защиты отдельных элементов ЭС, что яв­ ляется основной целью анализа, поток К3 автоматичеки прохо­ дит каждый из элементов ЭС (например, ВЛ с заданным шагом) и в соответствии с заданными ранее видами и параметрами КЗ. При каждом отдельном К3 одновременно контролируется дей­ ствие всех УРЗ в рассматриваемом участке ЭС.

4. При анализе чувствительности в УРЗ, действующих на «соб­ ственные» выключатели принимаются характеристики безус­ ловного срабатывания (см. § 11.2), т.е. УРЗ загрубляются, что обеспечивает необходимый запас по чувствительности при К3 на защищаемом объекте. Требование по чувствительности для

любого из элементов ЭС, входящих в табл. 11.1, будут при этом выполнены, если при всех КЗ на указанном элементе ЭС оТЮiю­ чение «собственных» вЬIКЛючателей происходит за время t ТЕ.

В противном случае, т.е. при невыполнении данного условия хо­ тя бы при одном КЗ, имеет место qE = О.

5. При анализе селективности РЗ каждого из элементов ЭС при прохождении потока К3 по рассматриваемому элементу в

504

защитах всех других элементов ЭС, действующих на «чужие» в данном случае выключатели, принимаются характеристики безусловного несрабатывания (чувствительносrь УРЗ увеличи­ вается), что обеспечивает необходимый запас при контроле по­

казателя q5• Для выполнения условия селективности необходи­ мо, чтобы при всех КЗ на рассматриваемом элементе не про­

изошло срабатывания защит, установленных на чужих ВЬIКJIЮ­ чателях.

6. Подобным образом поток К3 накладывается на все элемен­ ты ЭС, входящие в рассматриваемый участок, и определяются

соответствующие коэффициенты qE и q5.

При невыполнении требований чувствительности и селектив­ ности при К3 в отдельных точках ЭС (едиНИЧНЬlе показатели q или q при К3 в этих точках равны О) указанные случаи фикси­ руются (блок 7). Далее пользователем производится анализ дан­ ных случаев и соответствующая корректировка уставок УРЗ (блок 9), эффективность которой проверяется повторной авто­

матической оценкой показателей чувствительности и селектив­ ности. Основным принципиальным моментом рассмотренного ана­

лиза является возможность полноценного контроля чувствитель­ ности и селективности релейной защиты участка· сети в автома­ тическом режиме с возможностью просчета тысяч вариантов. Указанное позволяет охватить и выявить случаи наиболее опас­ ных режимов ЭС, видов и мест КЗ, которые являются определя­ ющими при оценке чувствительности и селективности релейной защиты. Выявление указанных определяющих условий для ЭС сложной конфигурации аналитическими методами затрудни­ тельно (см., например, простейший случай двухфазного К3 на землю в §7.4).

11.4. Оценка чувствительности и селективности резерввых защит

Выше рассматривались чувствительность и селективность РЗ в предположении отсутствия отказов УРЗ и силовых вЬIКJIЮча­

телей. Резервные ступени РЗ функционируют, как правило, при отказе УРЗ или выключателя, а также при недостаточной чувст­

вительности основных ступеней защиты вследствие экстремаль­ ных условий, например, большого сопротивления электричес-

505

кой дуги. РассмотренНЬiе выше критерии и алгоритмы возмож­ но применить и для анализа чувствительности и селективности РЗ в случае отказа любого УРЗ или выключ·ателя в ЭС. При этом алгоритм анализа (см. табл. 11.1, и рис. 11.3) должен дополни­ тельно содержать следующие аспекты:

1) в процессе анализа производится поочередное моделиро­

вание отказа защиты или выключателя в ЭС например, преры­ ванием связи между защитой и выключателем, что делает не­

возможНЬiм отключение рассматриваемого выключателя при действии УРЗ;

2)при отказе выключателя релейная защита других, соседних

свыключателем, элементов ЭС должна произвести необходимые

отключения. Поэтому поврежденный выключатель или выклю­ чатель с неисправной защитой в данном случае при анализе не рассматривается и в «свои» вносятся выключатели элементов ЭС, соседних с отказавшим выключателем. В частности, например, для линии W9 (см. рис. 11.2) при отказе выключателя Q9 (за­ щиты S9) «своими» вЫЮiючателями являются выключатели: QB

3) при проверке резервных ступеней защит программой мо­ делируется поочередный отказ выключателей в рассматривае­ мом участке ЭС и соответственно корректируются условия про­ верки в таблице чувствительности и селективности типа табл. 11.1. Эти условия относятся к заданию «своих» выключа­ телей, обеспечивающих отключение КЗ на рассматриваемом элементе ЭС при наложении потока КЗ, что определяет соответ­ ствующие изменения при проверке чувствительности и селек­ тивности.

11.5. Возможности автоматического контроля уставок

РЗ в ЭС

Рассмотренные обобщенные оценки чувствительности и селек­ rnвности РЗ позволяют объективно оценить соответствие уставок и характеристик РЗ требованиям ЭС с учетом возможного потока КЗ, что особенно важно для ЭС сложной конфигурации. Эта задача становится еще более аюуальной с учетом тенденции к либерали­

зации энергетического рынка, приводящей к более частым комму­ тациям в сетях и, следовательно, к смене конфигураций и режимов

506

ЭС. Вполне очевидно, что одновременно изменяются условия, оп­ ределяющие необходимые уставки РЗ и согласование отдельных УРЗ no чувствительности и селективности.

В этих условиях представляется перспективной появляющая­

ся принципиально новая возможность автоматического кон­ троля правильности уставок и характеристикРЗ на основе те­

кущего наблюдения выполнимости критериев чувствительнос­ ти и селективности qE и q5 с использованием структуры аналогичной рис. 11.3. Непрерывный контроль этих параметров основан на том, что с учетом совершенствования средств управ­

ления и обмена информацией в ЭС (см., например, гл. 10) в про­ грамму анализа чувствительности и селективности РЗ могут в

текущем режиме вноситься происходящие изменения в конфи­ гурации ЭС, например, при вводе или выводе генерирующих мощностей и нагрузок, выводе в ремонт или вводе силового обо­

рудования и т.д. При этом в структуре оценки параметров qE и q5 (см. рис. 11.3), функционирующей в данном случае в непре­ рывном режиме («on-line») при непрерывно моделируемом по­

токе КЗ, отслеживаются текущие данные ЭС, определяющие по­ ток токов и напряжений, подводимых к блоку моделирования УРЗ. Это позволяет автоматически контролировать реальную го­ товность РЗ к правильному функционированию в изменившем­ ся режиме ЭС и выдать соответствующиесообщения о необхо­ димости корректировки уставок УРЗ.

На рис. 11.6 поясняется стратегия автоматического контроля чувствительности и селективности релейной защиты участка ЭС.

УставкиРЗА

1ИзменениеуставокР3А

Рис. 11.6. Стратегия автоматического контроля чувствительности и селективности РЗ заданного района :ЭС

507

К программе КО}Пр<>ЛЯ показателей qE и q5, содержащей с уче­

том сrруктуры, представ.ленной на рис. 11.З, данные о конфи­

гурации рассматр11Ваемого участка ЭС, уставки и характеристи­ ки УР3 отдельНЬDС элементов ЭС поступают с использованием

систем управления текущие данные об изменениях в конфигу­ рации ЭС, проходящих в процессе эксплуатации. Программа функционирует в непрерывном режиме, и при невыполнении

условий чувствительности или селективности вследствие изме­ нений в ЭС соответствующие сообщения от программы посту­

пают к персоналу служб РЗА, определяющему уставки УРЗ. Эти сообщения содержат необходимую информацию о_ при­

чинах нарушения чувствительности и селективности РЗ в ЭС, прежде всего об элементе ЭС и защитных фунIЩИЯХ УРЗ, не удов­ летворяющих в новых условиях требованиям чувствительности и селективности, а таюке о видах К3 и условиях, при которых эти требования не удовлетворяются. Указанные данные позво­ ляют персоналу СJJуЖб РЗА произвести необходимые корректи­

ровки уставок ИЛli принять решения о введении изменений в структуру РЗ рассматриваемого участка ЭС. Эффективность при­

нимаемых pemeIOIЙ после введения изменений оперативно оце­ нивается текущим контролем показателей qE и q5•

11.6. Особенности проверки функций цифровых УРЗ

Рассматривая факторы группы II (см. §11.1), определяющие аппаратную готовность УРЗ к правильному функционированию, следует отметить ряд специфических особенностей цифровой ре­

лейной защиты.

Как показьmае'l' практика, процент неправильных действий,

связанных с использованием цифровых УРЗ, на первоначальном этапе существенно не уменьшается, а в ряде случаев даже воз­ растает (43]. Указанное обусловлено среди прочего возможны­

ми несоответствиями функций цифрового УРЗ конкретным тре­

бованиям рассматриваемой ЭС или ошибками, не выявленны­ ми в процессе исnытаний, которые будем в дальнейшем назы­ вать аттестационными. Возможность возникновения подобных ошибок определяется, прежде всего, принципиальными разли­

508