Совершенствование методов и технических средств проверки и настройки релейной защиты тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.02, кандидат наук Шалимов Александр Станиславович

• Шалимов Александр Станиславович
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Шалимов Александр Станиславович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ЗАДАЧИ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОВЕРОК И НАСТРОЙКИ РЕЛЕЙНОЙ

ЗАЩИТЫ

§ 1.1 Оценка способности релейной защиты выполнять свои функции ... 15 § 1.2 Анализ методик проверки комплектных устройств релейной защиты и

автоматики

§ 1.3 Современные испытательные системы

1.3.1 Ручные и компьютерно-управляемые устройства проверки

1.3.2 Программное обеспечение компьютерно-управляемых испытательных систем

§ 1.4 Методические указания по выбору параметров настройки микропроцессорных устройств релейной защиты

1.4.1 Требования к релейной защите шунтирующих реакторов

1.4.2 Продольная дифференциальная защита с функцией эффективного торможения

1.4.3 Оценка чувствительности и быстродействия поперечной дифференциальной токовой защиты

1.4.4 Резервирование основных защит шунтирующего реактора

1.4.5 Особенности релейной защиты управляемого шунтирующего реактора с подмагничиванием

§ 1.5 Организация проверок и настройки релейной защиты

§ 1.6 Выводы к первой главе

ГЛАВА 2 АЛГОРИТМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ И МЕТОДЫ НАСТРОЙКИ И

ПРОВЕРКИ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ

§ 2.1 Структура высокочастотной защиты линий 110-330 кВ

§ 2.2 Алгоритмы проверки и настройки высокочастотной направленной защиты

2.2.1 Методика настройки фильтров обратной последовательности в трёхфазной схеме

2.2.2 Автоматизация проверки измерительных органов и логической части

2.2.3 Особенности проверки микропроцессорного устройства

§ 2.3 Согласование параметров срабатывания пусковых органов блокировки при качаниях микропроцессорного и электромеханического

полукомплектов защиты с высокочастотной блокировкой

§ 2.4 Состав комплекта ступенчатых защит

§ 2.5 Анализ поведения цифровых измерительных органов дистанционной защиты при отклонении частоты в аварийных режимах электрической системы

2.5.1 Цифровые измерительные органы дистанционной защиты на основе вычисления векторов

2.5.2 Цифровые измерительные органы дистанционной защиты на основе дифференциального уравнения линии

§ 2.6 Совершенствование методики выбора параметров срабатывания устройств блокирования дистанционной защиты при качаниях

2.6.1 Блокировка с пуском при коротких замыканиях

2.6.2 Блокировка на основе контроля скорости изменения сопротивления

§ 2.7 Особенности применения дистанционной защиты от коротких

замыканий на землю на линиях электропередачи с ответвлениями

§ 2.8 Автоматизация проверки ступенчатых защит

2.8.1 Базовые методы тестирования функций релейной защиты

2.8.2 Дистанционная защита

2.8.3 Токовые защиты

2.8.4 Тестирование релейной защиты с учётом переходных процессов в трансформаторах тока

§ 2.9 Выводы ко второй главе

ГЛАВА 3 СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ВЫСОКОАВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ПОДСТАЦИЙ С

ПОДДЕРЖКОЙ МЭК61850

§ 3.1 Анализ архитектур и систем управления высокоавтоматизированных

подстанций

§ 3.2 Методы и средства проведения испытаний оборудования релейной

защиты и автоматики на базе стандарта МЭК61850

§ 3.3 Схемы испытаний интеллектуальных электронных устройств релейной

защиты и автоматики на основе стандарта МЭК61850

§ 3.4 Особенности испытаний преобразователей аналоговых сигналов

МЭК61850

§ 3.5 Тестирование интеллектуальных электронных устройств в схеме

«трансформатор тока - преобразователь аналоговых сигналов»

§ 3.6 Анализ специальных алгоритмов интеллектуальных электронных устройств релейной защиты и автоматики

3.6.1 Тестирование интеллектуальных электронных устройств релейной защиты и автоматики на основе МЭК61850-9-2ЬЕ

3.6.2 Особенности испытаний интеллектуальных электронных устройств релейной защиты и автоматики с поддержкой стандарта МЭК61869-9

§ 3.7 Выводы к третьей главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А Материалы о внедрении

251

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность и степень разработанности темы исследования

Релейная защита, в соответствии с ее назначением, должна всегда находиться в состоянии безупречной готовности к срабатыванию. В современных условиях глобальной зависимости общества от электрической энергии нельзя допустить возникновения внезапных отказов релейной защиты, которые могут привести к развитию аварий в электроэнергетических системах с катастрофическими последствиями.

Какой бы технически совершенной и надежной не была релейная защита, необходимо выполнять её настройку и проверку.

Важнейшая особенность релейной защиты заключается в том, что она длительное время наблюдает за защищаемыми объектами, должна находиться в состоянии готовности, и должна выполнить отключение с минимальной задержкой при возникновении повреждения в зоне её действия.

На этих длительных интервалах ожидания повреждения её параметры могут изменяться, и релейную защиту следует периодически проверять.

В случае обнаружения отклонения параметров и характеристик срабатывания следует производить (восстанавливать) настройку защиты.

Проверки и настройки релейной защиты усложняются тем, что в настоящее время в электроэнергетической системе работают совместно три поколения устройств релейной защиты: электромеханические, микроэлектронные и цифровые, методы и средства проверок которых существенно отличаются, но должны быть согласованы между собой.

Проверки и настройки релейной защиты усложнились ещё и тем, что в энергосистеме произошли значительные изменения. Появились новые управляемые элементы с изменяющимися в процессе работы параметрами (управляемые шунтирующие реакторы и др.). Режимы энергосистемы стали более динамичными. Максимальные нормальные режимы электроэнергетических систем

приблизились по параметрам к минимальным аварийным, например, при удаленных коротких замыканиях.

Взаимосвязь общих тенденций технического прогресса и направлений развития релейной защиты оказывают существенное влияние на формирование всё возрастающих требований к новым системам проверок и настроек релейной защиты, и на формирование концепции их совершенствования.

Во-первых, усложнение алгоритмов действия релейной защиты требует повышения степени автоматизации их проверки и настройки.

Во-вторых, прогресс в области цифровой техники дает широкие возможности для точных измерений, обработки сигналов и автоматизации процессов проверки и настройки.

В-третьих, быстродействующие защиты вынуждены работать в условиях высокодинамичных переходных процессов с обеспечением требуемой селективности и чувствительности. Это вызывает необходимость проверять и настраивать релейную защиту применительно к нестационарным режимам.

При этом трудно обеспечить корректность проверок и настроек релейной защиты с помощью традиционных технических средств. Требуются новые более совершенные методы и оборудование.

В этой связи совершенствование методов и технических средств проверки и настройки защит электроэнергетических систем играет важную роль в достижении требуемой надёжности электроснабжения и представляет собой важную и актуальную научно-техническую задачу.

Разработаны методы и созданы технические средства проверки устройств релейной защиты, выполненных на электромеханической, микроэлектронной, цифровой элементной базе, обеспечивающие снижение количества неправильных действий при их эксплуатации, за счёт минимизации ошибок обслуживающего персонала релейной защиты и приближения условий испытаний к реальным процессам в электрической системе.

В ходе работы над диссертацией автор пользовался научными консультациями доктора технических наук, профессора Э.М. Шнеерсона и кандидата технических наук, доцента А.А. Никитина.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование методов и технических средств проверки и настройки релейной защиты»

Цель работы

Совершенствование известных и создание новых методов и технических средств проверки и настройки устройств релейной защиты.

Основные задачи исследования:

1. Разработка общей концепции проверок обеспечивающей снижение количества неправильных действий устройств релейной защиты, выполненных на различной элементной базе.

2. Обоснование методики выбора параметров срабатывания микропроцессорных устройств релейной защиты.

3. Разработка и исследование методов автоматического тестирования устройств релейной защиты с учётом переходных и высокодинамичных аварийных процессов в энергосистеме.

4. Разработка методов и технических средств испытаний элементов систем релейной защиты высокоавтоматизированных подстанций с поддержкой МЭК 61850.

Объект исследования - электромеханические, микроэлектронные, микропроцессорные и цифровые, с поддержкой МЭК 61850, устройства релейной защиты.

Предмет исследования - методы и технические средства проверки и настройки электромеханических, микроэлектронных, микропроцессорных и цифровых, с поддержкой МЭК 61850, устройств релейной защиты.

Методология и методы исследования. Исследования проводились с использованием методов теоретических основ электротехники, теоретических основ релейной защиты, математического и программного моделирования, а также с применением современных методов и средств проверки устройств релейной защиты и автоматики.

Достоверность и обоснованность результатов обеспечивается за счёт корректного применения общей теории электрических цепей, теоретических основ электротехники, теоретических основ релейной защиты и подтверждается совпадением результатов исследований автора, проведённых на реальных устройствах релейной защиты, с результатами натурных испытаний на ряде подстанций.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Способы проверки и настройки основных и резервных защит линий электропередачи, обеспечивающие снижение количества неправильных действий при их эксплуатации.

2. Научно-обоснованная методика выбора параметров срабатывания микропроцессорных устройств релейной защиты разных изготовителей применительно к комплексам защит шунтирующих и управляемых шунтирующих реакторов 110-750 кВ позволяющая повысить их быстродействие, чувствительность и надёжность.

3. Новые методы оценки поведения цифровых измерительных органов дистанционной защиты на основе алгоритма Фурье и дифференциального уравнения линии при аварийных режимах в условиях отклонения частоты электрической системы на основе амплитудно-частотных характеристик измерительных органов.

4. Новые алгоритмы проверки интеллектуальных электронных устройств релейной защиты в эксплуатационных и аварийных режимах энергосистемы, сопровождающихся искажениями сетевых данных мгновенных цифровых отсчётов в локально-вычислительной сети подстанции (шине процесса).

Научная новизна работы:

1. Предложенная методика проверки основных и резервных защит линий 110-330 кВ с использованием компьютерно-управляемой испытательной системы, позволяет выполнять автоматическое тестирование устройств релейной защиты по принципу «чёрного ящика» - неизвестной системы с известной ответной реакцией

на входные сигналы, что позволяет значительно сократить трудоёмкость испытаний и количество ошибок, вызванных человеческим фактором.

2. Разработанные научно-обоснованные методики выбора параметров срабатывания микропроцессорных устройств релейной защиты разных изготовителей применительно к комплексам защит шунтирующих и управляемых шунтирующих реакторов 110-750 кВ позволяют повысить их быстродействие, чувствительность и надёжность.

3. Разработанные методы оценки поведения цифровых измерительных органов дистанционной защиты на основе алгоритма Фурье и дифференциального уравнения линии при аварийных режимах в условиях отклонения частоты электрической системы на основе амплитудно-частотных характеристик измерительных органов позволяют улучшить согласование дистанционных защит разного типа.

4. В предложенных и разработанных алгоритмах проверки интеллектуальных электронных устройств релейной защиты высокоавтоматизированных подстанций учтены режимы искажений сетевых данных мгновенных цифровых отсчётов в локально-вычислительной сети подстанции (шине процесса), которые позволяют комплексно оценить функционирование специальных алгоритмов блокировки и восстановления данных в интеллектуальных электронных устройствах.

Теоретическая значимость работы:

1. Методы автоматической проверки релейной защиты исследованы на устройствах на электромеханической, микроэлектронной и микропроцессорной элементной базе. Результаты исследований показали, что приближение условий испытаний к реальным процессам в электрической системе обеспечивают снижение количества неправильных действий при эксплуатации устройств релейной защиты и были положены в основу алгоритмов автоматических программ проверки компьютерно-управляемых испытательных комплексов.

2. Предложенные алгоритмы проверки интеллектуальных электронных устройств релейной защиты в режимах искажений сетевых данных мгновенных

цифровых отсчётов, реализованы в программно-техническом испытательном комплексе, выпускаемом серийно ООО «НПП «Динамика», позволяющем выполнять оценку работоспособности специальных алгоритмов интеллектуальных электронных устройств высокоавтоматизированных подстанций.

3. Способ тестирования релейной защиты в схеме «трансформатор тока -релейная защита» исследован на микропроцессорных терминалах релейной защиты разных типов. Анализ показал, что разработанный алгоритм проверки с учётом высокодинамичных аварийных процессов в энергосистеме, учитывающих насыщение измерительных трансформаторов тока, позволяет проверить функцию детектора насыщения и блокировки быстродействующих функций релейной защиты при насыщении трансформаторов тока.

4. Результаты теоретических работ использованы в ООО «НПП «Динамика» при выполнении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, а также в учебном процессе в Чувашском государственном университете, Ивановском государственном энергетическом университете, Национальном исследовательском университете «МЭИ», Южно-Российском государственном политехническом университете, Вологодском государственном университете, Институте повышения квалификации специалистов релейной защиты и автоматики (г. Чебоксары), Научно-образовательном центре ЭКРА.

Практическая значимость и реализация результатов работы:

1. Разработанные универсальные алгоритмы проверок реализованы в специализированном программном обеспечении испытательных систем серии РЕТОМ (ООО «НПП «Динамика») для автоматического тестирования электромеханических (ЭПЗ-1636, АО «ЧЭАЗ») микроэлектронных (ПДЭ2802, ШДЭ2801(02), АО «ЧЭАЗ») и микропроцессорных устройств (серия ШЭ2607, ООО «НПП ЭКРА») основных и резервных защит линий 110-330 кВ, которое успешно эксплуатируется в России и странах СНГ.

2. Разработанная усовершенствованная методика настройки фильтра напряжения обратной последовательности защиты ПДЭ2802, реализованная в специальной программе проверки испытательных систем РЕТОМ-51/61/71,

устраняет недостатки существующей методики ОРГРЭС и эксплуатируется в России и странах СНГ.

3. Внедрены для применения на объектах электроэнергетической системы алгоритмы автоматических испытаний функций релейной защиты с учётом высокодинамичных аварийных процессов в энергосистеме, учитывающих насыщение измерительных трансформаторов тока, в схеме «трансформатор тока -релейная защита».

4. Разработана и применяется в электроэнергетических системах методика проверки основных и резервных защит линий 110-330 кВ с использованием компьютерно-управляемой испытательной системы, позволяющая выполнять автоматическое тестирование устройств релейной защиты по принципу «чёрного ящика» - неизвестной системы с известной ответной реакцией на входные сигналы, что позволяет более чем в 5 раз сократить трудоёмкость испытаний и количество ошибок, вызванных человеческим фактором.

5. Разработанные методики выбора параметров настройки используются в методических указаниях (Стандартах организации ОАО «ФСК ЕЭС») по выбору параметров срабатывания микропроцессорных устройств релейной защиты и автоматики фирм «Siemens AG», «Alstom Grid»/«AREVA», «ABB», «НПП ЭКРА», «GE Multilin» для шунтирующих и управляемых шунтирующих реакторов 110-750 кВ и используются в расчётных отделах филиалов ПАО «ФСК Россети».

Апробация результатов

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научных семинарах и конференциях: Международные конференции «Релейная защита и автоматика энергосистем-2017», «Релейная защита и автоматика энергосистем-2021» (Москва, 2017, 2021), I, II Международные конференции «Цифровая подстанция. Стандарт IEC 61850. Цифровизация электрических сетей» (Москва, 2017, 2019), I, II, IV, V, VI Международные научно-практические конференции «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем России» (Чебоксары, 2012, 2013, 2017, 2019, 2021). XXI, XXII Всероссийских конференциях «Релейная защита и автоматика

энергосистем» (Москва, 2012, 2014): I, IV Современные направления развития систем релейной защита и автоматики энергосистем (Чебоксары, 2007; Екатеринбург, 2013), IX, XII, XIII, XIV Всероссийских конференциях «Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем» (Чебоксары,

2011, 2017, 2019, 2021), VIII, XI, XII Всероссийских конференциях «Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике» (Чебоксары

2012, 2018, 2020).

Публикации. Содержание диссертационной работы нашло отражение в 49 печатных работах, в том числе 1 9 статей опубликованы в рецензируемых научных изданиях рекомендованных ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации, получено 1 свидетельство о регистрации программ для ЭВМ.

Личный вклад соискателя

В работах, опубликованные в соавторстве, автору принадлежит разработка алгоритмов проверки устройств и функций релейной защиты, постановка задач и проведение экспериментальных исследований, вывод аналитических выражений, математическое моделирование.

Объем работы и её структура. Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения, списка литературы из 161 наименования, 1 приложения, 117 рисунков, 16 таблиц. Общий объем диссертации 253 страницы: текст диссертации 231 страница, список литературы 19 страниц.

В первой главе диссертации разработана усовершенствованная концепция построения методов и технических средств проведения проверок и настройки релейной защиты. Показана и обоснована необходимость пересмотра требований к отдельным защитам и методам их проверки и настройки.

Предложена концепция автоматизации процесса проверки устройств релейной защиты (исключение человеческого фактора, на который приходится до 50% неправильных действий устройств релейной защиты и автоматики), проверки защиты как «чёрного ящика» с единой схемой подключения и без изменения уставок, ввода/вывода из работы измерительных органов, без переключения накладок (для электромеханических и микроэлектронных защит).

Показано, что использование современных компьютерно-управляемых испытательных систем с возможностями имитации режимов энергосистемы приближенных к реальным, позволяет не только проверять параметры срабатывания устройств релейной защиты, включая и проверку ранее непроверяемых функций, но и выявлять критерии соответствия данных уставок параметрам конкретной электрической системы.

Для реализации вновь разработанной концепции проверок и настроек релейной защиты разработана методика выбора параметров срабатывания микропроцессорной релейной защиты для шунтирующих реакторов и сетевой обмотки (высокого напряжения) управляемых шунтирующих реакторов.

Во второй главе изложены научно-методические основы автоматизации проверок и настроек релейной защиты как «чёрного ящика» с использованием компьютерно-управляемой испытательной системы.

Предложенные алгоритмы исключают из проверки ошибки, вызываемые человеческим фактором, значительно ускоряют процесс проверки и наладки. Дополнительно, новая методика позволяет проводить проверки, ранее недоступные для испытательных устройств старого поколения. Разработаны алгоритмы автоматической проверки функций основных высокочастотных и ступенчатых защит линии электропередачи, автоматизация проверки которых позволяет упростить и ускорить процесс проведения проверок и не привлекать высококвалифицированный персонал.

Проведены всесторонние исследования цифровых измерительных органов дистанционной защиты при аварийных режимах в условиях отклонения частоты электрической системы. Получены соответствующие амплитудно-частотные характеристики, позволяющие оценить зависимость дистанционного замера от частоты, что позволило улучшить согласование основных параметров дистанционных защит.

Для выявления возможных случаев неправильной работы устройств релейной защиты в переходных режимах, связанных с насыщением трансформаторов тока, предложено автоматическое тестирование устройств

релейной защиты в системе «Трансформатор тока - устройство релейной защиты», учитывающее динамику аварийного процесса в энергосистеме и вероятность насыщения трансформаторов тока.

В третьей, заключительной, главе решены задачи практической реализации алгоритмов проверок и настройки интеллектуальных устройств релейной защиты высокоавтоматизированных подстанций c использованием цифровых испытательных систем.

Разработаны алгоритмы испытаний специальных алгоритмов интеллектуальных электронных устройств релейной защиты, с учётом возможных сетевых искажений в локально-вычислительной сети, повышенной информационной нагрузки и информационного шторма, которые необходимо учитывать при эксплуатации высокоавтоматизированных подстанций.

ГЛАВА 1 ЗАДАЧИ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОВЕРОК И НАСТРОЙКИ РЕЛЕЙНОЙ

ЗАЩИТЫ

§ 1.1 Оценка способности релейной защиты выполнять свои функции

Основными свойствами релейной защиты являются быстродействие, чувствительность и селективность, которые обеспечиваются параметрами срабатывания (характеристики срабатывания, уставки). Обеспечение высокого уровня эффективности функционирования устройств релейной защиты, снижение количества неправильных действий при их эксплуатации, могут быть достигнуты минимизацией ошибок обслуживающего персонала релейной защиты и противоаварийной автоматики энергосистем на стадиях проектирования, наладки и эксплуатации.

Отличительной особенностью релейной защиты является необходимость находится в постоянной готовности к срабатыванию на длительных интервалах наблюдения за объектами без коротких замыканий. Контроль готовности к срабатыванию релейной защиты при повреждениях в зоне её действия осуществляется поэтапно, при:

- аттестационных испытаниях на заводе-изготовителе или испытательном центре;

- пусконаладочных испытаниях на энергообъекте;

- приёмке комплексов релейной защиты и автоматики (РЗА) из наладки в эксплуатацию;

- профилактических (периодических) испытаниях;

- послеаварийных проверках.

Указанные этапы, включающий определённый объём испытаний, формируют жизненный цикл устройств релейной защиты. Для проведения проверок отдельных устройств и комплексов релейной защиты применяются специальные технические средства - программно-технические испытательные комплексы ручной и автоматизированной проверки.

Совершенствование методик проверки устройств релейной защиты (УРЗ) как предшествующих поколений (электромеханических и микроэлектронных), так и в особенности микропроцессорных (в том числе цифровых, с поддержкой МЭК61850) устройств РЗА позволит приблизить условия испытаний к реальным (в том числе высокодинамическим переходным) процессам в электроэнергетической системе (ЭЭС), с учётом максимально возможной глубины проверки устройства или функции защиты, при которой будет обеспечиваться проверка не просто технической исправности и правильности реализации функций УРЗ, но и соответствие расчётных параметров и характеристик УРЗ бланкам параметрирования и режимам ЭЭС.

Повышение эффективности функционирования УРЗ кроме объективной проверки их характеристик, обеспечивается методологией выбора параметров их срабатывания, учитывающей возможности микропроцессорных УРЗ в части способности повышения чувствительности к аварийным режимам, с обеспечением требуемой селективности. В особенности, совершенствование методик выбора параметров срабатывания микропроцессорных УРЗ актуально для относительно новых типов первичного оборудования ЭЭС, например, устройств FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System - Гибкая система передачи переменного тока, основанная на силовой электронике (и других элементах), обеспечивающая контроль за одним или более параметрами системы передачи переменного тока для повышения управляемости и увеличения передаваемой мощности).

§ 1.2 Анализ методик проверки комплектных устройств релейной защиты и

автоматики

Методы и средства диагностики УРЗ в большой степени зависят от их реализации: на электромеханических реле, полупроводниковых элементах, с использованием микропроцессорной техники.

В России и странах ближнего зарубежья на данный момент в эксплуатации находится около 80% электромеханического и микроэлектронного оборудования.

Методики проверки этих УРЗ в эксплуатации (например, [1-4]) были разработаны более 30 лет назад для проверочных устройств старого поколения (типа УПЗ, У5053 и др.), предполагающих ручное управление источниками тока и напряжения (с помощью ЛАТРов, реостатов, фазовращателя). Соответственно, эти методики проверки также предполагают ручные переключения в проверяемой защите (снятие накладок, включение измерительных приборов и т.п.).

Необходимо отметить, что разработки в области автоматических испытательных устройств и устройств автоматического контроля исправности УРЗ велись с развитием микропроцессорной техники и применением ЭВМ ещё в 70-80-х годах прошлого века, как в СССР [5-18], так и за рубежом [19-22]. В отечественной практике, стационарные стенды (типа АСТК-001) предназначались для заводов-изготовителей аппаратуры РЗА для автоматизации процесса приёмосдаточных испытаний УРЗ (ЧЭАЗ) и НИИ при разработке аппаратов РЗА (ВНИИР, ВНИИЭ и др.). В эксплуатации при пусконаладке и профконтроле широко применялись специализированные ручные переносные испытательные устройства [23-26].

Микропроцессорные УРЗ имеют значительные отличия от электромеханических и микроэлектронных защит. Однако способы и алгоритмы их проверки, как правило, унаследованы от их электронных и электромеханических пр едшеств енников.

Следует отметить следующие особенности электромеханических УРЗ (ЭМРЗ).

1. Блочная структура. Практически все узлы ЭМРЗ панелей являются отдельными аппаратными устройствами РЗА, представляющими собой физические блоки, соответствующие отдельным физическим функциям (реле тока, напряжения, сопротивления и т.д.). Например, панель дистанционной и токовой защиты ЭПЗ-1636 состоит из трёхступенчатой дистанционной защиты (ДЗ), четырёхступенчатой направленной токовой защиты нулевой последовательности (ТЗНП), токовой отсечки, блокировки при качаниях и неисправности цепей напряжения, реле УРОВ и реле ускорения. При этом каждый узел состоит из

определённого аппарата релейной защиты (например, направленная ТЗНП -четыре реле тока РТ-40, два реле мощности РМ-12 или РБМ-177/178, промежуточные реле, реле времени; блокировка при качаниях КРБ-126 - реле напряжения РН-54, фильтровое реле, реле времени, промежуточные, поляризованные). Проверка такого устройства упрощается тем, что есть доступ к любому узлу и даже элементу узла защиты [27, 28]. В эксплуатации, при наличии испытательной системы с достаточным количеством дискретных входов, можно, подключившись к каждому элементу узла панели защиты, и имитируя различные аварийные режимы дать комплексную оценку исправности всех элементов в составе панели.

2. Параллельность. Прохождение сигналов в ЭМРЗ производится по нескольким каналам, функционирование каждого из которых не зависит от состояния и исправности другого.

Погрешность параметров срабатывания УРЗ можно разделить на статическую - для стационарного подхода к их расчёту и проверке и динамическую - для приближенных к реальным высокодинамичным переходным процессам [29].

Микроэлектронные УРЗ, такие как ШДЭ2801(02), ПДЭ2802 и др. являются с точки зрения особенностей проверки аналогами своих электромеханических предшественников и имеют, в целом, те же особенности.

Особенности проверки функций микропроцессорных устройств релейной защиты. Необходимо отметить наличие трёх типов цифровых устройств релейной защиты, эксплуатируемых в России. Первый тип - как правило, это ранние импортные и отечественные терминалы - с «жёсткой» детерминированной логикой. Проверка таких цифровых устройств наиболее приближена к проверке микроэлектронных и электромеханических защит.

Второй тип - как правило, относится к современным импортным УРЗ - с «гибкой» логикой. Проверка таких устройств, с учётом многообразия проектных решений достаточно затруднена и требует применения специального программного обеспечения для комплексного тестирования. Например -

временное изменение логической схемы, загрубление уставок измерительных органов, либо их вывод. Указанное может привести к неправильному действию УРЗ, вызванному человеческим фактором.

Третий тип - комбинированный, относится как к импортным, так и к современным отечественным устройствам РЗА. Представляет собой цифровое устройство РЗА с детерминированной логической схемой и наличием (иногда ограниченной) «гибкой» логики. Является компромиссным вариантом, когда, в силу отсутствия единых типовых решений, а также региональными (и прочими) требованиями эксплуатации, к одним и тем же устройствам РЗА типовых присоединений предъявляются различные требования. Проверка таких устройств, аналогично второму типу, может оказаться затруднительной.

Неправильные действия цифровых УРЗ можно разделить на две группы -аппаратные отказы и программные ошибки.

Аппаратные отказы обусловлены наличием огромного количества электронных элементов, из которых построено микропроцессорное реле. В микропроцессорных реле практически все электронные элементы находятся под воздействием приложенного напряжения питания, а часть из них - и под воздействием входного тока или напряжения. Часть элементов постоянно находится в режиме генерации сигналов. Некоторые компоненты (например, электролитические конденсаторы) стареют под постоянным воздействием рабочего напряжения. При этом, имеющийся в сложных микропроцессорных реле внутренний мониторинг исправности не решает полностью проблему выявления аппаратного отказа, так как, это мониторинг только основных режимов крупных функциональных блоков, а не исправности элементов.

Программные ошибки связаны в основном с большим количеством функций, выполняемых современными аппаратами релейной защиты. Так же необходимо учитывать, что цифровые способы обработки информации в существенно большей степени подвержены нелинейным эффектам, особенно при наличии ошибок. Аналоговая техника содержала в своих структурах значительные по объему линейные блоки, для испытаний которых по их физической сущности достаточно

было проверить несколько точек их характеристик. При использовании цифровых принципов, из-за наличия эффектов переполнения побитовых операций и арифметики, рассчитанной на заданное число бит, объём возможных ошибок значительно увеличивается. Данные ошибки должны выявляться и устраняться ещё на этапе разработки.

Следует также отметить, что совершенствование и корректировки изготовителем отдельных функций цифровых УРЗ, приводящие к возникновению новых версий устройств и сопровождающиеся изменением программного обеспечения, требуют также испытаний у изготовителя для проверки отсутствия влияния проведенных изменений на другие параметры УРЗ. Указанное обусловлено необходимостью проверки с учетом введенных изменений общего программного обеспечения цифрового УРЗ.

§ 1.3 Современные испытательные системы 1.3.1 Ручные и компьютерно-управляемые устройства проверки

Особенностью релейного оборудования, эксплуатируемого в России и странах ближнего зарубежья, является его широкий разброс потребляемой мощности по цепям тока и напряжения, связанный с эксплуатацией оборудования разного поколения, как электромеханического (до 70%), так и микроэлектронного и микропроцессорного. В связи с этим к испытательным устройствам предъявляются довольно жёсткие требования в плане сочетания точности, мощности и весогабаритных показателей.

Средства проверки РЗА представляют собой устройства, выполняющие функции генерации аналоговых сигналов переменного и постоянного тока (напряжения) для проверки характеристик УРЗ при различных аварийных режимах ЭС, генерацию дискретных сигналов, подводимых к УРЗ, контроль реакции УРЗ, оценку правильности защитных функций и точности параметров и уставок УРЗ, автоматическое создание протокола испытаний установленной формы.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Шалимов Александр Станиславович, 2022 год

и - и

С; и 2СР МАКС и 2СР МИН Л ААП/ /О п

§и 2нб =-_МАК-_--Ш%, (2.1)

и2СР_МИН

где и и и - соответственно максимальное и минимальное

напряжение срабатывания обратной последовательности органов и2бл и и2от. Допустимая расстройка фильтра не должна превышать 4%. Напряжение срабатывания ИО определяют по формуле:

и2ср = иср/3, (2.2)

где иСР - фазное напряжение.

Как видно, при настройке ФНОП по методике ОРГРЭС при минимальной уставке 1 В на вход фильтра подается однофазное напряжение величиной 3В. В этом случае напряжение обратной последовательности и2 равно величине напряжения прямой последовательности и1. Допустимая степень расстройки фильтра 4% (инебаланса составляет 0,04 В) обеспечивается подстройкой комплексных сопротивлений плеч фильтра с соответствующей точностью.

Переходный процесс в ФНОП, при реальных несимметричных КЗ, определяется суммой аварийных составляющих сигналов прямой и обратной последовательности. Известно, что реальный переходный процесс при несимметричном КЗ в ЭС складывается из процессов, определяемых источниками прямой и обратной последовательности. Однофазные и междуфазные КЗ на ВЛ характеризуются равенством прямой и обратной последовательности [72].

Но в реальном предшествующем режиме и при реальных КЗ, к входу фильтра могут быть приложены линейные напряжения 100 В, следовательно, вектора

напряжений в плечах фильтра более чем в тридцать раз превышают величину векторов при настройке.

При этом, уставка ИО и2бл выбирается по условию отстройки от напряжения небаланса и2нб при наибольшем симметричном трёхфазном напряжении [68, 73]:

и2бл_уст > кос (и2нб + и2н.р )/К , (2.3)

где котс = 1,3 - коэффициент отстройки; Кв = 0,9 - коэффициент возврата;

и2н.р - напряжение обратной последовательности нормального режима, принимается равныи нулю при отсутствии несимметрии.

Напряжение и2нб рассчитывается по выражению [68, 73]:

и2нб > (8/3 + к/А / //ном + АФ) • ираб.макс , (2.4)

или

и2нб > ираб.макс (в2 /9 + (к/ А / //_ )2 + Аф2), (2.5)

где е = 0,01 - полная погрешность ТН;

к/ = 0,1 - коэффициент частотной зависимости ФНОП; А/ = 1,5 Гц (3%) - отклонение частоты сети от номинальной _/ном; АФ = 0,01 - относительная погрешность настройки ФНОП; ираб.макс - наибольшее рабочее напряжение на шинах ПС. Таким образом, напряжение небаланса на выходе фильтра, настроенного по методике ОРГРЭС, при номинальном входном напряжении составит величину 1,3 В, что приведёт к недопустимой погрешности по и2СР на уставке 1 В (при различных видах КЗ).

Погрешность на максимальной уставке будет в соответствующее количество раз меньше, но, тем не менее, останется высокой.

Экспериментальная проверка ФНОП ПДЭ2802 с применением современного испытательного оборудования серии РЕТОМ (прибор РЕТОМ-51 и программа автоматической проверки панели ПДЭ2802) проводилась на КЗ - А0, В0, С0, АВ, ВС и СА (на КЗ СА только в ручном режиме с фиксацией по светодиодам реле и2бл и и2от) на панелях ПДЭ2802:

- в ЦСРЗА «Кубаньэнерго»;

- в учебном классе НПП «Динамика»;

- на ПС 110/35/6 «Лукьявинская» НГДУ «Нижнесортымскнефть» ОАО «Сургутнефтегаз».

На всех панелях ФНОП был настроен по методике ОРГРЭС. Результаты проверки значения напряжения срабатывания и2 органа и2БЛ на разных видах КЗ ПДЭ2802 ЦСРЗА «Кубаньэнерго» приведены в таблице 2.1.

Отклонения органа и2ОТ той же панели несколько меньше (около ±20%).

При проверке ФНОП панели ПДЭ2802 на ПС «Лукьявинская», где ФНОП настроен с точностью 2,5% (допустимая точность 4%), уставки: и2БЛ = 1В, и2от = 2В, максимальные отклонения по и2 (на КЗ АВ, ВС, АО, В0, СО) от заданной

уставки составили: для и2БЛ - ±80 %; для и2ОТ - ±70 %. Таблица 2.1 - Результаты проверки органа и2БЛ

Вид КЗ и2СР, В Уставка, В Отклонение, %

АВ 2,38 2,5 -5

ВС 2,89 2,5 -15,5

АО 1,76 2,5 -29,5

ВО 3,09 2,5 23,5

СО 1,9 2,5 24

На панели ПДЭ2802 в НПП «Динамика» (настроенных по методике ОРГРЭС, ФНОП настроен с точностью 4%) при тех же уставках, что и на ПС «Лукьявинская». Максимальное отклонение от уставки для органа и2БЛ составило 100%.

Следовательно, допуск по степени расстройки фильтра (4%) необходимо снизить в 8-10 раз, т.е. до 0,5%.

На основании результатов проведённых экспериментов, можно с уверенностью сказать, что все существующие действующие панели ПДЭ2802 в России и в странах СНГ, настроенные по методике ОРГРЭС, дадут недопустимо большую погрешность по и2 (при минимальных уставках и2 от и и2бл), так как данная методика не учитывает величину номинального входного напряжения фильтра и носит косвенный характер и не охватывает всех виды КЗ.

Также, указанная погрешность может объясняться плавным и пофазным способом настройки и проверки ФНОП по методике ОРГРЭС при которой проверяются статические характеристики ФНОП.

Настроить ФНОП с минимальной погрешностью и определить реальную погрешность уставок Ц2ср позволяет методика, разработанная специалистами СРЗА НГДУ «Нижнесортымскнефть» ОАО «Сургутнефтегаз» и специалистами НПП «Динамика», при участии автора [74]. Суть методики настройки в трёхфазной схеме заключается в следующем:

- на защиту подаётся симметричное трёхфазное напряжение прямой последовательности величиной иФ = 57,73 В.

- с помощью переменных резисторов и Я3 в блоке Д106 напряжение небаланса ФНОП на выходе селективного усилителя сводится к минимуму (контролируется осциллографом).

Определение степени расстройки фильтра при этом не требуется, так как далее, динамическим способом, проверяются уставки и2СР при всех видах КЗ.

Применение данной методики позволяет добиться точности настройки ФНОП с погрешностью не хуже 0,5%. Отклонение уставки и2СР органов и2бл и и2от при такой погрешности не превышает ±5% на различных видах КЗ.

При непосредственном участии автора, в 2005 году, специалистами НПП «Динамика» и СРЗА НГДУ «Нижнесортымскнефть» ОАО «Сургутнефтегаз» была разработана программа автоматической проверки панели ПДЭ2802 для прибора РЕТОМ-51(61) [39, 40], в данную программу проверки была включена «Инструкция по наладке панели ПДЭ2802», разработанная на базе приведенной выше методики.

2.2.2 Автоматизация проверки измерительных органов и логической части

Определение напряжения срабатывания обратной последовательности.

Величина тока /АВ и 1ВС при поиске напряжения срабатывания и2бл на междуфазных

видах КЗ выбирается на 20% выше уставки органа /2бл для обеспечения надёжного срабатывания реле /2бл:

/ав = /вс = 1,^^3/2бл_уст , (2.6)

где /2бл_уст - уставка органа /2бл.

Одновременно с выдачей тока, путём уменьшения междуфазного напряжения иАВ (при КЗ АВ) или иВС (при КЗ ВС) от 100 В (линейное напряжение холостого хода) до срабатывания производится поиск напряжения срабатывания обратной последовательности и2СР по формуле:

(100 - иАВ ср )_(100 - и ВС ср ) (27)

и2ср" " Щ—, ()

где иАв_СР - величина напряжения срабатывания на КЗ АВ; иВС_СР - величина напряжения срабатывания на КЗ ВС.

Величина тока /А, /В, /С при поиске напряжения срабатывания и2БЛ на однофазных видах КЗ, с учётом 20% запаса для устойчивого срабатывания реле /2бл, выбирается из расчёта:

/а = /в = /с = 1,2 • 3 • /2БЛ_УСТ . (2.8)

Фазное напряжение иА (иВ, иС) при поиске срабатывания снижается от напряжения холостого хода 57,73 В до срабатывания, значение и2СР определяется по формуле:

и _ (57,73 - иа_СР ) _ (57,73 - ив ср ) _ (2 9)

Определение тока срабатывания обратной последовательности.

Величина напряжения иАВ и иВС при поиске тока срабатывания /2бл на междуфазных КЗ выбирается на 20% выше уставки органа и2бл:

иАВ = иВС = 100 - 1,2 • ^2 • и2Бл_усТ , (2.10)

где и2Бл_усТ - уставка органа Ц2бл.

Одновременно производится увеличение тока /АВ (/ВС) до срабатывания, далее определяется /2ср по формуле:

/ = /ав=СР = , (2.11)

2СР л/3

где 1ав _СР - величина тока срабатывания на КЗ АВ;

1вс_ср - величина тока срабатывания на КЗ ВС.

Величина напряжения и а (Пв, Цс) для поиска тока срабатывания /2бл на однофазных КЗ, с учётом 20% запаса для устойчивого срабатывания реле Ц2бл, выбирается из расчёта:

Па = и В = ^ = 57,73 -1,2 • 3 • и2БЛ_УсТ. (2.12)

Ток 1а (1в, 1с) увеличивается до срабатывания, далее определяется /2ср по формуле:

^ _ 1А0_СР _ 1В0_СР _ /С0_СР /"2 13)

2СР " 3 " 3 " 3 , (.

где /ао _ср - величина тока срабатывания на КЗ А0;

/В0_СР - величина тока срабатывания на КЗ В0;

/С0_СР - величина тока срабатывания на КЗ С0.

Органы тока обратной последовательности с торможением и дополнительного органа блокировки при качаниях. Блок измерительный тока с торможением содержит два идентичных ИО тока обратной последовательности /2Тот и /2Тпуск и дополнительный пусковой орган, реагирующий на производную изменения выпрямленного трехфазного тока А/.

Наибольшую сложность при проверке данных органов представляет определение коэффициента торможения. Методика ОРГРЭС предполагает при поиске КТ использование однофазного питания тормозной цепи, при этом проверка представляет собой длительный и трудоёмкий процесс с многократными переключениями, изъятием блоков из кассеты и подключением их через гибкую связь, с использованием дополнительных устройств: вольтметра, амперметра, конденсатора, реостата. Затрачиваемое время составляет 2-3 часа, при этом есть вероятность, что при многократных переключениях перемычек некоторые из них не вернутся в исходное положение по вине проверяющего.

В настоящее время, использование современной микропроцессорной системы с тремя независимыми источниками тока позволяет сократить время проверки до 10-20 минут и исключить переключение перемычек, применение дополнительных устройств и человеческий фактор.

Определение коэффициента торможения реле /2Тот производится следующим образом. Подаётся симметричная система токов прямой последовательности (/1) величиной 2/ном, где /ном - номинальный ток панели. Далее снижается ток фазы А (при этом возникает несимметрия и появляется ток обратной последовательности, растущий со снижением фазного тока) до срабатывания (время КЗ 0,1-0,2 с, время паузы 0,1-0,2 с). Ток срабатывания определяется по формуле:

/2СР 1 = (2'1 НОМз~1А_СР) , (2.14)

где /А_СР - величина тока фазы А, при котором сработало реле /2Тот.

Тоже самое повторяется для фаз В и С. Затем подается система токов /1 величиной 4 /ном. Аналогично, начинает уменьшаться ток фазы А до срабатывания. Определяется ток срабатывания по формуле:

т _ (4 ' ^НОМ — /А_СР) /<Л 1

2 2СР_1 ~ ^ . (215)

Аналогично повторяется для фаз В и С. Коэффициент торможения вычисляется для каждой фазы по формуле:

/ - /

КТФ = —^-2ср_^ • 100% . (2.16)

4 • /ном — 2 • /ном

Общий коэффициент торможения:

= КТ_А + КТ_В + КТ_с . (2.17)

Т 3

Алгоритм построения тормозной характеристики органа //от /2ср=/(/торм), аналогичен алгоритму определения КТ. Максимальное значение /торм, при котором ищется /2СР, принимается 4/ном, минимальный ток /1 = 3/2ТОТ_СР. При меньшем значении этого тока, уменьшая ток в одной фазе (А, В или С), не добиться срабатывания органа /2Тот, на графике это соответствует прямой, параллельной оси абсцисс. Расстояние между точками неодинаково, в области больших токов /1 две точки (2/ном и 4/ном), в месте перегиба - 5 точек (рисунок 2.6).

7.5

4.5

1.5

12, А

1т, А

2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20 22.5

Рисунок 2.6 - Результаты проверки тормозной характеристики реле /2

Т

от

Определение коэффициента торможения Кт органа /2Тпуск производится аналогично определению Кт органа /2Тот по дискретному входу №3 Пуск защиты на отключение (уменьшается ток последовательно в каждой из фаз). Особенностью алгоритма является такой способ подачи токов и напряжений, который исключает сигнал с выхода ОХ4 и органа /2Тот, т.е. на ОЖ5 должен приходить сигнал только с ОХ8. Определение коэффициента торможения реле /2Тпуск так же осложняется необходимостью такого алгоритма подачи токов и напряжений, который исключает срабатывание реле А/ и приводит к срабатыванию реле сопротивления 2отсл (рисунок 2.7).

Временная диаграмма циклов выдачи состоит из трёх интервалов. В первом интервале, длительность которого 1 с, подаётся симметричная трёхфазная система напряжений П\ величиной 3-5В (в зависимости от уставки ZотCЛ) - такая величина напряжения необходима для срабатывания органа ZотCЛ уже при минимальном токе, и плавно увеличивается симметричная система токов / до 2 /ном (для проверки при тормозном токе, равном 2/ном). Угол между напряжением и током равен углу фмч

2от . Поскольку скорость нарастания тока 10 А/сек, а уставка по А/ около 50 А/с, то орган А/ срабатывать не будет.

Рисунок 2.7 - Фрагмент функциональной схемы ПДЭ2802

Во втором интервале, напряжение и угол между напряжением и током такие же, как и в первом. Длительность интервала составляет 8 с. Производится уменьшение тока /А с 2 /ном до 2(0,4) А (скорость снижения 1 (0,25) А/с) и ожидается срабатывание органа /2Тпуск. Фиксируется значение тока срабатывания, по которому вычисляется /2ср1 = (2 /ном - /А_СР)/3 при тормозном токе 2 /ном. Значения токов фаз В и С на втором интервале не меняются (рисунок 2.8).

Третий интервал - пауза, несколько превышающая время возврата блокировки.

Затем поиск повторяется для тормозного тока 4/ном, т.е. на первом интервале (1 с) /1 плавно увеличивается до 4/ном (скорость 20(4) А/с), после чего в течении 8 с плавно уменьшается ток /А до 4(1) А и ожидается срабатывание (скорость спада 2(0,5) А/с), напряжение выдаётся аналогично в течение времени обоих интервалов, угол между напряжением и током такой же. Фиксируется значение тока срабатывания, по которому вычисляется /2ср2 = (4 /ном - /А_СР)/3 при тормозном токе 4/ном. Вычисляется Кт по формуле (2.12).

Аналогично, по такому же алгоритму, находятся коэффициенты торможения для фаз В и С. Пауза между подачами тока (между временными интервалами 1+8

с), соответственно, так же на 0,2-0,3 с больше времени возврата блокировки (3, 6, 9, 12 с). Общий коэффициент торможения вычисляется по формуле (2.13).

Г

1с»

Рисунок 2.8 - Диаграмма поиска Кт реле /21

пуск

Измерительный орган тока нулевой последовательности. Реле тока нулевой последовательности панели ПДЭ2802 включает чувствительный орган (/0 чувств), орган блокировки (/0 блок) от бросков тока намагничивания (БТН) и орган отсечки (/о отсечки ), рисунок 2.9.

Рисунок 2.9 - Структурная схема реле /0

10

1А(1)

"10

10

10

Из упрощённой логической схемы (рисунок 2.10), видно, что для прохождения сигнала на срабатывание от реле 10 необходимо исключить действие на отключение блока реле сопротивлений (РС), включающего 3 реле, включенных на междуфазные напряжения. Также следует обеспечить срабатывание органа тока обратной последовательности отключающего (/2от) и сымитировать внешний сигнал РПО (реле положения «Отключено»).

Рисунок 2.10 - Упрощенная схема логической части ПДЭ2802

Графически форма сигналов, подаваемых на панель при поиске тока срабатывания чувствительного канала органа /0 представлена на рисунке 2.11.

Особенностью поиска тока срабатывания /СР отсечки и проверки блокировки при однополярном и двуполярном БТН заключается в совместной проверке параметров органа отсечки и функции органа блокировки. Блокирующий орган отстроен от БТН, его уставка несколько ниже, чем у чувствительного. Принцип отстройки заключается в несрабатывании, если пауза во входном токе превышает в течение периода определенную длительность (около 3 мс). Расчетная длительность пауз в однополярном БТН - не менее 6,6 мс, а в двуполярном - не менее 3,9 мс. Орган отсечки имеет одну нерегулируемую уставку, которая примерно вдвое превосходит максимальную уставку чувствительного органа.

Рисунок 2.11 - Форма сигналов при поиске параметров срабатывания /0

Отличие поиска тока срабатывания /СР отсечки от алгоритма поиска тока срабатывания чувствительного органа в том, что в режиме КЗ на /2 накладывается однополярный (рисунок 2.12) и двуполярный (рисунок 2.13) сигнал 3/0.

Режим КЗ

-0.022 -0.0165 -0.011 -0.0055 0

0.0055 0.011 0.0165 0.022 0.0275 0.033

Рисунок 2.12 - Форма сигналов при проверке органов отсечки и блокировки при однополярном

БТН

Такая форма необходима как для устойчивого запирания на элементе «И» блокирующим органом срабатывания чувствительного канала (рисунок 2.10), при

поиске параметров органа отсечки, так и проверки функции блокировки при БТН. Отличие имитации двуполярного БТН от однополярного в том, что в момент КЗ на /2 накладывается один полупериод сигнала 3/о частотой 37,5 Гц, но следующий полупериод начинается на 20-й мс, в этом случае пауза сокращается до 6,6 мс (рисунок 2.13). Напряжение и1 продолжает выдаваться для устойчивого несрабатывания органов РС.

Рисунок 2.13 - Форма сигналов при проверке органов отсечки и блокировки при двуполярном

БТН

Дополнительная проверка загрубления уставки срабатывания (чувствительного канала) органа /0 на частоте 150 Гц аналогична поиску /СР чувствительного канала. Поиск /СР производится на частоте 150 Гц. Определив /СР на частоте 150 Гц, вычисляется коэффициент загрубления:

К = . (2.18)

/СР_50 Гц

Реле сопротивления.

Основными параметрами ИО органов 2бл, 2отСА, 2допАВ, 2допВС являются: угол максимальной чувствительности фмч; уставка по сопротивлению 2УСТ на угле фмч_уст; смещение сопротивления 2смещ в 1-й квадрант органа 7бл; эксцентриситет; характеристика срабатывания 2(ф); ток точной работы реле сопротивления; время

срабатывания ¿СР; смещение сопротивления 2СМЕщ в 111-й квадрант органов 7допАВ и ^допВС; смещение сопротивления в 1-й квадрант при работе «по памяти» (КЗ АВС) органа 7отСА; время работы ZоГСА «по памяти». На рисунках 2.14^2.16 приведены характеристики ^(ф), полученные при проверке реле сопротивления испытательной системой РЕТОМ-51.

-- X, иг - 1

\\ \

|

I /

. Они

6 4 5 -3 1.5 0 15 3 4.5 6 7 5

Рисунок 2.14 - Результаты характеристики Z(ф) реле Zбл защиты ПДЭ2802

X, От - >--

/

1

J /

1 \ у

V У

И, От

■2.4 -( 6 0.8 0 ае 1.6 2.4 3.2 4 4.8 |6 Рисунок 2.15 - Результаты характеристики Z(ф) реле ZоГ защиты ПДЭ2802

— ^

4 \

/ / / / г \ Л Г1,

1 /

1 \ // I. /

\\ \ У /

В, Огл

■2.4 -1.6 -0.8 0 0.8 1.6 2.4 3,2 4 4,8 5,6

Рисунок 2.16 - Результаты характеристики £(ф) реле ^цоп защиты ПДЭ2802

Проверка ЛЧ панели ПДЭ2802 заключается в определении времени работы органов выдержек времени и проверке работы защиты при приёме внешних сигналов постоянного тока (рисунок 2.1). Все параметры проверяются без применения тестового блока Э1060 [1].

2.2.3 Особенности проверки микропроцессорного устройства

Одной из главных особенностей проверки микропроцессорной высокочастотной защиты является возможность автоматического считывания программой автоматической проверки из терминала параметров защищаемой линии и уставок защиты. Т.е. уже на начальном этапе проверки сокращается её время, исключается возможность ошибки при вводе уставок в программу, как это возможно для микроэлектронной защиты.

Другая отличительная особенность заключается в наличии в МП терминале перепрограммируемого (контрольного) выхода - специального (тестового) выходного реле терминала, на которое можно назначить (ранжировать) любой измерительный орган защиты или специально предусмотренные разработчиком

МП устройства ВЧ защиты «контрольные» точки логической схемы. Данные операции ранжирования позволяют достаточно быстро проверить практически каждый измерительный орган защиты и значительно упрощают проверку логической части. В целом, указанное значительно ускоряет процесс проверки. Контрольный выход функционирует только в режиме тестирования защиты, при этом значения уставок из 1^^памяти терминала копируются в оперативную память (ОЗУ).

Данная возможность ранжирования присуща только МП устройствам с «жёсткой» логикой, в частности рассматриваемому шкафу ШЭ2607 031. Для устройств с «гибкой» логикой, ранжирование тестового выхода не применяется в связи с тем, что каждая программная версия защиты (прошивка) является уникальной. При проверках устройств с «гибкой» логикой, как правило, вносят изменения в логическую структуру для упрощения снятия характеристик измерительных органов защиты на время проверки, либо используют сложные моделирующие программы для автоматизации проверки без изменений в логической схеме.

Автоматическая проверка защиты ШЭ2607 031 с использованием контрольного выхода имеет некоторые особенности. При проверке защиты с выходного реле можно, в целом, применить алгоритмы проверки защиты ПДЭ2802.

Проверка защиты начинается с оценки погрешности АЦП терминала (рисунок 2. 17). В случае если все отклонения аналоговых входов (для модулей токов, напряжений и их углов) находятся в допуске, производится проверка уставок ИО с контрольного выхода и логической части. В противном случае, при неисправности или недопустимой погрешности проводить дальнейшую проверку бессмысленно.

Измерительные органы тока, напряжения, мощности и сопротивления МП ВЧ-защиты при проверке с контрольного выхода, в отличие от ПДЭ2802, не требуют исключения или дополнительного срабатывания других ИО, в связи с чем, их проверка производится гораздо проще и быстрее подачей трехфазной системы токов и напряжений в соответствии с алгоритмами протокола проверки типового

шкафа ШЭ2607 031. Это же относится и к проверке логической части. Пункты протокола, для выполнения которых требуется визуальный контроль, изменение схемы испытаний, постоянные ручные операции, не подлежат автоматизации.

Проверка аналоговых входов терминала Т

1. На время проверки аналоговых входов терминала, добавочно к основной схеме подключите входы шкафа: итн к иАГЧ, 31о к 1А1Ч. 2. Нажмите локальный старт. 3. РЕТОМ выдаст номинальные токи и напряжения. 4. Запишите показания терминала в соответствующие поля таблицы и сохраните в архив. 5. Для завершения проверки нажмите Стоп на панели инструментов

Величина Модуль Фаза

Величина Погрешность, % Величина Погрешность, град

1Й,А 1 50 1 0 | 1 00 1 0 |

А 1 4Э 1 199 | 1 2+0 1 0 |

1аА 1 Б0 1 0 | 1 120 I 0 |

310ц,Л 1 5 1 0 | I 0 I 0 |

ТН на линии 1 58 1 0.45 | I 00 I 0 |

шон 1 58 | 0.45 | I но | 0 I

ий, в 1 58 1 045 | I 00 I 0 |

(V в 1 57.7 | 0.05 | I 240 I 0 I

ис, в 1 577 1 0.06 I I 120 I 0 |

иН!Г В 1 57.7 | 0.06 1 I 240 I 0 I

1 577 1 0.06 I I 00 I 0.0 |

Старт проверки аналоговых входов терминала

Рисунок 2.17 - Результаты проверки аналоговых входов шкафа ШЭ2607 031

Все параметры проверяются в «динамическом» режиме - увеличение тока и/или напряжения через ХХ и паузу. На выходное реле защиты конфигурируется соответственно контрольный выход «РТ 12бл», «РТ 12от», «РН и2бл», «РН и2от», «РМ М2от», «РТ 1т2от», «РТ 1т2пуск» и др. Коэффициент торможения «РТ 1т2от» и «РТ 1т2пуск определяется по формулам (2.10)^(2.13).

Проверка реле тока 10 состоит из проверки уставки по току срабатывания чувствительного реле 10 чувств. и отсечки 10 отсечки. Как указывалось выше, для проверки этих параметров ранжируется соответствующий сигнал на контрольный выход, необходимости в применении сложных алгоритмов поиска подобных рассмотренным для ИО 10 ПДЭ2802 отсутствует.

Проверка реле Д/бл и А/от производится при подаче системы трехфазных токов обратной /2 и прямой /1 последовательностей толчком от небольших значений (для предварительной установки фазовых сдвигов) до значений, приводящих к срабатыванию реле. Проверка включает оценку параметров тока срабатывания,

времени ввода А/бл, А/от, а также ввода и вывода 2от от БК и (проверка логической части БК).

В 2006 году, автором диссертации, на основе алгоритмов проверки панели ПДЭ2802 была разработана программа автоматической проверки шкафа направленной защиты линии с высокочастотной блокировкой ШЭ2607 082 (031).

§ 2.3 Согласование параметров срабатывания пусковых органов блокировки при качаниях микропроцессорного и электромеханического полукомплектов

защиты с высокочастотной блокировкой

Обеспечение эффективного функционирования системы релейной защиты линии с микропроцессорным и электромеханическим полукомплектами защиты с высокочастотной блокировкой в настоящее время является актуальной задачей [75]. Часто возникает ситуация, при которой приходится согласовывать устройства релейной защиты, в частности, полукомплекты основных защит не только разных изготовителей, но и разных поколений. Случаи подобного согласования приходятся на полукомплекты электромеханической высокочастотной (ВЧ) блокировки дистанционной и токовой защиты ЛЭП 110-220 кВ типа ЭПЗ-1643 (изготовитель ЗАО «ЧЭАЗ») и микропроцессорные (МП) устройства релейной защиты (РЗ) [76].

Далее рассматриваются особенности согласования пусковых органов ВЧБ, выполняющих функции блокирования ДЗ своего полукомплекта при качаниях и асинхронном ходе (АХ) и пуска блокирующего ВЧ сигнала на примере совместного использования полукомплекта МП ВЧБ фирмы «НПП «ЭКРА» типа ШЭ2607 082 (или - далее по тексту ШЭ2607 032) с полукомплектом ВЧБ типа ЭПЗ-1643 [76].

Пусковой орган электромеханического полукомплекта. ПОБК панелей ЭПЗ-1643 бывают двух типов - КРБ-126 и КРБ-125. Преимущественно распространены защиты с ПОБК типа КРБ-126, согласование с которыми рассматривается далее [76].

ПОБК типа КРБ-126 относится к типу устройств блокирования при качаниях (БК), реагирующих на появление при КЗ несимметрии трёхфазной системы, и относится к группе ПОБК вводящих ДЗ для отключения на время, достаточное для её срабатывания, с последующим выводом и возвратом БК [76].

ПОБК типа КРБ-126 состоит из комбинированного фильтра тока обратной и нулевой последовательности, реагирует на /2 + к/0 и имеет торможение от одной из фаз [76].

Расчёт параметров КРБ-126 достаточно подробно описан в Руководящих указаниях [75, 77]. Особое внимание следует обратить на поведение КРБ-126 при трёхфазном КЗ. Пуск ДЗ или блокирующего ВЧ-сигнала при трёхфазном замыкании, по принципу действия устройства КРБ-126, обеспечивается тем, что ПОБК реагирует на кратковременную предшествующую установившемуся трёхфазному КЗ (К^) несимметрию [76].

Проверка устройства КРБ-126 с имитацией трёхфазных КЗ (при помощи компьютерно-управляемой испытательной системы РЕТОМ-51) показала, что КРБ-126 срабатывает при подаче тока динамическим способом (скачком от нулевого значения). При этом, полученное значение тока срабатывания прямой последовательности А/1СРКРБ зависит от уставок по току обратной /2, нулевой /0 последовательности и коэффициента торможения КТ по току одной из фаз. Опыт проводился подачей тока без предшествующей несимметрии. Срабатывание КРБ-126 при этом происходит из-за переходного процесса в фильтре /2 + к/0. Величина А/1ср.крб, полученная при одинаковых уставках, для разных устройств может отличаться, например, из-за разной погрешности настройки фильтров КРБ-126 [76].

Пусковой орган микропроцессорного полукомплекта. ПОБК, реагирующие на аварийные составляющие или приращения электрических величин, разрабатывались для исключения указанных недостатков ПОБК типа КРБ-126, в том числе и в части вероятного отказа при К(3), а также для возможности использования ПОБК в сетях с тяговой нагрузкой [78]. В ДЗ линий 110-750 кВ на микроэлектронной элементной базе применялся ПОБК на принципе реагирования

на приращения тока обратной AI2/At или прямой AI1/At последовательности. Дополнительный канал AI1/At обеспечивает существенное повышение чувствительности ПОБК к симметричным даже в случае отсутствия

кратковременной несимметрии [79]. Следует отметить, что указанный канал может быть в некоторой степени подвержен излишнему срабатыванию в режимах качаний и АХ с малым периодом [76].

В ряде современных отечественных МП устройств ДЗ и ВЧБ, включая устройство ШЭ2607 032, ПОБК А/БЛ выполняется реагирующим на приращения тока прямой /1 или обратной /2 последовательности, аналогично микроэлектронным аппаратам релейной защиты [76].

Ток срабатывания А/2сР органа AI2/At определяется, согласно [80], по условию отстройки от расчётного тока небаланса обратной последовательности [76].

Величина уставки AI1CP органа AI1/At может быть рассчитана по условиям чувствительности к минимальному току прямой последовательности при КЗ в конце защищаемой зоны I1K3.Mrn с учётом протекания максимального тока нагрузки Лнагр.макс [76]:

ду < ^ 1К3.МИН _ V- 1К3.МИН ~ 11НАГР.МАКС | (2 19)

1СР _ f ' к Ч к Ч

где КЧ - коэффициент чувствительности. КЧ принимается равным 2,0 для ВЧБ, и равным 1,5 для ДЗ при КЗ в конце защищаемой линии и 1,2 при КЗ в зоне резервирования [76].

Дополнительным условием выбора AI1CP для ЛЭП, через которые проходит электрический центр качаний, является отстройка ПОБК AI1/At от режима качаний и АХ [81]:

^Лср — п ' ^макс.кач " Умакс.кач ' ^^бк , (2.20)

где Imm^^ - максимальный ток в режиме качаний (АХ); ,/Макс.кач - максимальная частота режима качаний (АХ); ATbk: - время, за которое МП устройство РЗ измеряет приращение. Для устройства ШЭ2607 032 время AT^ равно 20 мс.

Согласование пусковых органов типа Л/1/Л^ и 1г+к1о. Несогласованный выбор уставок для полукомплектов ВЧБ или комплектов резервной ДЗ с БК на принципах /2+к/0 и А/2/А?(А/1/А?) может вызвать неправильное действие защиты при К3 [76].

Рассмотрим это на примере системы РЗ ЛЭП 110 кВ, выполненной с одной стороны ЛЭП на МП устройствах типа ШЭ2607 032 и ШЭ2607 021 (ПС 1), а с другой - на ЭМРЗ типа ЭПЗ-1643 и ЭПЗ-1636 (ПС 2), рисунок 2.18. При в зоне неопределённость может проявиться в виде отказа ЭМРЗ полукомплекта ВЧБ и комплекта ДЗ из-за отсутствия срабатывания ПОБК КРБ-126. При этом КЗ будет ликвидировано отключением со стороны МП полукомплекта ВЧБ и/или комплекта МП ДЗ по каналу А^/А?, с последующей передачей сигнала телеотключения на противоположный конец линии [76].

Рисунок 2.18 - Функционирование полукомплектов ВЧБ при трёхфазном КЗ без

предшествующей несимметрии

При внешнем например, «за спиной» ЭМРЗ полукомплекта (рисунок 2.19), но в зоне действия дистанционных органов МП полукомплекта ВЧБ, чувствительный ПОБК Д/БЛ по каналу А^/А? может запуститься и подготовить действие полукомплекта на отключение от реле сопротивления 2ОТ. При этом, теоретически, ПОБК ЭМРЗ полукомплекта может не сработать и блокирующий сигнал не поступит на МП полукомплект. В данном случае последует излишнее срабатывание МП полукомплекта. Отметим, что данное неправильное действие комплекта основной защиты вызвано установкой на ПС 1 (рисунок 2.19) взамен аналогичного ЭМРЗ (с которым данная ситуация исключена) МП полукомплекта с

более технически совершенными характеристиками, измерительными и пусковыми органами [76].

Зона действия ПО AI\/At после согласования с ПО /г+А70 Рисунок 2.19 - К согласованию пусковых органов типа AIi/At и h+kIo

Исключение излишнего срабатывания защиты при установке полукомплектов ВЧБ разного типа путём максимального загрубления (вывода из работы) ПОБК, реагирующего на приращения тока прямой последовательности, может повлечь отказ ВЧБ при в зоне. Оптимальным вариантом,

обеспечивающим селективность и эффективность функционирования полукомплектов ВЧБ, является согласование уставок ПОБК типа Д^/Д: с ПОБК типа /2+к/0. Указанное достигается следующим способом [76].

Для ЭМРЗ полукомплекта ВЧБ при наладке следует определить величину тока срабатывания КРБ-126 Д/1СРКРБ при имитации

К(3) при подаче тока

трёхфазного КЗ скачком (с помощью компьютерно-управляемой испытательной системы, например РЕТОМ-51). Полученное значение Д/1СРКРБ будет зависеть от уставок КРБ-126 - /2, 3/о и Кт [76].

Таким образом, получаем условие выбора уставки Д/1СР ПОБК типа Д^/Д: согласованию с током срабатывания Д/1СРКРБ:

Д/юр = Д/юр.крб. (2.21)

Т.е. согласование ПОБК типа AIl/At и 12+к10 обеспечивается одинаковой величиной их срабатывания при имитации симметричного трёхфазного приращения тока [76].

Для примера была проведена экспериментальная оценка параметра Д/юр.крб устройства КРБ-126 (номинальный ток 5А) при моделировании трёхфазных коротких замыканий (с применением РЕТОМ-51) для оценки порога срабатывания при различных вариантах уставок 12 и Кт (без использования 310), таблица 2.2 [76].

Таблица 2.2 - Оценка порога Дюр.крб КРБ-126 при имитации трёхфазных КЗ

12, А Кт, % Дюр.крб, А

0,5 --- 3,7

4 4,1

7 4,3

11 4,7

0,75 --- 6

4 7,1

7 7,8

11 8,8

1 --- 8,1

4 10,2

7 11,4

11 13,5

1,5 --- 12

4 16,1

7 19,2

11 25,4

Данные Д11СРКРБ таблицы 2.2, уточняемые при наладке, могут быть использованы в формуле (2.21) [76].

Таким образом, получаем три условия для выбора уставки Д!1СР ПОБК типа AI1/At полукомплекта ВЧБ типа ШЭ2607 032 при его стыковке с панелью ЭПЗ-1643 [76]:

1) по чувствительности к КЗ в конце защищаемой линии: (2.19);

2) при необходимости, по отстройке от режима качаний и АХ: (2.20);

3) по согласованию с током срабатывания прямой последовательности Дюр.крб ПОБК КРБ-126 полукомплекта ЭПЗ-1643: (2.21) [76].

Уставки КРБ-126 ЭМРЗ полукомплекта ВЧБ (при несимметричных КЗ) при этом рассчитываются, как и прежде, согласно действующим Руководящим указаниям [75, 77].

После согласования полукомплектов по условию (2.21) необходимо проверить чувствительность ПОБК типа Д^^ к трёхфазному КЗ «за спиной» в конце зоны действия дистанционных органов ЭПЗ-1643 [76].

§ 2.4 Состав комплекта ступенчатых защит

Комплект ступенчатых защит (КСЗ) является наиболее распространённым и часто единственным вариантом защиты ЛЭП 110-220 кВ. В основном применяется в качестве резервного комплекта, но получил распространение и как основная быстродействующая защита линий (с передачей блокирующих или разрешающих сигналов).

Комплект ступенчатых защит линии 110-220 кВ, как правило, включает: дистанционную защиту, содержащую не менее 3-х ступеней, токовую направленную/ненаправленную защиту нулевой последовательности, содержащую не менее 4-х ступеней, функции телеускорения, максимальную токовую защиту (МТЗ) или токовую отсечку.

Дистанционная защита является одной из наиболее распространенных и сложных функций релейной защиты [42].

В современных МП устройствах ДЗ наблюдается тенденция к увеличению количества ступеней от всех видов КЗ до 7. На рисунке 2.20 показана структурная схема семиступенчатой дистанционной защиты, каждая ступень которой

содержит по 6 дистанционных органов (ДО) от междуфазных КЗ и замыканий на землю.

Устройство блокирования ДЗ при качаниях и асинхронном ходе в ЭС (БК) используется для исключения неправильного действия ДЗ на отключение в режимах, когда сопротивление на входе ДЗ, вследствие нарушения устойчивой работы ЭС, находится в определённые моменты внутри зоны действия ДО.

Рисунок 2.20 - Структурная схема семиступенчатой дистанционной защиты

Токовая направленная защита нулевой последовательности (ТНЗНП) линий 110 кВ и выше, как правило, состоит из четырехступенчатой токовой защиты нулевой последовательности от КЗ на землю (ТЗНП) и двух органов (реле) направления мощности (РНМ): разрешающего фр и блокирующего фб (рисунок 2.21).

Максимальная токовая защита (токовая отсечка), как правило, содержит 3 фазных и/или междуфазных пусковых органа максимального тока в каждой ступени [70], иногда (как правило, в аналоговых устройствах РЗА) ТО выполняется в виде междуфазного односистемного реле [ 82].

Логическая схема МТЗ(ТО), в общем случае, принимает сигналы от фазных реле тока и сигнал контроля цепи включения РПО. Токовая отсечка может быть задействована постоянно или только при включении выключателя на определённое время после его включения. Также МТЗ может вводится в работу при неисправностях в цепях напряжения при блокировании ДЗ.

Отключение от ТЗНП

Рисунок 2.21 - Структурная схема четырёхступенчатой ТНЗНП

§ 2.5 Анализ поведения цифровых измерительных органов дистанционной защиты при отклонении частоты в аварийных режимах электрической

системы

2.5.1 Цифровые измерительные органы дистанционной защиты на основе

вычисления векторов

Анализ частотных свойств цифровых измерительных органов (ЦИО) способствует повышению качества оценки их устойчивости функционирования в аварийных нестационарных режимах [83]. Указанное представляется особенно важным для сложных ЦИО, в которых осуществляется обработка нескольких основных воздействующих величин, в частности, для ЦИО дистанционной защиты, реагирующей на две электрические величины.

Для реализации ЦИО ДЗ часто используется алгоритм вычисления параметров векторов (модуль и аргумент), характеризующих синусоидальные напряжение п(() = ит вт(ю?+фм) и ток г(()=1т Бт(ю? + фг), на основе дискретного

преобразования Фурье с интервалом интегрирования, равным периоду Т1 основной частоты ю1 = 2%/Т1 и числом выборок N за период.

В соответствии со структурой таких ЦИО (рисунок 2.22, [84]), вычисление сопротивления Z(пТд) = и(пТд)/1(пТд), где п - текущая выборка (целое вещественное число); Тд = T1/N - период дискретизации; U(пТд), 1(пТд) - выходные величины блоков измерения, осуществляется операцией деления двух комплексных чисел.

Ы(пТд) Блок u Ц(пТд)

измерения

—

КпТД) Блок i

измерения 1(пТд)

Блок

* деления

ДпТд)

Блок формирования характеристики срабатывания

Рисунок 2.22 - Структура ЦИО с вычислением вектора сопротивления

При отклонении частоты от номинальной (ю ф ю^ измеряемые векторы и(пТд) и 1(пТд) описывают в комплексной плоскости эллипсы [79]: и(пТл ) = итв^ [^1(ю)еов(и7Д + ф„) + 7А2(ю)еов(и7Д + ф„)];

I (пТд ) = 1те}Ыф [А1(ю)есв(пТд +Фг) + jAl(a>)еos(nTa +Фг)],

(2.22)

где Дф - угол наклона большой оси эллипса, описываемого в комплексной плоскости векторами и(пТД), 1(пТд); А1(ю), А2(ю) -дополнительные амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) алгоритма Фурье (ю = qю1) [84]:

AM) =

A2(q) =

sin( щ)\ 1 + 1

N • я(1 - q) Sin —-— N . я(1 + q) Sin —-— N

sin( щ)\ 1 1

N • ^(1 - q) Sin —-— N . я(1 + q) Sin —-— N

(2.23)

Вид характеристик A1(q), A2(q) в диапазоне частот от 45 до 55 Гц представлен на рисунке 2.23.

—— ----

Мя) i

А (<?),л2(?)

1,05 1,0 0,95

0,90 0,85

0,90 0,92 0,94 0,96 0,98 1,00 1,02 1,04 1,06 1,08 q Рисунок 2.23 - Фрагмент частотных характеристик алгоритма Фурье

Представленные на рисунке 2.23 характеристики иллюстрируют, что вычисление посредством алгоритма Фурье векторов U (пТд) и 1(пТд) сопровождается максимальными значениями погрешности определения их модуля на минимальной границе рассматриваемого диапазона частот: от 6,86 до -3,60 %. На частоте 55 Гц погрешность несколько меньше: от 6,38 до -3,11 %. Поскольку комплексное сопротивление Z(пТд) может быть вычислено как отношение векторных величин U (пТд) и 1(пТд), возникает вопрос о погрешности, обусловленной реализацией этой математической операции.

Учитывая представление величин U(пТд) и 1(пТд) в виде (2.22), можно записать выражение, позволяющее вычислять комплексное сопротивление с учётом влияния отклонений частоты [79]:

V/ ТЧ Um {C0S а[(пТд ) + Фо] + jg(ю) sin[ а(пТд ) + Фо]} Z (пТД) =-, (2.24)

Im [cos а(пТд)] + jg(ю) sin а(пТд)]

где g(ro) = Ai(ffl)/A2(ffl); а(пТд) = гопТд + ф,; фо = фи - Ф/.

На частоте ®1 сопротивление Z(пТд) = Um/1т^ф0 = Zo, следовательно, при го ф ro1 коэффициент отклонения сопротивления

k=Z (nT)/Zo. (2.25)

Точка k при изменении пТд, согласно [79], перемещается в комплексной плоскости по окружности (рисунок 2.24), диаметр которой опирается на точки:

1 / \ , j sin ф 0

k 1 = cos ф0 + jg(ю) sin ф0; k2 = Cos ф0 +—— . (2.26)

g(ю)

Когда ю = ю1; £ = £2, значит, окружность к стягивается в точку к0 = cos90 + ^тф0. В случае измерения только активных сопротивлений, на углах ф0 = 0°, ф0 = 180° и ю ф ю1 замер ЦИО ДЗ также не искажается: Z(nT) = Z0. Максимальное отклонение замера ЦИО ДЗ происходит при реактивном измеряемом сопротивлении: ф0 = ±90°, £ = ±/g(®X £2 = ±//g(®) (рисунок 2.24). Траектория точек £0, £ь к2 в случае 0 < ф0 < 360° имеет, характер окружности радиусом 1 о.е. и эллипсов с полуосями 1 о.е. и g(ro) для £1 и 1/g(ro) для £2.

Х\£1

/// si^o

У/ si^/g(ro) \Vu k2¡4ji 1 А i 1 i (

0 cosф0

+

-Б(ю)

Рисунок 2.24 - Измерение сопротивления при отклонении частоты

Эллипсы £ и £2 могут интерпретироваться как дополнительные АЧХ, описывающие отклонение параметров вычисляемого в ЦИО ДЗ вектора 2 (пТД). Данные АЧХ можно выразить через параметры приведённой на рисунке 2.24 окружности. Зависимость будет определяться двумя переменными: частотой ю и углом фо между током и напряжением. Относительное отклонение измеряемого

1

1

сопротивления в положительную Д2+(ю)* и отрицательную Д7_(ю)* сторону относительно базовой точки к0:

Ы+(ш)» = sinф0 [g(га) -1]; Ы_ (ш)* =

sin Ф0

g(ш)

[ g(ш) -1].

(2.27)

С учётом выражений (2.27) получаем расчётные соотношения для дополнительных АЧХ применительно к вычисляемому на основе преобразования Фурье в ЦИО ДЗ сопротивлению 2(пТд) в условиях отклонения частоты от значения ю1 (рисунок 2.25):

A1Z (q) =1 + lsin Фо a2 z (q) =1 - lsin Фо|

А(я) - 4(q) Mq) .

A(q) - A(g) A(q)

(2.28)

АуХяХ A z(q) 1,10

1,05 1,00 0,95 0,90 0,85

0,90 0,92 0,94 0,96 0,98 1,00 1,02 1,04 1,06 1,08 q Рисунок 2.25 - Характеристики A1z(q) и A2z(q) для случая БШфо = 1

Представленные на рисунке 2.26 частотные характеристики A1Z(q) и A2Z(q) в сравнении с аналогичными характеристиками A1(q) и A2(q) иллюстрируют, что вычисление комплексного сопротивления Z(пТД) как отношения U(пТд)//(иТд), когда параметры векторов U(пТд) и 1(пТд) - модуль и аргумент - определяются с помощью алгоритма Фурье, сопровождается существенно большей погрешностью по модулю, чем было указано ранее применительно к величинам U (пТд) и I (пТд): на частоте 45 Гц отрицательная погрешность достигает 11,10 %, а положительная -

11,23 %; на частоте 55 Гц отрицательная погрешность составляет 9,20 %, а положительная - 10,13 %.

Анализ влияния угла между током и напряжением показывает сохранение упомянутой закономерности, но с уменьшением вплоть до нуля погрешности, когда ф0 = 0 или 180° (рисунок 2.26).

Заметим, что дистанционный принцип действия обусловливает использования ЦИО ДЗ в виде минимального органа, поэтому при расчёте его параметра срабатывания по сопротивлению, в частности на угле максимальной чувствительности, определяющей является АЧХ А^(д), т.е. внимания заслуживают только положительные значения погрешности вычисление модуля сопротивления 1(пТд).

Мъ(я, фо)

А^М, фо)

1,1

1,05 1

0,95

0,9

0,85

0° 30° 60° 90° 120° 150° 180° 210° 240° 270° 300° 330° ф0

Рисунок 2.26 - Зависимость АЧХ цифрового дистанционного органа от угла ф0

Рассмотрим экспериментально поведение цифрового дистанционного междуфазного органа с круговой характеристикой срабатывания. На рисунке 2.27 представлены характеристики срабатывания (использовалась испытательная система РЕТОМ-51) ступени ДЗ с уставками по сопротивлению срабатывания 10 Ом и углу максимальной чувствительности 90°, при частоте проверки / = ю/2л, равной 45 Гц, 50 Гц и 55 Гц. Характеристика срабатывания на рассматриваемых частотах имеет максимальную погрешность (-10%) при строго реактивном сопротивлении и минимальную при замере преимущественно активного сопротивления КЗ. Отклонение частоты от номинальной, как при / < /0,

А 1г(0,9, ф0)

2(1,1, ф0) у*'

'X

А 22 (1,1, ф 0) / \

Ч / . — . — -г —' V "Г*____

\ А22( 0,9, ф0 )

так и при />/0, вызывает расширение замера ДЗ, что соответствует «огибающей» АЧХ ДО ф0), рисунок 2.25.

Отклонение экспериментальной 2ЭКСП от расчётной 2РАСЧ зависимости 2(/), определяемой по АЧХ ДО Аг^д) в диапазоне 30-70 Гц (теоретический диапазон предполагаемого отклонения частоты при разгоне/сбросе нагрузки мощного генератора) приведено в таблице 2.3. Погрешность зависимости составила 0,35-9,7%.

Х.0 ч

1 3 <

2

/

| !!

и

В,Ом

Рисунок 2.27 - Экспериментальные характеристики срабатывания цифрового дистанционного органа с круговой характеристикой: 1 - / = 55 Гц; 2 -/ = 50 Гц; 3 -/ = 45 Гц

Таблица 2.3 - Отклонение сопротивления Z/)

/ Гц ^РАСЧ, Ом ^ЭКСП, Ом А, %

30 16,7 15,08 9,7

35 14,3 14,45 1,04