ВЫПОЛНЕНИЕ ФУНКЦИЙ ПРОТИВОАВАРИЙНОЙ АВТОМАТИКИ В ТЕРМИНАЛАХ СЕРИИ REX 5XX

Нудельман Г.С., Законщек Я., Шапеев А.А.
(Чебоксары, АББ Автоматизация)
ВЫПОЛНЕНИЕ ФУНКЦИЙ ПРОТИВОАВАРИЙНОЙ
АВТОМАТИКИ В ТЕРМИНАЛАХ СЕРИИ REX 5XX
Основное назначение терминалов серии REx 5xx, эксплуатируемых и
внедряемых в Российских энергосистемах, заключается в защите и управлении
объектами электроэнергетики классов напряжений 110 – 750 кВ. Терминалы
последней версии имеют возможность выполнения функций противоаварийной
автоматики (ПА) без изменений в схеме подключения и конструкции. На
сегодняшний день реализованы алгоритмы автоматики ликвидации асинхронного
режима (АЛАР) и автоматики ограничения повышения напряжения (АОПН) в
терминалах серии REL, REB.
АЛАР (функция PSP – Pole slip protection) контролирует скорость изменения
сопротивления на входе терминала. Принцип измерения скорости изменения
сопротивления представлен на рисунке 1.
jX
ZEXT
t
&
&
t
Качания
ZINT
Годограф сопротивления
Z
R
Рисунок 1
Функция PSP имеет дистанционные измерительные органы, измеряющие
фазные сопротивления. Скорость изменения сопротивления, как признак
асинхронного режима или режима качаний, определяется временем прохождения
годографа сопротивления между внешней (ZETX) и внутренней характеристикой
(ZIN) измерительных органов (см. рис. 1). Минимальное время прохождения
годографа между характеристиками срабатывания дистанционных органов
задается уставками. Предусмотрены два независимых таймера для выявления
«начального асинхронного режима» и более быстрых последующих проворотов.
Могут задаваться следующие режимы обнаружения качаний/асинхронного
режима:
-
обнаружение хотя бы в одной фазе из трех;
-
обнаружение как минимум в двух фазах из трех.
Уставочные характеристики дистанционных измерительных органов функции
PSP приведены на рисунке 2.
Рисунок 2
Область 1 служит для обнаружения переходов «прямого – обратного»
направления, 2 –
«обратного – прямого» направления. Область 3 – область
быстродействующего отключения – обеспечивает отключение в случаях, когда
электрический центр качаний расположен на защищаемой линии. Область 4 –
область отключения с выдержкой времени – служит для резервирования. Она
может использоваться для отключения, когда электрический центр качаний
расположен на смежной линии. Прямая 5 проходит вдоль полного сопротивления,
учитывающего
сопротивление линии и систем на приемном и передающем
концах в двухмашинной схеме замещения. Характеристики 6 и 7 представляют
собой внутреннюю (ZIN на рис. 1) и внешнюю (ZETX) характеристики
срабатывания дистанционных измерительных органов соответственно.
Срабатывание функции происходит, если значение счетчика циклов
асинхронного режима превышает заданную уставку. Предусмотрены независимые
счетчики для выявления переходов «прямого – обратного» и
«обратного –
прямого» направления. Имеется по два счетчика для каждого типа перехода –
счетчик обнаружения быстрых и медленных проворотов. Органы обнаружения
переходов различного направления выведены на независимые выходы функции
PSP.
Логика
функции
также
предусматривает
возможность
блокирования
дистанционной защиты (ДЗ) в режиме качаний и асинхронного хода.
Деблокирование измерительных органов ДЗ в режиме качаний/асинхронного хода
может выполняться при обнаружении тока нулевой последовательности, либо при
длительном
нахождении
замера
сопротивления
внутри
характеристик
дистанционных органов функции PSP, чем обеспечивается работа защиты при
возникновении замыканий в режиме качаний/асинхронного хода. Максимальное
время нахождения годографа внутри характеристики дистанционного органа
задается таймером tR2 функции PSP. Рекомендуемое значение уставки таймера –
2 с.
Разработана методика выбора уставок АЛАР для «двухмашинной» схемы
замещения (рис. 3). Перечень необходимых данных для расчета функции
приведен в таблице 1. Выбор уставок сводится к определению параметров
характеристик срабатывания дистанционных органов и выдержек времени
логических таймеров, определяющих скорость изменения сопротивления на входе
реле.
Таблица 1 – Данные для расчета уставок функции PSP
Обозначение
Краткое описание
параметра
fr
Номинальная частота сети
Ur
Номинальное напряжение сети
Минимальное рабочее напряжение в месте установке
Umin
терминала
ZL
Сопротивление линии прямой последовательности
Z SA
Сопротивление системы «за спиной»
Z SB
Сопротивление системы на противоположной стороне линии
S max
Максимальная мощность, передаваемая по линии, при Umin
Угол нагрузки в максимальном режиме
 max
f smax
Максимальное расчетное скольжение в асинхронном режиме
f si
Расчетное скольжение начального асинхронного режима
Примечание – параметры f smax , f
возможных режимов работы сети
si
, S
max
, 
max
определяются при анализе
 = f(t)
EA
EB
A
Z SA
ZL
Z SB
В
АЛАР
Рисунок 3
АОПН выполняется с помощью высокоточной защиты от повышения
напряжения (OVP – Over voltage protection) и защиты от повышения реактивной
мощности (HARP – High active and reactive power protection). OVP имеет две
ступени – грубую и чувствительную. Защита реагирует на фазные напряжения.
Точность измерения амплитуды напряжения составляет 1 %. Предусмотрена
возможность регулирования коэффициента возврата в диапазоне 0.94-0.99. HARP
также имеет две ступени – грубую и чувствительную. Направленность для каждой
ступени может задаваться независимо. Компенсация реактивной мощности
рабочего режима, при передаче большой мощности по линии выполняется путем
отклонения рабочих характеристик. Характеристика срабатывания (рис. 4) органа
мощности определяется уравнением
Q  Qуст.  tg(k ) * P ,
где Qуст. – уставка органа мощности;
k – угол отклонения рабочей характеристики (задается уставками);
P – измеряемая активная мощность.
Q
P
Qуст.
Срабатывание
Рисунок 4
Возможность выбора направленности измерительных органов реактивной
мощности позволяет использовать защиту не только на линиях электропередачи,
но также и для защиты силовых трансформаторов от перенапряжений.
На рисунке 5 представлен пример использования АОПН для защиты линии
электропередачи.
АОПН
установлена
на
подстанции
1
для
защиты
реактированной линии W2. В данном случае органы мощности функции HARP
должны срабатывать при направлении реактивной мощности к шинам, т.е. когда
реактивная мощность вырабатывается линией. В качестве главного критерия
должны использоваться органы максимального напряжения функции OVP.
АОПН
A
B
W1
п/ст. 1
W2
п/ст. 2
Q
Q
п/ст. 3
Q
P
Qсраб >
Обратная
направленность
Срабатывание
Рисунок 5
Уставка органов напряжения ( U сраб ) должна выбираться в соответствии с
выражением
U сраб 
U эк . макс  k з
KTV  kв
где U эк . макс – максимальное допустимое рабочее напряжение на шинах
подстанции;
k з – коэффициент запаса (рекомендуемое значение 1.1);
k в – коэффициент возврата органов напряжения;
KTV – коэффициент трансформации трансформатора напряжения.
Уставка органов реактивной мощности ( Qсраб ) должна обеспечивать
надежное действие АОПН при отключении линии W2 с противоположного конца
и повышения напряжения до величины U сраб
Qсраб 
2
U сраб
BL
kЧ
где B – удельная емкостная проводимость линии;
L – длина линии;
kЧ – коэффициент чувствительности (рекомендуемое значение 1.4 – 1.5).
Угол отклонения рабочих характеристик должен выбираться в соответствии
углом нагрузки максимального нагрузочного режима электропередачи.
Пример использования АОПН для защиты силового трансформатора показан
на рисунке 6.
п/ст. 2
A
B
W1
п/ст. 1
W2
Q
Прямая
направленность
Q
Q
W3
АОПН
Т
Срабатывание
Qсраб >
п/ст. 3
Q
P
Г1
Рисунок 6
Г2
Блочный трансформатор Т обеспечивает выдачу мощности генераторов Г1 и
Г2 в сеть сверхвысокого напряжения. Длина линии W3, соединяющей
трансформатор с шинами подстанции 2, незначительна. Повышения напряжения в
сети могут привести к повреждению трансформатора. В данном случае
рекомендуется
использовать
двухступенчатую
АОПН.
Грубая
ступень
выполняется только с помощью органов напряжения. Чувствительная ступень
дополняется органом мощности. Орган мощности имеет направленность в
сторону трансформатора. Уставка органа мощности может выбираться по
условиям отстройки от величины реактивной мощности, протекающей по линии
W3 в максимальном рабочем режиме. Для органов функции HARP задается
прямая направленность, т.е. в сторону линии W3.
Как правило, организуется два действия АОПН: 1) включение шунтирующего
реактора (при наличии); 2) отключение линии. АОПН действует на отключение
при срабатывании измерительных органов реактивной мощности, органов
максимального напряжения и получении сигнала по каналу связи, например
высокочастотному (ВЧ), с противоположной стороны линии. Посылка сигнала
выполняется измерительными органами максимального напряжения функции
OVP. Действие защиты на отключение может выполняться и без учета ВЧсигнала с противоположной стороны линии. Окончательная схема защиты может
изменяться с учетом особенностей объекта и требований пользователя.
АББ Автоматизация планирует реализацию и других функций ПА в
терминалах серии REx 5xx. В ближайшее время готовится к выпуску терминал
ПА с унифицированной спецификацией, который будет включать перечисленные
выше функции, а также ряд дополнительных функций.
Для
получения
более
подробной
информации
представительство по адресу:
428000, Россия, г. Чебоксары, пр. И.Яковлева, 1
Многоканальный тел.: (8352) 61 62 62
Факс:
(8352) 21 05 03
обращаться
в
наше
Электронная почта:
Alexander.Shapeev@ru.abb.com
Goda.Nudelman@ru.abb.com
Internet:
www.abb.ru