Циглер Г. Цифровые устройства дифференциальной защиты

Подождите немного. Документ загружается.

10. Дифференциальная защита сборных шин

busbar

Рис. 10-6: Действие защиты 7SS600

Для повреждений в других фазах:

КЗ L1-E: I

= 3 +12 = 15, I

Res

= 3+12= 15, I

Res

КЗ L3-E: I

= 0 +12 = 12, I

Res

= 0+12= 12, I

Res

Повреждение L2-E является наихуд-

шим случаем, как ожидалось. Коэф-

фициент торможения не может быть

установлен превышающим 0.5 для

обеспечения надежности срабатыва-

ния в данных условиях. Также необ-

ходимо выполнить выбор ТТ с соот-

ветствующими характеристиками.

fault L2-E

Res

k=0.5

Рис. 10-7: Результат примера 10-1

Действие защиты в системах с принятыми мерами ограничения тока КЗ на зем-

лю

Суммирующий ТТ при нормальном его подключении обеспечивает повышенную

чувствительность при КЗ на землю благодаря учитываемому весовому коэф-

фициенту, равному 3.

Указанное иллюстрируется на следующем примере:

231

10. Дифференциальная защита сборных шин

Пример 10-2: КЗ в системе с принятыми мерами по ограничению токов КЗ

на землю

Дано: Станция среднего напряжения с резистивным заземлением

нейтрали (рис. 10.8).

110/10 kV

40 MVA

35 MW

= 6 Ohm

kA 1kV/6Ω310/I

kA 2

310kV

35MVA

≈=

⋅

Ph-E

Рис. 10-8: Конфигурация системы для примера 10-2

2·I

M-L

load

fault L2-E

Res

k=0.5

2·I

M-L

load

fault L2-E

Res

k=0.5

Задача:

Будет ли происходить срабатывание защиты при КЗ L2-E?

Рис. 10.9: КЗ на шинах в системе с резистивно-заземленной нейтралью

Решение:

Было выбрано повреждение L2-E потому что ток однофазного КЗ в

этом случае дает минимальное значение суммарного тока. Его

отношение к симметричному трехфазному току равно:

Ph3M

EL2M

−−

⋅=

−−

. Суммарный ток со стороны питания полу-

чается из суперпозиции тока КЗ на землю и протекающего тока

нагрузки. Графическое изображение данной ситуации представле-

но на рис. 10-9).

Суммарный ток, который соответствует трехфазному току нагрузки

2 kA - ток I

M-L

. К нему добавляется составляющая суммарного то-

ка, соответствующая току КЗ на землю. Он имеет значение

1kA3

L2M

I ⋅=

−

и направлен в ту же сторону, что и ток нагрузки в

фазе L

. Результирующий суммарный ток на питающем конце, тем

232

10. Дифференциальная защита сборных шин

самым, составляет I

= 1/2⋅I

M-L

. Со стороны нагрузки сумма токов

нагрузки дает I

= I

M-L

. Таким образом, ток торможения равен: =

| + |I

| =3/2⋅I

M-L

=3 кА. Рабочий ток соответствует току замыка-

ния на землю и составляет:

kA 13II

L2MOp

⋅==

−

. Отношение

Res

равно 0.58.

При заданном коэффициенте торможения равном 0.5 срабатыва-

ние защиты произойдет, как показано на рис. 10-9.

233

10. Дифференциальная защита сборных шин

10.1.2 Полностью цифровое устройство защиты 7SS52 [10-11 и 10-12]

Данное устройство защиты является полностью цифровым и состоит из цен-

трального устройства и децентрализованных устройств присоединений (рис.

10-10). Обмен данными между устройствами осуществляется по ВОЛС. Ин-

формация о значениях измеряемых величинах и положениях разъединителей,

получаемая устройствами присоединений,

передается центральному устройст-

ву, в котором затем производиться обработка данных согласно принципу функ-

ционирования дифференциальной защиты. В обратном направлении осущест-

вляется последовательная передача команд отключения выключателям соот-

ветствующих присоединений.

FO-communication

- HDLC protocol

-1.2MBaud

wired

connections

Рис. 10-10: Система дифференциальной защиты 7SS52

Данный принцип построения системы защиты обладает преимуществом на

больших подстанциях, поскольку устройства присоединений могут быть уста-

новлены непосредственно в шкафу управления

присоединением, тем самым

сокращается общая протяженность кабельных связей между измерительными

ТТ и защитой. В особых случаях – на больших подстанциях – устройства при-

соединения могут устанавливаться непосредственно на ОРУ в шкафу рядом с

коммутационным оборудованием.

Поскольку частота дискретизации для данной защиты составляет 1 кГц (20 вы-

борок в период) и поскольку синхронно измеренные значения

обрабатываются

в центральном устройстве в реальном времени (сравнение производится каж-

дую мс), необходимо обеспечение очень высокой скорости передачи данных по

ВОЛС (1.2 Мбод). Передача данных является синхронной, с обеспечением вы-

сокой надежности передачи данных (протокол HDLC, расстояние d = 8). Длина

оптических кабелей допускается равной до 1.5 км.

234

10. Дифференциальная защита сборных шин

Конфигурация

Защита осуществляет пофазную обработку измеренных величин и реализуема

при следующей максимальной конфигурации:

- Тройная система шин с обходной или четверная система шин,

- 48 присоединений,

- 12 секций шин.

Адаптация к имеющейся конфигурации шин и другим выдвигаемым требовани-

ям защиты может произведена при помощи соответствующего редактора (схо-

жей по структуре с программами серии CAD) на

ПК (программа DIGSI). Стан-

дартные элементы первичной схемы (присоединения, ШСВ, СВ) представлены

в библиотеке данных программы. Требуемый набор уставок для сконфигуриро-

ванной конфигурации формируется автоматически [10-13].

Алгоритм измерений

Данное устройство дифференциальной защиты является полностью цифровым

и включают программную функцию контроля положения разъединителей шин,

поэтому, в данному случае, не требуется использования каких-либо дополни-

тельных реле. Информация о токах обрабатывается в цифровом виде сравне-

нием мгновенных их значений каждую мс. Таким образом, достигаются крайне

малые времена срабатывания защиты равные

приблизительно 15 мс (включая

время срабатывания выходного реле отключения устройства защиты).

Принцип работы устройства точно такой же, как и устройства 7SS600, однако

осуществляется полностью цифровая их обработка, выравнивание и оценка.

Идентификация внешних КЗ производится всего лишь по двум выборкам, по-

этому требуемое время работы ТТ без насыщения составляет 3 мс и этого

времени достаточно

для того, чтобы определить внешним или внутренним яв-

ляется возникшее повреждение. В случае возникновения внутреннего КЗ, со-

провождающегося протеканием значительного тока по одному из присоедине-

ний, команда отключения формируется после дублированной оценки трех вы-

борок от каждого присоединения.

Характеристика срабатывания защиты соответствуют таковой устройства

7SS600. Возможным является опциональное задание характеристики, предна

значенной для обнаружения замыканий на землю (рис. 10-11). При этом также

осуществляется контроль дополнительного критерия (обычно контроль превы-

шения порогового значения по напряжению нулевой последовательности - U

для обеспечения срабатывания защиты по данной чувствительной характери-

стике только при возникновении замыканий на землю, сопровождающихся про-

текание незначительных токов повреждения.

235

10. Дифференциальная защита сборных шин

Res

internal faults (k=1)

tripping characteristic

(k =0.1 – 0.8)

For systems with earth

current restriction (option)

(release by U

∆I>

Res

∆I

Рис. 10-11: Ха

акте

истика с

абатывания за

иты 7SS52

Зона пускового органа защиты

Применение пускового органа, зона которого охватывает всю систему шин, по-

вышает надежность несрабатывания защиты при возникновении нарушений

работы функции контроля положения разъединителей шин (рис. 10-12).

В прошлом пусковой орган использовался только с высокоомной дифференци-

альной защитой. В этом случае пусковым органом обрабатывалась информа-

ция о токах, поступающих от специально выделенных сердечников

ТТ, и, таким

образом, формировалась отдельная система. Отключающие контакты пусково-

го органа и избирательных органов включались последовательно.

∆I

BB1

∆I

BB2

∆I

Check

Рис. 10-12: Зона, охватываемая пусковым органом защиты

При реализации «нормальной» дифференциальной защиты на традиционной

элементной базе пусковой орган применялся в исключительных случаях из-за

значительных затрат. В цифровом устройстве защиты 7SS52, напротив, пуско-

вой орган является дополнительным критерием срабатывания, поскольку он

реализован программным образом в качестве интегрированной функции.

На подстанции с несколькими системами шин при их раздельной работе и при

возникновении повреждения на одной из них, нагрузочный ток, протекающий по

шине (шинам), которая не является (являются) поврежденной (поврежденными)

выступает в качестве дополнительной тормозной величины для ПО. В тяжелых

236

10. Дифференциальная защита сборных шин

нагрузочных режимах и при малых токах повреждения указное может привести

к чрезмерному торможению и, соответственно, к несрабатыванию защиты в ус-

ловиях, когда это необходимо.

Схожая ситуация может иметь место, когда шины соединены через два присое-

динения через смежную станцию. В этом случае ток

КЗ может протекать со сто-

роны питания через неповрежденную шину к смежной станции и затем назад на

к поврежденной шине. Ток торможения, в таком случае, будет представлять

собой сумму тока КЗ, что опять же приводит к чрезмерному торможению защи-

ты.

При использовании цифрового устройства защиты 7SS52 указанная проблема

чрезмерного торможения была решена

специальным алгоритмом формирова-

ния тока торможения. Токи, втекающие в зону ПО (подстанцию) и вытекающие

из нее суммируются отдельно согласно своему направлению протекания. Затем

для торможения используется меньшая сумма (рис. 10-13).

I1I2

3 + I4

2·(|I

| +|I

| )

| + |I

Res

| + |I

Res

| + |I

Special restraint to avoid over-stabilisation

Separate addition of the magnitudes of positive

and negative currents and selection of the

smaller sum:

434321p

IIIIIIIΣ +++++=

IIIΣ +=

Usual form of restraint

Sum of all current magnitudes:

check zone

Рис. 10-13: Торможение, реализованное в устройстве 7SS52:

Специальный алгоритм для исключения чрезмерного торможения

Повреждение в зоне между ШСВ и ТТ

При возникновении КЗ в зоне между ШСВ и ТТ необходим принятие специаль-

ных мер для обеспечения селективности действия защиты. Необходимо разли-

чать следующие случаи: ТТ только на одной стороне выключателя, ТТ с двух

сторон выключателя. Также необходимо рассматривать ситуации возникнове-

ния КЗ, когда выключатель включен и отключен.

Информация о состоянии

ШСВ может поступать в устройство дифференциаль-

ной защиты через дискретный вход. Указанный дискретный вход необходимо

использовать, поскольку в этом случае действие дифференциальной защиты и

функции УРОВ будет автоматическим образом адаптироваться согласно теку-

щему состоянию выключателя. Таким образом, предоставляется возможным

обеспечить селективность защиты при возникновении КЗ в «мертвой зоне», что

продемонстрировано на

следующих примерах.

237

10. Дифференциальная защита сборных шин

ТТ установлены на одной стороне, ШСВ

включен:

- Дифференциальная защита системы

шин А (ДЗШ А) обнаруживает внутрен-

нее повреждение и отключает систему

шин A и ШСВ.

- После отключения ШСВ функция УРОВ

по истечении своей выдержки времени

BFP

) действует на изменение по фазе

тока цепи ШСВ на 180 градусов для

ДЗШ B. В результате этого также про-

изводится отключение всех питающих

присоединений системы шин B.

- Если в устройство защиты через соот-

ветствующей дискретный вход посту-

пает информация о состоянии ШСВ,

ДЗШ системы шин В после отключения

ШСВ без какой-либо выдержки времени

подействует на отключение всех пи-

тающих присоединений этой системы

шин, поскольку в этом случае обнуля-

ется ток цепи ШСВ при обработке зна-

чений токов

алгоритмом ДЗШ. При этом

также приостанавливается набор вы-

держки времени функции УРОВ ( T

BFP

BB A

BB B

Рис. 10-14

ТТ установлены на одной стороне, ШСВ

отключен

а) Информация о положении ШСВ не поступа-

ет в устройство защиты (цепи блок-контактов

ШСВ не подключены к дискретным входам

устройства):

- ДЗШ системы шин А излишне действу-

ет на отключение выключателей всех

питающих присоединений системы шин

А.

ДЗШ системы шин В фиксирует внеш-

нее КЗ и действует на отключение пи-

тающих присоединений системы шин В

лишь по истечении выдержки времени

функции УРОВ T

BFP

б) Информация о положении ШСВ поступает в

устройство (цепи блок-контактов ШСВ под-

ключены к дискретным входам устройства):

- ДЗШ системы шин А не действует на

отключение питающих присоединений

системы шин А, поскольку ток в цепи

ШСВ при обработке значений всех то-

BB A

BB B

Рис. 10.15

238

10. Дифференциальная защита сборных шин

ков алгоритмом ДЗШ системы шин А

обнуляется (ШСВ считается отключен-

ным).

- ДЗШ системы шин В действует на от-

ключение всех питающих присоедине-

ний системы шин В без выдержки вре-

мени, поскольку ток в цепи ШСВ при

обработке значений токов алгоритмом

ДЗШ системы шин В также обнуляется,

когда ШСВ отключен.

ТТ установлены с двух сторон, ШСВ вклю-

чен

- Зоны действия ДЗШ системы шин А и

ДЗШ системы шин В перекрещиваются.

- ДЗШ системы шин А и ДЗШ системы

шин В отключают шины без выдержки

времени.

- Производится отключение обеих сис-

тем шин.

BB A

BB B

to 87 of BB B

to 87 of BB A

Рис. 10-16

Рис. 10.17

ТТ установлены с двух сторон, ШСВ от-

ключен

Зоны действия ДЗШ системы шин А и ДЗШ

системы шин В перекрещиваются.

A) Информация о положении ШСВ не посту-

пает в устройство (цепи блок-контактов

ШСВ не подключены к дискретным входам

устройства):

- ДЗШ системы шин А без выдержки вре-

мени действует на отключение всех пи-

тающих присоединений системы шин А.

- Отключение всех питающих присоеди-

нений системы шин В производится

функцией УРОВ (перефазировка тока

цепи ШСВ) по истечении выдержки вре-

мени T

BFP

B) Информация о положении ШСВ поступает

в устройство (цепи блок-контактов ШСВ

подключены к дискретным входам устрой-

ства):

- ДЗШ системы шин В действует на от-

ключение всех питающих присоедине-

ний системы шин В, поскольку ток в це-

пи ШСВ обнуляется при обработке зна-

BB A

BB B

to 87 of BB B

to 87 of BB A

239

10. Дифференциальная защита сборных шин

чений токов алгоритмом ДЗШ системы

шин В, когда выключатель отключен.

- ДЗШ системы шин А не действует на от-

ключение питающих присоединений

системы шин А.

Функция УРОВ

Основной принцип работы тот же самый, что и при реализации классической

функции УРОВ:

На каждом выключателе токовое реле (I>) контролирует прекращение протека-

ния тока через заданное время (например, через 150 мс) при наличии сигнала

отключения. Если ток в цепи выключателя продолжает протекать по истечении

заданного времени, производится отключение выключателей всех питающих

присоединений

командой отключения от защиты шин.

Устройство защиты 7SS52 обладает дополнительной функцией УРОВ, которая

позволяет осуществлять селективное отключение той системы шин, к которой

примыкает присоединение с отказавшим выключателем, при учете положения

разъединителей. В случае возникновения внутреннего КЗ на шинах, сопровож-

дающегося наложением отказа выключателя питающего присоединения, уст-

ройство 7SS52 формирует команду телеотключения выключателя противопо

ложного конца присоединения. Для этой цели должен быть доступен надежный

канал передачи данных.

При реализации УРОВ необходимо рассмотрение двух вариантов:

1) Функция УРОВ, обеспечиваемая устройством присоединения

В этом случае устройство присоединения контролирует возникновение условий

пуска УРОВ, например, при использовании функции УРОВ, интегрированной в

цифровое устройство защиты присоединения. Устройство защиты сборных шин

используется для селективного распределения сигналов отключения выключа-

телей присоединений системы шин, к которому примыкает поврежденное при-

соединение с отказавшим выключателем (рис. 10-18). Для исключения ложного

действия

УРОВ формирование команды отключения выключателей питающих

присоединений системы шин осуществляется по двум каналам, например, в

качестве второго критерия может выступать критерий срабатывания защиты

присоединения (сигнал от пусковых органов устройства защиты присоедине-

ния).

fault detection

Trip

CBs

T-BFP

trip

7SS52

feeder protection

busbar protection

isolator

replica

Рис. 10-18: Использование функции УРОВ защиты присоединения

240