автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Применение дистанционного принципа в условиях замыканий на землю для выполнения релейной защиты, автоматики и устройств определения места повреждения линий электропередачи

на провоз: рукописи АНКАННИКОВ Евгений Александрович

ПРИМЕНЕНИЕ ДИСТАНЦИОННОГО ПРИНЦИПА В УСЛОВИЯХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ.АВТОМАТИКИ И УСТРОЙСТВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

05.14.02 - Электрические станции (электрическая часть), сети, электроэнергетические системы и управление ими

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

НОСКВА 1996

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ (БНИИЭ)

Рабата выполнена на кафедре Автоматизации управления электроэнергетическими системами Ивановского государственного энергетического университета

Официальные оппоненты:

доктор технических наук .профессор Семенов В «А.

доктор технических наук ЛеВйУШ &.Й.

доктор технических наук,профессор СаУХаТЭС ¿.-С.С.

Ведущее предприятие: ПИ и НИИ Энергосетьпроект

Защита состоится 17 декабря 1995 года в 14 часов на заседании диссертационного Совета Д. 144.07.01 научно-исследовательского института электроэнергетики (ВНЙИЭ) по адресу:

115201, Москва, Каширское шоссе,22, корп.З. Телефон Совета: 113-28-09

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНЙИЭ

Автореферат разослан "_" _ 1996 г

Ученый секретарь диссертационного Совета Д.144.07.01 „ канд. техн. наук, ст. научн. сотр. Ю.С.Шезко

Обшая характеристика работы

Актуальность проблеял. Повышение эффективности работы электрических сетей напряжением 110 кВ и выше является одной из важнейших задач, связанных с увеличением надежности электроснабжения потребителей. Короткие замыкания (КЗ) на землю является преобладающим ввдом повреждений в сетях высокого напряжения. Они часто являются первопричиной аварий, сопровождающихся значительным экономическим ущербом и создающих опасность для сохранения устойчивости или даже живучести энергосистемы.

Сказанное предопределило проведение в СССР и других странах интенсивных и разносторонних исследований, направленных на предотвращение или минимизацию аварийных последствий КЗ на землю, совершенствование защиты и автоматики, действующей при указанном виде поврэждений.

В нашей стране на протяжении многих лет дистанционный принцип использовался исключительно для защит от междуфазных замыканий. Единственным дистанционным устройством, применявшимся при КЗ на землю, являлся орган выбора поврежденной фазы устройств ОАПВ. При этом не учитывался мировой опыт - ведущие фирмы Западной Европы всегда использовали сами и продавали в развивающиеся страны дистанционные защиты от всех видов повреждений.

Однако никогда не прекращались теоретические разработки в данной области - достаточно вспомнить работы Г.И.Атабекова, П.К.Фейста, А.М.Федосеева, В.Л.Фабриканта , А.Б.Чернша, С.Б.Лосева.

С начала 70-х годов положение стало изменяться. Началось это на кафедре АиРЗ Московского Знергоинститута, где автором в 1971, затем В.А.Рубинчикон в 1975 году были защищены кандидатские диссертации - первые после длительного перерыва по тематике дистанционных защит от всех видов заиканий. В последующее время глубокие разработки проводились в институте Энергосетьпроект, Рижском Политехническом институте, Ивановском Энергетическом институте, Уфимском Нефтяном институте, Чувашском Госуниверситете. Большой вклад внесен В.А.Рубинчиком, Н.ЕЛаровой, 1.Н.Дородновой, М.В.Михайловой, В.Л.Фабрикантом, А.С.Саухатасом, В.А.Шабановым, Я.А.Шнейдером,В.Н.Новеллой, Ю.Я.Лямцом, В.А.Ильиным, В.А.Ефремовым, Н.В.Подршвалиным. Невозможно не отметить неустанное внимание к данным разработкам со стороны А.М.Федосеева и В.Л.Фабриканта.

Развитие теории привела к появлению новой области применения

дистанционного принципа - для одностороннего определения места короткого замыкания (00МКЗ). Появились микропроцессорные фиксирующие приборы, алгоритмы 00МКЗ вошли в матобеспечение цифровых осциллографов. В то же время некоторые принципы дистанционных защит от замыканий на землю начали внедряться в алгоритмы защит от междуфазных замыканий.

Возрождение интереса к применению дистанционного принципа при КЗ на земдо произошло не случайно - для этого появились объективные условия. Прежде всего это внедрение цифровых устройств в элементную базу релейной защиты, снявшее вопрос о сложности устройства защиты. Другая область применения дистанционного цринципа - одностороннее определение места короткого замыкания - вообще не может быть реализована на электромеханической или полупроводниковой элементной базе.

В диссертации отражены результаты работ, выполненных автором в течении ряда лет в Ивановском государственном энергетическом университете. Отдельные разделы проводились в соответствии с комплексной научно-технической программой ГКНТ СССР 0.01.11.03 "Разработать и внедрить новые метода и технические решения в области межотраслевых проблем промышленной энергетики" (1986-1990 г.г.), отраслевой научно-технической программой 01.01.03 "О мерах по развитию диагностического контроля основного оборудования и сооружений электростанций и сетей Минэнерго СССР" (1986-1990 г.г.), общесоюзной комплексной программой Минвуза СССР "Энергия".

Целью работ является развитие теоретических основ и практических методов применения дистанционных устройств в релейной защите от всех видов коротких замыканий, в устройствах одностороннего определения места короткого замыкания на линии, в устройствах ОАПВ, а такие использования дискретной и аналоговой информации в системе АСУ ТП энергообъекта в задаче регистрации и анализа аварийной ситуации.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

1. Исследование общих вопросов применения дистанционных устройств в условиях замыканий на землю: точность работы на длинных и коротких линиях, линиях с пофазной несимметрией параметров; погрешности от несоответствия коэффициента компенсации по току нулевой последовательности расчетному значению и от влияния переходных сопротивлений в месте замыкания.

2. Теоретические исследования работы фильтровых органов вы-5ора особой фазы и определения вида повреждения, разработка методики анализа их функционирования. Исследование условий работы цистанционных реле в избирательных органах устройств ОАПВ, возможностей их усовершенствования.

3. Поиск оптимальных принципов выполнения измерительных органов первых ступеней дистанционных защит от замыканий на землю и эт всех ввдов замыканий. Разработка методов анализа функциониро-зания многофазных измерительных органов защит от замыканий на землю.

4. Создание новых алгоритмов многофазных измерительных органов, принципов изменения иг характеристик с целью нахождения компромисса между чувствительностью к переходным сопротивлениям и зтстроенностью от влияния нагрузочных режимов и режимов качаний.

5. Разработка теоретических основ одностороннего определения песта короткого замыкания на линиях электропередач. Исследование погрешностей одностороннего ОМКЗ и способов устранения этих погрешностей. Исследование возможностей использования методов 00МКЗ з дистанционных зашдгах от всех видов замыканий.

6. Разработка алгоритмов анализа функционирования системы релейной защиты и автоматики в том числе и с привлечением информации от микропроцессорных приборов определения места замыкания.

Теоретические результат и тучная новизна:

1. Предложены и обоснованы принципы оценки точности работы адетанционных устройств на коротких и длинных линиях с пофазно-аесимметричными параметрами и на длинных линиях с симметричными параметрами.

2. Разработан метод анализа функционирования фильтровых органов определения вида замыкания, предложен усовершенствованный алгоритм органа выбора особой фазы. Предложены пути усовершенст-зования структуры и характеристик дистанционных реле избиратель-зого органа ОАПВ.

3. Проведен анализ и сравнение различных исполнений измерительных органов первых ступеней дистанционных защит от замыканий за землю, сделан вывод об определенных преимуществах многофазных алгоритмов измерительных органов.

4. Предложен ряд новых алгоритмов многофазных измерительных эрганов и сочетаний многофазных устройств с однофазными.

5. На основе теоретического анализа сделан вывод о возможное-

та выполнения на дистанционном принципе устройств одностороннего определения места короткого замыкания, исследованы методы снижения погрешностей упрощенных способов 00MK3, предложен способ ликвидации погрешности от несовпадения по фазе тока в переходном сопротивлении и тока в месте установки устройства ООМКЗ.

6. Разработаны принципы использования показаний микропроцессорных фиксирующих приборов в системе АСУ ТП энергообъекта, принципы анализа функционирования системы РЗА по дискретной и аналоговой информации.

Пратическаа ценность работ.

1. Выявлены причины снижения точности функционирования дистанционных устройств на линиях различных типов. Результаты могут быть использованы при создании новых дистанционных устройств и выборе и согласовании уставок существующих.

2.Предложенные метода анализа фильтровых органов выбора особой фазы и определения вида замыкания, многофазных измерительных органов могут использоваться при создании новых устройств для защиты и автоматики линий.

3.Предложенные алгоритмы многофазных измерительных органов и сочетаний многофазных и однофазных устройств могут найти применение в разработках защит от всех видов замыканий.

4.Предложены и приведены в систему способы одностороннего определения места короткого замыкания на линии. Созданные на основе теоретических разработок приборы и алгоритмы внедряются в электроэнергетику.

5.Разработано математическое и программное обеспечение задачи регистрации и анализа аварийной ситуации на энергообъекте, в том числе и с привлечением аналоговой информации от микропроцессорных фиксирующих приборов.

Реализация результатов работы.

Теоретические исследования в области одностороннего определения места короткого замыкания привели к созданию различными организавдами целого ряда микропроцессорных фиксирующих приборов, к смене идеологии отыскания места повреждения на высоковольтных линиях.

Теоретические исследования в области многофазных алгоритмов измерительных органов дистанционных защит использовались ПИ и НШ"Энергосетьпроект" и Рижским Техническим Университетом при разработке опытных образцов дистанционных защит от всех видов

замыканий.

Результаты исследований автора в области дистанционных избирательных органов устройств ОАПВ были использованы релейной лабораторией Энергосетьпроекта при создании образца реле, которое впоследствии под названием КРС-4 много лет использовалось в устройствах ОАПВ.

Предложенный автором алгоритм фильтрового органа выбора осо-5ой фазы используется в ряде разработок защит от всех видов замыканий и в алгоритмах ООМНВ, внедренных в Ярославской и в Ивановской энергосистемах.

Алгоритмы и системы регистрации и анализа функционирования устройств РЗА функционируют в системе АСУ ТП Костромской ГРЭС, Северодвинских 1ЭЦ-1 и ТЭЦ-2, находятся в настоящее время в ста-Qjrn внедрения на ряде знергообъектов.

Основные положения,выносимые на защиту. i.Методы анализа функционирования различных исполнений органов зыбора особой и поврежденной фазы, устройств определения вида заикания на землю. Усовершенствованный алгоритм органа выбора осо-5ой фазы.

Z. Метода анализа функционирования многофазных алгоритмов измерительных органов дистанционных защит от замыканий на землю. Новые алгоритмы многофазных реле. Принципы создания алгоритмов с регулируемой чувствительностью к переходным сопротивлениям. Принципы сочетания многофазных и однофазных алгоритмов с целью создания *ащит, правильно функционирующих при значительных нагрузках цред-сествующего режима. Принципы изменения чувствительности к переходным сопротивлениям путем переключений в цепях измерительных зрганов в процессе отработки алгоритма защиты. J.Положение о возможности исключения влияния переходного сопротивления в месте КЗ при одностороннем определении места повреж 5ения. Реализация этого положения при однофазных и двухфазных КЗ. Зпособ исключения влияния комплексности токораспределения по схе-{эм нулевой или обратной последовательностей. Метода анализа погрешностей Q0MK3. Характеристики защит, основанных на расчете рас-ггояния до места замыкания.

I.Возможность использования показаний приборов 00MK3 в системе vcy тп энергообъектов в задаче регистрации и анализа функциониро зания системы PSA. Алгоритмы анализа на основе только дискретной •шформации и с привлечением аналоговой информации.

Публикации и апробация. Содержание работ нашло отражение в 50 печатных работах автора,в том числе 1 монографии, 12 авторских свидетельствах,20 статьях в центральных журналах.

Основные положения диссертации докладывались на многочисленных конференциях, семинарах и совещаниях - в Риге (1980, 1983, 1884, 1986, 1988), Киеве (1990), Челябинске (1990), Алма-Ате (1989), Москве (1991, 1993, 1996), Новочеркасске (1993), Чебоксарах (1991), Конакове (1992). Разработки в области дистанционной защиты от всех видов замыканий трижды- в 1972, 1975 и в 1979 годах обсуждались на Научно- технической комиссии по разработке цредложений о создании новых устройств релейной защиты в энергетических системах при Госкомитете СССР по науке и технике.

Структура и объем диссертации.Работа включает введение, 5 глав, заключение, список литературы и приложения, содержащие отдельные математические выкладки. Основной материал изложен на 276 стр. машинописного текста. Работа включает 92 рисунка и 27 таблиц. Список литературы состоит из 86 наименований.

ОСНОВНОБ СОЯЕРШЙЕ РАБОТЫ

1 .ПРИНЦИПИАЛЬНО ДОСТИЖИМАЯ ТОЧНОСТЬ ФУНКЦИ01ЖРОВАНИЯ ДИСТАНЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ ПРИ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЯХ НА линиях I.I.Металлические короткие вадьшания.

Дяя всех дистанционных устройств весьма важен вопрос принципиально достижимой точности замера сопротивления линии до точки короткого замыкания (КЗ). Кроме всех обычных факторов, влияющих на точность дистанционного замера и хорошо известных на примере зашит от междуфазяых КЗ, при КЗ на землю появляется ряд дополнительных. Показано, что формально их можно свести к одному фактору - к несоответствию между расчетным и выставленным на реле коэффициентами компенсации по току нулевой последовательности К . От этого коэффициента зависит точность получения компенсированного фазного напряжения иф= 11ф - ( I ф + К 10 ) 1, (1)

где : 1)ф , Iф и 10 - комплексные значения напряжения фазы, тока фазы и_токз~нулевой последовательности в месте установки дистанционного устройства ;

г - сопротивление участка линии , напряжению в конце которого должно соответствовать полученное (или сосчитанное) в устройстве

компенсированное фазное напряжение и1.

Для короткой транспонированной линии расчетное значение коэффициента равно К - (Z^ уд- 21д уд >/ ZlJr уд , (2) где Zljt уД и zqjj уд- удельные сопротивления линии в схемах прямой и нулевой последовательностей .

При наличии на линии ответвления с трансформатором, имеюим заземленную нейтраль, расчетное значение коэффициента равно

(*ос1+ IxAñ)

К = К + (К ♦ 1) ---------------- , (3)

Eiffií i:o отв

(считается, что ответвление с сопротивлением трансформатора lQ QTB находится в точке L линии, дистанционное устройство в точке" М, КЗ произошло в точке N, сопротивление прилегающей системы Z с}).

При наличии взаимоиндукции по всей дайне линии возможна компенсация током нулевой последовательности и своей, и параллельной линии. При этом Кщ = Z^Z^ - коэффициент компенсации от тока нулевой последовательности параллельной линии.

Если взаимная индукция существует лишь на части длины линии, то коэффициент компенсации по току нулевой последовательности параллельной линии равен ^m/ZlK и его значение зависит от места КЗ.

Дая короткой нетранспонированной линии расчетные значения коэффициента компенсации и сопротивления для каждой фазы разные. Для фазы А они равны:

hr Ьа - ?оАВ + 2а21ш - а !2АВ • (4)

3 ЧоАВ - а^1АВ + (а 12Ш - а2 Lab» ]2А ' Jo 1 Кд--------------------------------------------------. (5)

Для длинной транспонированной линии расчетное значение

В. - В1 D_ - D1

коэффициента : - , - ^ _ 7 (6)

к + z0 с1 .

Здесь Ад, Вд, Сп, Од, - параметры четырехполюсника, замещающего участок линии между местам установки дистанционного устройства и точкой конца зоны действия. Сопротивление на зажимах при металлическом КЗ окажется равным Z « 8^/ Dj.

Самый общий случай - установка защитного устройства на нетранспонированной линии большой протяженности. Расчеты показывают крайне неудовлетворительное функционирование на такой линии всех ранее рассмотренных схем компенсации . Точность устройств становится неудовлетворительной ужа при расстояниях до места КЗ в 300-

500 км. О.Б.Лосевым и А.Б.Чершшым указано,что на длинных нетран спонированных линиях компенсация должна осуществляться токами и напряжениями всех фаз. Вариант схемной реализации устройства компенсации предложен нами в [ 21 ].

Если в схеме получения компенсированного напряжения устройства коэффициент Кд точно соответствует найденному по выражениям {2,3,5,или 6} коэффициенту К, то при металлическом К.З. в точке , до которой произведена компенсация, "сопротивление на зажимах" устройства равно расчетному, т.е.замер не имеет погрешности .

Наиболее распространенная причина появления погрешности -несоответствие между установленным в устройстве "действительным" коэффициентом компенсации Кд и его расчетным значением К. Несоответствие может появляться по ряду причин :

- Расчетное значение К является комплексной величиной. Часто е релейных устройствах можно установить только вещественное значение коэффициента компенсации, да и то только с большой дискретностью ;

- На длинных линиях,линиях с ответвлением и на линиях с взаимно« индукцией расчетаоезначение 1С зависит от расстояния до КЗ ;

- Имеются случаи сознательного завышения или занижения коэффициента компенсации { например, в избирательных органах ОАПВ ).

Произведена оценка погрешности замера, обусловленной разностью между расчетным и действительным коэффициентами компенсации { К - К,

К_}.Расчетная формула дая одиночной линии имеет вид: Г * ~ 1ц «ю + *1н> if Г11

1д - h*\ 1 +

1 +-------------------1 , (7)

1п/и~ ~ hc-h*

где : ¡£д - "действительное" сопротивление на зажимах ; Z1k- сопротивление линии до места КЗ.

Значения коэффициентов М и N пояснены в диссертации. Ис следования показали,что наибольшее значение отклонение сопротивления от ZlK имеет при однофазном КЗ и при угле е между ЭДО равном 0° или 180°. Оно равно:

Elk С1 " Ь?

\sx = --------------------------------------- '

м< 1 * Niz^+z^/iz^/ajp) - zlc - zlKn

Формулой {8} можно пользоваться дм определения уставок ре ле, имеющих к и душ взаимного согласования харакгеристи реле, коэффициенты компенсации которых не равны между собой . Сформулированы признаки режима, в котором сопротивденаз а

и

зажимах максимально отличается от ZlK:

а) расчетный вид замыкания - КЗ одной фазы на землю ;

б) расчетный режим по ЭДС - совпадение ЭДС систем по фазе при максимальном значении модуля отношения ЭДС р ;

в) расчетный режим первичной схемы должен соответствовать минимальному значению коэффициента М , что имеет место при минимуме отношения коэффициентов токораспределения в схемах прямой и нулевой последовательностей С^ /CQp.

1.2. Влияние переходного сопротивления в жесте КЗ. При КЗ одной фазы через сопротивление Rn по этому сопротивлению проходит ток

310К< Сопротивление на зажимах устройства , измеренное на поврежденной фазе, равно :

*1к<1ф + i Lo> + 3RnLoK 3RnLoK Z = ---------------------- = ZlK + -------- <9)

<L$+ i Lo> " <1Ф + к_1о>

I.e. наличие в месте КЗ переходного сопротивления приводит к отклонению сопротивления Z от ZlK на комплексную величину AZ. Направлен!® и абсолютное значение вектора Д2 сильно зависят от величины токов нагрузочного режима.

Влияние переходного сопротивления на замер реле неоднократно исследовалось рядом авторов, среди которых в первую очередь следует отметить работы П.К.Фейста. Известно, что при однофазных КЗ с ростом Rn от 0 до бесконечности конец вектора Z перемещается по дуге окружности (годографу) из точки ZjK в точку (точку

сопротивления нагрузочного режима).

При 5 > 0° (приемный конец линии) сопротивления на зажимах с ростом Rn переходят из первого во второй квадрант плоскости и могут быть сильно завышены по сравнению Z^K. При б < 0° (передающий конец линии) сопротивления остаются в первом квадранте плоскости и изменяются в не столь большом диапазоне. Поэтому влияние переходных сопротивлений на устройства, установленные на приемных концах линий, значительно выше, чем на устройства, установленные на передающих концах линий.

Большой объем исследований влияния нагрузочного режима на сопротивления на зажимах проведены В.А.Шабзновым и Ю.Я.Лямцом. В частности, Ю.Я.Лямец отметил чрезвычайно важное свойство годографов сопротивлений на зажимах : на приемном конце линии все дуги годографов, соответствующих замыканиям в разных точках линии,

сходятся не только в точке 1 но и вблизи еще одной общей точки, названной граничной Эта точка расположена вблизи оси сопротивления линии.

Показано, что подобное происходит не только при междуфазных КЗ, но и при КЗ на землю. Прохождение всех годографов через одну точку возможно при выполнении условий:

^ -ОЛ ~ ^1л Ъу с1 Ъол -О с2 ^

-1л 1л с1 Ъл с2 '

Строгого выполнения условий (10) в реальных сетях не бывает. Поэтому вместо одной точки пересечения обычно имеется размытая область, лежащая немного правее оси сопротивления линии. Данное свойство весьма важно для устройств ООМКЗ. Оно обозначает, что на комплексной плоскости имеются точки пересечения двух годографов, но практически невозможна точка пересечения всех годографов, соответствующих одному и тому же нагрузочному режиму. Чем ближе данная линия к выполнению условий (10), тем труднее точно опре -делить место КЗ на приемном конце линии при наличии значительных переходных сопротивлений.

2. ОРГАНЫ ВЫБОРА ОСОБОЙ И ПОВРЕЖДЕННОЙ ФАЗЫ , ОРГАНЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВИДА ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ 2.1 .Алгоритмы определения особой фазы и вида затжхния -метода анализа и возможности совершенствования.

Органы или алгоритмы выбора особой фазы и определения вида замыкания необходимы для целого ряда устройств релейной защита и автоматики. Известно большое количество различных устройств, но ни одно из них не решает проблемы полностью. Причина - в теоретической неразрешимости проблемы при наличии значительных токов нагрузки. Действительно, если КЗ произошло в точке электрического центра качаний, особую фазу и вид звмыкания определить нельзя. Все известные устройства и алгоритмы начиная с определенных углов между ЭДС могут давать неправильное решение. Однако при теоретической неразрешимости можно получить практически удовлетворительное решение.

Традиционно существуют два вида избирательных органов - дистанционные на основе реле сопротивления и фильтровые на основе фазочувствительных схем. Дистанционные органы слишком критичны к наличию переходных сопротивлений в месте КЗ . Поэтому снова и

снова делаются попытки использования фильтровых органов.

2.1.1 .Фильтровый орган выбора особой фазы. Б классическом исполнении фильтровый орган выбора особой фазы состоит из трех

реле направления мощности .включенных на ток iQ и ток обратной последовательности соответствующей фазы . Условие выбора фазы А

как особой имеет ввд : ~ 80° < arg ( 12ф/10) < 90°. —

Проведенный анализ показал неудовлетворительную работу известных органов при двухфазных КЗ на землю и позволил предложить более оптимальные условия выбора фазы:

-105° < arg(i2A/i0) < 15° - для особой фазы А.

Многочисленные расчеты подтвердили оптимальность данного алгоритма выбора особой фазы, хотя в некоторых особых случаях (параллельные линии с ответвлениями или длинные линии) его приходится дополнительно усложнять.

2Л .2.ФилътроВие органы определения вида зшшания. Поскольку органы выбора особой фазы не могут отличить однофазного КЗ от КЗ даух фаз на землю, появилась необходимость в устройствах определения вида КЗ . Известно довольно большое количество таких устройств. Все они подвержены влиянию составляющих нагрузочного режима , т.е. могут функционировать неправильно при достаточно большом расхождении по углу между ЭДС эквивалентных систем . Для сравнения различных органов между собой требовалась обоснованная методика анализа.

В диссертации показаны удобства анализа функционирования устройств определения вида КЗ путем построения их характеристик в

плоскости сопротивления нагрузочного режима I Ме-

тодика анализа известна - запись уравнений граничных линий в виде скалярного произведения, в котором оба сомножителя являются явной функцией от общего параметра, графическое построение граничных линий, определение диапазона углов правильного функционирования,. Приведены примеры применения этой методики к шести вариантам устройств определения вида замыкания. Показано, что по характеристикам можно однозначно сравнивать между собой различные варианты.

2.2. Лщжващонзшс избирательнее органа устройств ОАПВ. Анализ функционирования избирательных органов обычно проводится путем построения областей, в которых могут находиться сопротивления на зажимах в различных режимах цикла ОАПВ. Это дает наглядное представление об особенностях функционирования устройств на коте

ретной линии. Однако если речь идет о целом классе линий, то целесообразно воспользоваться расчетами на ЭВМ методом статистических испытаний. Впервые применен этот метод для анализа устройств защиты в Рижском Политехническом институте {А.С.Саухатас, В.А.Шабанов >. В [1] показана целесообразность применения метода также для анализа избирательных органов устройств ОАПВ и для анализа функционирования устройств определения места КЗ на линии.

Затруднения в обеспечении и чувствительности к переходным сопротивлениям , и отстроеняости от режимов , в которых реле не должно работать , заставили искать оптимальные конструкции реле. Анализ, проведенный по просьбе релейной лаборатории инст. Энерго-сетьпроект, позволил предложить к применению так называемые двухэлементные реле [331. Их характеристика состоит из двух элементов, например , двух окружностей. Логическая ячейка "запрет" может выводить из действия один из элементов характеристики в определенный момент времени .

Наличие двух элементов характеристики предоставляет две важные возможности .

а.На элементах могут быть различные между собой коэффициента компенсации по току нулевой последовательности. Это улучшает селективность реле неповрежденных фаз при близких КЗ .Впервые такое сочетание двух реле с различными коэффициентами предложено в работах П.К.Фейста .

б.Возможны случаи .когда одна из характеристик полностью отстроена от срабатывания в неполнофазном и послеаварийном режимах , но не удовлетворяет требованиям чувствительности к переходным сопротивлениям . Тогда характеристику второго элемента можно принять по условиям чувствительности, но эту часть характеристики придется выводить из действия с помощью ячейки "запрет" после отключения фазы. Таким образом в выборе фазы участвуют обе характеристики , обеспечивая высокую чувствительность, а в защите оставшихся в работе в неполнофазном режиме фаз участвует лишь одна.

2.3.Расчет электрических величин б цикле ОАПВ. Существует много методов , позволяющих вести расчет сложных несимметричных режимов цикла ОАПВ на ЭВМ. Предложен еще один С123, связанный с использованием симметричных составляющих и специальных многополюсников, имитирующих граничные условия в местах несимметъии. Метод позволяет максимально облегчить автоматизацию ввода граничных условий.

3.АЛГОРИТМЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ ПЕРВЫХ СТУПЕНЕЙ

ДИСТАНЦИОННЫХ ЗАЩИТ ОТ ЗАМЫКАНИИ НА ЗЕМЛЮ 3.1.Основные типы измерительных органов дистанционных защит от затнаний на зелию.

3.1.1.Однофазные измерительные органы. Это реле, включенные на напряжение фазы 11ф и ток (1ф + К 10) и сравнивающие по какому ~ли5о алгоритму именно эти две величины. Алгоритм сравнения определяет вид характеристики в плоскости г^1 /(1ф + К 10>.

Характеристика эта однозначна - не зависит от точки и вида замыкания или от составляющих нагрузочного режима.Типичными являются характеристики в виде окружности или четырехугольника.

Согласно выражению (9) при КЗ через активное переходное сопротивление в составе векторе сопротивления на зажимах реле ^ появляется вектор №.. Под влиянием составляющих нагрузочного режима этот вектор стремится либо вверх {приемный конец линии), либо вниз {передающий конец). При однозначной и неподвижной характеристике на приемном конце составляющие нагрузочного режима уменьшают чувствительность реле к переходным сопротивлениям. На передающем конце повышается чувствительность , но одновременно появляется опасность излишнего срабатывания. Основа выбора характеристики - компромисс между стремлением повысить чувствительность к КЗ через переходные сопротивления и стремлением не допустить излишних срабатываний. Элементарный анализ показывает, что однофазные измерительные органы не позволяют достичь удовлетворительных условий упомянутого компромисса.

3.1.2.Модифицированные измерительные органы. Реле, называемые модифицированными, отличаются тем, что в качестве одной из сравниваемых величин принимается компенсированное напряжение поврежденной фазы, а в качестве второй сравниваемой величины принимается сочетание напряжений или токов неповрежденных фаз. Модифицированные реле занимают промежуточное положение между однофазными и многофазными. Методы анализа их функционирования идентичны применяемым для многофазных реле. В работе подробно исследуется модифицированное реле лишь одного типа - предложенное Г.И.Атабековым реле срабатывает при отставании 1)ф от 10. Ниже оно называется реле с компенсацией полного падения напряжения -РКППН. Условие срабатывания РШШН можно записать в виде равенства нулю скалярного произведения: [ — з 103 * [ Уф] £ 0 . (И)'

Характеристика РКППН при нулевых токах нагрузочного режима имеет вид прямой, проходящей через конец вектора Z v под углом

П ~ J

180 + ос. к горизонтали. Здесь - ор

ы. = arg --------------------------------------------, (12}

С 4(H)~z lK>

С= 2 С|р +(К + 1 )CQp Z^*-суммарное сопротивление схемы заме-щения~аварийного режима однофазного КЗ.

При отсутствии составляющих нагрузочного режима о® О

и характеристика выглядит как у реле реактивного сопротивления. При наличии токов нагрузочного режима положение меняется. Возможны два подхода к построению характеристик с учетом составляющих нагрузочного режима. Первый подход предполагает построение семейств характеристик, каждая из которых имеет вид прямой и каждая соответствует одному нагрузочному режиму и одному значению переходного сопротивления. Такие характеристики названы частными.

Второй подход предполагает построение семейств характеристик, кавдая из которых является окружностью и соответствует одному нагрузочному режиму, но любому значению переходного сопротивления. Такие характеристики предложены и работах А.Я.Шнейдера и В.А.Шабанова. Они названы общими. Если КЗ произошло в точке Zy то общая характеристика совпадает с годографом конца вектора сопротивления на зажимах реле при росте переходного сопротивления от нуля до бесконечности.

Согласно (12) частная характеристика наклонена к горизонтали под углом и. В то же время вектор ÄZ наклонен к горизонтали под углом

3Rn

arg ÜZ ---------------------------- . Следовательно,

" 2 lK> и = arg ÄZ + arg С op = arg AZ + ß , где

ß =~ arg С op (13)

Наличие даже небольшого отличия наклона характеристики от наклона вектора AZ (на угол ß) приводит к принципиальной возможности излишнего срабатывания реле на внешнее КЗ при большом значении пэреходаого сопротивления (даже при отсутствии токов нагрузочного режима). Для ликвидации этого недостатка В.А.Рублшчиком предложено наклонять характеристику РКППН на небольшой угол,не меньший значению угла ß при КЗ в конце линии -

угол рл.

При наличии составляющих нагрузочного режима поведение РКГПШ определяется семейством частных характеристик. Каждая характеристика проходит через точку Zy и "следует" за вектором AZ, сохраняя с указанным вектором постоянный небольшой угол, равный углу р. Подобное приспособление характеристики к конкретным условиям замыкания в данном режиме и через данное переходное сопротивление названо "эффектом следования". В работах Ю.Я.Лямца то же свойство названо адаптацией ,а все многофазные реле названы адаптивными. Точное "следование" (адаптация) характеристики за вектором AZ придает РКППН существенные преимущества перед однофазными реле с точки зрения функционирования в условиях наличия в токах и напряжениях составляющих нагрузочного режима. Однако то же "следование" характеристики за вектором AZ обуславливает наличие у РКППН крупного недостатка - возможности излишнего срабатывания при внешних КЗ с качаниями и возможности отказа при внутренних КЗ с качаниями.

Показано, что возможность неправильного функционирования появляется в том случае, когда частная характеристика пересекает ось сопротивления линии.

По нашему мнению, нвиболее удобным способом количественной оценки работы реле при больших углах между ЭДО является построение характеристик в плоскости сопротивления нагрузочного режима Z(H> В работе найдены выражения для нахождения параметров характеристики РКППН в плоскости Z<H> , построен целый ряд таких характеристик .Характеристики позволяют определить, при каких углах между ЭДО реле подвержено излишнему срабатыванию или отказу в срабатывании. Сделан целый ряд выводов относительно функционирования РКППН при металлических однофазных КЗ:

а) устройство РКППН может излишне срабатывать при наложении качаний на внешнее однофазное КЗ на линии в том случае, когда точка КЗ лежит между электрическим центром качаний и системой притивоположного конца линии;

6} минимальный угол излишнего срабатывания имеет величину, не меньшую угла сопротивления линии (Фл) на приемном конце линии и не меньшую ( 180° - фд } на передающем конце линии.

Аналогичные выводы сформулированы о функционировании РКППН при наложении качаний на металлическое КЗ в зоне.

3.1.3. Измерительный орган на основе вычисления расстояния до яеста заткания. По мере совершенствования алгоритмов дистанционной защиты и алгоритмов одностороннего определения места замыкания неизбежно происходит сближение этих алгоритмов. В развитие этого положения автором предложено выполнять измерительный орган на основе вычисления реактивной составляющей сопротивления линии до места повреадения Х1к и сравнения его с сопротивлением уставки О < Х1к < Ху С13. Свойства подобных реле пояснены в главе 4.

ЗАЛ.Многофазные измерительные органы (SPC)..

Под СИММЕТРИЧНЫМ MPC понимается реле, к которому подводятся токи и напряжения всех трех фаз, причем в алгоритме функционирования ни одной фазе не отдается предпочтения, с электрическими величинами всех трех фаз производятся одинаковые операции. В этом случае PC одинаково реагирует на КЗ на всех фазах.

Под НЕСИММЕТРИЧНЫМ MPC понимается реле, в алгоритме функционирования которого заранее отдано предпочтение электрическим величинам одной из фаз. В этом случае реле предназначено для реагирования на одну петлю КЗ. Чтобы обеспечить работу защиты при всех трех петлях КЗ, необходимо либо три несимметричных реле, либо устройство с органом выбора поврежденных фаз для производства переключений (в цепях тока, напряжения или в логической схеме). Примером несимметричного PC можно считать описанное выше РКППН.

Известно два алгоритма симметричных MPC от замыканий на землю, каждый из которых был впоследствии развит в большое количество несимметричных алгоритмов. Первое реле предложено М.Суяром и срабатывает при наховдэниинии векторов компенсированных напряжений трех фаз UA , Ug , Uç и вектора -1Q в одной полуплоскости векторной даагракмы. Второе реле предложено автором. Оно срабатывает при условии отставания векторов U^ , Ug и Uç от вектора 10 на угол от 0 до 180°. Ниже первое~из них будет называться

реле Суяра, второе - реле с треугольной характеристикой. Характеристика второго реле в плоскости Z^1* при отсутствии составляющих нагрузочного режима показана на рисунке 1.

3.2.Методы анализа функционирования ¡IPC. В связи с большим числом алгоритмов симметричных и несимметричных MPC возникает проблема анализа их функционирования, сравнения алгоритмов меаду собой.

Основы анализа МРС заложены С.Б.Лосевым и А.Б.Черниным. Они анализировали функционирование реле системы Вреслера путем построения характеристик в двух плоскостях: плоскости сопротивления на зажимах реле и в плоскости сопротивления нагрузочного режима. Первая плоскость позволяет оценить чувствительность к замыканиям через переходные сопротивления, вторая позволяет оценить влияние составляющих нагрузочного режима. Аналогичный подход и был применен автором к анализу МРС от КЗ на землю. Разработанные методы позволили оценивать и сравнивать между собой многофазные алгоритмы, создавать новые.

3.2.1.Плоскость сопротивления на зажияах реле Z Почти все известные МРС используют в своем алгоритме угловые соотношения между компенсированными напряжениями трех фаз и током нулевой последовательности. Поэтому их характеристики строятся из нескольких особых линий. Правила построения этих линий и выражения для определения положения особых точек даны в 11].

На плоскости U^/(1Д+К ] 0) при однофазном КЗ фазы А имеются

шесть особых точек: в трех из них обращаются в нуль компенсиро-'

ванные фазные напряжения 1)д, Ug или Uq ; в трех других обращают— ~ — , f

ся в нуль компенсированные междуфазные напряжения u^g , u^q или / — , UCA. Характеристики реле ограничиваются прямыми и окружнбстями,

служащими геометрическими местами точек, в которых две из четырех

сравниваемых величин совпадают по фазе или находятся в протива-

фазе, т.е. являются колливеарными. Граничные линии характеристик

проходят через упомянутые особые точки.

Аналогичные точки и линии можно построить для случая

замыкания двух фаз на землю в плоскости UgQ / ( Iв - 1 с ) .

Характеристика рис.1 ограничивается тремя отрезками, соответствующими коллинеарности векторов компенсированных напряжений и тока нулевой последовательности. Каждый та этих отрезков можно рассматривать как характеристику РКШШ одной из фаз.

Отметим, что положение особых точек и линий зависит от места КЗ, сопротивления нагрузочного режима и от значения переходного сопротивления. Если «,, то все точки и линии будут "следовать" за вектором йГ,поворачиваясь вокруг точки Zy на такой же

угол, на который поворачивается вокруг точки ZlK вектор AZ.

Неоднозначность характеристик в плоскости- сопротивления на

зажимах реле приводит к тому, что такие характеристики целесооб разно использовать лишь для оценки чувствительности реле к переходным сопротивлениям, а сами характеристики строить лишь для случая отсутствия составляющих нагрузочного режима, когда они не зависят от величины переходеного сопротивления. Для анализа функционирования MPC при значительных токах нагрузки целесообразнее использовать другие плоскости. В частности, плоскость сопротивления нагрузочного режима.

3.2.2.Плоскость сопротивления нагрузочного pexwsa Z^K Параметры граничных линий характеристик MPC в плоскости приведены в диссертации для однофазного КЗ в направлении срабатывания, для однофазного КЗ в направлении, противоположном срабатыванию и для неполнофазного режима с разрывом одной фазы. По таким характеристикам легко графически определить предельные углы между ЭДС, соответствующие правильному (неправильному) функционированию MPC, легко проследить, как скажется на функционировании MPC изменение положения любой из линий его характеристики.

3.2.3. Статсяшесное сравнение различных исполнений многофазных измерительных органов. Рассмотренными выше методами можно провести полный анализ функционирования любого из MPC на конкретной линии. Выявятся точные значения чувствительности к переходным сопротивлениям и точные значения параметров нагрузочного режима, при превышении которых реле подвержено неправильному функционированию. Однако следует признать. что чем подробнее рассмотрены свойства каждого реле, тем труднее выявить критерии, позволяющие отдать четкое предпочтение определенному реле применительно не к одной конкретной линии, а к классу линий.

Гораздо более наглядные результаты дает метод статистических испытаний. Было проведено подобное исследование дат одиночных линий 220 кв. Сравнивались между собой следующие типы реле:

а) однофазное реле с круговой характеристикой;

б) однофазное реле с четырехугольной характеристикой ;

в) РКППН с наклоном характеристики под углом, равным

г)измеритель:ный орган на основе расчета расстояния до КЗ;

д) комбинация из РКППН и однофазного реле ;

е) многофазное реле с треугольной характеристикой и реле Оу-яра ; оба имеют наклон линий АО, ВО, СО характеристики на угол р,л .

Результаты позволяют сделать ряд выводов о функционировании

измерительных органов различных типов.

1} Однофазные реле имеет относительно низкую чувствительность к переходным сопротивлениям и склонны к излишним срабатываниям при внешних КЗ. Число излишних срабатываний настолько велико (12 - 304 из 1000 при однофазных КЗ и 330 - 812 из 1000 при двухфазных }, что использование защит с однофазными измерительными органами в рассматриваемых условиях вообще нецелесообразно.

2) РКППН и измерительный орган на основе расчета расстояния имеют весьма высокую чувствительность к переходным сопротивлениям. Защита с такими реле обязательно должна содержать органы выбора фазы и определения вида КЗ, так как удовлетворительно функционирует лишь одно из трех реле (повревденной фазы при однофазных КЗ и опережающей поврежденной фазы при КЗ двух фаз на землю). Даже после выбора фазы РКППН склонно к излишним срабатываниям (при однофазных КЗ через Rn и при металлических двухфазных КЗ). Взаимная блокировка РКППН и однофазного реле почти полностью снимает проблему излишних срабатываний, практически не ухудшая чувствительности.

3) Оба рассматриваемых симметричных многофазных PC значительно превосходят однофазные реле по чувствительности к перход-ным сопротивлениям при однофазных КЗ. При КЗ двух фаз на землю их чувствительность к общему переходному сопротивлению невелика, но увеличивается , если имеются и фазные переходные сопротивления. Реле С-уяра более чувствительно к Rn, чем реле с треугольной характеристикой. Но оно и гораздо более склонно к излишним срабатываниям, особенно при металлических КЗ на передающем конце линии.

Из всех рассмотренных вариантов лучшие результата дает комбинация из РКППН и однофазного блокирующего реле.

З.З.Лшгешричные MPC с регулируеяой формой хараапершжшса. Выше рассмотрено несколько основных типов MPC.Отличительной особенностью характеристик является то, что они получаются как бы "сами собой", определяются не настройкой отдельных параметров устройства, а соотношением параметров линии и систем. Между тем желательно иметь возможность влиять на форму характеристики, увеличивать или уменьшать ее размеры, изменяя при этом и чувствительность к переходным сопротивлениям, и функционирование в условиях наложения качаний на КЗ. Это позволит для конкретных линий подбирать оптимальные алгоритмы функционирования измерительных органов.

Целесообразность изменения формы характеристики определяется

тем, что функционирование MPC при наложении качаний на металлическое КЗ определяется в основном положением двух граничных линий характеристики, проходящих через точку Zy. А чувствительность к переходным сопротивлениям определяется "совсем другой линией -той, которая ограничивает распространение характеристики вдоль оси R. Рассмотрим алгоритмы MPC с регулируемой характеристикой.

3.3.1. MPC с трехлучевой юаратеритиной. Реле с треугольной

/ / /

характеристикой срабатывает, если векторы UA , Ug и Uc отстают от вектора 1Q на угол от О до 180 градусов. В [103 предложено расширить алгоритм функционирования и выполнить реле срабатывающим, если векторы компенсированных напряжений всех трех фаз отстают от вектора тока нулевой последовательности на угол от 0° до (180° + ф). В таком случае характеристика будет состоять из трех лучей, как это показано на рис.2. Граничные линии удовлетворяют одному из двух уравнений [ —3101 * [ U^l =0 или [ -di ж [ 1}ф] = 0 , где * - знак скалярного произведения.

Изменяя угол <р можно изменять характеристику срабатывания. При ф = 0 она превращается в уже известную треугольную.При ф = 60° характеристика уходит в бесконечность вдоль оси R. Правильное функционирование при наложении качаний на металлическое КЗ гарантируется при углах между ЭДС не менее - (я - фл - <р ) <8«рд .

3.3.2.MPC с комбинированной харантершжитй. В [10] предложен и другой принцип выполнения MPC: реле должно срабатывать, если на векторной диаграмме в секторе, соответствующем отставанию от тока нулевой последовательности на угол от 0 до (180° + ф), существует полуплоскость, в которой расположены векторы компенсированных напряжений всех трех фаз. Характеристика имеет вид, показанный на рис.3.

Характеристика изменяется с ростом угла ф. При ф = 0 реле имеет треугольную характеристику, при ф = 60 - 70° характеристика внешне совпадает с характеристикой реле Суяра. При дальнейшем росте угла <р до 1800 вид характеристики при однофазном КЗ в направлении срабатывания не изменяется. Наконец, при Ф = 180° реле с комбинированной характеристикой становится полным аналогом реле Суяра.

Следует отметить, что при q¡ = 60 - 70° реле с комбинированной характеристикой не является аналогом реле Суяра, несмотря на идентичность внешнего вида характеристик при однофазных КЗ в

направлении срабатывания. Реле с комбинированной характеристикой работает только тогда, когда ток 10 опережает все компенсированные напряжения. В алгоритме фушщйошгрования реле Су яра такого требования нет - вектор 10 может и отставать от векторов компенсированных напряжений. При однофазных КЗ в направлении срабатывания отставание напряжений от 10 обеспечивается всегда и два реле имеют идентичные по виду характеристики. Но в других режимах (например, при КЗ в направлении, противоположном срабатыванию) вектор IQ может оказаться отстающим. Тогда реле с комбинированной характеристикой и реле Суяра будут вести себя поразному.

3.4.Несияяетринные тогофазте алгоритмы. В алгоритме действия несимметричного MPC электрические величины различных фаз поставлены в неодинаковые условия путем переключений, возможных только после определения вида повреждения или, по крайней мере, после определения особой фазы. Поэтому структура защиты с несимметричным MPC включает в себя само MPC и орган выбора фазы ( ВФ ), который производит определенные переключения в схеме MPC.

В качестве органа ВФ могут использоваться либо избиратель особой фазы, либо избиратель поврежденной фазы. Сама идея получения несимметричного MPC впервые высказана автором. Затем несколько вариантов несимметричных реле предложено В.А.Шабановым.

ЗАЛ.Повышение чувствительности к переходная сопротивлениям путея переключений в цепях ситетрмного MPC. Чувствительность симметричных MPC к переходным сопротивлениям можно повысить, если орган ВФ из алгоритма срабатывания MPC исключит компенсированное напряжение фазы, опережающей поврежденный). Пусть, например, MPC выполнено с треугольной характеристикой. Если при

КЗ фазы А на землю из условий срабатывания исключить компенси-

t

рованное напряжение Uç, то устройство будет работать при отставании векторов UA и Ug от вектора 1Q. Из треугольной характеристики исчезает одна из линий и характеристика приобретает вид, показанный на рис.4. Все свойства реле с характеристикой по рис.4 весьма близки к свойствам РКППН. Измерительный орган работает как до переключений, так и просле их. Замедления защиты на время отработки алгоритма выбора фазы не происходит.

3.4.2. Несиляетртные переключения, уставок. Не всегда целесообразно иметь неограниченную вдоль оси активных сопротивлений характеристику - с увеличением чувствительности к переходным со

противлениям неизбежно ухудшается работа в условиях качаний. Может оказаться, что на конкретной линии желетельно увеличить чувствительность лишь в определенных пределах. Предложено в таких случаях изменять уставки реле по цепи только одного из компенсированных напряжений. Например,при КЗ фазы А следует увеличить уставку получения компенсированного напряжения фазы С.

3.5. Сочетание в едшоя устройстве многофазных и однофазных алгоритмов. Сами по себе и многофазные, и однофазные алгоритмы имеют определенные недостатки. У однофазных мала чувствительность к переходным сопротивлениям и велика вероятность излишнего срабатывания при внешних КЗ через переходные сопротивления. У многофазных есть вероятность и излишнего срабатывания на внешнее КЗ, и отказа при внутреннем в случае больших токов нагрузочного режима. Однако причины недостатков многофазных и однофазных алгоритмов совершенно различны и проявляются они в совсем разных условиях. Это привело к мысли о сочетании в едином устройстве многофазных и однофазных алгоритмов - для взаимной блокировки и устранения отдельных недостатков.

З.ЬЛ.Взаимная блокировка РКВШ и однофазного реле. Крупным недостатком РКППН является возможность его излишнего срабатывания при наложении качаний на внешнее замыкание. В £283 предложена взаимная блокировка РКППН и однофазного реле, устраняющая зтот недостаток. Принцип ее основан на том, что у РКППН излишнее срабатывание возможно при расположении вектора дг левее оси сопротивления линии. Однофазное блокирующее реле и должно запретить работу РКППН в этих условиях. Для этого следует объединить РКППН с характеристикой 1 (рис.5) и однофазное реле с характеристикой 2 через логическое условие "И". Напомним, что характеристика РКППН при качаниях неоднозначна и "следует" за вектором Ы. . Характеристика же однофазного реле однозначна и неподвижна даже при наложении качаний на короткое замыкание. Области срабатывания обоих реле на рис.5 обозначены штриховкой.

При Ъ^К со устройство срабатывает, если конец вектора

попадает в заштрихованную на рис.5 часть плоскости. В этой части и многофазный, и однофазный элемента срабатывают без ограничений по оси й . При внешнем однофазном КЗ на передающем конце линии вектор £2 и характеристика 1 поворачиваются против часовой стрелки. Устройство РКППН могло бы сработать излишне после пересечения правого луча характеристики 1 с осью сопротивления

линии. Однако при этом четко не срабатывает однофазный блокирующий элемент.

Проведанные расчеты методом статистических испытаний подтвердили правильность приведенных положений.

3.5.2.Блокировка однофазными, реле несимметричного MPC.

Несимметричные MPC с характеристиками по рис.4 весьма близки

по свойствам к РКППН. Поэтому и блокировать их целесообразно однофазным реле с характеристикой по типу рис. 5, и эффект от такой блокировки схож с эффектом от блокировки РКППН.

3.5.3.Применение однофазных элементов для ликвидации возможности отказа РКПШ {несиллещяхчяого MPC) при наложении качашй на КЗ в зоне. Недостатком MPC (РНППН) является и возможность отказа при наложении качаний на металлическое КЗ в зоне. Этого недостатка полностью лишены однофазные реле с соответствующей характеристикой. Поэтому предложено [301 сочетание несимметричного MPC с двумя однофазными PC. Все три характеристики должны проходить через точку сопротивления уставки Ту. В сумме обеспечивается высокая чувствительность к переходным сопротивлениям при отсутствии качаний, отсутствие излишних срабатываний при внешних КЗ с наложением качаний и отсутствие отказов при металлических КЗ в зоне независимо от наличия или отсутствия качаний.

3.5Л.Блокировка силяетрмных MPC однофазныт реле. Возможные виды характеристик многофазного и однофазных реле показаны на рис.6. Здесь 1, 2, 3 - характеристики однофазных блокирующих реле фаз А, В и С ; 4 - характеристика многофазного реле (показана треугольная, но возможна и любая симметричная). Все четыре характеристики должны на выходе объединяться логическим условием "И". При внешнем металлическом КЗ фазы А сопротивление на зажимах расположено в области надежного несрабатывания реле 1 (при любых углах качаний). В результате не срабатывает все устройство. При замыканиях фаз В или С ту же роль выполняют однофазные реле 2 и 3, так как устройство симметрично. Реле 2 и 3 при КЗ фазы А в зоне срабатывают почти всегда.

Статистические расчеты подгврдили благоприятное влияние взаимных блокировок однофазных и многофазных устройств на функционирование защиты при наложении качаний на КЗ.

3.6.Направленность действия многофазных реле. О направленности многофазного реле нельзя судить только по виду его характеристики в плоскости z"). Все приведенные выше характеристики

построены для случая замыканий в направлении срабатывания. Даже захват такой характеристикой части третьего и четвертого квадрантов плоскости не свидетельствует о патере направленности.

Дяя оценки функционирования MPC при КЗ "за спиной" следует построить характеристики для такого КЗ. Параметры характеристик даны в диссертации. Но для качественного анализа направленности MPC с уставкой первой ступени достаточно воспользоваться упрощенным приемом, заключающимся в рассмотрении характеристики некоторого условного реле, установленного на шинах подстанции противоположного конца линии. Зона действия такого р>еле должна кончаться там же, где кончается зона действия реального реле. Показано, что функционирование условного и реального реле идентичны, если поменять полярность тока IQ у условного реле. Для условного реле замыкание является замыканием в направлении срабатывания и характеристики реле хорошо известны.

4.ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДИСТАНЦИОННОГО ПРИНЦИПА ДЛЯ ОДНОСТОРОННЕГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАССТОЯНИЯ ДО МЕСТА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ 4.1.00ЫКЗ по действующим значениям электрических величин. Дистанционный принцип в чистом виде обеспечивает соответствие между сопротивлением на зажимах реле Z и сопротивлением линии

до места КЗ ZlK лишь при металлических КЗ. При наличии шреход-ных сопротивлений замер Z может существенно отличаться от ZlK.

Как видно из выражения (9) величина и направление вектора AZ = Z - ZÎK в сильной степени зависят от величины переходного сопротивления и от характера токов нагрузочного режима. Трудность в исключении влияния переходных сопротивлений и не позволяла раньше применять устройства одностороннего замера. О теоретической возможности исключения влияния f?n при однофазных КЗ и при КЗ двух фаз без земли было впервые доложено автором в ноябре 1980 на конференции в г.Риге. Дальнейшие проработки предопределили возможность появления в стране таких устройств одностороннего замера, как МФЙ,МИР,ФМП,ЙМФ.

Рассмотрим, какую информацию о ZlR можно извлечь из замеров, производимых на одном конце линии. Приняты допущения : -переходное сопротивление является линейным и чисто активным; -отсутствуют или отфильтрованы апериодические и высшие гармонические составляющие в токах и напряжениях.

Согласно (9) при активном характере переходного сопротивления вектор AZ на комплексной плоскости образует с горизонталью угол

argtl ок/ <1 ф+*10>], который не может быть определен на одаом конце

линии, поскольку фаза тока 1ок неизвестна. Однако она близка к

известной фазе тока 10. Поэтому представим угол вектора AZ в виде:

3 Rn Lok Lp 1 ок

arg ----;т = arg -----—- + arg = p,

*ф + * *o *ф + K Jo ]o

где

oL

arg[I_0/аф-ИП0)] , (14>

ß = arg ( I_0 / I_0K ] = arg Cop . (15}

При известных углах а и ß определение ZjK можно произвести графически, если при КЗ фиксировать активную и реактивную составляющие вектора Z- величины R и X. Построение показано на рис.?: через конец вектора Z = R + дХ проведена прямая под углом {ы. - ß) к горизонтали. Пересечение прямой с осью сопротивления линии дает величину ZlR. Аналитическая формула для определения реактивной составляющей сопротивления прямой последовательности до места КЗ может быть найдена путем решения треугольника, образованного векторами Z, Z1kh &Z в виде:

X - R tg( л - ß )

X =-------------------tg (16)

1К tg фл - tg (cf - Э> л '

где Фд- угол сопротивления линии в схеме прямой последовательное-

TH(tg фЛ = X/ Ил).

В выражение (16) входят углы и ш ß, из которых лишь один oi может быть измерен на данном конце линии при коротком замыкании, точное же измерение угла ß невозможно. Появление угла ß объясняется комплексностью коэффициента токораецределения в схеме нулевой последовательности CQp. Для определения утла ß можно воспользоваться моделью электропередачи в схеме нулевой последовательности. В частности, дая одиночной линии, соединяющей две системы CQp=(Z00~ZQC-Z0K)/Z00 и можно получить аналитическое выражение для значения угла ß :

хо с2 + хо л ~ хо к хоо ß - arc tg---------------------arc tg-----, (17)

Ro c2 + Ro л " Ro к Roo

Z3

Pce. 8

где ZQ0= R0(J +dXQ0- суша сопротивлений электропередачи и систем

в схеме нулевой последовательности.

Максимальное положительное значение угла ß имеет место при

условии ZoA с1+ Х0 с2 и равно 90°- arg 1_ол .

Возможны два способа упрощенного решения уравнения <16).

Первый из них - решение, основанное на пренебрежении углом ß как

достаточно малым:

X - R tg of

х1к =-------------^ <Р, (18)

lK tg фл - tg of л '

Второй способ - решение в предположении, что угол ß всегда равен своему максимальному положительному значению существующему при КЗ в конце линии : , X - R tg( с( - ßJ X ---------------tg ф, (19}

1К tg фл - tg ы - эл) л •

Оба решения требуют фиксации при КЗ трех электрических величин:

R = Не Шф / (]ф + ^ 1_0)3 ; х « 1Ш Шф / {^ф + 1_0)3 ; се = arg U0 / (1_ф + 1_0)1 .

Остальные входящие в формулы величины известны заранее. Оба решения дают не точное, а примерное значение Х1к. Графический смысл решений пояснен "на рис,7, где через конец вектора Z проведены пунктирные прямые под углом ы и (<*-/зл> к горизонтали."Пересечение этих прямых с осью сопротивления линии дает точки а и ь, орданать которых и равны Х1к и Х{к> В рассматриваемом случае Х£к занижено, XjK завышено по сравнению с Х|К-

Расчета показывают, что погрешность от предположения ß~C резко возрастает при удалении точки КБ и сильно зависит от угл; между ЭДС эквивалентных систем. На передающем конце линии (б<0 погрешности относительно невелики, на приемном - весьма большие з могут стремиться к бесконечности .

При предположении ß-ßJl удается обеспечить точные результат при КЗ в конце линии при любом угле между ЭДО. Но при КЗ в проме «уточных точках линии имеется погрешность. Однако ее значение пр расчете с р=рл как правило меньше, чем при расчете с ß=0.

Разработан способ анализа погрешности расчетов по (18) (19) на комплексной плоскости сопротивлений. Для пояснения е рис.8 рассмотрены КЗ в точке с сопротивлением ZlR. Поставлена з< дача определить, при каких значениях AZ ошм5ка~в расчете реактиг

нога сопротивления по выражению (18) превосходит заранее заданную величину Ж. Для этого найдены точки М и N. реактивные сопротивления до которых равны (Х1к +ДX) и (Х1к -ДХ). Допустим, что угол £>0. Построим окружность 2 как геометрическое место вершин одинаковых углов р, опирающихся на отрезок Очевидно, что любому вектору , конец которого лежит на окружности 2, соответствует ошибка в вычислении по (18), равная -ДХ. Окружность 2 является граничной линией, соответствующей ошибке вычислений в -ДХ. Точно так же окружность 3 является граничной линией, соответствующей ошибке в +ДХ. Если конец вектора 1 попадает внутрь окружностей 2 или 3,то ошибка расчета по (18) не превзойдет ±ДХ.

Весьма важной граничной линией является прямая 1, проходящая через точку под углом р, к оси сопротивления линии. Всем точкам, лежащим~правее этой прямой, соответствует уменьшенный замер реактивного сопротивления по выражению (18). Всем точкам слева от прямой соответствует увеличенный замер. Если конец вектора 1 расположен точно на прямой 1, то расчет по (18) невозможен, так как знаменатель формулы при этом обращается в нуль.

4.2.00МКЗ по лгноВепнъш значениям злентричеоних величин. Способы 00МКЗ, рассмотренные выше, основаны на операциях с действующими параметрами электрических величин. Однако известны и способы ООМКЗ на основе операций с мгновенными значениями токов и напряжений. Один из них предполагает замер отношения напряжения фазы и и удельного падения напряжения фазы Ди в момент перехода

г,, через нулевое значение: п и

е.

к ди

(20)

¿к= 0.

В уравнении (20) присутствует ток ¿к (или ток, ему пропорциональный). Точная информация об этом токе отсутствует на данном конце линии. Поэтому в качестве близкого к току ¿к принимается при однофазных КЗ ток ¿0. а при междуфазных КЗ - разность токов поврежденных фаз.

Такие вычисления имеют погрешность, поскольку при однофазных КЗ разность фаз токов ¿к и ¿0 равна углу р, а при междуфазных КЗ разность фаз токов ¿к и (¿д-%) зависит от соотношения ЭДС.

Теоретический анализ этого метода показал, что определение гн путем деления мгновенных значений к^/Ди при ¿0=0 абсолютно идентично по результатам решению уравнения (18), т.е. ООМКЗ в предположении р=0. Достоинства и недостатки подобного ООМКЗ уже

рассмотрены.

Способ можно несколько изменить, чтобы результаты оказались такими же, что и при решении уравнения (19). Для этого достаточно производить замер отношения иф/Лиф в момент равенства нулю мгновенного значения тока 10е-^л.

Сделанный вывод о~полной идентичности результатов расчетов по мгновенным значениям электрических величин и расчетов по действующим значениям позволил упростить теорию 00МКЗ, показав связь расчетов по мгновенным значениям с теорией дистанционной защиты.

4.3.Устранение погрешности, заяера от несовпадения фаз опорного тот и тона в переходном сопротивлении. Основной причиной погрешностей замера является наличие угла р - угла между током в переходном сопротивлении и током, принятым за опорный (при КЗ на землю - током нулевой последовательности).

Возможность существенных погрешностей при ОМКЗ с примерным заданием угла р заставляет искать пути более точного решения. Для этого предложено совместное решение уравнений (16) и (17) отно-стельно Х1к. В сущности, это эквивалентно использованию математической модели схемы нулевой последовательности электропередачи. После подстановки (17) в (16) и ряда преобразований можно придти к квадратному уравнению :

а +б Х1к+ с = О . (21)

Формулы для определения коэффициентов уравнения даны в работе.

Один из корней уравнения (21) дает точное значение реактивной составляющей сопротивления линии до места КЗ.

Уточненный учет угла р возможен и при расчете по мгновенным значениям электрических величин. Это приводит к квадратному уравнению а ё. +■ Ь е„ + с =0. (21а)

XV л

Рассмотрены свойства корней уравнения (21) в предположении точной фиксации при КЗ электрических величин и точного знания параметров схемы нулевой последовательности. При указанных условиях один из корней правильный, то-есть положительный и лежит в пределах линии. Второй корень может либо лежать за пределами линии (быть отрицательным или большим сопротивления линии), либо лежать в пределах линии. Если второй корень лежит за пределами линии, его легко выявить и отбросить. Он не имеет физического смысла.

Сложнее обстоит дело, если второй корень тоже лежит в пределах линии. Оба корня полностью удовлетворяют двум исходным уравнениям. Предположим,что сопротивлению на зажимах устройства 1 v.

углу сг соответствуют два сопротивления до места КЗ: и

Это возможно, если угол мевду векторами №. и равен р"~р',~где р'.и р"- углы р, соответствущие двум расстояниям до места КЗ. Подобная ситуация имеет место для всех 1, расположенных на окружности, опирающейся на концы векторов и и являющейся геометрическим местом вершин равных вписанных "углов Каждая точка окружности соответствует определенному значению угла и, а вся окружность соответствует изменению угла о£ от 0 до 360°.

Кроме того, двойное решение точно соответствует точке пересечения двух годографов, построенных для двух разных мест КЗ, но для одного и того же сопротивления нагрузочного режима. Сама эта точка пересечения лежит вблизи прямой 1 рис.8 в области пересечения всех годографов (это область вблизи "размытой" граничной точки). Если точно выполняются условия (10) и в граничной точке пересекаются все годографы, коэффициенты уравнения (21) приобретают нулевые значения и решение уравнения невозможно.

Для получения количественных оценок были проведены статистические расчеты вероятности получения двух корней в пределах линии. Рассматривались КЗ на линиях 220 нВ. Углы между ЭДС равномерно распределялись в диапазоне от -80°до +90°. Получилась следующая связь между значениями переходного сопротивления и вероятностью получения двух корней, лежащих в пределах линии: I? , Ом 0...10 10...20 20...30

а . % 1,6 6 9,5

Для выбора из двух корней верного можно проверять различные соотношения между токами или напряжениями с подсчетом невязки определенных соотношений, как это сделано, например, в работах МЭЙ (Я.Л.Арцишевекий, Чан Ань Ву). Нами проверено несколько вариантов алгоритмов выбора правильного корня. Проведено 18000 расчетов методом статистических испытаний для линий 220 кВ. Переходные сопротивления равномерно распределялись в диапазоне ( 0...30 ) Ом, углы между ЭДС в диапазоне (-90°...+90°). В каждом случае наличия двух корней в пределах линии проводился выбор корня и определялось, правильно ли произведен выбор. Оказалось, что из 18000 испытаний оба корня лежали в пределах линии в 691 случае. Правильный выбор корня произошел в 680 случаях и лишь в 11 случаях корень выбран неправильно. То-есть теоретически выбор правильного корня возможен.

4.4. Итерационные способы расчет расстояния до места КЗ на коротких и длинных линиях. Кроме прямого счета по соответствующим выражениям предложено и применение итерационных способов расчета. Сущность их заключается в постепенном приближении к искомой точке КЗ от некоторой начальной точки, взятой произвольно . Для выбора критерия, определяющего направление передвижения от начальной точки, введена понятие удельного отклонения сопротивления, равноГО ^Д^У^ОР^Ф^О»

Направление векторов ЛГ и ДИуд совпадают, если входящий в формулу для Д£уд коэффициент токораспределения подсчитан для точки КЗ.

Предположим, что во время КЗ в устройстве 00МКЗ измерены 1 и

10/(1ф+ К1 ц). Затем в ходе итерационного расчета принято слишком малое значение сопротивления до места КЗ Для этого места

можно рассчитать по известной схеме нулевой последовательности значение СЦр, найти направление вектора д и направление вектора Ш.'. При 1'1к < 11к угол аг£{й2'/Д2^д) положителен.

"Значение и знак угла агв(£г7йГуД) могут служить критерием для управления ходом итерационного расчета.

На длинных линиях итерационные расчеты представляются единственно возможными, поскольку на длинных линиях ООМКЗ усложняется за счет сложной зависимости сопротивления петли металлического КЗ и расчетного коэффициента компенсации по току нулевой последовательности от расстояния.

к.Ь.Определение жеста жхдуфазного короткого замшания. При КЗ между двумя фазами <В и С) без земли диаграмма сопротивлений имеет вид рис.7, причем О. имеет наклон к горизонтали, определяемый углом комплекса I^ (1ц - 1с). где 1к- ток в переходном сопротивлении. Для вычисления этого угла следует найти опорный ток, близкий по фазе к 1к> Предложено в качестве опорного при двухфазных замыканиях принимать ток обратной последовательности. Известны соотношения дяя точки двухфазного КЗ:

Чг !_2кВ ~ !_2кС = \_ZKk '

Фаза тока (12кВ- 12кС ) отличается от имеющейся в месте ООМКЗ фазы тока - ^ на У1"0"* определяемый параметрами схемы обратной последовательности.

В этом случае для ООМКЗ при замыкании двух фаз можно исполь

зовать все перечисленные выше способы расчета по <18),(19),(21) или итерационный расчет.

При КЗ двух фаз на землю в общем случае могут быть и фазные, и общее переходные сопротивления. Принципиально возможен и расчет расстояния по петле фаза- земля или по петле фаза-фаза. Оба способа устраняют влияние на результат расчета общего переходного сопротивления, но не устраняют влияния фазных сопротивлений.

4.6.ООМКЗ на параллельных линиях,линиях с обходныш связяяи, линиях с ответвлениям. Во всех упомянутых случаях ООМКЗ возможно, но имеет ряд особенностей, подробно рассмотренных в диссертации.

А.7.Измерительный орган дихжащионной защиты на основе расчета расагюляния до места зашнания. Как одну из первых попыток реализовать измерительный орган на основе расчета расстояния следует рассматривать предложенное во Франции реле защиты от КЗ на землю, основанное на сравнении знаков мгновенных значений компенсированного фазного напряжения и полного падения напряжения

на защищаемом участке лиф=(1ф+ К 1момент перехода тока

10через нулевое мгновенное значение. Рассматриваемое реле можно считать основанным на сравнении реактивного сопротивления, полученного решением уравнения (18), с реактивным сопротивлением уставки и имеющим условие срабатывания Х£к< Ху.

Характеристикой подобной защиты можно считать особые линии рис.8. Очевидным недостатком алгоритма реле является возможность срабатывания при внешних КЗ. Причиной возможности неселективного действия является заложенное в алгоритм функционирования пренебрежение углом р.

Для устранения вероятности излишнего срабатывания при КЗ в конце линии очевидна целесообразность усовершенствования реле -переход от функционирования на основе расчета по формуле (18) к функционированию на основе расчета по формуле (19), предполагающей приближенное задание угла р равным Для этого достаточно сдвинуть момент сравнения полярностей на угол рд, т.е. сравнивать полярности 1]ф и А1>ф в момент перехода через нулевое мгновенное

значение тока

Все свойства защиты на основе расчета расстояния весьма близки к свойствам защит, использующих РКППН.

5. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ ФИКСИРУЮЩИХ ПРИБОРОВ В СИСТЕМЕ АСУ га ЭНЕРГООБЪЕКТА

5.1.Задача регистрации и анализа функционирования системы РЗиЛ в аварийных условиях. Традиционная система регистрации функционирования устройств РЗА основана на использовании указательных реле и имеет ряд существенных недостатков. Указательные реле не дают информацию о последовательности функционирования отдельных устройств и даже о количестве срабатываний. В случае сложной ситуации перечень выпавших блинкеров дает лишь основания для дальнейшего послеаварийного анализа, который часто носит весьма субъективный характер. Существенную помощь оказывают осциллограммы, дающие определенную привязку событий по времени. Однако и зтот анализ не всегда полон и требует больших затрат времени.

Можно утверждать, что существующая система плохо приспособлена для последующего разбора аварии и совершенно не приспособлена для оперативной ( в темпе процесса) оценки ситуации. Поэтому одна из первоочередных задач АСУ ТП (шд)станции - регистрация функционирования устройств РЗА с помощью ЭВМ.

Известные промышленные устройства (КАРС, КАРАТ и т.д.), осуществляют только регистрацию без последующего анализа. Ниже описаны принципы выполнения системы регистрации, разработанной на кафедре АУЭС ИГЭУ и внедренной на ряде электро- энергетических объектов.

На объекте на панелях РЗА монтируются герконовые датчики для формирования дискретной информации и фиксирующие приборы (МФИ, МИР или ФПМ) для формирования аналоговой информации. Контактные датчики объединены в матричную структуру. Информация об изменении состояния контактов, герконов и об значениях аналоговых величин собирается в специализированную микро-ЭВМ - контроллер. Там она с большой точностью привязывается во времени. Практически целесообразна привязка с точностью 0,01 -0,02 секунда. При этом фиксируются времена замыкания и размыкания контакта - т.е. становится известен интервал протекания тока через обмотку. В случае многократного срабатывания устройства фиксируется много таких интервалов.

Контроллер собирает и временно хранит информацию. С определенной регулярностью он пересылает ее в ЭВМ для последующей обработки.

После частичной логической обработки результат функциониро-

вания задачи регистрации может быть использован для следующей задачи - анализ аварийной ситуации.

Ь.2.Разработка вычислительных лоделей электрической сет и системы РЗА. Дискретная информация, собранная системой, поступает в ЭВМ, которая должна обработать ее (в частности, выдать протоколы анализа ситуации). Объем регистрации довольна велик. Например, в ЭВМ Костромской ГРЭС собираются сигналы от 481 датчика с релейного щита 220 кВ и от 471 датчика с релейного щита 500 кВ. Первые же попытки разработки и отладки алгоритмов анализа показали, что решение столь сложной технической задачи невозможно с использованием только умозрительных построений. Было решено начинать с создания вычислительной модели электрической сети и системы РЗА, которая позволила бы веста проигрывание аварийных ситуаций различной сложности, получать искусственно массивы аварийных сигналов с привязкой во времени для дальнейшего использования их при отладке алгоритмов и программ анализа.

Разработан комплекс программ, позволяющий в сети проигрывать аварийные ситуации с получением на выходе протоколов работы защит, автоматики, коммутационных аппаратов. Опыт показал, что комплекс позволяет моделировать весьма сложные ситуации.

5.3.Алгоритмы, анализа ситуации на основе дисиретюй информации. Информация о функционировании устройств защиты и автоматики, собранная с герконовых или контактных датчиков, поступает в ЭВМ в виде двух массивов. При аварии средней тяжести может за 2-3 секунды появиться до 100-120 сигналов, большинство из которых интересуют лишь персонал службы релейной защиты. Оперативный персонал не имеет времени разбираться в длинных перечнях. Поэтому разработаны алгоритмы, позволяющие провести хотя бы простейшую обработку поступающей информации с целью ее сжатия.

В основу алгоритма положен принцип, названный нами "поглощением предшествующих событий при их естественном следовании" [181. Он учитывает специфику электроэнергетических объектов - события выстраиваются во времени в естественные цепочки, начинающиеся с пуска защиты и кончающиеся срабатыванием выключателей. Если все события цепочки прошли в естественном порядке, то в протоколе ведомости событий отражается лишь факт "включился выключатель" или "отключился выключатель" с комментарием, формируемым на основе перечня предшествующих событий { например, "от быстродействующих защит"). При разрыве цепочки отражается факт, соот-

ветствующий моменту разрыва. К каждому сообщению может быть несколько комментариев.

Выдача подобной ведомости диспетчеру происходит практически в темпе развития аварии.

5.4. Анализ работы защит в аварийной ситуации. Описанная выше система регистрации и анализа дискретной информации еще не дает ответа на вопрос о правильности функционирования устройств защиты. В случае ложной работы защит набор дискретных сигналов почти тот же, что и в случае реальной аварии. Разобраться в ситуации можно лишь после привлечения аналоговой информации - о токах и напряжениях.

Наиболее полную информацию о токах и напряжениях дают цифровые осциллографы. Однако представляется, что во многих электроустановках среднего размера, где не устанавливаются столь сложные и дорогие приборы, как цифровые осциллографы, найдут применение и более простые системы - например, система с получением аналоговой информации от приборов МФИ(ФШ,МИР).

Существенным недостатком системы является то, что фиксирующий прибор работает на измерение электрических величин лишь первые два периода после пуска. Дальнейший ход процесса не контролируется. Однако и этого уже хватит, чтобы оценить работу быстродействующих защит и даже замедленных в предположении, что в дальнейшем токи мало изменяются.

Принятая от МФИ информация передается в ЭВМ, где рассчитываются электрические величины, необходимые для анализа устройств PSA. Анализ сводится в основном к сравнению значений электрических величин с уставками устройств. Разработан и внедрен комплекс программного обеспечения данной задачи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные теоретические и практические результаты работы могут быть сведены к следующему.

1. На основе анализа общих вопросов функционирования дистанционных устройств в условиях коротких замыканий на землю оценено влияние на точность замера таких факторов, как наличие ответвлений на линии, наличие обходных связей, взаимных индукций, пофаз-ной несимметрии параметров как коротких, так и длинных линий.

Показано, что влияние большинства неблагоприятных факторов на точность работы устройства всегда можно свести к одному - к

несоответствию между расчетным (обеспечивающим фиксированный замер) и действительным (установленным на реле) коэффициентами компенсации по току нулевой последовательности. Дана общая формула для определения погрешности замера от упомянутого фактора и сформулированы признаки расчетного режима, при котором погрешность максимальна.

2. Проведено исследование способов и алгоритмов выбора особой фазы и определения вида повреждения. В частности, предложен более оптимальный, чем известные, алгоритм фильтрового органа выбора особой фазы. Показано, что при принципиальной неразрешимости проблемы определения вида повреждения и выбора особой фазы при наложении качаний на КЗ, практически эта проблема может считаться разрешимой. Разработан метод анализа функционирования органов определения вида КЗ, основанный на построении характеристик органов в плоскости сопротивления нагрузочного режима.

3.Показаны принципиальные преимущества многофазных алгоритмов дистанционных измерительных органов защит от замыканий на землю перед однофазными алгоритмами, вытекающие из "следования" граничных линий характеристики измерительного органа за вектором AZ (адаптации характеристик к годографам сопротивления на зажимах). Разработаны способы анализа функционирования многофазных реле. Впервые построены в полном виде характеристики известных многофазных реле, что открыло дорогу многочисленным разработкам реле с улучшенными характеристиками.

4.Предложен ряд новых алгоритмов функционирования симметричных реле - например, реле с треугольной, с трехлучевой, с комбинированной характеристикой. Впервые предложен способ изменения форш и размеров характеристик MPC путем изменения пределов углов, в которых могут располагаться векторы электрических величин, определяющих функционирование реле. Предложено изменять во время короткого замыкания алгоритм функционирования многофазного устройства путем исключения из алгоритма некоторых из сравниваемых электрических величин после срабатывания органа выбора особой или поврежденной фазы. В результате удается повысить чувствительность защиты к переходным сопротивлениям в месте замыкания.

5. Предложены варианты совместного использования в защите и однофазных, и многофазных алгоритмов. Подобная взаимная блокировка позволяет почти полностью избавиться от известных недостатков, присущих и однофазным, и мгогофагзьм алгоритмам действия реле.

Можно утверждать, что на слабо нагруженных линиях лучше всего применять многофазные алгоритмы. На сильно нагруженных линиях, особенно в случае возможности наложения качаний на короткие замыкания, лучше всего применять устройства, разумно сочетающие однофазные и многофазные алгоритмы.

6. В результате теоретического анализа сделан вывод о возможности исключения влияния переходного сопротивления в месте КЗ при однофазных и двухфазных без земли замыканиях. Это создало условия дал появления в стране как микропроцессорных устройств одностороннего определения места короткого замыкания, так и многочисленных алгоритмов 0QMK3, используемых в цифровых осциллографах. Показана возможность слияния алгоритмов определения места замыкания с алгоритмами защит.

7.Разработан ряд упрошенных методов 00MK3, не учитывающих влияние комплексности токораопределения по схеме нулевой последовательности. Но разработан и точный метод, позволяющий с привлечением модели схемы нулевой последовательности электропередачи исключить влияние комплексности токораспределения. В последнем случае искомое расстояние находится путем решения квадратного уравнения с последующим выбором одного из корней. Выбор правильного корня не всегда осуществим, однако вероятность затруднений с выбором корня относительно невелика.

8.Разработаны не только методы ООМКЗ путем прямого счета по формулам, но и метода итерационного расчета. Последние особенно целесообразно применять на длинных линиях с распределенными параметрами.

Э.Разработана методика построения характеристик и анализа функционирования измерительных органов дистанционной защиты, работающих на основе вычисления расстояния до места замыкания.

10.Показана возможность использования микропроцессорных приборов определения места КЗ в системе АСУ ТП энергообъекгов в задаче регистрации и анализа функционирования системы РЗА в качестве источников аналоговой информации о токах и напряжениях при коротких замыканиях.

список печатных работ и изобретений по теме диссертации

1. Аржаяников Е.А. Дистанционный принцип в релейной защите и автоматике линий при замыканиях на землю. М.: Энергоатомиздат. 1985. 176 с.

2.Аркавников Е.А, К вопросу о применении компенсированных дистан

ционных реле в устройствах защиты.- Изв.вузов. Энергетика. 1968. N11. с.7-12.

3. Аржанников Е.А. Рабата реле сопротивления в условиях замыкания на землю на линиях с сосредоточенными параметрами,- Изв.вузов. Энергетика . 1970. N 8. с.1-6.

4. Аржанников Е.А. Некоторые особенности нешлнофазных режимов линий большой протяженности.- Изв. АН СССР - Энергетика и транспорт . 1971. N 5. с.135-138.

5. Аржанников Е.А. О применении многофазных реле сопротивления в устройствах защит линий электропередач от замыканий на землю.-Известия вузов, Энергетика. 1972, N 4 с.36-40.

6.Аржанников Е.А. О взаимном согласовании элементов двухэлементного реле выбора поврежденной фазы устройств ОАПВ.~ Электрические станции,1973, N 10,с.57-60.

7.Аржанников Е.А. Многофазные реле сопротивления и их выполнение на принципе определения порядка следования импульсов.- Электричество, 1973, N 12, с.8-12

В.Арканников Е.А.Влияние режима каскадного отключения однофазного замыкания на работу реле сопротивления избирательного органа ОАПВ.- Электрические станции, 1975, N 3,с.64-66.

9.Аржанников Е.А. Об одном способе осуществления защиты линии с выбором поврежденной фазы.- Известия вузов - Энергетика. 1975. N 9. с.13-18.

10.Аржанников Е.А. Многофазные реле сопротивления с регулируемой чувствительностью к переходным сопротивлениям.- Электричество, 1977, N 8, с.71-73

11.Аржанников Е.А. Принципы разработки программ для учебного проектирования по специальности "Автоматизация производства и распределения электроэнергии".- Известия вузов - Энергетика. 1978. N 1. с.144-146.

12.Аржанников Е.А.Учет граничных условий при расчете на ЦВМ сложных повреждений с использованием симметричных составляющих Изв. вузов . Энергетика . 1979.N3 .с.8-13

13.Аржанников Е.А. Об одностороннем определении места повреждения линии на основе замера мгновенных значений токов и напряжений. -Изв. вузов. Энергетика, 1980, N 8, с.88-91

14.Аржанников Е.А. Статистические испытания характеристик измерительных органов первых ступеней дистанционных защит. - Электрические станции. 1982. К 1. с.60-62.

15.Аржанников Е.А.Анализ функционирования фильтровых органов определения особой фазы и вида замыкания на линиях с двусторонним питанием . - Известия вузов. Энергетика. 1982,N 7, с.19-24.

16.Аржанников Е.А. Дистанционная защита и одностороннее определение места повреждения.- Электричество, 1982, N 8, с.29-34

17.Аржанников Е.А. Одностороннее определение места повреждения на длинной линии.- Известия вузов. Энергетика. 1984. N2. с.42-45.

18.Аржанников Е.А. Оперативная обработка результатов регистрации работы устройств РЗА для предоставления их диспетчеру.- Электрические станции, 1990, N 2, с.74-75

19.Аржанников Е.А.,Чухин A.M. Система ввода информации от микропроцессорных фиксирующих приборов для анализа аварийной ситуации в высоковольтной сети.- Электрические станции, 1991, N 4, с.70-71

20.Аржанников Е.А.,Чухин A.M., Марков М.Г. Выбор информации для задачи АСУ ТП "Регистрация аварийных событий".- Энергетик, 1985, й 7, с.22

21.А.С.286054 (СССР). Устройство душ получения напряжений, компенсированных до удаленной точки нетранспонированной линии большой протяженности / Аржанников Е.А. Опубл.в B.H.,1970.N 34.

22.А.С.404154 (СССР) Многофазное направленное реле сопротивления / Аржанников Е.А. Опубл. в Б.И., 1973, N 43

23. А.с.418930 (СССР). Устройство для контроля исправности вторичных цепей трзхобмоточного трансформатора напряжения / Аржанников Е.А.. Опубл. в Б.И.,1974, N9

24. A.c. 433589 (СССР). Устройство для блокировки защит при неисправности во вторичных цепях трехобмоточных трансформаторов напряжения / Аржанников Е.А.. Опубл. в Б.И., 1974, N23.

25. A.c. 450281 (СССР). Многофазное наггоавленное реле сопротивления / Аржанников Е.А.. Опубл. в Б.И.,1974, N42.

26. A.c. 513438 (СССР). Многофазное реле сопротивления с регули-|уемой^|ормой^ характеристики / Аржанников Е.А. Опубл. в

27.А.с!545035 (СССР). Устройство для дистанционной защиты от замыканий на землю / Аржанников Е.А. Опубл.в Б.И. 1977, N 4

28.А.с.847427 (СССР). Реле реактивного сопротивления защит от замыканий на землю / Аржанников Е.А. Опубл.в Б.И. 1981, N 26

29.А.с.875527 (СССР). Измерительный орган дистанционной защиты от замыканий на землю / Аржанников Е.А. Опубл.в Б.й. 1981, N 39

30.А.с.875528 (СССР).Устройство дистанционной защиты от замыканий на землю / Аржанников Е.А. Опубл.в Б.И. 1981, К 39

31.А.с.890277 (СССР). Устройство для определения места короткого замыкания на линиях электрошредачи / Аржанников Е.А. Опубл.в Б.И. 1981 , N46

32.А.с. 890511 (СССР) Реле сопротивления защит от замыканий на землю/ Аржанников Е.А. Опубл.в Б.й.,1981,N 46

33.Аржанников Е.А.,Чернин А.Б..Смирнова Г.В. К вопросу о применении реле сопротивления для выбора поврежденной фазы в схемах 0АПВ.~ В кн.:Доклада научно-технической конференции по итогам н.- т. работы за 1968- 1969 гг/ Секция электроэнергетическая, подсекция АиРЗ энергосистем.- М.: МЭИ,1969,с.98-107.

34.Аржанников Е.А. Влияние емкостной проводимости линий большой протяженности на работу реле сопротивления, предназначенного для действия при замыканиях на землю. - В сб. : Повышение надежности электрооборудования энергосистем. Иваново, ИЭИ, 1973. с.132-138

35.Аржанников Е.А., Попов В.А.Многофазные реле сопротивления, предназначенные для действия при замыканиях на землю. -В сб: Электроснабжение и автоматизация промышленных предприятий. Чебоксары, ЧТУ, 1973. с.66-70

36.Аржанников Е.А. О работе реле сопротивления в условиях субгармонического переходного процесса на линиях электропередач.- Там же. с.70-76

37. Аржанников Е.А. Выполнение многофазных реле сопротивления защит линий от замыканий на землю. - В сб: Повышение надежности энергосистем, Иваново, ИЭИ, 1975. с.125-130.

38.Аржанников Е.А. Некоторые особенности поведения защит при коротких замыканиях на длинных линиях. - В сб. : Повышение надежности энергосистем. Иваново, ИЭИ, 1978. с.83-85

39. Особенности расчета на ЦВМ токов замыканий в сети с несколькими ступенями напряжения. - В сб.: Повышение надежности энергосистем. Иваново, ИЭИ, 1979. с.87-90.

40.Аржанников Е.А. Применение методов теории дистанционных защит для одностороннего определения расстояния до места замыкания. В сб.: Новые устройства релейной защиты и автоматики энергосистем. Рига,ЛатНИИНТЙ,1980. с.71-72

41.Аржанников Е.А., Волкова Н.П. Об одностороннем определении расстояния до места повреждения. - В сб.: Повышение эффективности функционирования электрических систем и их элементоз. Иваново, ИЭИ, 1983. с.102-105

42.Аржанников Е.А.,Чухин A.M. Подход к анализу функционирования устройств релейной защиты и автоматики в АСУ электрической части знергообъекта.- Сб.Диагностика электроэнергетического оборудования с использованием микропроцессорных средств/ Киев, Инст. электродинамики АН УССР, 1990, с.75-76

43.Аржанников Е.А.,Чухин A.M. Элементы контроля действия РЗА в АСУ ТП электрической части знергообъекта. В сб.: Всесоюзная н.-т. конференция "Современная релейная защита электроэнергетических объектов". Чебоксары,1991. с.33-34.

44.Аржанникова А.Е..Аржанников Е.А. Оценка расстояния до места короткого замыкания в сетях 6-35 кВ по показаниям приборов типа МИР (ФПМ).- СБ.Релейная защита и автоматика энергосистем-96. Тезисы докладов научно-технич .конференции / Москва, ИДУ ЕЭС России, 1996, с.51-52

45.Аржанников Е.А.Исследование вопросов применения реле сопротивления для выполнения устройств ОАПВ и релейной защита от замыканий на землю линий электропередач. Автореферат дисс. канд.техн. наук. МЭЙ,1971

46. Исследование принципов выполнения дистанционных избирательных органов устройств ОАПВ и способов выбора их параметров применительно к длинным линиям. Отчет о НИР ИЭИ, 1971, per. N 71011211

47.Исследование выполненных на полупроводниковых элементах многофазных реле для осуществления дистанционных защит от замыканий на землю. Отчет о НИР ИЭИ,1974,per. N 73055632.

48.Усовершенствование алгоритма определения места замыкания и применение многофазных реле в высокочастотных защитах линий. Отчет о НИР ИЭИ, 1985, per.N01830079039

49.Алгоритмы анализа аварийной ситуации в сети 22Û кВ на основании дискретной информации, отчет НИО ЮИ.Иваново, 19В9, К ГОС.регистр.01870096289