Релейная защита

ОБСУЖДЕНИЕ

Продолжая обсуждение темы, поднятой в предыдущем материале, авторы данной статьи утверждают, что для проверки работоспособности защит при ПДЗ не обязательно применять физическую модель. В распоряжении разработчиков и эксплуатации сегодня есть ряд достаточно эффективных устройств, использующих метод физико-математического моделирования.

СРЕДСТВА ПРОВЕРКИ ДЕЙСТВИЯ ЗАЩИТ ПРИ ПДЗ

Владимир Алексеев, к.т.н., ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС», г. Москва
Роберт Вайнштейн, к.т.н., Томский политехнический университет
Александр Доронин, ООО НПП «ЭКРА», г. Чебоксары

В своей статье Станислав Иванович Головко справедливо отмечает важность проверки защит генераторов при перемежающихся дуговых замыканиях на землю (ПДЗ). Однако, указывая, что в эксплуатации находится масса устройств для проверки защит, автор утверждает, что устройств для проверки действия земляных защит при ПДЗ нет, и предлагает использовать для этой цели только физическую модель.

Необходимо отметить, что в настоящее время большая часть защит в эксплуатации может быть проверена и проверяется устройствами типа РЕТОМ, OMICRON и им подобными. Нет никаких принципиальных препятствий для проверки посред-ством этих устройств действия защиты генераторов при ПДЗ.

Анализ сотен осциллограмм реальных однофазных замыканий на землю в сетях 6–10 кВ, записанных регистраторами на ТЭЦ, показывает, что процессы при ПДЗ с требуемой для практических целей точностью можно математически смоделировать и воспроизвести, используя упомянутое испытательное оборудование.

РАБОТОСПОСОБНОСТЬ ЗАЩИТЫ ЗГНП-4

Защита ЗГНП-4, правильное функционирование которой при ПДЗ было поставлено в статье С.И. Головко под сомнение, предназначена для генераторов, работающих на сборные шины в основном в сетях с компенсацией емкостного тока. Диапазон частот токов и напряжений, на который реагирует защита ЗГНП-4, вполне успешно воспроизводится существующими устройствами проверки. Модель сети и устройство для проверки, аналогичное РЕТОМ, но с более высокой частотой дискретизации, были разработаны во ВНИИЭ более 10 лет назад. С их помощью, наряду с проводимыми ранее реальными опытами, проверялась и проверяется во всех режимах работа защиты ЗГНП-4 в выпускаемых комплектах.

Данная защита генераторов, работающих на сборные шины, создана с учетом функционирования при ПДЗ, а также имеет требуемую чувствительность при металлических замыканиях в нейтрали. Принципы работы ЗГНП-4 описаны в [1], а в Руководстве по эксплуатации защиты приводится осциллограмма ее работы при дуговом замыкании на землю, носящем повторно-кратковременный характер.

Усовершенствованная математическая модель сети и дуговых замыканий на землю используется для формирования COMTRADE-файлов, с помощью которых через устройства OMICRON и RTDS проводятся функциональные испытания микропроцессорных устройств защиты при их аттестации в НТЦ ФСК ЕЭС. При этом могут формироваться условия, имитирующие любые расстройки компенсации, любые напряжения зажигания дуги, в том числе изменяющиеся в процессе замыкания, а также различные условия гашения дуги. Сходимость моделируемых процессов с реальными осциллограммами весьма высока.

В связи с этим предлагаемая в статье С.И. Головко физическая модель ПДЗ вряд ли может рассматриваться как единственный и безальтернативный метод проверки защит генераторов при замыканиях на землю.

ЗАЩИТА ГЕНЕРАТОРА В БЛОКЕ С РЕАКТИРОВАННОЙ ОТПАЙКОЙ

В настоящее время применяются схемы блоков генератор-трансформатор с питанием потребителей собственных нужд, а в ряде случаев и некоторой мест-ной нагрузки через реактированную отпайку. В таких схемах трудно выполнять защиту от замыканий на землю в обмотке статора генератора, если сохраняются требования селективности при устойчивых и перемежающихся замыканиях, а также отсутствует зона нечувствительности при замыкании вблизи нейтрали. Сеть, связанная с генератором, как правило, имеет сравнительно небольшой емкостный ток замыкания на землю и работает с изолированной нейтралью.

Для таких схем блоков разработана защита, основанная на наложении тока с частотой 25 Гц через разомкнутый треугольник группы типовых трансформаторов напряжения. Защита работоспособна как при устойчивых, так и при перемежающихся замыканиях.

Механизм формирования составляющей с частотой 25 Гц в токе замыкания при перемежающихся замыканиях, когда время горения дуги намного меньше периода промышленной частоты, состоит в следующем. Перед каждым очередным пробоем изоляции емкости фаз сети приобретают дополнительную составляющую заряда, пропорциональную мгновенному значению напряжения источника контрольного тока. При пробое изоляции образуется контур разряда емкости сети с малой по-стоянной времени. Поэтому даже при очень малом времени горения дуги емкость сети успевает разрядиться и вся энергия, запасенная к моменту пробоя, передается в контур цепи замыкания. В токе замыкания при этом появляется последовательность импульсов тока, содержащая составляющую с частотой 25 Гц [2].

Процесс формирования составляющей с частотой 25 Гц в токе замыкания исследован с использованием различных средств, в том числе и на физической модели блока. При этом в качестве источника контрольного тока использовалось изделие, предназначенное для выполнения защиты генератора на одной из электростанций. Напряжение источника было снижено в соответствии с масштабом модели. Емкостный ток замыкания на землю сети, присоединенной к реактору, соответствует току 5А в моделируемом объекте.

В наиболее тяжелом случае, при одном пробое на полупериод промышленной частоты и погасании дуги при первом прохождении переходного емкостного тока через ноль, составляющая с частотой 25 Гц в токе замыкания составляет 30–50% тока при устойчивом замыкании. При снижении пробивного напряжения и соответственно увеличении числа пробоев за период промышленной частоты, например до трех пробоев за полупериод, составляющая с частотой 25 Гц возрастает до 80% тока при устойчивом замыкании.

ЗАЩИТА ГЕНЕРАТОРА В БЛОКЕ С РЕАКТИРОВАННОЙ ОТПАЙКОЙ С НАЛОЖЕНИЕМ ТОКА ЧЕРЕЗ ДГР

Один из вариантов защиты генератора выполняется на основе метода наложения тока с частотой 25 Гц через дугогасящий реактор (ДГР). Такое решение было реализовано, в частности, на Ново-Рязанской ТЭЦ в 90-е годы прошлого века.

При использовании данного варианта защиты потребуется, во-первых, устанавливать дополнительное оборудование и, во-вторых, решать сопутствующие задачи, в частности, осуществлять настройку компенсации в условиях изменения емкостного тока сети.

СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЯ РАБОТЫ ЗАЩИТ ПРИ ПДЗ

Современное состояние и тенденция развития испытательных систем устройств РЗА состоит в использовании метода физико-математического моделирования. Метод заключается в преобразовании сигналов, полученных на математических моделях или записанных регистраторами аварийных процессов, в аналоговые сигналы в реальном масштабе времени. Достоинствами этого метода являются: гибкость, позволяющая учесть особенности конкретного объекта, и возможность проверить работу защиты путем подачи сигналов, воспроизведенных по осцилло-граммам регистраторов. Последняя функция современных испытательных систем очень важна и используется для анализа всех видов защит.

Усовершенствование средств проверки защит при ПДЗ может идти либо путем развития и расширения функций существующих испытательных систем, либо путем создания специализированных устройств, в том числе, возможно, и на основе физической модели. Требования к таким средствам и устройствам должны вырабатываться на основе коллегиального решения научно-технического сообщества.

ЛИТЕРАТУРА

1. Алексеев В.Г. Токовая защита ЗГНП-4.2 от замыканий на землю в обмотке статора генератора, работающего на сборные шины // Электрические станции. 2006. № 2. С. 51–56.
2. Вайнштейн Р.А., Юдин С.М., Доронин А.В., Наумов А.М. Защита от замыканий на землю в обмотке статора генераторов при различных первичных схемах // Релейная защита и автоматизация. 2012. № 1. С. 26–31.