Исчезновение напряжения в измерительных органах релейной защиты и автоматики (РЗА) вследствие короткого замыкания (КЗ) или обрыва во вторичных цепях трансформатора напряжения (ТН), как правило, вызывает ложное срабатывание или неселективное (излишнее) действие устройств РЗА, использующих цепи напряжения. В соответствии с ПУЭ [1] в устройствах релейной защиты применяется специальная функция контроля неисправности измерительных цепей напряжения (БНН), действующая на сигнал и на блокирование действия соответствующих функций.
В микропроцессорных устройствах (МП) РЗА 110-220 кВ в основном применяются следующие алгоритмы функции БНН:
Указанные отличия в вариантах реализации функции БНН имеют некоторые особенности при проектировании, наладке и эксплуатации систем РЗА цифровых подстанций (ЦПС) с поддержкой протокола МЭК 61850-9-2.
При реализации проектов ЦПС с шиной процесса МЭК 61850-9-2 распространение получили решения на основе электромагнитных ТТ и ТН и преобразователей аналоговых сигналов (ПАС) на основе спецификации МЭК 61850-9-2LE [2], которая предусматривает передачу в одном потоке SV (Sampled Values) мгновенных значений 4-х токов и 4-х напряжений: фазные IA, IB, IC, UA, UB, UC и нулевой последовательности 3I0, 3U0. Соответственно, выполнить алгоритм БНН на основе принципа контроля напряжений «звезды» и «разомкнутого треугольника» непосредственно в ИЭУ РЗА не представляется возможным, поскольку в SV-потоке нет информации о напряжениях «разомкнутого треугольника» ТН (UНИ, UИК). Протокол МЭК 61850-9-2 предусматривает для каждого аналогового сигнала SV-потока флаг «качества» (quality) «достоверность» (validity), фиксация смены состояния которого с «good» (достоверное значение в цифровом отсчёте) на «invalid» (недостоверное значение в цифровом отсчёте) может расцениваться ИЭУ-подписчиком как возникновение неисправности во внешних измерительных цепях и далее использоваться в алгоритмах ИЭУ для сигнализации, блокировки или вывода направленности функций РЗА. Таким образом, функция БНН из устройств РЗА переносится в ПАС (рис. 1), который должен иметь соответствующее количество датчиков напряжения: 5 – для БНН 110-220 кВ, 6 – для пофазного БНН 330-750 кВ.
Функция БНН на основе измерения трёхфазной системы напряжений основной обмотки ТН и контроля тока не может быть реализована в групповом устройстве ПАС для ЦПС с шиной процесса, поскольку расчётные параметры БНН являются индивидуальными для конкретного присоединения. БНН на данном принципе должен выполняться непосредственно в ИЭУ, а его проверка принципиально не отличается от тестирования аналогичной функции в МП РЗА.
Рис. 1. Схема РЗА ЦПС на основе ПАС 3I5U IEC 61850-9-2LE
Таким образом, при проверке функций ИЭУ (дистанционные защиты, направленные токовые защиты, защиты с пуском по напряжению и т.д.) с БНН, встроенной в ПАС, становится необходимым выполнять имитацию «достоверности» значений цифровых отсчётов цепей напряжения в тестовых SV-потоках. Данная возможность присутствует в функционале цифровых испытательных систем, например [3]. В объём проверок ПАС дополнительно к испытаниям, предусмотренным [4, 5], необходимо включать проверку встроенной функции БНН с имитацией всех вариантов неисправностей в цепях напряжения (обрывы в цепях и отключение автоматического выключателя ТН). Интерес при этом представляет оценка быстродействия функции БНН – время формирования соответствующих флагов качества в исходящих SV-потоках ПАС при повреждениях в цепях ТН.
В качестве примера рассмотрим тестирование встроенной в ПАС функции БНН на основе принципа контроля напряжений «звезды» и «разомкнутого треугольника», реализованной в устройстве ПАС 3I5U (IA, IB, IC, UA, UB, UC, UНИ, UИК) для класса напряжений 110-220 кВ типа БЭ2704V750 [6]. БНН ПАС БЭ2704V750 реагирует на обрыв одной, двух и трёх фаз напряжений цепи «звезды» или цепи «разомкнутого треугольника». БНН срабатывает при снижении любого из фазных напряжений на величину UУСТ.БНН = 10 В при всех остальных поданных номинальных величинах напряжений цепи «звезды» и цепи «разомкнутого треугольника». Алгоритм функционирования БНН БЭ2704V750 реализуется программно по выражению:
|UБНН|>UУСТ.БНН,
где UБНН=(UBN + UCN - UAN) + (UНИ - UИК)/KТН – при схеме ТН (особая фаза А);
UБНН=(UAN + UCN - UBN) + (UНИ - UИК)/KТН – при схеме ТН (особая фаза B);
UБНН=(UAN + UBN - UCN) + (UНИ - UИК)/KТН – при схеме ТН (особая фаза C);
UAN, UBN, UCN – векторы фазных напряжений «звезды»;
UНИ, UИК – векторы напряжений «разомкнутого треугольника»;
KТН = √3 – коэффициент схемы основной и дополнительной вторичных обмоток измерительного ТН.
При исчезновении любого из напряжений «звезды» или «разомкнутого треугольника» возрастает напряжение небаланса UБНН, происходит срабатывание БНН, и формируется признак недостоверности данных мгновенных значений во всех каналах напряжения SV-потока.
Проверка функции БНН ПАС включает имитацию обрывов отдельных фаз напряжений «звезды», «разомкнутого треугольника» и нулевого провода «звезды», а также имитацию КЗ в сети на стороне высокого напряжения ТН (негативное тестирование БНН). Выполнять указанные проверки можно либо вручную, например, при помощи испытательной системы с 4-мя каналами напряжения типа РЕТОМ-51/61 и блока трехфазного преобразования напряжения РЕТ-ТН, либо автоматически при использовании прибора типа РЕТОМ-71 с 6-ю каналами напряжения [7]. На рис. 2 приведена схема испытаний БНН ПАС при помощи РЕТОМ-71. Для анализа SV-потоков применяется программно-аппаратный комплекс захвата трафика и программное обеспечение «Сетевой анализатор» (ООО «НПП «Динамика»).
Рис. 2. Схема испытаний функции БНН ПАС 3I5U IEC 61850-9-2LE
Опыты оценки быстродействия функции БНН ПАС выполняются для трёх случаев изменения напряжения: снижение на величину, превышающую значение уставки БНН на 10% (11 В) – условный порог максимальной чувствительности БНН, что может соответствовать выявлению ухудшения контакта в цепях напряжения, снижение до 0,5 UНОМ – имитация разрыва фаз цепей напряжения и до 0 В (UБНН = UНОМ), что представляет собой предельный случай для оценки максимального быстродействия БНН. Результаты испытаний приведены в таблице 1.
Таблица 1. Оценка быстродействия встроенной БНН ПАС
Опыт | Время срабатывания БНН при небалансе UБНН > UУСТ.БНН | ||
UБНН = 11 В | UБНН = 0,5UНОМ | UБНН = UНОМ | |
Обрыв фазы А | 17,5 мс | 8,23 мс | 5,9 мс |
Обрыв фазы B | 18 мс | 6,5 мс | 3,7 мс |
Обрыв фазы C | 18,9 мс | 10,7 мс | 8 мс |
Обрыв вывода Н, И, К | 18 мс | 7,5 мс | 5,5 мс |
Время срабатывания БНН ПАС фиксируется как разница между временем публикации флага достоверности значений в цифровых отсчётах SV-потока и возникновением повреждения в измерительных цепях напряжения (рис. 3)
Рис. 3. Пример процесса: SV-поток ПАС с изменением флага достоверности значений в каналах напряжения после срабатывания встроенной БНН
к.т.н. Дони Н.А., Кошельков И.А.
ООО НПП «ЭКРА»
Шалимов А.С.
ООО «НПП «Динамика»
г. Чебоксары
Июнь 2020