Обнаружение отказов элементов цифровой релейной защиты на примере дифференциально-логической защиты и возможности ее адаптации

Актуальность. На эффективность и надежность системы релейной защиты (РЗ) влияет много факторов, такие как: отказ силового выключателя, отказ элементов устройства релейной защиты, погрешности работы измерительного тока и т.д. Подобные отказы сейчас приводят к отказу защиты в целом или к неправильному действию защиты и, при возникновении короткого замыкания (КЗ), часто к повреждению защищаемого объекта. Поэтому разработка более совершенных методов обнаружения отказов элементов РЗ является актуальной.

Цель. Целью статьи является: проведение краткого анализа проблемы надежности работы системы РЗ при отказе элементов защиты, разработка нового алгоритма работы устройств продольной дифференциальной РЗ с функцией обнаружения отказа трансформатора тока (ТТ) любого плеча защиты, а также распознавания режима электросети. Предлагаемый алгоритм позволяет выполнять адаптацию РЗ при обнаружении отказа ТТ в каждом такте времени, и таким образом повысить надежность системы защиты.

Методы. Алгоритм разработан на основе методов математической логики. Устройства защиты используют межподстанционные информационные каналы связи между смежными устройствами. Устройства защиты имеют возможность автоматически адаптировать свой алгоритм работы к возникшему отказу, реконфигурировать зоны защиты.

Результаты. В статье выполнен анализ проблемы, разработан алгоритм автоматического обнаружения отказов трансформатора тока и токовых цепей релейной защиты, основанный на первом законе Кирхгофа и использующий межподстанционную информационную сеть. Предложенный алгоритм позволяет не только однозначно обнаружить эти отказы, но и произвести мгновенную адаптацию зон дифференциальной релейной защиты при необходимости сохранения быстродействия релейной защиты. Алгоритм протестирован программой PSCAD/EMTDC на примере дифференциальной защиты шин.

Заключение. В результате исследования получены результаты, которые можно использовать для повышения надежности системы цифровой РЗ при отказах элементов защиты.

1. Федосеев А.М. Федосеев М.А. Релейная защита электроэнергетических систем: Учеб. для вузов. 2-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1992, 528 с.

2. Гвоздев Д.Б., Грибков М.А., Романов Ю.В., Рыбаков А.К. Применение современных технологий при эксплуатации РЗА для повышения надежности их функционирования // Электроэнергия. Передача и распределение № 1(64), 2021, с. 120-123

3. Новобрицкий В.А., Федосов Д.С. Анализ работы устройств релейной защиты в переходном режиме, сопровождающемся насыщением трансформатора тока// Проблемы энергетики № 5 (23) , 2021, с. 71-85

4. Dragan Ristanovic, Terry Tadlock, Gautami Bhatt, Current Transformers in Protection Applications: The ANSI and International Electrotechnical Commission Standards, Industry Applications journal IEEE. 2021. V. 27. no. 5. pp. 47-57.

5. Khalyasmaa A.I., Senyuk M.D., & Eroshenko S.A. (2021). Analysis of the State of High-Voltage Current Transformers Based on Gradient Boosting on Decision Trees. IEEE Transactions on Power Delivery.36(4). pp.2154-2163D. Yarymbash, M. Kotsur, S. Yarymbash, I. Kylymnyk, T. Divchuk. Electromagnetic Properties Determination Of Electrical Steels, Advanced Trends in Radioelectronics Telecommunications and Computer Engineering (TCSET) 2020 IEEE 15th International Conference on. 2020. pp. 185-189.

6. Song, M.-H.; Kang, S.-H.; Lee, N.-H.; Nam, S.-R. IEC 61850-Based Centralized Busbar Differential Protection with Data Desynchronization Compensation. Energies 2020, 13, 967.

7. Шалин А. И. Надёжность и диагностика релейной защиты энергосистем /А. И. Шалин. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003. - 384 с.

8. Куликов А.Л., Шарыгин М.В. Дифференциально-логический принцип релейной защиты сетей электроснабжения // Электрические станции, 2018. № 3. с. 37‒46.

9. Шнеерсон, Э.М. Цифровая релейная защита. М.: Энергоатомиздат, 2007, 549 с.

10. Подшивалин А.Н., Подшивалина И.С. Основы Методологии Расчета Уставок Микропроцессорной Релейной Защиты // Известия Высших Учебных Заведений. Электромеханика.2010 . № 3 С. 69-74.

11. Куликов А.Л., Вуколов В.Ю., Колесников А.А., и др. Дифференциальная защита шин 110-220 кВ с применением метода двойной записи. Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2017. Т. 19(11-12). С. 21-31.

12. СТО 56947007-29.240.10.303-2020 Методические указания по реализации мониторинга работоспособности измерительной части терминалов РЗА, АСУ ТП и других средств измерений вторичных цепей средствами АСУ ТП на объектах ПАО «ФСК ЕЭС»6- Надежность систем энергетики и их оборудования : справочник в 4-х т. / Под общ.ред. Ю.Н. Руденко. Т.2. Надежность электроэнергетических систем : справочник / под ред. М.Н. Розанова. – М.: Энергоатомиздат, 2000. – 568 с.

13. Шарыгин М.В., Джериу Ахмед Сахиб Наджи, Обалин М.Д. Реализация логической схемы дифференциальной защиты сборных шин с использованием информационной сети // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2024. Т. 16. № 2 (62). С. 106-118.

14. Мокеев А.В., Пискунов С.А., Ульянов Д.Н., Хромцов Е.И. Повышение эффективности и надежности РЗА цифровых подстанций и цифровых РЭС // Вестник Казанского государственного энергетического университета. КГЭУ. 2020. с. 92-100.

15. Song, M.-H.; Kang, S.-H.; Lee, N.-H.; Nam, S.-R. IEC 61850-Based Centralized Busbar Differential Protection with Data Desynchronization Compensation. Energies 2020, 13, 967.

16. Ли, У.; Тан, Ю.; Ли, Ю.; Цао, Ю.; Чен, С.; Чжан, М. A new strategy for differential backup protection of intelligent distribution networks: a fast and reliable approach. IEEE Access 2019, 7, 38135-38145.