Блокировка качаний мощности (ANSI 68) — как не дать дистанционной защите принять устойчивое качание за повреждение

Гид о защите от потери синхронизма (ANSI 78) рассматривает функцию реле, которая действительно отключает генератор, когда тот фактически потерял синхронизм. Эта статья рассматривает её близкий аналог — номер устройства ANSI 68: функцию, которая делает противоположное отключению — она блокирует другие, более быстрые функции защиты (чаще всего зоны дистанционной защиты) от ненужного срабатывания, пока система проходит через устойчивое качание мощности, которое на самом деле не является повреждением.

Почему устойчивое качание выглядит для быстрого реле как повреждение

Во время и после возмущения где-то в сети (уже устранённого повреждения, большого скачка нагрузки или генерации, коммутационной операции) угол мощности между двумя частями связанной системы может колебаться, прежде чем установится новое равновесие — это качание мощности. Пока эта колебательная составляющая длится, сопротивление, измеряемое дистанционным реле в данной точке, перемещается по плоскости R-X таким образом, что может пройти прямо через характеристику срабатывания реле или очень близко к ней — точно так же, как это сделало бы реальное внутреннее повреждение. Без специальной функции, различающей эти два явления, более быстрые зоны дистанционного реле могут сработать на качание, которое никогда не было повреждением, без необходимости отключив исправную линию и потенциально усугубив само возмущение, от которого система как раз восстанавливалась.

Отличие качания от повреждения: скорость изменения, а не положение

Ключевым отличительным признаком является не то, где сопротивление в итоге оказывается, а насколько быстро оно туда попадает. Реальное повреждение вызывает практически скачкообразное изменение сопротивления, достигающее характеристики реле примерно за один цикл. Качание мощности, напротив, развивается в сравнительно долгом временном масштабе — обычно многие десятки-сотни миллисекунд — по мере вращения угла мощности между двумя системами. Блокировка качаний мощности использует именно эту разницу в скорости.

Как работает функция блокировки: двойные блиндеры и таймер

Функция блокировки качаний мощности обычно использует две концентрические характеристики сопротивления (часто называемые внешним и внутренним «блиндером», иногда изображаемые как параллельные прямые линии по обе стороны характеристики защищаемой линии, иногда как концентрические окружности или многоугольники):

• По мере того как измеренное сопротивление перемещается внутрь, оно сначала пересекает внешний блиндер, что запускает таймер.
• Если сопротивление затем достигает внутреннего блиндера до истечения заданного порога времени Δt, переход оценивается как слишком быстрый для качания — это рассматривается как реальное повреждение, и обычные зоны дистанционной защиты не блокируются.
• Если переход от внешнего к внутреннему блиндеру занимает дольше Δt, движение оценивается как слишком медленное для повреждения — это классифицируется как качание мощности, и выбранные зоны дистанционной защиты блокируются от срабатывания, пока сопротивление остаётся внутри зоны обнаружения качания.

Примечание: точный порог времени Δt таймера и расстояние между блиндерами рассчитываются для каждой установки индивидуально, на основе наиболее быстрой достоверной скорости качания, которую может создать локальная сеть, и наиболее медленного достоверного внутреннего повреждения, которое всё ещё должно быть устранено без задержки — единого универсального значения, применимого к каждой установке, не существует.

Почему зона 1 часто намеренно оставляется незаблокированной

На практике мгновенная первая зона дистанционной защиты (см. гид о зонах дистанционной защиты) обычно исключается из блокировки качаний мощности, и блокируются только более медленные, выдержанные по времени зоны (обычно зона 2 и зона 3). Обоснование: зона 1 уже настроена с достаточно консервативным охватом, чтобы при нормальной работе видеть только реальное близкое повреждение, а не качание — оставляя её незаблокированной, сохраняется максимально быстрое устранение реального повреждения, в то время как логика блокировки защищает более дальнобойные, и поэтому более подверженные качаниям, резервные зоны.

Проблема разблокировки: повреждение во время уже заблокированного качания

Блокировка не может просто оставаться в силе бессрочно после срабатывания: реальное повреждение может развиться пока качание уже происходит и уже блокируется. Поэтому надёжная схема блокировки качаний мощности включает путь разблокировки (также называемый «разрешением на отключение out-of-step»), который распознаёт это состояние развивающегося повреждения — обычно путём контроля внезапного появления составляющих обратной или нулевой последовательности (симметричное трёхфазное качание практически их не создаёт, тогда как почти любое несимметричное повреждение создаёт) или резкого, похожего на повреждение разрыва в измеряемых величинах во время качания — и разрешает отключение, несмотря на то что блокировка номинально всё ещё активна. Многие схемы также применяют максимальную длительность блокировки в качестве дополнительной защиты, чтобы блокировка не могла продолжаться бессрочно, если само качание не разрешится.

Практическая значимость

При проверке уставок защиты связующей линии или крупного распределённого генератора (см. также связанный гид о защите от потери синхронизма) следует проверить наличие блокировки качаний мощности на нужных зонах дистанционной защиты, действительно ли расстояние между блиндерами и таймер получены из исследования устойчивости конкретной сети, а не скопированы из настройки по умолчанию, и реализован ли путь разблокировки для состояния «повреждение во время качания» — функция блокировки без пути разблокировки может задержать устранение реального повреждения, которое случайно совпадает по времени с качанием.

Типичные ошибки

1. Путать блокировку качаний мощности (68) с защитой от потери синхронизма (78) — первая предотвращает ненужное отключение во время устойчивого состояния, вторая намеренно отключает, когда система действительно потеряла синхронизм; см. связанный гид для более подробного рассмотрения этого различия.
2. Установка слишком длинного или слишком короткого порога времени блокировки — слишком короткий порог может заблокировать также действительно быстрое внутреннее повреждение; слишком длинный порог может не заблокировать быстрое качание.
3. Блокировка зоны 1 вместе с резервными зонами, без необходимости задерживая устранение близких повреждений, для мгновенного устранения которых существует зона 1.
4. Отсутствие пути разблокировки для повреждения, развивающегося во время уже заблокированного качания, оставляя реальное повреждение в этом состоянии устраняться только более медленной резервной защитой вместо предназначенной для этого зоны.

См. также

• Защита от потери синхронизма (ANSI 78)
• Дистанционная защита (21) — зоны сопротивления
• Частотная защита (81) — ROCOF / df/dt
• Защита по сдвигу вектора (78) — обнаружение островного режима