Блокування гойдань потужності (ANSI 68) — як не дати дистанційному захисту сприйняти стійке гойдання за пошкодження

Гід про захист від втрати синхронізму (ANSI 78) розглядає функцію реле, яка справді вимикає генератор, коли той фактично втратив синхронізм. Ця стаття розглядає її близький аналог — номер пристрою ANSI 68: функцію, яка робить протилежне вимкненню — вона блокує інші, швидші функції захисту (найчастіше зони дистанційного захисту) від непотрібного спрацювання, поки система проходить через стійке гойдання потужності, яке насправді не є пошкодженням.

Чому стійке гойдання виглядає для швидкого реле як пошкодження

Під час і після збурення десь у мережі (вже усунутого пошкодження, великого стрибка навантаження чи генерації, комутаційної операції) кут потужності між двома частинами зв'язаної системи може коливатися, перш ніж встановиться нова рівновага — це гойдання потужності. Поки ця коливальна складова триває, опір, який вимірює дистанційне реле у певній точці, переміщується площиною R-X у спосіб, що може пройти прямо через характеристику спрацювання реле або дуже близько до неї — точнісінько так, як це зробило б справжнє внутрішнє пошкодження. Без спеціальної функції, що розрізняє ці два явища, швидші зони дистанційного реле можуть спрацювати на гойдання, яке ніколи не було пошкодженням, без потреби відключивши справну лінію і потенційно посиливши саме збурення, від якого система якраз відновлювалася.

Відмінність гойдання від пошкодження: швидкість зміни, а не положення

Ключовою відмінною ознакою є не те, де опір зрештою опиняється, а наскільки швидко він туди потрапляє. Справжнє пошкодження спричиняє практично стрибкоподібну зміну опору, що досягає характеристики реле приблизно за один цикл. Гойдання потужності, навпаки, розвивається у порівняно тривалому часовому масштабі — зазвичай багато десятків-сотень мілісекунд — у міру обертання кута потужності між двома системами. Блокування гойдань потужності використовує саме цю різницю у швидкості.

Як працює функція блокування: подвійні блайндери й таймер

Функція блокування гойдань потужності зазвичай використовує дві концентричні характеристики опору (часто звані зовнішнім і внутрішнім "блайндером", іноді зображувані як паралельні прямі лінії з обох боків характеристики захищуваної лінії, іноді як концентричні кола чи багатокутники):

• У міру того як виміряний опір переміщується всередину, він спершу перетинає зовнішній блайндер, що запускає таймер.
• Якщо опір потім досягає внутрішнього блайндера до спливання заданого порогу часу Δt, перехід оцінюється як занадто швидкий для гойдання — це розглядається як справжнє пошкодження, і звичайні зони дистанційного захисту не блокуються.
• Якщо перехід від зовнішнього до внутрішнього блайндера триває довше ніж Δt, рух оцінюється як занадто повільний для пошкодження — це класифікується як гойдання потужності, і обрані зони дистанційного захисту блокуються від спрацювання, доки опір залишається всередині зони виявлення гойдання.

Примітка: точний поріг часу Δt таймера та відстань між блайндерами розраховуються для кожної установки окремо, на основі найшвидшої достовірної швидкості гойдання, яку може створити локальна мережа, і найповільнішого достовірного внутрішнього пошкодження, яке все ще має бути усунуте без затримки — єдиного універсального значення, застосовного до кожної установки, не існує.

Чому зона 1 часто навмисно залишається незаблокованою

На практиці миттєва перша зона дистанційного захисту (див. гід про зони дистанційного захисту) зазвичай виключається з блокування гойдань потужності, і блокуються лише повільніші, витримані за часом зони (зазвичай зона 2 і зона 3). Обґрунтування: зона 1 вже налаштована з достатньо консервативним охопленням, щоб за нормальної роботи бачити лише справжнє близьке пошкодження, а не гойдання — залишаючи її незаблокованою, зберігається найшвидше можливе усунення справжнього пошкодження, тоді як логіка блокування захищає далекосяжніші, а отже більш вразливі до гойдань, резервні зони.

Проблема розблокування: пошкодження під час уже заблокованого гойдання

Блокування не може просто залишатися чинним безстроково після спрацювання: справжнє пошкодження може розвинутися поки гойдання вже триває і вже блокується. Тому надійна схема блокування гойдань потужності включає шлях розблокування (також званий "дозволом на вимкнення out-of-step"), який розпізнає цей стан пошкодження, що розвивається — зазвичай шляхом контролю раптової появи складових оберненої чи нульової послідовності (симетричне трифазне гойдання практично їх не створює, тоді як майже будь-яке несиметричне пошкодження створює) або різкого, схожого на пошкодження розриву у вимірюваних величинах під час гойдання — і дозволяє вимкнення, попри те що блокування номінально ще активне. Багато схем також застосовують максимальну тривалість блокування як додатковий захист, щоб блокування не могло тривати безстроково, якщо саме гойдання не розв'яжеться.

Практична значущість

Під час перевірки уставок захисту зв'язувальної лінії або великого розподіленого генератора (див. також пов'язаний гід про захист від втрати синхронізму) слід перевірити наявність блокування гойдань потужності на потрібних зонах дистанційного захисту, чи справді відстань між блайндерами та таймер отримані з дослідження стійкості конкретної мережі, а не скопійовані зі стандартного налаштування, і чи реалізовано шлях розблокування для стану "пошкодження під час гойдання" — функція блокування без шляху розблокування може затримати усунення справжнього пошкодження, яке випадково збігається у часі з гойданням.

Типові помилки

1. Плутати блокування гойдань потужності (68) із захистом від втрати синхронізму (78) — перше запобігає непотрібному вимкненню під час стійкого стану, друге навмисно вимикає, коли система справді втратила синхронізм; див. пов'язаний гід для докладнішого розгляду цієї відмінності.
2. Встановлення занадто довгого або занадто короткого порогу часу блокування — занадто короткий поріг може заблокувати також справді швидке внутрішнє пошкодження; занадто довгий поріг може не заблокувати швидке гойдання.
3. Блокування зони 1 разом із резервними зонами, що непотрібно затримує усунення близьких пошкоджень, для миттєвого усунення яких існує зона 1.
4. Відсутність шляху розблокування для пошкодження, що розвивається під час уже заблокованого гойдання, залишаючи справжнє пошкодження у цьому стані усуватися лише повільнішим резервним захистом замість призначеної для цього зони.

Пов'язане

• Захист від втрати синхронізму (ANSI 78)
• Дистанційний захист (21) — зони опору
• Частотний захист (81) — ROCOF / df/dt
• Захист за зсувом вектора (78) — виявлення острівного режиму