Novi pristup u realizaciji podužne diferencijalne zaštite nadzemnih vodova

Abstract

U ovoj doktorskoj disertaciji, predstavljen je nov algoritam za podužnu diferencijalnu zaštitu voda. Osnovni algoritam za podužnu diferencijalnu zaštitu nadzemnih vodova, ogleda se u tome da se na osnovu struja sa suprotnih strana voda vrši proračun diferencijalne i stabilizacione struje. Na osnovu tih struja, određuje se da li relej ima uslov za reagovanje. Postoji nekoliko negativnih uticaja na selektivan rad diferencijalne zaštite. Najveći problem mogu praviti zasićenja strujnih transformatora. Zasićenje izaziva izobličenje sekundarnih struja, te takve struje nisu verna kopija struje na primarnoj strani. Velike dužine štićenih vodova, za posledicu imaju velike kapacitivne struje. Posledica toga je povećanje diferencijalne struje i neželjeno reagovanje zaštite. Struja kvara može biti značajno smanjena, ako se pojavi prelazna otpornost na mestu kvara. Time bi i konvergencija algoritma bila sporija, pa bi i odziv releja bio odložen. Izolovano zvezdište i uzemljenje preko aktivne otpornosti, radi ograničenja stuje jednofaznog kratkog spoja, imaju isti efekat. Srednjenaponske mreže obično imaju tako realizovano uzemljenje neutralne tačke, što se odražava na rad diferencijalne zaštite. Cilj istraživanja, bio je da se razvije novi algoritam koji bi prevazišao sve navedene probleme. Novonastali algoritam je predviđen za implementaciju na digitalnoj generaciji releja. Algoritam zasnovan na faznoj diferencijalnoj zaštiti, radi sa trenutnim vrednostima struja i time se izbegavaju komplikovane računske operacije i obrade signala. Signali se uzimaju sa obe strane voda, kao što je u osnovi podužne diferencijalne zaštite, ali je velika razlika u odnosu na osnovni princip u tome, što se potpuno izbacuje stabilizaciona struja i uvodi nova veličina. Ta nova veličina naziva se indikator smera. U svakom trenutku odabiranja releju se dovode po jedan odbirak strujnog signala sa leve i sa desne strane voda, za svaku fazu posebno (tri odbirka sa leve strane voda i tri sa desne). Trenutna vrednost diferencijalne struja, računa se kao razlika ovih odbiraka, a trenutna vrednost indikatora smera kao njihov proizvod. Za realizaciju algoritma, neohodno je formirati šest registara, po dva za svaku fazu. U jedan registar, smeštaju se odbirci trenutne vrednosti diferencijalne struje, a u drugi vrednosti indikatora smera struja. Učitavanjem novog odbirka, u registrima se vrši pomeranje, tako da se prvi element registra odbacuje (najstariji odbirak), a novi odbirak zauzima poslednje mesto. Na osnovu tekućeg sadržaja registara vrši se proračun efektivne vrednosti diferencijalne struje i srednje vrednosti indikatora smera. Korišćenjem efektivnih i srednjih vrednosti umesto trenutnih vrednosti, povećava se sigurnost, odnosno sprečava lažno reagovanje releja zbog smetnji, šumova i prelaznog procesa tokom kvara. Relej će reagovati, ako su zadovoljena dva uslova. Jedan je da diferencijalana struja bude veća od unapred definisane vrednosti, a drugi je, da indikator smera bude manji ili jednak nuli. Prvim uslovom, dobija se na brzini reagovanja, jer nema uticaja stabilizacije i relej praktično radi kao prekostrujna zaštita sa definisanom strujom reagovanja. Nepotrebno reagovanje prilikom kvara van štićene deonice, izbegnuto je drugim uslovom. Razlog za ovakvo rešenje, leži u činjenici da su struje koje se dovode releju sa različitih strana voda istog smera u režimu bez kvara ili ako je kvar van zone zaštite, odnosno suprotnog smera, ako je kvar unutar zone zaštite. U prvom slučaju, srednja vrednost indikatora smera će imati pozitivnu vrednost, a u drugom slučaju, negativnu. Minimalna struja reagovanja zavisi od mnogo faktora. Najveći uticaj ima kapacitivna struja odvođenja. Na osnovu podataka o dužini i naponskom nivou voda, računa se minimalna struja prorade releja...

A new algorithm for longitudinal differential protection of transmission lines is presented in this doctoral dissertation. The basic algorithm for longitudinal differential protection of overhead lines uses differential and stabilizing currents. Calculation are based on signals from opposite sides of the line. These currents determine whether the relay has a trip condition. There are several situations that affect the selective operation of differential protection. Saturation of current transformers may be the biggest problem. Saturation causes distortion of the secondary currents and such currents are not a true copy of the current on the primary side. Long lines lead to enlarged capacitive currents. The consequence is an increase in differential current and an undesired protection response. The fault current can be significantly reduced if transient resistance occurs at the fault location. This would also make the algorithm convergence slower and delay the relay response. Isolated star point and grounding via active resistance for the purpose of limiting single-phase short circuits have the same effect. Medium voltage networks typically have a neutral point grounding realized in this way, which is reflected in the operation of the differential protection. The aim of the research was to develop a new algorithm that would overcome all mentioned problems. This algorithm was designed for implementation on digital relay generation. The phase differential protection algorithm uses instantinuos current values, thus avoiding complicated computational operations and signal processing. Signals are received from both sides of the line, such as the base of the longitudinal differential protection, but difference with the basic principle is that it completely ejects the stabilizing current and introduces a new size-the direction indicator. At each moment of selection, one relay of the current signal from the left and right sides of the lines is supplied to the relay, for each phase separately (three selections on the left side of the lines and three on the right). Differential current is calculated as the difference between these deductions and the current value of the direction indicators as their product. For implementation of the algorithm, it is necessary to form six registers, two for each phase. One register stores the current value of the differential current, and in the other stores the value of the current direction indicator. By loading a new sample, a shift is made in the registers, so that the first element of the register is rejected (the oldest sample) and the new one takes the last place. Based on the current contents of the registers, the effective value of the differential current and the mean value of the direction indicator are calculated. Using effective and intermediate values instead of current values increases safety, that is, prevents the relay from reacting incorrectly due to interference, noise, transient during failure, etc. The relay will respond if two conditions are met. One if the differential current is over predefined value and the other if the direction indicator is less than or equal to zero. The first condition is obtained at the response rate, since there is no stabilization effect and the relay practically acts as overcurrent protection with a defined response current. Unnecessary response in the event of a failure outside the protected section is avoided by another condition. The reason for this solution lies in the fact that the currents supplied to the relay from different sides of the water are in the same direction in the faultless mode or if the fault is outside the protection zone, or in the opposite direction if the fault is within the protection zone. In the first case the mean value of the direction indicator will have a positive value and in the second case a negative one.The minimum response current depends on many factors. The larg influence is the capacitive discharge current. Based on length and voltage level data, the minimum relay output current was calculated...