ПЕТЕРС А. Ф., БИЗОНОВ А. Б., инженеры, Казтехэнерго
На подстанции Талды-Курганского ПЭС установлена конденсаторная батарея номинальной мощностью 52 Мвар на напряжение 110 кВ. В связи с недостаточной чувствительностью запроектированной дифференциальной защиты, вероятностью ее отказа и излишней работы возникла необходимость в разработке новой защиты.
Батарея собрана из отдельных банок емкостью по 170 мкФ на номинальное, напряжение 1,05 кВ. Четыре параллельно включенные банки образуют ряд (блок); 72 ряда, соединенных последовательно, включаются на фазу. Каждая банка конденсатора содержит до 60 элементарных конденсаторов, включенных параллельно и защищенных каждый своими предохранителями.
Во время пробоя элементарного конденсатора он отключается предохранителем. При этом емкость банки снижается, а сопротивление возрастает. Если отключается большое число элементарных конденсаторов, то падение напряжения на блоке может превысить предельно допустимое значение 1,2 UH. Защита должна обладать чувствительностью, позволяющей отключать батарею при таких перегрузках.
Принцип действия новой продольнодифференциальной релейной защиты (РЗ) основан на сравнении напряжения фазы батареи с падением напряжения на нижней (относительно нейтрали) половине емкостного сопротивления этой фазы.
В связи с необходимостью отстройки уставки РЗ в схеме сравнения от напряжения небаланса, возникающего как из-за погрешности измерительных трансформаторов, так и температурных изменений емкости конденсаторов, она не обладает достаточной чувствительностью.
Кроме того, РЗ может отказывать при равномерных повреждениях конденсаторов в верхней и нижней половинах фазы батареи и потенциале средней точки, равном половине фазного напряжения.
Защита может сработать излишне, если незначительное число элементарных конденсаторов повредится в нескольких рядах одной половины батареи. В этом случае незначительная перегрузка каждого ряда в сумме может превысить уставку РЗ.
Для улучшения отстройки РЗ от напряжения небаланса и снижения вероятности отказа или излишнего действия предложена РЗ, основанная на сравнении падения напряжения в каждом из n участков батареи, содержащих одинаковое число рядов с n-й частью фазного напряжения. Если разность сравниваемых напряжений превышает заданную уставку, РЗ срабатывает.
Структурная схема РЗ приведена на рисунке. Батарея делится на n участков точками подключения масштабирующих измерительных преобразователей, имеющих одинаковый коэффициент преобразования.
Структурная схема защиты конденсаторной батареи БСК-110
Отстройка РЗ от напряжения небаланса, вызванного температурными изменениями емкости или старением конденсаторов, тем устойчивее, чем больше число участков, на которые делится батарея, и следовательно, меньше абсолютное значение возможного небаланса на одном участке. Однако с излишним увеличением участков возрастают капитальные вложения на дополнительные отборы напряжений.
Вторичное напряжение каждого участка батареи снимается с блоков формирования сигнала и образуется как разность выходных напряжений п-г о и (п—1)-го измерительных преобразователей. Разность вторичных напряжений каждого участка и п-й части батареи формируется в блоках вычитания.
При исправной батарее падение напряжения на каждом из участков должно равняться п-й части напряжения на фазе батареи, а напряжения на всех выходах блоков вычитания равны нулю. Если изменяется сопротивление какого-либо участка (отключается часть элементарных конденсаторов, возникает КЗ на выводах одного из рядов), напряжение на выходе блоков вычитания становится отличным от нуля.
В органе сравнения это напряжение сопоставляется с напряжением уставки и при ее превышении РЗ срабатывает. Уставка РЗ выбирается из условия отключения батареи, если напряжение на одном из ее рядов превысит допустимое значение Uдоп= 1,2Uн.
Для конденсаторных банок с номинальным напряжением 1,05 кВ Uдоп= = 1,26 кВ. При максимальном рабочем линейном напряжении на шинах 120 кВ напряжение на одном ряду:
где макс.р — максимальное линейное рабочее напряжение; К — число рядов в фазе.
Допустимое увеличение напряжения на один ряд (принимаемое за уставку) рассчитывается по формуле:
При этом нормируемая абсолютная погрешность трансформаторов напряжения 
Уставка РЗ соизмерима с нормируемой абсолютной погрешностью трансформаторов напряжения, используемых в качестве масштабирующих измерительных преобразователей. Однако это не является препятствием к реализации принципа РЗ, так как погрешности измерительных преобразователей компенсируются в процессе балансировки РЗ под напряжением, а коэффициент преобразования при изменениях напряжения в рабочих пределах остается постоянным. Предотвращение ложной работы РЗ при глубоких снижениях напряжения в сети в режиме КЗ из-за погрешности измерительных преобразователей достигается выдержкой времени, превышающей уставку вторых ступеней линейных РЗ. Очевидно, что превышение напряжения на конденсаторах более 1,2 UH в течение 0,5—1 с не представляет опасности.
В разработанной РЗ реагирующие органы (блоки сравнения) выполнены в виде компараторов на операционных усилителях. Защита введена в опытную эксплуатацию на одной фазе конденсаторной батареи БСК-110.