Losinski Klucznik Performance Analysis of Power Swing Blocking Feature

7/22/2019 Losinski Klucznik Performance Analysis of Power Swing Blocking Feature

1/21

75

Performance analysis of power swing blocking featurein ABB 670 series impedance relays

AuthorsMaciej osiskiJacek Klucznik

Keywordselectric power system, power swing detection, distance relay

AbstractThis paper presents test results of a distance protections PSD power swing detectionfeature in ABB 670 series relays. A RED670 relay was tested, which is part of the hydro-electric set protection in arnowiec Pumped Storage Plant. The power swing blocking

features performance was analysed on the basis of the results of object tests made withan Omicron digital tester. Also presented are simulation results that illustrate the PSDfeatures response to power swings caused by a disturbance in the power system. It is alsoshown how a distance protection may react to the same fault, depending on its settings.

1. IntroductionAn impedance protection relay installed in a power system isexposed to unnecessary activation and tripping in responseto power swings. The most common cause of power swings

are disturbances in the form of a short circuit in the transmis-sion grid. Depending on the short circuit location and duration,power swings may be synchronous or asynchronous. If a shortcircuit occurs near a generation node, and the time of its elimi-nation is not too long, then it should cause no loss of a genera-tors synchronism. In such a case some strong power swings mayappear, accompanied by large changes in currents and voltagesin transmission and unit output lines. These changes meana decrease in the impedance seen by distance protection. Whenthe impedance seen by a relay is reduced to a value correspon-ding to the relays measuring zones, it can lead to its unnecessaryresponse and tripping of a generator or a line. Such tripping can

lead to loss of synchronism of the other generators, or overloadof lines, which in turn may lead to a profound failure of the powersystem (black-out).In the case of a short circuit that lasts too long and has occurredclose to a power plant, the power system also may lose synchro-nism by the plant generators falling out of step and transi-tion to asynchronous operation. This asynchronous operationphenomenon is accompanied also by very signicant changesin currents and voltages, which leads to rapid changes in theimpedance seen by a distance protection. Also in this situ-ation, the protection may unnecessarily respond and switch off

a transmission line. Generators, which have assumed asynchro-nous operation, should be selectively tripped by dedicated PSPpole slip protections.In order to reduce the risk of a distance protections unnecessary

response to power swings, the protection is provided with a socalled PSD power swing detection feature. The feature distingu-ishes between an impedance change caused by power swingsfrom that caused by a short circuit, and in the case of power swingsdeveloping it should block the protections impedance functions.It is important that the power swing blocking feature ofa distance protection performs correctly, i.e. properly recognizessynchronous and asynchronous swings. A very important issue isthe right choice of a PSD features settings.In this paper the operating principle of the power swing blockingfeature for the distance protection functions of ABB 670 seriesrelays is presented. Also presented are results of, and conclusions

from, object and simulation tests that illustrate the PSD featureperformance in the relays installed in arnowiec Pumped StoragePower Plant.

2. Operating principle of PSD power swingdetection feature in ABB 670 series relaysThe distance protection in an ABB 670 series relay is a multi-zone protection (RED670 3 zones, RET670 4 zones, REL670 5 zones), with the option of individual settings of resistanceand reactance ranges, and response direction, for each zone.Impedance is measured independently for each of the possible

M. osiski, J. Klucznik | Acta Energetica4/13 (2012) | 7586


2/21

76

short circuit loops: three phase-to-phase fault loops, and threephase-to-ground fault loops.Fig. 1. shows the PSD features inner and outer polygonal impe-dance characteristic with parameters by which it can be shaped.In tab. 1 the PSD features settings are specied with their ranges

and descriptions.The impedance measurement used by the PSD feature is basedon the same algorithm that is used by the distance protectionsmeasuring zones, and is performed independently for each of L1,L2, L3 phases. The power swing detection feature can operate intwo modes: 1 of 3 or 2 of 3. In the 1 of 3 mode the feature respondsupon detecting power swings in any of the three phases. In the2 of 3 mode the blocking feature is activated upon detectingswings in at least two phases. The swing detection mode can beset permanently in the relays logic, or can be made on the basisof an external signal applied to the appropriate binary input.The power swing blocking features performance consists in

measuring its inner and outer impedance characteristics.If an impedance transit duration between the PSD featureszones measured is longer than time tP1 set in the time element,then selected distance zones are blocked. Power swings arerecognized as consecutive if the measured impedance leavesthe PSD outer characteristic for a period of time shorter thantW set in the time element. In such a case, time element tP2 is

R

jX

X1InFw

X1OutFw

R1Lin

Fw

Fw

R1InFw R1OutFwR1InRvR1OutRv

X1InRv

X1OutRv

Rv

FwRv

Rv

ZL

L

=R1Lin

X1InFwarctan

Forward direction

(toward unit)

Reverse direction

(toward system)

ZM Zone (Fw)

ZM Zone (Rv)

PSD characteristic (outer)

PSD characteristic (inner)

ZR

Fig. 1. Available options of PSD power swing blocking characteristic in ABB

REx670 relays (Fw = RLdOutFw*(1-kLdRFw), Rv = RLdOutRv*(1-kLdRRv),X1OutFw = X1InFw + Fw, R1OutFw = R1InFw + Fw, X1OutRv = X1InFw+ Rv, R1OutRv = R1InFw + Rv)

Parameter ScopeDefaultsetting

Unit Description

OperationOnOff

Off PSD feature: ON enabled, OFF disabled

X1InFw 0.103000.00 30.00 Positive sequence reactance component dening reactance range of inner "forward" characteristic

R1FInFw 0.101000.00 30.00 Positive sequence resistance component dening resistance range of inner "forward" characteristic

R1Lin 0.101000.00 30.00 Line resistance for determining angle of inner resistance "forward" characteristic

X1InRv 0.103000.00 30.00 Positive sequence reactance component dening reactance range of inner "reverse" characteristic

R1FInRv 0.101000.00 30.00 Positive sequence resistance component dening resistance range of inner "reverse" characteristic

OperationLdCh

OnOff

On Load cut-off

RLdOutFw 0.103000.00 30.00 Resistance determining inner resistance limit for "forward" load

ArgLd 570 25o

Angle determining load impedance area

RLdOutRv 0.103000.00 30.00 Resistance determining outer resistance limit for "reverse" load

kLdRFw 0.500.90 0.75 Multiplier for determining inner resistance limit for "forward" load

kLdRRv 0.500.90 0.75 Multiplier for determining inner resistance limit for "reverse" load

IMinOpPE 530 10 %IB Minimum PSD activation current

IBase 199999 3000 D Base current for current settings

tP1 0.00060.000 0.045 s Time setting for detection of the rst (slow) power swing

tP2 0.00060.000 0.015 s Time setting for detection of successive (faster) power swings

tW 0.00060.000 0.250 sWaiting time until activation of time element tP2 (instead of tP1) responsible for identication of successive fasterpower swings. Time tW is counted from the impedance's exit from the outer PSD characteristic during swings until itre-enters the PSD zone

tH 0.00060.000 0.500 s Hold time of PSD output signal after impedance's exit from PSD_out zone

tEF 0.00060.000 3.000 s Time delay to wait out the dead time in a single-phase auto-reclose cycle

tR1 0.00060.000 0.300 sTime setting for delay of PSD feature's blocking response (INHIBIT blocking signal) to ground fault (zero sequencecurrent component) detection during power swing

tR2 0.00060.000 2.000 s Time setting for resetting PSD output signal at very slow power swings (unblocking time). The PSD feature is blocked(power swing blocking deactivation) when the measured impedance remains in PSD_in area for set time tR2

Tab. 1. PSD settings in ABB 670 series relays



3/21

77

I11-A +Rej

I13-A

WSR

WW

WG

U5-B +Rej

HEK3

1 2

G/S

I

TU1-3

SR

6kV auxiliaries substation

TU1-3

I1-A

I2-B

disturbance rec.

I7-A

I8-B

I12-B

I14-B

TU4

U2-A/B

U4-A/B +Rej

U3-B +Rej

U1 +dist. rec.

U2 +dist. rec.

1500/5 A/A

0,4kV

I3

SRRH

228MVA/209MVA

210/179 MW

15,75kV+/- 7,5%

240MVA

420/15,75kV

Yd11, uz=13,6%

1600kVA

15,75/0,6 kV

Dy5 uz=6%

13MW

6kV

TU1010/0,1 kV/kV

TW

TB

TJ1-310000/5 A/A

TJ232000/5 A/A

Od1 Od2

FG2

Od3Od4

350

6/0,1 kV/kV

M

TJ10-12

TU17-19

I15-B

U6-A +Rej

87L +Rej

1

REr

1000

2x2F

disturbance rec.

U1-A +Rej

dist. rec.

RC

2x1

voltage controller

energy measurement

energy measurement

thermal model

energy measurement

energy measurement

energy measurement

TJ20-222000/5 A/A

TJ17-19

2000/5 A/A

RPr

100

Uw

II

III

IV

REs

1250

RPs150

OR

TJ14-16

1000/5 A/A

TJ13

500/5 A/A

kV

kV

3

1,0

3

400

kV

kV

3

0,1

3

1,0

3

15

kV

kV

3

0,1

3

1,0

3

6

TJ4-62000/5 A/A

TU11-13

kV

kV

3

0,1

3

1,0

3

15

I

I5-B

speed governorTJ4-610000/5 A/A

II

III

IV

voltage controller

ADG24

TU4-6

kV

kV

3

0,1

3

1,0

3

15

TU7-9

kV

kV

3

0,1

3

1,0

3

15

I

II

III

I

TJ7-910000/5 A/A

II

III

IV

TU14-16

kV

kV

3

0,1

3

1,0

3

15

I

II

87L

I10-B

I

II

III

IV

TJ10-12400/1 A/A

I

II

III

IV

TJ24-26400/5 A/A

I9-A

energy measurement

energy measurement

disturbance rec.

WB

400kV Substation

DLF420

87L500/1 A/A

I

I1

SRRHII

III

TJ7-92000/5 A/A

dist.rec.

I

SRRHII

III

SRRH

dist. rec.I

I2

REFII

III

TJ1-32000/5 A/A

Fig. 2. arnowiec hydro electric sets power output diagram



4/21

78

used to determine whether these are consecutive, faster swings.If an impedance transits between PSD zones in a period longerthan tP2, then such swings are treated as just consecutive inthe same event. Owing to the ability to set individual detectiontimes for the rst and subsequent swings, subsequent swings

can be detected with an impedance change rate (dZ/dt) muchhigher than that of the rst swing. Setting too short a time tP1for the impedances rst-pass through the PSD characteristiccould result in the blocking feature not distinguishing betweena swing and a short circuit.The power swing blocking feature remains activated until theimpedance leaves its outer characteristic. The activation may beextended by the tH setting, counted after the impedance has leftthe PSD outer zone. If a power swing has been detected and themeasured impedance remains in the blocking features activecharacteristic area for a time longer than the setting tR2 (so calledunblocking time), then the PSD feature is disabled.

A swing blocking feature may be disabled also if a ground fault(zero sequence component current) occurs during power swings.In such a case, after delay time tR1, counted from the time offault detection, the distance zones are unblocked (PSD featuredisabled).The PSD power swing detection feature in ABB 670 series relayscan be supplemented by additional so-called PSL power swinglogic. This additional feature enables rapid and selective elimi-nation of various fault lines in the protected line during powerswings in the power system.

3. Power swing blocking tests in RED670relayThe ABB RED670 relay was tested, which is part of the hydroelec-tric set protection in arnowiec Pumped Storage Plant. The hydroelectric sets power output diagram is shown in g. 2. This relays

primary function is differential current protection of the unitline (87L). The protection consists of two half-sets (relays): one isdeployed in arnowiec 400 kV substation, the other in the unitprotection cabinets in arnowiec hydro plant. The two half-setscommunicate digitally over a bre optic link. The RED670 relayin the hydro plant is additionally provided with distance protec-tion functionality. The relay measures the impedance seen fromthe unit generator transformers high voltage side. Two distancezones ZM02 ZM01 have been activated that cover the generatorunit transformer and generator. The rst zone covers 70% of thetransformer windings, while the other zone entirely protects thegenerator unit transformer and generator. The distance protec-

tion is a back up for the REG216 relays basic protections againstthe units internal fault.For the tests of the ERD670 relays power swing blocking featurea digital CMC 256-6 Omicron relay tester was used. In addition,to generate from the relay tester currents and voltages thatreect power swings the State Sequencer software was used,which is part of Test Universe package supplied by Omicron. Thetester generated three-phase symmetrical power swings.Further in the paper test results are presented showing the swingblocking features and distance zones response to changes in the

Fig. 3. An example of voltage and current waveform recorded by RED670 relay during three-phase synchronous power swings generated by an Omicron

CMC256 -6 tester. Three entries of impedance trajectory to distance measuring zone ZM01 and ZM02 (tZM01 = 50 ms, tZM02 = 100 ms). Impedance

change rate: dZ1/dt = 1500 /s, dZ2/dt = 2000 /s, dZ3/dt = 2500 /s. Option A: PSD enabled distance zones blocked, Option B: PSD disabled visible

activation and response of distance zones

IL1

t/s-0.75 -0.50 -0.25 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75

IL1/A

-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

UL1

t/s-0.75 -0.50 -0.25 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75

UL1/ V

-300000

-200000

-100000

0

100000

200000

t/s-0.75 -0.50 -0.25 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75

PSD1-STARTZM03-TRIPZM02-TRIP

ZM02-STARTZM01-START

t/s-0.75 -0.50 -0.25 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75

PSD1-STARTZM02-TRIP

ZM02-STARTZM01-TRIP

ZM01-START

Option A

Option B



5/21

79

impedance seen by the relay, running along trajectories occur-ring during synchronous and asynchronous power swings.Exemplary waveforms of signals generated by the tester duringpower swings and the tested relays response are shown in g. 3.The voltages, currents and impedances in the presented wave-

forms and characteristics relate to the set generator transfor-mers high voltage side (400 kV).

3.1. Synchronous swingsFig. 4 and 5 present a waveform of the impedance trajectorymeasured by RED670 relay while synchronous swings are gene-rated by Omicron CMC 256-6 microprocessor tester. The guresillustrate the distance protections and power swing blocking

features impedance measuring zones dened in the relay. Ineach test three synchronous swings were generated with specicangle of the impedance trajectorys inclination to real axis Rand dened impedance change rate dZ/dt. Moreover, duringsubsequent swings the time of the measured impedances

stay outside the outer PSD feature zone was changed in orderto show the impact of parameter tW (waiting time until activa-tion of time element tP2) on the swing blocking features perfor-mance. All tests were performed at zero value of the PSD featuresparameter tH (tH hold time of PSD output signal after impe-dances exit from the outer zone). For angles from 0o to 90orange the impedance trajectory was running as in g. 4. Duringeach swing the impedance was decreasing from the start point

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500

R [/phase]

X[/phase]

PSD in

PSD out

ZM01 zone

ZM02 zone

Impedance ZR

=45

start

end

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500

R [/phase]

X[/phase]

PSD in

PSD out

ZM01 zone

ZM02 zone= 531

start

end

2

3

1

Impedance ZR

Fig. 4. Impedance vector Zr trajectory at synchronous power swings generated by CMC-256-6 tester versus characteristics of PSD and distance zones

ZM01, ZM02 (trajectory inclination angle: 45o)


ZM01, ZM02 (trajectory inclination angle: 135o)



6/21

80

up to the minimum, near point (0,0) in RX plane, at a certain ratedZ/dt. After reaching the minimum the situation reversed theimpedance was increasing the same rate up to the end point.The subsequent swing could be delayed by leaving the impe-dance vector in the end point for a preset time. The test impe-

dance trajectories at angles over 90o

are presented in g. 5. Inthis case, the impedance was changing during a specic swing

as follows: between the start point and point 1 the impedancewas changing at a specic rate dZ/dt, from point 1 to point 2the impedance was step-changing, in point 2 the impedancestayed for a specied time (200 ms), and then it was step-movingto point 3 and increasing at rate dZ/dt to the end point.

Sample test results showing RED670 relays PSD responseto synchronous power swings are presented in tab. 2.

Tab. 2. Test results of RED670 relays PSD response to synchronous power swings

PSD settings: X1InFw = 450 , R1InFw = 200 , Fw = 60 , X1InRv = 100 , R1InRv = 150 , Rv = 60 , tP1 = 50 ms, tP2 = 30 ms, tW = 600 ms, tH = 0 s,

tR2 = 4 s.

Test

[o]swing

dZ/dt[/s]

t PSD[ms]

t PSD set[ms]

t ZM01 set[ms]

t ZM02 set[ms]

t PSD out[ms]

Remarks

1 45

I 150056

> tP1

114(118)

198(202)

320< tW

PSD disabled

During each swing the distance zones are activated and respondII 2000

42> tP2

87

(88)150

(152)240

< tWIII 250034

> tP2

69(71)

117(121)

2 45

I 1500 56> tP1

429(427)

(118)

(202)

320< tW

PSD enabled

During each swing PSD is activated, no distance zones are activated

II 200042

> tP2321

(320)

(88)

(152)240

< tWIII 250034

> tP2258

(256)

(71)

(121)

3 45

I 150056

> tP1430

(427)

(118)

(202)320

< tWPSD enabledBetween the second and third swings the time of the impedance'sstay outside of PSD characteristic was extended. At the third swingPSD is not activated(tPSDout > tW active tP1 timer)

II 200042

> tP2322

(320)

(88)

(152)640

> tWIII 250034

< tP1

69(71)

120(121)

4 90

I 100060

> tP1954

(949)

(119)

(709)220

< tWPSD enabled

During each swing PSD is activated.

II 140042

> tP2681

(678)

(85)

(507)170

< tWIII 1600 37> tP2

597(593)

(74)

(443)

5 90

I 100060

> tP1954

(949)

(119)

(709)220

< tW PSD enabled

During the third swing tPSD < tP2 no PSD response to the third swing

II 140042

> tP2681

(678)

(85)

(507)150

< tWIII 210028

< tP2

60(57)

345(228)

6 135

I 150056

> tP1530

(532)

(200)

400< tW

PSD enabled

Between the second and third swings the time of the impedance'sstay outside of PSD characteristic was extended.At the third swing PSD is not activated (tPSDout > tW active tP1 timer)

II 200042

> tP2446

(449)

(200)

710> tWIII 2500

34< tP1

187

(200)

7 135

I 150056

> tP1530

(532)

(200)

400< tW PSD enabled

During the third swing tPSD < tP2 no PSD response to the third swing

II 200042

> tP2446

(449)

(200)

280< tWIII 3000

28< tP2

188

(200)

8 225

I 150056

> tP1435

(438)

(200)480

< tWPSD enabled

During each swing PSD is activated.

II 200042

> tP2381

(379)

(200)

370< tWIII 2500

34> tP2

339(343)

(200)

9 225

I 150056

> tP1436

(438)

(200)

480< tW PSD enabled

During the third swing t PSD < tP2 no PSD response to the third swing

II 200042

> tP2380

(379)

(200)

340< tWIII 3000

28< tP2

176

(200)



7/21

81

Designations in the table: angle of impedance trajectory inclination to real

axis RdZ/dt rate of impedance change during swingt PSD duration of impedance transit through PSD

characteristic (determined on the basis of dZ/dtand angle

t PSD set PSD activation time recorded by RED670 relay (inparentheses the PSD activation time calculated onthe basis of dZ/dt and angle )

t ZM01 set ZM01 zone activation time recorded by RED670relay (in parentheses the duration of impedancevector stay in ZM01 zone calculated on the basis ofdZ/dt and angle )

t ZM02 set ZM02 zone activation time recorded by RED670relay (in parentheses the duration of impedancevector stay in ZM02 zone calculated on the basis of

dZ/dt and angle )t PSD out duration of impedance stay outside PSD charac-

teristic (time between subsequent swings deter-mined on the basis of dZ/dt and angle ).

It can be concluded based on results of the RED670 relay testsduring synchronous swings that its PSD feature performs asdescribed in the manufacturers documentation. At the impe-dance trajectorys transit through PSD characteristic in a timelonger than set point (tP1, tP2) the PSD feature was activatedand the distance zones blocked. During the PSD features stimu-

lation and impedance vectors stay in distance zones for a timelonger for the zones set points the relay didnt respond andgenerated no trip signal. Also timer tP2 was properly activatedat subsequent swings, if the impedance returned to PSD zone ina time shorter than tW set point. If this time was exceeded, then

tP1 timer re-activated, and PSD didnt respond to faster swings.It should be noted that the PSD activation times and the dura-tions of impedance stays in distance zones recorded by RED670relay were consistent with the times calculated on the basis ofparameters of the impedance characteristic and of the trajectory

generated by the relay tester.PSD performance at the impedance vectors step-entry to PSDzone was also tested. The impedance trajectory versus relayimpedance characteristics during these tests is shown ing. 6. After starting the test the impedance stayed for a speci-ed period in the start point. Then the impedance step-changedto point 1 between the outer and inner PSD characteristics. Afterthe step change the impedance vector began to move along thetrajectory between points 1 and 2 at set rate dZ/dt. After reachingpoint 2 the impedance value step-changed to point 3 in distancezone ZM02. In point 3 the impedance vector stayed longer thanthe setting for the ZM02 zone, followed by another step transfer

to the end point.This test showed that PSD properly responds to the impedan-ces step-entry to its zone. If the impedance vector has stayed inthe PSD characteristic zone longer than set point tP1, the PSDresponds and the relays impedance zones are blocked.

3.2. Asynchronous swingsImpedance trajectory during the tests of RED670 relays perfor-mance at asynchronous swings is presented in Fig. 7. The gurealso shows the dened distance zones and PSD features impe-dance characteristics. In each test asynchronous rotations were

generated with a given rate of change of the impedances realpart dR/dt. The trajectory between the start and end points,which the impedance vector seen by the relay moves along, hasan elliptical shape.

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500

600

-600 -500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400

R [/phase]

X

[/phase]

PSD in

PSD out

ZM01 zone

ZM02 zone

Impedance ZR

start end

1

2

3

= 522


ZM01, ZM02 (Zr vector step-enters PSD zone, trajectory inclination angle: 225o)



8/21

82

As at the synchronous swings generation, also here the impact ofthe duration of impedance vector stay outside the PSD zone ontP2 timer activation for subsequent faster swings was examined.All tests were performed at zero value of parameter tH.After the test launch the impedance vector started its journeyfrom the start point to the end point, along the elliptical trajec-

tory, at a specic rate of change of the impedances real part dR/

dt. The impedance step-moved from the end point to the startpoint. From then the impedance vector started again to moveto the end point along the elliptical trajectory at a differentdR/dt rate. The subsequent asynchronous rotation could bedelayed by leaving the impedance vector in the start point fora specied time. Sample results of the tests for asynchronous

swings are presented in tab. 3.

Fig. 7. Impedance vector Zr trajectory at asynchronous power swings generated by CMC-256-6 tester versus characteristics of PSD

and distance zones ZM01, ZM02

Tab. 3. Test results of RED670 relays PSD response to asynchronous power swingsPSD settings: X1InFw = 450 , R1InFw = 200 , Fw = 60 , X1InRv = 100 , R1InRv = 200 , Rv = 60 , tP1 = 50 ms, tP2 = 30 ms, tW = 600 ms,

tH = 0 s, tR2 = 4 s.

-200

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

800

-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500

PSD in

PSD out

ZM01 zone

ZM02 zone

Impedance ZR

start end

R [/phase]

X

[/phase]

TestAsynch.rotation

dR/dt[/s]

t PSD[ms]

t PSD set[ms]

t ZM02 set[ms]

t PSD out[ms]

Remarks

1

I 80075> tP1

585(575)

(280)

506< tW PSD enabled

During each synchronous rotation PSD is activated, no distance zones areactivated

II 100060> tP2

468(460)

(224) 438

< tWIII 1330

45> tP2

351(345)

(168)

2

I 80075> tP1

585(575)

(280)

506< tW PSD enabled

Time between the second and third asynchronous rotations exceeds tW.No PSD response and distance zone tripping

II 100060> tP2

468(460)

(224) 738

> tW

III 133045< tP1

171(168)

3

I 89067< tP1

258(252)

490< tW

PSD enabled

At the rst swingt PSD < tP1 no PSD responseto any swing

II 100060< tP1

231(224) 438

< tWIII 1330

45< tP1

174(168)

4

I 80075> tP1

582(575)

(280)

790> tW

PSD enabled

Time between the rst and second asynchronous rotations exceeds tW. NoPSD responseto the second asynchronous rotation(tPSD < tP1)

II 107053< tP1

198(196) 790

> tWIII 800

75> tP1

581(575)

(280)



9/21

83

Designations in the table:dR/dt rate of change of impedances real part R during swingother designations as in tab. 2.

Based on the results of the tests carried out for asynchronous

swings, performance of the RED670 relays PSD feature should beassessed positively. The PSD feature performed consistently withexpectations for its characteristics dened parameters.

4. Tests of PSD response topower swingscaused by disturbances in the power systemin the example of arnowiec nodeOne of the possibilities to analyze an automatic protectionsystems response to disturbances in a power system is time--domain simulation testing. For this purpose a simulationsoftware is required that allows calculating power ows andto make dynamic calculations. With such tools and a power

systems exact ow and dynamic model, tests can be performedthat will verify the impedance relay response to short circuits andpower swings.Therefore, simulation tests were performed for arnowiecgeneration node (g. 8). For the simulation the national powersystems model was used, which included static and dynamicparameters of all 400, 220 and 110 kV nodes and lines, transfor-mers and generation units in system power plants.Before the disturbance there were two units operated inarnowiec Hydro Plant, each generating 24 Mvar and 179 MW.The simulation results presented here illustrate the trajectories

of the impedance Zr seen by the distance protection in RED670relay during power swings caused by three-phase short-circuitsin the nearby power lines and nodes. These trajectories are setagainst distance zones and PSD features characteristics. Eachgure shows operating impedance Zr prior to the disturbance

(green Zr before SC), and Zr trajectories during the shortcircuit (purple Zr during SC) and after short-circuit clearing(brown Zr after SC).Fig. 9 and 10 show impedance trajectories caused by a threephaseshort-circuit on SLK415 substation bus bars, lasting 0.6 s. Theresulting power swings were synchronous and its trajectoryenters zone ZM02 of the distance protection for 580 ms. Theactivation time exceeds the release time set at 100 ms. In thiscase, the relays distance zones should be blocked by the PSDfeature. In the case shown in g. 9 the PSD feature is activated,

because the duration of impedance transit through its zoneduring the fault is 110 ms and exceeds tP1 = 50 ms. Fig. 10 showsa situation where the PSD feature is not activated, because theimpedance vector step-passes its impedance zone. The X1lnRvsetting was too high.

arnowiec PSPZRC415

G1 G2

TR1

G3 G4

TR2

BPL115 WEJ115

CHL115

GNZ115 OPI115

ZRC 425

GBL 415 GBL 425

SLK415

DUN415

OLM415

GRU415

ZRC 115 ZRC125

4x 179 MW

4x -200 MW

400 kV

110 kV

250MVA250MVA

Fig. 8. arnowiec node diagram (based on the national power system

model used in the simulation programme)

-400

-200

0

200

400

600

800

-1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400

X[/phase]

R [/phase]

Zr after SC

Zr during SC

Zr before SC

PSD in

PSD out

ZM01

ZM02

Fig. 9. Trajectory of impedance measured on arnowiec Hydro Plant unit generator transformers high voltage side during synchronous power swings

caused by three-phase short circuit on SLK415 bus bars; fault duration 0.6 s; X1lnRv = 70 , tPSD= 110 ms > tP1, tZM02_set= 580 ms > tZM02_trip= 100 ms

(PSD activation and distance zones blocking)



10/21

84

Fig. 11 shows the impedance trajectory caused by a three-phaseshort-circuit in the middle of the 400 kV line between ZRC andSLK nodes. The fault was cleared after 0.6 s by switching off thefaulty line. In this case asynchronous power swings developed arnowiec Hydro Plants units assumed asynchronous operating

mode. The impedance vector stayed in the PSD zone for 240 ms,i.e. longer than tP1 setting, which activated the PSD and blocked

the distance zones. The distance protections disabling by PSDactivation should be regarded as legitimate, because if there is anasynchronous swing (loss of generators synchronism) the unitsshould be switched off by a dedicated poles slip protection. Thisprotection sends a pulse to open the units on-off switch at the

right and most favourable power angle , after a preset numberof asynchronous rotations.

-400

-200

0

200

400

600

800

-1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400

X[/phase]

R [/phase]

Zr after SC

Zr during SC

Zr before SC

PSD in

PSD out

ZM01

ZM02

Fig. 11. Trajectory of impedance measured on arnowiec Hydro Plant unit generator transformers high voltage side during asynchronous power swings

caused by a three-phase short circuit on ZRC-SLK line (fault at 50% distance from ZRC node); fault duration 0.6 s; X1lnRv = 70 , tPSD= 240 ms > tP1,tZM02_set = 140 ms > tZM02_trip= 100 ms (PSD activated and distance zones blocked)

Fig. 10. Trajectory of impedance measured on arnowiec Hydro Plant unit generator transformers high voltage side during synchronous power swings

caused by three-phase short circuit on SLK415 bus bars; fault duration 0.6 s; X1lnRv = 200 , tPSD= 0 ms > tP1, tZM02_set= 580 ms > tZM02_trip= 100 ms (no

PSD activation and ZM02 distance zone tripping)

-400

-200

0

200

400

600

800

-1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400

X[/ph

ase]

R [/phase]

Zr after SC

Zr during SC

Zr before SC

PSD in

PSD out

ZM01

ZM02



11/21

85

Another example of asynchronous swings caused by a three-phase short-circuit is shown in g. 12. In this case a circuit of ZRC GBL 400 kV line was short-circuited. The fault was cleared after0.4 s by switching off the faulty line. Here, however, PSD didntreact, because during the fault the impedance step-crossed

the PSD characteristic. Since PSD wasnt activated, the distancezone responded and sent a tripping pulse before the pole swingprotection. Such a situation should be considered inappropriate.If the X1lnRv parameter was set to a lower value, then duringthe fault the impedance would reach the PSD zone, and the PSDwould block the tripping.

5. Summary and conclusionsAppropriate selection of power swing blocking parametersin distance protection relays is important for power systemoperation safety. The test results presented in the paper showthat during power swings the power system protection relays

may react differently to the same fault, depending on the relaysettings. A protection devices inappropriate response to powerswings can cause a system failure with grave consequences.Settings for impedance protection relays should be selected foreach power unit and node independently, taking into accountdifferent possible grid congurations and control system para-meters. Analyses of this type are easiest and cheapest whenbased on time-domain simulation tests.The conclusion may also be drawn from the completed tests thatdistance relays should be able to dene power swing blocking

characteristics for forward and reverse distance zones indepen-dently. In the currently operated impedance relays, such as thoseinstalled in unit feeder bays in HV power plant substations, therelays measuring zones are nondirectional, facing the powersystem, as well as the plant. In such a case the power swing

blocking characteristic covers all zones. The simulation resultspresented above show that in the case of a fault in the powersystem the impedance vector step enters where the systemfacing zones are dened (reverse zones III, IV and V). During anextended three-phase short-circuit the impedance trajectorypasses to the rst and second quadrants in the R-X plane in lessthan 0.5 seconds, and thus may activate the unit facing (forward)distance zones. Since the impedance vector has step-crossed thePSD characteristic, the PSD is not activated, and as a result theunit may be switched off by the forward zones I and II, even ifthe fault occurred in the system. Such an unnecessary distancerelay tripping might be avoided if the PSD could be dened inde-

pendently for the unit and system facing zones. With this option,the PSD characteristics parameters should be selected so thatit adheres as closely as possible to the distance zone facing thegiven direction.It should also be noted that the object tests of ABB RED670 relayshowed its distance features appropriate response to the gene-rated power swings. The PSD power swing blocking feature acti-vated as expected at given settings and swing parameters. Nodeviations were ascertained from the PSD algorithm declared bythe manufacturer.

Fig. 12. Trajectory of impedance measured on arnowiec Hydro Plant unit generator transformers high voltage side during asynchronous power swings

caused by three-phase fault in a circuit of ZRC-GBL line (fault at 20% distance from ZRC node); fault duration 0.4 s; X1lnRv = 70 , tPSD= 0 ms > tP1,

tZM02_set= 200 ms > tZM02_trip= 100 ms (PSD not activated and ZM02 distance zones tripped)

-400

-200

0

200

400

600

800

-1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400

X[/phase]

R [/phase]

Zr after SC

Zr during SC

Zr before SC

PSD in

PSD out

ZM01

ZM02



12/21

86

REFERENCES

1. ABB, Technical reference manual. Line differential protection IED RED

670, Document ID: 1MRK505183-UEN, Issued: December 2007.

2. ABB, Application manual. Line differential protection IED RED 670,

Document ID: 1MRK505186-UEN, Issued: January 2008.3. ABB, Technical reference manual. Line distance protection IED REL

670, Document ID: 1MRK506275-UEN, Issued: December 2007.

4. ABB, Application manual. Line distance protection IED REL 670,

Document ID: 1MRK506278-UEN, Issued: December 2007.

5. Bako T. et. al. Opracowanie katalogu wymaga dla systemw

zabezpiecze elektrycznych generatorw w zakresie stosowanych

funkcji i koordynacji ich nastaw z EAZ w sieci przesyowej, Etap I,

[Catalogue of requirements for generator protection relay systems

with regard to their features, and coordination of their settings with

transmission grid protection relay systems, Stage I], Institute of Power

Engineering, Warsaw 2010.

6. Dobrzyski K., Klucznik J., Lubony Z., Zabezpieczenia impedancyjne

blokw energetycznych przy zwarciach bliskich [Impedance protec-

tions of power units at close faults], proceedings of XIV National

Conference Relay Protections in Power Engineering, Warsaw-

Jzefw, 1921 October 2011.

7. Dytry H. et. al. Opracowanie katalogu wymaga dla systemw

zabezpiecze elektrycznych generatorw w zakresie stosowanych

funkcji i koordynacji ich nastaw z EAZ w sieci przesyowej, Etap II,

[Catalogue of requirements for generator protection relay systems

with regard to their features, and coordination of their settings with

transmission grid protection relay systems, Stage II], Institute ofPower Engineering and Gdask University of Technology, Warsaw

2011.

8. Machowski J., Smolarczyk A., Brzeszczak L., Opracowanie zasad nas-

taw blokad przeciwkoysaniowych zabezpiecze pod ktem odbu-

dowy systemu [Setting principles for protection relays power swing

blocking feature with a view to system recovery, Institute of Power

Engineering of Warsaw University of Technology, Warsaw 2005.

9. Smolarczyk A., Sposoby nastawiania impedancyjnych blokad

przeciwkoysaniowych stosowanych w zabezpieczeniach

odlegociowych, materiay [Setting of impedance power swing

blocking features for distance protection relays], proceedings of XV

International Scientic Conference Present-day Problems of Power

Engineering, Gdask-Jurata, 810 June 2011.

Maciej osiski

arnowiec Hydro Power Plant

e-mail: [email protected]

After graduating from the Faculty of Electrical and Control Engineering at Gdask University of Technology he was employed at arnowiec Hydro Power Plant (1998).

He is currently the manager of the plants Automation and Relay Protections Department. He obtained his doctor of engineering degree at this faculty (2005). Hisresearch interests focus on issues related to power system relay protections, and to modelling and analysis of power system operation, with particular emphasis on the

problems of voltage and reactive power ow control.

Jacek Klucznik

Gdask University of Technology

e-mail: [email protected]

Graduated as Master of Engineering from the Faculty of Electrical and Control Engineering at Gdask University of Technology (1999). Five years later he obtained his

Ph.D. An assistant professor at the Power Engineering Department of Gdask University of Technology. His areas of interest include control systems for generators and

turbines, wind power generation, and power system automatic protections.



13/21

87

1. WstpZabezpieczenia impedancyjne, zainstalo-wane w systemie elektroenergetycznym, snaraone na zbdne pobudzanie si i dzia-anie w trakcie koysa mocy. Najczstszprzyczyn powstawania koysa mocy szakcenia w postaci zwar w sieci prze-syowej. W zalenoci od miejsca i czasutrwania zwarcia koysania mog miecharakter synchroniczny lub asynchro-niczny. Jeeli zwarcie wystpi w pobliuwza wytwrczego, a czas jego likwidacjinie jest zbyt dugi, wtedy nie powinno

doj to utraty synchronizmu generatorw.W takim przypadku mog pojawi si silnekoysania, ktrym towarzysz due zmianyprdw i napi w liniach przesyowychi blokowych. Zmiany te oznaczaj zmniej-szanie si impedancji widzianej przez zabez-pieczenia odlegociowe. Gdy impedancjawidziana przez przekanik zmniejszy sido wartoci odpowiadajcej strefom pomia-rowym, wtedy moe doj do zbdnegozadziaania zabezpieczenia i wyczeniageneratorw lub linii. Takie wyczeniemoe doprowadzi do utraty synchronizmupozostaych generatorw lub przecielinii, co w konsekwencji moe doprowadzado gbokiej awarii SEE (black-out) [8].W przypadku zwar trwajcych zbyt dugo

i powstaych blisko elektrowni moe takedoj do utraty synchronizmu systemuelektroenergetycznego przez wypadniciez synchronizmu generatorw danej elek-trowni i przejcie ich do pracy asynchro-nicznej. Zjawisku pracy asynchronicznejtowarzysz take bardzo znaczne zmianyprdw i napi, co powoduje szybkiezmiany impedancji widzianej przez zabez-pieczenia odlegociowe. W tej sytuacjimoe take doj do zbdnego dziaaniatych zabezpiecze i wyczenia linii prze-syowych. Generatory, ktre znalazy siw stanie pracy asynchronicznej, powinnyzosta selektywnie wyczone przez dedy-kowane do tego zabezpieczenia od polizgubiegunw (PSP, ang.pole slip protection).W celu zmniejszenia ryzyka zbdnegodziaania zabezpiecze odlegociowych

w trakcie koysa mocy stosuje si w nichtzw. blokady koysaniowe (PSD, ang. powerswing detection). Dziaanie blokady polegana rozrnianiu zmian impedancji wywo-anych koysaniem mocy od zmiany impe-dancji wywoanej zwarciem i w przypadkupowstania koysa mocy blokada powinnadoprowadzi do zablokowania funkcji impe-dancyjnych zabezpieczenia.Istotne jest, aby blokady koysaniowe zabez-piecze odlegociowych dziaay w sposbprawidowy, tzn. waciwie rozpoznawaykoysania synchroniczne i asynchroniczne.

Bardzo wan kwesti jest take waciwydobr nastawie dla blokad PSD.W niniejszym artykule zosta przedstawionyopis zasady dziaania blokady koysaniowejdla funkcji zabezpiecze odlegocio-wych, w przekanikach serii 670, produkcjiABB. Przedstawione zostay take wynikii wnioski z bada obiektowych oraz symu-lacyjnych, obrazujcych zachowanie siblokady PSD w przekanikach zainstalowa-nych w Elektrowni Szczytowo-Pompowejarnowiec.

2. Zasada dziaania blokady koysaniowejPSD w przekanikach serii 670 (ABB)Zabezpieczenia odlegociowe w przeka-nikach serii 670, produkcji ABB, s zabez-

pieczeniami wielostrefowymi (RED670 3 strefy, RET670 4 strefy, REL670 5stref), z moliwoci indywidualnego okre-lania zasigu rezystancyjnego i reaktancyj-nego oraz kierunku dziaania kadej ze stref.Pomiar impedancji realizowany jest nieza-lenie dla kadej z moliwych ptli zwarcia:trzy ptle zwarcia dla zwar faza-faza i trzyptle dla zwar faza-ziemia.Na rys. 1 pokazano zewntrzn i wewntrznimpedancyjn wieloboczn charakterystykfunkcji PSD wraz z parametrami, za pomocktrych mona j ksztatowa. W tab. 1podane zostay nastawienia funkcji PSDwraz z ich zakresami i opisem.Pomiar impedancji wykorzystywany przezfunkcj PSD opiera si na tym samym algo-rytmie, ktry jest wykorzystywany przezstrefy pomiarowe funkcji zabezpieczenia

odlegociowego i jest wykonywany nieza-lenie dla kadej z faz L1, L2, L3. Funkcjadetekcji koysa mocy moe dziaaw dwch trybach: 1 z 3 lub 2 z 3. W trybie1 z 3 zadziaanie blokady nastpuje przywykryciu koysania w dowolnej z trzech faz.W trybie 2 z 3, aby doszo do pobudzeniablokady, koysanie musi zosta wykrytew co najmniej dwch fazach. Wybr trybudetekcji koysa moe by na trwae okre-lony w logice przekanika lub moe bydokonywany na podstawie zewntrznegosygnau podawanego na odpowiednie

wejcie binarne.Dziaanie funkcji blokady koysaniowejpolega na pomiarze czasu przejcia impe-dancji przez obszar pomidzy zewntrzni wewntrzn charakterystyk impedan-cyjn funkcji PSD.Jeeli zmierzony czas przejcia impedancjipomidzy strefami funkcji PSD jest duszyod nastawionego w czonie czasowym tP1,wtedy nastpuje zablokowanie wybranychstref odlegociowych. Koysania mocy srozpoznawane jako kolejne, jeeli mierzonaimpedancja opuci zewntrzn charakte-rystyk PSD na czas krtszy od nastawio-nego w czonie czasowym tW. W takimprzypadku do okrelenia, czy s to kolejne,szybsze koysania, wykorzystuje si czon

czasowy tP2. Jeeli impedancja pomidzystrefami PSD przejdzie w czasie duszymod tP2, wtedy koysania s traktowane jakokolejne w ramach tego samego zdarzenia.Dziki moliwoci nastawienia osobnychczasw detekcji dla pierwszego i kolejnychkoysa mona wykry kolejne koysaniao znacznie wikszej szybkoci zmian impe-dancji (dZ/dt) ni przy pierwszym koy-saniu. Nastawienie zbyt krtkiego czasu tP1dla pierwszego przejcia impedancji przezcharakterystyk PSD mogoby spowodowa,e funkcja blokady nie rozrni koysaniaod zwarcia.Funkcja blokady koysaniowej pozostajepobudzona do momentu opuszczeniaprzez impedancj zewntrznej charaktery-styki PSD. Pobudzenie moe zosta wydu-one o warto nastawy tH, odliczanej po

Analiza dziaania blokady koysaniowej zabezpieczeniaodlegociowego w przekanikach serii 670 produkcji firmy ABB

AutorzyMaciej osiskiJacek Klucznik

Sowa kluczowesystem elektroenergetyczny, zabezpieczenie odlegociowe, blokada koysaniowa

StreszczenieAutorzy prezentuj w artykule wyniki bada blokady koysaniowej PSD zabezpieczenia odlegociowego w przekanikach serii 670,produkcji firmy ABB. Badaniom poddano przekanik RED670, ktry wchodzi w skad zabezpiecze hydrozespou w ElektrowniSzczytowo-Pompowej arnowiec. Analiza dziaania blokady koysaniowej zostaa przeprowadzona na podstawie wynikw badaobiektowych, wykonanych za pomoc cyfrowego testera zabezpiecze firmy Omicron. Zaprezentowane zostay take wyniki badasymulacyjnych, ktre obrazuj dziaanie blokady PSD w trakcie koysa mocy wywoanych zakceniami w systemie elektroenerge-tycznym. Pokazano, jak zabezpieczenia odlegociowe mog reagowa na to samo zakcenie w zalenoci od przyjtych nastawie.

PL

This is a supporting translation of the original text published in this issue of Acta Energetica on pages 7586. When referring to the article please refer to the original text.

M. osiski, J. Klucznik | Acta Energetica4/13 (2012) |translation 7586


14/21

88

opuszczeniu przez impedancj zewntrznejstrefy PSD. Jeeli koysanie mocy zostaniewykryte i impedancja mierzona bdziepozostawa w obszarze charakterystyki dzia-ania blokady przez czas duy od nastawytR2 (tzw. czas deblokady), wtedy funkcjaPSD zostaje zablokowana.

Istnieje take moliwo zablokowaniafunkcji blokady koysaniowej, jeeli w trakciekoysa pojawi si zwarcie doziemne (ska-dowa zerowa prdu). W takim przypadku poczasie opnienia tR1, odliczonym od chwiliwykrycia zwarcia, nastpuje odblokowaniestref odlegociowych (zablokowanie funkcjiPSD).Funkcja blokady koysaniowej PSD w zabez-pieczeniach serii 670 moe zosta uzupe-niona o tzw. dodatkow logik koysamocy (PSL, ang. power swing log ic).Dziki tej dodatkowej funkcji moliwejest szybkie i selektywne likwidowaniernych zwar w zabezpieczanej liniipodczas trwania koysa mocy w systemieelektroenergetycznym.

3. Badanie blokady koysaniowejw przekaniku RED670Badaniom zosta poddany przekanikRED670 produkcji ABB, ktry wchodziw skad zabezpiecze hydrozespouw Elektrowni Szczytowo-Pompowejarnowiec. Schemat wyprowadzeniamocy hydrozespou pokazano na rys. 2.Podstawow funkcj tego przekanika jest

Rys. 1. Moliwoci formowania charakterystyki blokady koysaniowej PSD w przekanikach serii REx670(Fw = RLdOutFw*(1-kLdRFw), Rv = RLdOutRv*(1-kLdRRv), X1OutFw = X1InFw + Fw, R1OutFw = R1InFw +Fw, X1OutRv = X1InFw + Rv, R1OutRv = R1InFw + Rv)

Tab. 1. Nastawienia funkcji PSD w przekanikach serii 670 (ABB)

R

jX

X1InFw

X1OutFw

R1Lin

Fw

Fw

R1InFw R1OutFwR1InRvR1OutRv

X1InRv

X1OutRv

Rv

FwRv

Rv

ZL

L

=R1Lin

X1InFwarctan

kierunek do przodu

(w stron bloku)

kierunek do tyu

(w stron systemu)

Strefa ZM (Fw)

Strefa ZM (Rv)

Charakterystyka PSD (zewn.)

Charakterystyka PSD (wewn.)

ZR


Parametr ZakresNastawienie

domylneJednostka Opis

Operation On Off Off Funkcja PSD: ON zaczona, OFF wyczona

X1InFw 0,103000,00 30,00 Skadowa zgodna reaktancji okrelajca zasig reaktancyjny charakter ystyki wewntrznej do przodu

R1FInFw 0,101000,00 30,00 Skadowa zgodna rez ystancji okrelajca zasig rez ystancyjny charakter ystyki wewntrznej do przodu

R1Lin 0,101000,00 30,00

Rezystancja linii dla okrelenia kta wewntrznej charakterystyki rezystancyjnej do przodu,

X1InR v 0,103000,00 30,00 Skadowa zgodna reaktancji okrelajca zasig reaktancyjny charakter ystyki wewntrznej do tyu

R1FInRv 0,101000,00 30,00 Skadowa zgodna rez ystancji okrelajca zasig rez ystancyjny charakter ystyki wewntrznej do tyu

OperationLdCh

On Off On Dziaanie odcicia od obcienia

RLdOutFw 0,103000,00 30,00 Rezystancja ok relajca zewntrzn rezystancyjn granic dla obcienia do przodu

ArgLd 570 25 Kt okrelajcy obszar impedancji obcienia

RLdOutRv 0,103000,00 30,00 Rezystancja okrelajca zewntrzn rezystancyjn granic dla obcienia do tyu

kLdRFw 0,500,90 0,75 Mnonik dla okrelenia wewntrznej rezystancyjnej granicy dla obcienia do przodu

kLdRRv 0,500.90 0,75 Mnonik dla okrelenia wewntrznej rezystancyjnej granicy dla obcienia do tyu

IMinOpPE 530 10 %IB Minimalny prd dziaania funkcji PSD

IBase 199999 3000 A Prd bazowy dla nastaw prdowych

tP1 0,00060,000 0,045 s Nastawa dla czonu czasowego detekcji pierwszego (wolnego) koysania mocy

tP2 0,00060,000 0,015 s Nastawa dla czonu czasowego detekcji nastpnych (szybszych) koysa mocy

tW 0,00060,000 0,250 sCzas oczekiwania do aktywacji czonu czasowego tP2 (zamiast tP1) odpowiedzialnego za identykacjkolejnych szybszych koysa mocy. Czas tW jest liczony od momentu opuszczenia przez impedancjcharakterystyki zewntrznej PSD podczas koysania do ponownego jej wejcia do strefy PSD

tH 0,00060,000 0,500 s Czas podtrzymania sygnau wyjciowego funkcji PSD po opuszczeniu przez impedancj strefy PSD_out

tEF 0,00060,000 3,000 s Zwoka czasowa na przeczekanie czasu przerwy bezprdowej w cyklu SPZ jednofazowego

tR1 0,00060,000 0,300 sCzon czasowy do opnienia blokowania (sygnau blokujcego INHIBIT) funkcji PSD po wykryciu zwarciadoziemnego (skadowej zerowej prdu) w trakcie trwania koysa

tR2 0,00060,000 2,000 s

Czon czasowy do zerowania sygnau wyjciowego funkcji PSD przy bardzo wolnych koysaniach mocy

(czas deblokady). Funkcja PSD jest blokowana (dezaktywacja blokady koysaniowej) gdy mierzona impe-dancja bdzie przebywa cigle w obszarze PSD_in przez nastawiony czas tR2


15/21

89

realizacja zabezpieczenia rnicowoprdo-wego linii blokowej (87L). Zabezpieczenieskada si z dwch pkompletw (przeka-nikw): jeden umieszczony jest na tereniestacji 400 kV arnowiec, drugi zabudowanyzosta w szafach zabezpiecze bloku na ternieESP arnowiec. Komunikacja midzy dwoma

pkompletami zabezpieczenia odbywa sidrog cyfrow za porednictwem cza wia-towodowego. Przekanik RED670 na terenieelektrowni zosta wyposaony dodatkowow funkcj zabezpieczenia odlegociowego.Zabezpieczenie mierzy impedancj widzianod strony grnego napicia transformatorablokowego. Uruchomione zostay w nimdwie strefy odlegociowe ZM01 i ZM02,obejmujce swym dziaaniem transformatorblokowy i generator. Strefa pierwsza obej-muje swym zasigiem 70% uzwoje transfor-matora blokowego, za strefa druga w caocichroni transformator blokowy oraz gene-rator. Zabezpieczenie odlegociowe stanowirezerw dla zabezpiecze podstawowychod zwar wewntrznych bloku w przekani-kach REG216.Do przeprowadzenia bada blokady koysa-niowej w przekaniku RED670 wykorzystanyzosta cyfrowy tester zabezpiecze CMC256-6, firmy Omicron. Ponadto do wygenero-wania prdw i napi z testera zabezpiecze,odzwierciedlajcych koysania mocy, uytoprogramu State Sequencer, ktry wchodziw skad pakietu Test Universe, dostarczo-nego przez firm Omicron. Wygenerowanekoysania mocy za pomoc testera miaycharakter 3-fazowy symetryczny.

W dalszej czci artykuu przedstawionezostay wyniki bada obrazujce zacho-wanie si blokady koysaniowej oraz stref

odlegociowych w trakcie zmian impe-dancji widzianej przez przekanik, prze-biegajcej po trajektoriach wystpujcychw trakcie synchronicznych i asynchronicz-nych koysa mocy.Przykadowe przebiegi sygnaw generowa-nych przez tester w trakcie koysa mocyi zachowanie si badanego przekanikapokazano na rys. 3.Wartoci napi, prdw i impedancjina przedstawionych przebiegach i charak-terystykach odnosz si do strony grnegonapicia transformatora blokowego (400 kV).

3.1. Koysania synchroniczneNa rys. 4 i 5 przedstawiono przebieg trajek-torii impedancji mierzonej przez przekanik

RED670 w trakcie generowania koysasynchronicznych, za pomoc mikropro-cesorowego testera CMC 256-6 Omicron.Na rysunkach zilustrowano zdefiniowanew przekaniku pomiarowe strefy impe-dancyjne zabezpieczenia odlegociowegoi blokady koysaniowej. W kadym teciegenerowane byy trzy koysania synchro-niczne o okrelonym kcie nachylenia trajektorii impedancji do osi rzeczywistej Ri okrelonej szybkoci zamian impedancjidZ/dt. Ponadto w trakcie kolejnych koysazmieniano czas przebywania impedancjimierzonej poza stref zewntrzn funkcjiPSD w celu pokazania wpywu parametrutW (czas oczekiwania do aktywacji czonuczasowego tP2) na dziaanie blokady koy-saniowej. Wszystkie badania wykonanoprzy zerowej wartoci parametru tH funkcjiPSD (tH czas podtrzymania sygnauwyjciowego funkcji PSD po opuszczeniu

I11-A +Rej

I13-A

WSR

WW

WG

U5-B+Rej

HEK3

1 2

G/S

I

TU1-3

SR

Rozdzielnia 6kV

potrzeby wasne

TU1-3

I1-A

I2-B

Rej

I7-A

I8-B

I12-B

I14-B

TU4

U2-A/B

U4-A/B+Rej

U3-B+Rej

U1+RejU2+Rej

1500/5 A/A

Zasilanie z rozdzielni 0,4kV

I3

SRRH

228MVA/209MVA

210/179 MW

15,75kV+/- 7,5%

240MVA

420/15,75kV

Yd11, uz=13,6%

1600kVA

15,75/0,6 kV

Dy5 uz=6%

13MW

6kV

TU1010/0,1 kV/kV

TW

TB

TJ1-310000/5 A/A

TJ232000/5 A/A

Od1 Od2

FG2

Od3Od4

350

6/0,1 kV/kV

M

TJ10-12

TU17-19

I15-B

U6-A+Rej

Pole 31

87L+Rej

1

REr

1000

2x2F

rejestrator

U1-A+Rej

Rej.

RC

2x1

reg. napicia

pomiar energii

pomiar energii

model. ciepl. TB

pomiar energii

pomiar energii

pomiar energii

TJ20-222000/5 A/A

TJ17-192000/5 A/A

RPr

100

Uw

II

III

IV

REs

1250

RPs

150

OR

TJ14-16

1000/5 A/A

TJ13

500/5 A/A

TJ4-62000/5 A/A

TU11-13

I

I5-B

reg. obrotwTJ4-610000/5 A/A

II

III

IV

reg. napicia

ADG24

TU4-6

TU7-9

I

II

III

I

TJ7-910000/5 A/A

II

III

IV

TU14-16

I

II

87L

I10-B

I

II

III

IV

TJ10-12400/1 A/A

I

II

III

IV

TJ24-26400/5 A/A

I9-A

pomiar energii

pomiar energii

rejestrator

WB

Rozdzielnia 400kV

DLF420

Pole 16

87L500/1 A/A

I

I1

SRRHII

III

TJ7-92000/5 A/A

Rej.

I

SRRHII

III

SRRH

RejI

I2

REFII

III

TJ1-32000/5 A/A

kV

kV

3

1,0

3

400

kV

kV

3

0,1

3

1,0

3

15

kV

kV

3

0,1

3

1,0

3

6

kV

kV

3

0,1

3

1,0

3

15

kV

kV

3

0,1

3

1,0

3

15

kV

kV

3

0,1

3

1,0

3

15

kV

kV

3

0,1

3

1,0

3

15

Rys. 2. Schemat wyprowadzenia mocy hydrozespou w ESP arnowiec

Rys. 3. Przykadowy przebieg prdu i napicia zarejestrowany przez przekanik RED670 w trakcie synchronicz-nego 3-fazowego koysania mocy wygenerowanego za pomoc testera Omicron CMC256-6. Trzykrotne wejcietrajektorii impedancji w odlegociow stref pomiarow ZM01 i ZM02 (tZM01 = 50 ms, tZM02 = 100 ms). Szybkozmian impedancji: dZ1/dt = 1500 /s, dZ2/dt = 2000 /s, dZ3/dt = 2500 /s. Wariant A: zaczona funkcja PSD blokowanie stref odlegociowych, Wariant B: wyczona funkcja PSD widoczne pobudzenie i zadziaanie strefodlegociowych

IL1

t/s-0.75 -0.50 -0.25 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75

IL1/A

-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

UL1

t/s-0.75 -0.50 -0.25 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75

UL1/ V

-300000

-200000

-100000

0

100000

200000

t/s-0.75 -0.50 -0.25 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75

PSD1-STARTZM03-TRIPZM02-TRIP

ZM02-STARTZM01-START

t/s-0.75 -0.50 -0.25 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75

PSD1-STARTZM02-TRIP

ZM02-STARTZM01-TRIP

ZM01-START

Option A

Option B



16/21

90

przez impedancj strefy zewntrznej). Dlaktw z przedziau od 0odo 90oprzebiegtrajektorii impedancji odbywa si zgodniez rys. 4. W trakcie kadego koysania nast-powao zmniejszanie impedancji od punktustart do wartoci minimalnej w pobliupunktu (0,0) paszczyzny R-X, z okre-

lon prdkoci dZ/dt. Po osigniciuwartoci minimalnej nastpowaa sytuacjaodwrotna wzrost impedancji z t samprdkoci do osignicia punktu koniec.

Rozpoczynanie kolejnego koysania mogoby opnione przez pozostawienie wektoraimpedancji w punkcie koniec na zadanyczas. Przy badaniach dla ktw wikszychod 90oprzebieg trajektorii impedancji poka-zano na rys. 5. W tym przypadku zmianyimpedancji w trakcie konkretnego koy-

sania wyglday nastpujco: pomidzypunktem start i 1 nastpowaa zmianaimpedancji z okrelon szybkoci dZ/dt,od punktu 1 do 2 impedancja zmieniaa

warto skokowo, w punkcie 2 impedancjaprzebywaa przez okrelony czas (200 ms),nastpnie skokowe przejcie do punktu 3i wzrost wartoci impedancji z prdkocidZ/dt do punktu koniec.

Przykadowe wyniki przeprowadzonych

bada, obrazujce dziaanie blokady PSDw przekaniku RED670 w trakcie koysasynchronicznych, przedstawiono w tab. 2.

Test

[o]koy-sanie

dZ/dt[/s]

t PSD[ms]

t PSDset

[ms]

t ZM01set[ms]

t ZM02set[ms]

t PSD out[ms]

Uwagi

1 45

I 150056

> tP1

114(118)

198(202)

320< tW

Wyczona funkcja PSD

W trakcie kadego koysania nastpuje pobudzenie i zadziaaniestref odlegociowych

II 200042

> tP2

87(88)

150(152) 240

< tWIII 2500

34> tP2

69

(71)117

(121)

2 45

I 1500 56> tP1 429(427) (118) (202) 320< tWZaczona funkcja PSD

W trakcie kadego koysania nastpuje pobudzenie blokady PSD,brak pobudze stref odlegociowych

II 200042

> tP2321

(320)

(88)

(152) 240< tW

III 250034

> tP2258

(256)

(71)

(121)

3 45

I 150056

> tP1430

(427)

(118)

(202)320< tW

Zaczona funkcja PSD.Pomidzy II i III koysaniem wyduono czas przebywaniaimpedancji poza charakterystyk PSD. Przy trzecim koysaniu niepobudza si blokada PSD(tPSDout > tw aktywny timer tP1)

II 200042

> tP2322

(320)

(88)

(152) 640> tW

III 250034

< tP1

69(71)

120(121)

4 90

I 100060

> tP1954

(949)

(119)

(709)220< tW

Zaczona funkcja PSD

W trakcie kadego koysania nastpuje pobudzenie blokady PSD

II 140042

> tP2681

(678)

(85)

(507) 170

< tWIII 1600 37> tP2 597(593) (74) (443)

5 90

I 100060

> tP1954

(949)

(119)

(709)220< tW Zaczona funkcja PSD

W trackie trzeciego koysania tPSD < tP2 brak dziaania blokady PSD w trakcie trzeciego koysania

II 140042

> tP2681

(678)

(85)

(507) 150< tW

III 210028

< tP2

60(57)

345(228)

6 135

I 150056

> tP1530

(532)

(200)

400< tW

Zaczona funkcja PSD

Pomidzy II i III koysaniem wyduono czas przebywania impe-dancji poza charakterystyk PSD.Przy trzecim koysaniu nie pobudza si blokada PSD (tPSDout > tW aktywny timer tP1)

II 200042

> tP2446

(449)

(200) 710

> tWIII 2500

34< tP1

187

(200)

7 135

I 150056

> tP1530

(532)

(200)

400< tW Zaczona funkcja PSD

W trackie trzeciego koysania tPSD < tP2- brak dziaania blokady PSD w trakcie trzeciego koysania

II 2000 42> tP2

446(449)

(200) 280

< tWIII 3000

28< tP2

188

(200)

8 225

I 150056

> tP1435

(438)

(200)480< tW

Zaczona funkcja PSD

W trakcie kadego koysania nastpuje pobudzenie blokady PSD

II 200042

> tP2381

(379)

(200) 370

< tWIII 2500

34> tP2

339(343)

(200)

9 225

I 150056

> tP1436

(438)

(200)


W trackie trzeciego koysania t PSD < tP2 brak dziaania blokady PSD w trakcie trzeciego koysania

II 200042

> tP2380

(379)

(200) 340

< tWIII 3000

28< tP2

176

(200)

Tab. 2. Wyniki bada blokady PSD w zabezpieczeniu RED670 w trakcie koysa synchronicznych.Nastawienia funkcji PSD: X1InFw = 450 , R1InFw = 200 , Fw = 60 , X1InRv = 100 , R1InRv = 150 , Rv = 60 , tP1 = 50 ms, tP2 = 30 ms, tW = 600 ms, tH = 0s,tR2 = 4 s.



17/21

91

Oznaczenia w tabeli: kt nachylenia trajektorii

impedancji do osi wartocirzeczywistych R

dZ/dt szybko zmian impedancjiw trakcie koysania

t PSD czas przejcia impedancjiprzez charakterystyk PSD(wyznaczony na podstawiedZ/dt i kta )

t PSD set czas pobu dzen ia b lokadyPSD odczytany z rejestra-tora przekanika RED670(w nawiasie podano czaspobudzenia blokady PSD,obliczony na podstawie dZ/dti kta )

t ZM01 set czas pobudzenia strefy ZM01odczytany z wewntrznegorejestratora przekanikaRED670 (w nawiasie podanoczas przebywania wektoraimpedancji w strefie ZM01obliczony na podstawie dZ/dti kta )

t ZM02 set czas pobudzenia strefy ZM02odczytany z wewntrznegorejestratora przekanikaRED670 (w nawiasie podanoczas przebywania wektoraimpedancji w strefie ZM02,obliczony na podstawie dZ/dti kta )

t PSD out czas przebywania impedancjipoza charakterystyk PSD(czas pomidzy kolejnymikoysaniami wyznaczonyna podstawie dZ/dt i kta ).

Na podstawie wynikw z przeprowadzo-nych bada przekanika RED670 w trakciekoysa synchronicznych mona stwier-dzi, e funkcja blokady koysaniowej PSDzachowuje si zgodnie z opisem zawartymw dokumentacji producenta. Przy przejciutrajektorii impedancji przez charakterystykPSD w czasie duszym od nastawionego(tP1, tP2) nastpowao pobudzanie blokadykoysaniowej i blokowanie stref odlegocio-wych. W trakcie pobudzenia blokady PSDi przebywania wektora impedancji w stre-fach odlegociowych przez czas duszyod nastawie dla tych stref nie nastpo-wao zadziaanie przekanika i wygenero-wanie impulsu wyczajcego. Prawidowonastpowao take uaktywnianie timera

tP2 w przypadku kolejnych koysa, jeelipowrt impedancji do strefy PSD nast-powa w czasie krtszym od nastawionegotW. Jeeli czas ten zosta przekroczony, wtedyponownie aktywowa si timer tP1 i przyszybszych koysaniach nie nastpowaozadziaanie blokady koysaniowej. Naleypodkreli, e czasy pobudze blokady koy-saniowej i czasy przebywania impedancjiw strefach odlegociowych, odczytywanez wewntrznego rejestratora przekanikaRED670, byy zbiene z czasami obliczo-nymi na podstawie parametrw charaktery-styk impedancyjnych i parametrw trajek-torii impedancji generowanej przez testerzabezpiecze.Sprawdzono take dziaanie blokady koy-saniowej przy skokowym wejciu wektora

Rys. 4. Przebieg trajektorii wektora impedancji Zr przy synchronicznych koysaniach mocy generowanychza pomoc testera CMC-256-6 na tle charakterystyki PSD i stref odlegociowych ZM01, ZM02(kt nachylenia trajektorii: 45o)

Rys. 5. Przebieg trajektorii wektora impedancji Zr przy synchronicznych koysaniach mocy generowanychza pomoc testera CMC-256-6 na tle charakterystyki PSD i stref odlegociowych ZM01, ZM02(kt nachylenia trajektorii: 135o)

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500

R [/faz]

X

[/faz] PSD in

PSD out

Strefa ZM01

Strefa ZM02

Impedancja ZR

=45

start

koniec

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500

R [/faz]

X

[/faz] PSD in

PSD out

Strefa ZM01

Strefa ZM02= 531

start

koniec

2

3

1

Impedancja ZR

Rys. 6. Przebieg trajektorii wektora impedancji Zr przy synchronicznych koysaniach mocy generowanych za pomoctestera CMC-256-6 na tle charakterystyki PSD i stref odlegociowych ZM01, ZM02 (skokowe wejcie Zr w strefPSD, kt nachylenia trajektorii: 225o)

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500

600

-600 -500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400

R [/faz]

X[/faz]

PSD in

PSD out

Strefa ZM01

Strefa ZM02

Impedancja ZR

sta rt kon iec

1

2

3

= 522



18/21

92

impedancji w stref blokady PSD. Przebiegtrajektorii impedancji na tle charaktery-styk impedancyjnych przekanika w trakcietych bada przedstawiono na rys. 6. Pouruchomieniu testu przez okrelony czasimpedancja pozostawaa w punkcie start.Nastpnie warto impedancji ulegaaskokowej zmianie do pkt 1, lecegopomidzy zewntrzn i wewntrzn charak-terystyk funkcji PSD. Po skokowej zmianiewartoci wektor impedancji zaczyna prze-mieszcza si po trajektorii pomidzy pkt 1i 2 z zadan szybkoci dZ/dt. Po osigniciupkt 2 nastpowaa skokowa zmiana wartociimpedancji do pkt 3, lecego w strefieodlegociowej ZM02. W pkt 3 wektor

impedancji przebywa przez czas duszyod nastawienia dla strefy ZM02 i po tymczasie nastpowao kolejne skokowe przej-cie do punktu koniec.Badanie to wykazao, e blokada koy-saniowa zachowuje si poprawnie przy

skokowym wejciu impedancji w strefPSD. Jeeli czas przebywania wektora impe-dancji w strefie charakterystyki PSD byduszy od nastawionej wartoci tP1, wtedynastpowao uruchomienie blokady koysa-niowej i zablokowanie stref impedancyjnychprzekanika.

3.2. Koysania asynchronicznePrzebieg trajektorii impedancji w trakciebada zachowania si przekanika RED670przy koysaniach asynchronicznych przed-stawiono na rys. 7. Na rysunku wida takezdefiniowane strefy odlegociowe orazcharakterystyk impedancyjn blokadyPSD. W kadym tecie generowane byy

trzy obroty asynchroniczne, ktre miayokrelon szybko zmian czci rzeczywi-stej impedancji dR/dt. Trajektoria pomidzypunktami start i koniec, po ktrej poruszasi wektor impedancji widzianej przez prze-kanik, ma ksztat eliptyczny.

Podobnie jak przy generowaniu koysasynchronicznych, zosta przebadany takewpyw czasu przebywania wektora impe-dancji poza stref PSD na uruchamianietimera tP2 dla kolejnych szybszych koysa.Wszystkie testy wykonano przy zerowejwartoci parametru tH.

Po uruchomieniu testu wektor impedancjirozpoczyna wdrwk z punktu startdo punktu koniec, po trajektorii eliptycznejz okrelon szybkoci zmian czci rzeczy-wistej impedancji dR/dt. Z punktu koniecdo punktu start zmiana impedancji nastpo-waa skokowo. Od tego momentu ponowniewektor impedancji rozpoczyna drogdo punktu koniec po trajektorii eliptycznejz inn wartoci dR/dt. Rozpoczynaniekolejnego obrotu asynchronicznego mogoby opniane przez pozostawienie wektoraimpedancji w punkcie start na okrelonyczas. Przykadowe wyniki przeprowadzo-nych testw dla koysa asynchronicznychzostay przedstawione w tab. 3.

Oznaczenia w tabeli:dR/dt szybko zmian czci rzeczywistejR impedancji w trakcie koysaniapozostae oznaczenia jak w tab. 2.

Na podstawie wynikw z przeprowadzo-nych testw dla koysa asynchronicznychzachowanie si blokady koysaniowej PSDw przekaniku RED670 naley oceni pozy-tywnie. Dziaanie blokady odbywao sizgodnie z oczekiwaniami dla zdefiniowa-nych parametrw charakterystyki PSD.

4. Badanie dziaania blokady PSDw trakcie koysa mocy wywoanychzakceniami w SEE na przykadzie

wza arnowiecJedn z moliwoci przeanalizowania zacho-wania si ukadw EAZ w trakcie zakcew systemie elektroenergetycznym jest wyko-nanie bada symulacyjnych. Do tego celutrzeba wykorzysta program symulacyjny,

Rys. 7. Przebieg trajektorii wektora impedancji Zr przy asynchronicznych koysaniach mocy generowanych zapomoc testera CMC-256-6 na tle charakterystyki PSD i stref odlegociowych ZM01, ZM02

-200

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

800

-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500

R [/faz]

X[/faz]

PSD in

PSD out

Strefa ZM01

Strefa ZM02

Impedancja ZR

start koniec

Tab. 3. Wyniki bada blokady PSD w zabezpieczeniu RED670 w trakcie koysa asynchronicznych.Nastawienia funkcji PSD: X1InFw = 450 , R1InFw = 200 , Fw = 60 , X1InRv = 100 , R1InRv = 200 , Rv = 60 , tP1 = 50 ms, tP2 = 30 ms, tW = 600 ms, tH = 0 s,tR2 = 4 s.


TestObrt

asynchr.dR/dt[/s]

t PSD[ms]

t PSD set[ms]

t ZM02 set[ms]

t PSD out[ms]

Uwagi

1

I 80075

> tP1585

(575)

(280)506< tW Zaczona funkcja PSD

W trakcie kadego obrotu synchronicznego nastpuje pobudzenie blokady PSD,brak pobudze stref odlegociowych

II 100060

> tP2468

(460)

(224) 438< tWIII 1330

45> tP2

351(345)

(168)

2

I 80075

> tP1

585

(575)

(280)

506

< tW Zaczona funkcja PSD

Czas pomidzy II i III obrotem asynchronicznym jest wikszy od czasu tw.Brak dziaania blokady PSD i zadziaanie strefy odlegociowej

II 100060

> tP2468

(460)

(224) 738> tWIII 1330

45< tP1

171

(168)

3

I 89067

< tP1

258(252)


Przy pierwszym koysaniu t PSD < tP1 brak dziaania blokady PSD w trakcie wszystkich koysa

II 100060

< tP1

231(224) 438

< tWIII 133045

< tP1

174(168)

4

I 80075

> tP1582

(575)

(280)790> tW Zaczona funkcja PSD

Czas pomidzy I i II obrotem asynchronicznym jest wikszy od czasu tw.Brak dziaania blokady PSD w trakcie II obr. asynchr.(tPSD < tP1)

II 107053

< tP1

198(196) 790

> tW

III 800

75

> tP1

581

(575)

(280)


19/21

93

umoliwiajcy wykonanie obliczerozpyww mocy i oblicze dynamicznych.Posiadajc takie narzdzia oraz dokadnymodel rozpywowy i dynamiczny systemuelektroenergetycznego, mona wykonabadania, ktre pozwol zweryfikowadziaanie przekanikw impedancyjnych

w trakcie zwar i koysa mocy.W zwizku z tym dla wza wytwrczegoarnowiec (rys. 8) zostay wykonanebadania symulacyjne. W trakcie symulacjiwykorzystano model KSE, ktry zawieraparametry statyczne i dynamiczne wszyst-kich wzw i linii na poziome 400, 220i 110 kV, transformatorw sprzgowychi rozdzielczych oraz blokw wytwrczychelektrowni systemowych.Przedstawione wyniki bada symulacyjnychilustruj przebieg trajektorii impedancjiwidzianej przez zabezpieczenie odlego-ciowe w przekaniku RED670, w trakciekoysa mocy wywoanych zwarciami3-fazowymi w pobliskich liniach i wzachelektroenergetycznych. Przebiegi te zostaypokazane na tle charakterystyk stref odle-gociowych i blokady koysaniowej. Nakadym rysunku zaobserwowa monaimpedancj ruchow Zr przed wystpie-niem zakcenia (kolor zielony), przebiegimpedancji Zr w trakcie zwarcia (kolor fiole-towy) oraz trajektori impedancji po likwi-dacji zwarcia (kolor brzowy).Przed wystpieniem zakcenia w ESParnowiec pracoway dwa bloki w trybiegeneracji mocy o wartoci 179 MWi -24 Mvar kady.Na rys. 9 i 10 pokazane zostay przebiegitrajektorii impedancji, wywoane zwarciem3-fazowym na szynach stacji SLK415 trwa-jcym 0,6 s. Powstae po zwarciu koysanie

ma charakter synchroniczny i jego trajek-toria wchodzi w stref ZM02 zabezpieczeniaodlegociowego na czas 580 ms. Czas pobu-dzenia jest duszy od nastawionego czasuwyzwolenia, ktry wynosi 100 ms. W takiejsytuacji strefy odlegociowe przekanikapowinny zosta zablokowane przez blokadkoysaniow. W przypadku pokazanymna rys. 9 nastpuje pobudzenie blokadykoysaniowej, poniewa czas przejcia impe-dancji przez stref PSD w trakcie zwarciawynosi 110 ms i jest duszy od czasu tP1 =50 ms. Na rys. 10 widzimy sytuacj, w ktrejblokada koysaniowa nie zostaje pobudzona,poniewa wektor impedancji skokowo prze-chodzi przez stref impedancyjn blokady.Parametr X1lnRv zosta tu nastawiony

na zbyt du warto.Na rys. 11 przedstawiony zosta przebiegimpedancji wywoany zwarciem 3-fazowym,zlokalizowanym w poowie linii 400 kV,pomidzy wzami ZRC i SLK. Likwidacjazwarcia nastpia po 0,6 s, poprzez wy-czenie uszkodzonej linii. W tym przypadkudochodzi do asynchronicznych koysamocy hydrozespoy pracujce w ESParnowiec przechodz do pracy asyn-chronicznej. Czas przebywania wektoraimpedancji w strefie blokady koysaniowejwynis 240 ms i jest wikszy od nastawieniatP1, co powoduje pobudzenie blokady PSDi zablokowanie stref odlegociowych. Brakdziaania zabezpieczenia odlegociowegona skutek pobudzenia blokady koysaniowejnaley uzna za uzasadniony, poniewaw przypadku pojawienia si koysaasynchronicznych (utrata synchronizmu

Rys. 8. Schemat wza elektroenergetycznego arnowiec (na podstawie modelu KSE uytegow programie symulacyjnym)

arnowiec PSPZRC415

G1 G2

TR1

G3 G4

TR2

BPL115 WEJ115

CHL115

GNZ115 OPI115

ZRC 425

GBL 415 GBL 425

SLK415

DUN415

OLM415

GRU415

ZRC 115 ZRC125

4x 179 MW

4x -200 MW

400 kV

110 kV

250MVA250MVA

Rys. 9. Przebieg trajektorii impedancji, mierzonej po stronie GN transformatora blokowego hydrozespou ESParnowiec, w trakcie koysa synchronicznych wywoanych zwarciem 3f na szynach SLK415; czas trwania zwarcia0,6 s; X1lnRv = 70 , tPSD= 110 ms > tP1, tZM02_set= 580 ms > tZM02_trip= 100 ms (pobudzenie blokady PSD i zablo-kowanie stref odlegociowych)

-400

-200

0

200

400

600

800

-1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400

X[/faz]

R [/faz]

Zr po ZW

Zr ZW

Zr przed ZW

PSD in

PSD out

ZM01

ZM02

Rys. 10. Przebieg trajektorii impedancji, mierzonej po stronie GN transformatora blokowego hydrozespou ESParnowiec, w trakcie koysa synchronicznych wywoanych zwarciem 3f na szynach SLK415; czas trwania zwarcia0,6 s; X1lnRv = 200 , tPSD= 0 ms < tP1, tZM02set= 580 ms > tZM02_trip= 100 ms (brak pobudzenia blokady PSD,pobudzenie i zadziaanie strefy odlegociowej ZM02)

-400

-200

0

200

400

600

800

-1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400

X[/faz]

R [/faz]

Zr po ZW

Zr ZW

Zr przed ZW

PSD in

PSD out

ZM01

ZM02



20/21

94

generatorw) wyczenie blokw powinnozosta zrealizowane za pomoc dedykowa-nego do tego celu zabezpieczenia od polizgubiegunw. Zabezpieczenie to wysya impulsna otwarcie wycznika blokowego, przyodpowiednim najkorzystniejszym kcieobcienia , po zadanej liczbie obrotw

asynchronicznych.Kolejny przykad koysa asynchronicznych,wywoany zwarciem 3-fazowym, pokazanyzosta na rys. 12. W tym przypadku zwarciewystpio na jednym torze linii 400kVZRC-GBL. Zostao ono zlikwidowane po0,4 s przez wyczenie uszkodzonego toru.Tutaj jednak blokada koysaniowa niezadziaaa, poniewa impedancja w trakciezwarcia skokowo przesza przez charak-terystyk PSD. Brak pobudzenia blokadypowoduje zadziaanie strefy odlegocioweji wysanie impulsu wyczajcego przedzabezpieczeniem od polizgu biegunw.Tak sytuacj naley uzna za nieprawi-dow. Gdyby parametr X1lnRv by usta-wiony na mniejsz warto, wtedy w trakciezwarcia impedancja znalazaby si w strefiePSD i nastpioby zadziaanie blokady.

5. Podsumowanie i wnioskiWaciwy dobr parametrw blokad koy-saniowych w zabezpieczeniach odlegocio-wych ma istotne znaczenie dla bezpiecze-stwa pracy systemu elektroenergetycznego.Przedstawione w artykule wyniki badapokazuj, e w trakcie koysa mocy zabez-pieczenia elektroenergetyczne w rnysposb mog reagowa na to samo zak-cenie w zalenoci od przyjtych nasta-wie. Niewaciwe dziaanie zabezpieczew trakcie koysa mocy moe doprowadzido powanej w skutkach awarii systemowej.

Dobr nastawie w zabezpieczeniach impe-dancyjnych powinien by wykonany dlakadego bloku i wza elektroenergetycz-nego niezalenie, z uwzgldnieniem rnychmoliwych konfiguracji sieci oraz parame-trw ukadw regulacji. Tego typu analizynajatwiej i najtaniej wykona na podstawiebada symulacyjnych.Z przeprowadzonych bada mona wycigatake wniosek, e przekaniki odlegociowepowinny mie moliwo niezalenegodefiniowania charakterystyk blokad koy-saniowych dla stref odlegociowych skie-rowanych do przodu i do tyu. W obecniepracujcych przekanikach impedancyj-nych, zainstalowanych m.in. w polachblokowych w przyelektrownianych stacjach

WN, zdefiniowane strefy pomiarowe sskierowane w stron systemu, jak i w stronelektrowni. W takiej sytuacji charakterystykablokady koysaniowej obejmuje wszystkiestrefy. Przedstawione wczeniej wynikisymulacji pokazuj, e w przypadku zwarw systemie wektor impedancji skokowopojawia si w miejscu, w ktrym zdefi-niowane s strefy skierowane w kierunkusystemu (strefa III, IV i V). W trakcie prze-duajcego si zwarcia 3-fazowego trajek-toria impedancji, w czasie krtszym od 0,5 s,przechodzi do I i II wiartki na paszczynieR-X i w efekcie moe pobudzi strefy odle-gociowe skierowane w stron bloku.W zwizku z tym, e wektor impedancjiskokowo przeszed przez charakterystykblokady PSD, nie nastpuje jej pobudzeniei w efekcie blok moe zosta wyczony przez

strefy I i II skierowane w kierunku elektrowni,mimo e zwarcie miao miejsce w systemieelektroenergetycznym. Przed takim zbdnymdziaaniem przekanika odlegociowegomona by si ustrzec, gdyby blokad PSDmona byo niezalenie zdefiniowa dla

stref skierowanych w stron bloku i w stronsystemu. Majc tak moliwo, nalea-oby tak dobra parametry charakterystykiblokady koysaniowej, aby przylegaa ona jaknajbliej do stref odlegociowych skierowa-nych w dan stron.Naley take podkreli, e przeprowadzonebadania obiektowe przekanika RED670produkcji firmy ABB wykazay prawidowezachowanie si funkcji odlegociowychw trakcie generowanych koysa mocy.Blokada koysaniowa pobudzaa si zgodniez oczekiwaniami przy danych nastawieniachi parametrach koysa. Nie stwierdzonoodstpstw od deklarowanego przez produ-centa algorytmu dziaania blokady PSD.

Bibliografia1. ABB, Technical reference manual. Line

differential protection IED RED 670,Document ID: 1MRK505183-UEN,

Issued: December 2007.2. ABB, Application manual. Line differentialprotection IED RED 670, Document ID:1MRK505186-UEN, Issued: January 2008.

3. ABB, Technical reference manual.Line distance protection IED REL 670,Document ID: 1MRK506275-UEN,Issued: December 2007.

4. ABB, Application manual. Line distanceprotection IED REL 670, Document ID:1MRK506278-UEN, Issued: December2007.

5. Bako T. i in., Opracowanie kataloguwymaga dla systemw zabezpieczeelektrycznych generatorw w zakresiestosowanych funkcji i koordynacji ichnastaw z EAZ w sieci przesyowej, Etap I,Instytut Energetyki, Warszawa 2010.

Rys. 11. Przebieg trajektorii impedancji, mierzonej po stronie GN transformatora blokowego hydro-zespou ESParnowiec, w trakcie koysa asynchronicznych wywoanych zwarciem 3f na linii ZRC-SLK (zwarcie w odlegoci50% od wza ZRC); czas trwania zwarcia 0,6 s; X1lnRv = 70 , tPSD= 240 ms > tP1, tZM02set= 140 ms > tZM02_trip=100 ms (pobudzenie blokady PSD i zablokowanie stref odlegociowych)

-400

-200

0

200

400

600

800

-1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400

X[/faz]

R [/faz]

Zr po ZW

Zr ZW

Zr przed ZW

PSD in

PSD out

ZM01

ZM02

Rys. 12. Przebieg trajektorii impedancji, mierzonej po stronie GN transformatora blokowego hydro-zespou ESParnowiec, w trakcie koysa asynchronicznych wywoanych zwarciem 3f na jednym torze linii ZRC-GBL (zwarciew odlegoci 20% od wza ZRC); czas trwania zwarcia 0,4 s; X1lnRv = 70 , t PSD= 0 ms < tP1, tZM02set= 200 ms >tZM02_trip= 100 ms (brak pobudzenia blokady PSD, pobudzenie i zadziaanie strefy odlegociowej ZM02)

-400

-200

0

200

400

600

800

-1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400

X[/faz]

R [/faz]

Zr po ZW

Zr ZW

Zr przed ZW

PSD in

PSD out

ZM01

ZM02



21/21

6. Dobrzyski K., Klucznik J., Lubony Z.,Zabezpieczenia impedancyjne blokwenergetycznych przy zwarciach bliskich,materiay XIV Oglnopolskiej KonferencjiZabezpieczenia Przekanikowew Energetyce, Warszawa-Jzefw, 1921padziernika 2011.

7. Dytry H. i in., Opracowanie kataloguwymaga dla systemw zabezpieczeelektrycznych generatorw w zakresie

stosowanych funkcji i koordynacjiich nastaw z EAZ w sieci przesyowej,Etap II, Instytut Energetyki, PolitechnikaGdaska, Warszawa 2011.

8. Machowski J., Smolarczyk A., BrzeszczakL., Opracowanie zasad nastaw blokadprzeciwkoysaniowych zabezpie-

cze pod ktem odbudowy systemu,Instytut Elektroenergetyki PolitechnikiWarszawskiej, Warszawa 2005.

9. Smolarczyk A., Sposoby nastawianiaimpedancyjnych blokad przeciwkoy-saniowych stosowanych w zabezpiecze-niach odlegociowych, materiay XVMidzynarodowej Konferencji NaukowejAktualne Problemy w Elektroenergetyce,Gdask-Jurata, 810 czerwca 2011.

Maciej osiskidr in.Elektrownia Wodna arnowiece-mail: e-mail: [email protected] ukoczeniu studiw na Wydziale Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdaskiej rozpocz prac w Elektrowni Wodnej arnowiec (1998). Obecniezajmuje tam stanowisko kierownika Wydziau Automatyki i Zabezpiecze. Stopie doktora nauk technicznych zdoby na swoim macierzystym wydziale(2005). Jego zainteresowania naukowe koncentruj si wok zagadnie zwizanych z elektroenergetyczn automatyk zabezpieczeniow oraz modelowaniemi analiz pracy systemw elektroenergetycznych,

Documents

Losinski Klucznik Performance Analysis of Power Swing Blocking Feature