Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
1.. СИСТЕМЭТЕХНИКА РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ: ВОПРОСЫ МЕТОДОЛОГИИ
1.1. Концепция системного подхода
1.2. Методы проектирования систем: состояние вопроса 22
1.3. Методология организации систем релейной защиты... 2.9
1.4. Анализ особенностей методологии 35
1.5. Выводы 45
2. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
2.1. Введение в главу 48
2.2. Анализ эксплуатационных особенностей и направлении развития электрооборудования энергоблоков 52
2.3. Анормальные режимы и повреждения основного электрооборудования
2.4. Система релейной защиты блоков турбогенератор -силовой трансформатор.
2.5. Анализ опыта использования микроэлектронных и микропроцессорных средств РЗ. 52.
2.6. Анализ принципов организации систем
2.7. Общая концепция систем
2.8. Выводы
3. МЕТОДОЛОГИЯ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА СИСТЕМ РЕПЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
3.1. Состояние вопроса и постановка задачи исследования
3.2. Разработка процедуры структурирования свойств и показателей качества
3.3. Основные системные свойства
3.4. Качество функционирования защиты
3.5. Качество технических средств защиты 44
3.6. Структура эффективности
3.7. Техническая эффективность релейной защиты
3.8. Метод оценки технико-экономической эффективности систем
3.9. Особенности оценки экономической эффективности
3.10. Выводы
4. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ПРИНЦИПА РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
4.1. Ретроспективный анализ исследований дифференциальной защиты
4.2. Методы и алгоритмы анализа фазовых отношений гармонических сигналов в РЗ
4.3. Новые принципы выполнения дифференциальной защиты с торможением 2°2
4.4. Классификация ДТЗ 2i8
4.5. Анализ эффективности алгоритмов ДТЗ
4.6. Выводы... - 2М
Щ 5. МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
5.1. Состояние вопроса. Основы классификации. Постановка задачи
5.2. Структура комплекса моделей РЗ 250
5.3. Моделирование повреждений и входных сигналов РЗ... S53
5.4. Отношения совместимости и несовместимости в системах РЗ 26Є
5.5. Реляционные модели систем РЗ 27/
5.6. Выводы 284
6.1. Структуризация функций системы ВХ
6.2. Организация функциональной структуры систем РЗ. 305
6.3. Оптимальное распределение функций в системах РЗ: постановка задачи. 5J2
6.4. Методы и алгоритмы распределения функций РЗ 3 9
6.5. Оптимизация надежности функционирования систем РЗ 332
6.6. Выводы по главе.
7. МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ МНОГОМАШИННЫЕ СИСТЕМЫ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
БЛОКОВ ТУРБОГЕНЕРАТОР - СИЛОВОЙ ТРАНСФОРМАТОР ЗМ
7.1. Введение в главу
7.2. Структура систем
7.3. Структура программных средств
7.4. Алгоритмы функционирования
7.5. Показатели качества технических средств систем РЗ
7.6. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 405
ЛИТЕРАТУРА 409
ПРИЛОЖЕНИЕ I. Материалы о внедрении
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Расчеты экономической эффективности
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Общий вид средств РЗ
Введение к работе
Основные положения Энергетической программы СССР /I/ предусматривают проведение активной энергосберегапцей политики на базе ускоренного научно-технического прогресса во всех звеньях народного хозяйстве, всемерную экономию топлива и энергии. Экономия энергетических ресурсов должна осуществляться по следующим направлениям: переход на энергосберегающие технологии производства; совершенствование энергетического оборудования; сокращение всех видов энергетических потерь.
В области электроэнергетики программа предусматривает завершение формирования Единой электроэнергетической системы (ЕЭС) страны с повышением ее маневренности и надежности путем строительства пиковых электростанций. Рост мощности ЕЭС будет достигнут за счет строительства атомных электростанций (АЭС) -и мощных тепловых электростанций (ТЭС) на органическом топливе. Создание объединенных энергосистем (ОЭС) сняло ограничения на максимальную мощность станций и единичную мощность энергоблоков. Поэтому в 80-е годы преимущественно вводятся энергоблоки 800 мВт, мощность ТЭС доведена до 3800 мВт и начато строительство ТЭС мощностью 6400 мВт и АЭС мощностью 6000-7000 мВт.
Внедрение вычислительной техники (ВТ) на ТЭС и АЭС вызвано усложнением управления технологическими процессами вследствие роста единичной мощности агрегатов. Внедрение мощных и сверхмощных блоков потребовало существенного увеличения степени автоматизации, создания развитых систем автоматического контроля, управления и технологических защит (АСУТП) /2/.
Серийные средства F3 сложны в эксплуатации, требуют большого объема профилактических работ, негибки, при изменении режимов работы защищаемого оборудования требуют вмешательства чело -e века-оператора и ручной перестройки. Несмотря на существенный прогресс в области микроэлектроники внедрение современной элементной базы в РЗ отстает. Б настоящее время разрабатываются, проходят опытную эксплуатацию и внедряются устройства защиты на базе аналоговых элементов малой степени интеграции. Микропроцессорная КЗ (МПРЗ), не уступая существующим комплексам РЗ по быстродействию, чувствительности. селективности, потреблению во входных цепях, располагает рядом принципиально новых возможностей. Прежде всего - это возможность реализации таких алгоритмов идентификации КЗ и повреждений, которые не могли быть раньше использованы из-за сложности их аппаратной реализации на аналоговых или цифровых элементах. Поэтому в нашей стране и за рубежом ведутся работы по созданию нового поколения релейной защиты - МПРЗ. Существенный вклад в это дело внесли МЭИ, ВВДИЭ.БПИ, ИЭД АН УССР, КПИ, ЛПИ, Коми филиал АН СССР, ВНИИР, ЧТУ. Особое значение при этом приобретает создание МПРЗ мощных блоков для обеспечения более высокой безопасности, надежности и управляемости.
Целью работы является теоретическое обобщение на основе системного подхода экспериментальных работ по созданию микропроцессорных систем релейной защиты, выявление на этой основе общих принципов организации многофункциональных систем защиты и разработка на их основе методов системного проектирования защиты крупных электроэнергетических объектов.
Для достижения этой цели решаются следующие задачи: разработка общей процедуры создания систем РЗ; системный анализ релейной защиты; формулировка общей концепции систем РЗ; структурирование свойств и показателей качества и эффективности РЗ; исследование системных свойств защиты; системное моделирование защиты, разработка методов организации структур системы.
Комплексное решение перечисленных задач позволяло получить следующие результаты:
1. Системный анализ релейной защиты показал» что единственной альтернативой для защиты мощных базовых и маневренных энергоблоков являются микропроцессорные многомашинные системы РЗ.
2. Сформулирована общая процедура и основные задачи системного проектирования РЗ.
3. Выявлены системные свойства функций РЗ: отношения совместимости и несовместимости. Показано, что эти свойства являются структурообразущими. Для исследования системных свойств предложены реляционные модели совместимости и резервирования функций защиты.
4. Разработана формальная модель функциональной структуры системы РЗ» реализуемой на множестве специализированных и гибких» универсальных функциональных модулях. Предложена процедура ее организации.
5. Разработаны методы и алгоритмы оптимального распределения ресурсов микропроцессорной многомашинной системы РЗ.
6. Сформулирована задача оптимизации надежности функционирования систем РЗ на базе реляционной модели резервирования и обосновано использование метода динамического программирования для выбора оптимальных мероприятий повышения надежности.
7. Выполнено теоретическое обобщение исследований дифференциального принципа защиты. Предложен ряд новых более эффективных с функциональной точки зрения способов торможения и формирования рабочих и тормозных сигналов. Выполнена классификация способов выполнения защиты.
8. Разработаны микропроцессорные многомашинные системы защиты энергоблоков, алгоритмы их функционирования и программное обеспечение.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с комплексной научно-технической программой ОЦ-002 "Создание новых видов оборудования для производства электрической и тепловой энергии на І98І-І985 гг." (приложение II к Постановлению ГКНТ СССР, Госплана СССР, АН СССР от 12.12.80 г. J 474/250/132); целевой научно-технической программой "Энергосистема" (п. 09.03.01: приказ Jfc ЗІ8/88І/45І от 30.07.82/30.07.82/10/08.82 Минэнерго, МВСС0 СССР, МВСС0 РСФСР).
Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и приложений. В 1-й главе исследованы методологические вопросы организации РЗ, в частности, разработана общая концепция С КЗ, рассмотрены различные альтернативные модели РЗ энергоблоков. Разработана общая процедура системного анализа и системотехнического проектирования.
Во 2-й главе выполнен системный анализ РЗ. Выявлены перспективы и тенденции развития генерирующих мощностей, структурных схем блочных ЭС, влияющие на РЗ. Отмечен ряд технологических и электромеханических переходных режимов, обусловливающих необходимость правильного функционирования РЗ блоков при изменении основной частоты в диапазоне 0-60 Гц.
Приведена классификация гибких РЗ, способы организации основных структур МПРЗ, подробно рассмотрен принцип централизации и децентрализации средств МПРЗ. На этой основе сформулированы и определены основные структурно-образующие факторы.
В 3-й главе исследуются вопросы оценки качества и эффективности систем РЗ. Дана формальная постановка задачи исследования качества и эффективности РЗ, разработана процедура структурирования свойств и показателей качества РЗ. Исследованы структурные свойства и показатели F3. Разработаны структуры качества функционирования РЗ и качества программно-аппаратных средств КЗ и на этой основе предложен ряд новых показателей свойств РЗ. На основе анализа исследований эффективности автор систематизировал различные виды эффективности для целей РЗ. Разработана методология оценки технико-экономической эффективности, предложены показатели эффективности. Исследованы также особенности оценки экономической эффективности, присущие РЗ» предложено учитывать ограниченность не только капитальных затрат, но и других видов ресурсов.
В 4-й главе автором разработаны основы теории дифференциального принципа РЗ, используемого для выполнения основных защит электроэнергетического оборудования. В результате выполненных автором исследований предложены новые виды тормозных сигналов, предложен новый класс дифференциальных защит с "фазовым торможением" , обоснован новый подход к формированию рабочих и тормозных сигналов, на основе анализа исследований предложены оригинальные критерии идентификации КЗ, критерии и оценки эффективности различных алгоритмов. Показано, что наиболее эффективные алгоритмы возможно реализовать только на МП-средствах.
В 5-й главе, посвященной моделированию РЗ, предложена структура комплекса моделей РЗ. На основе анализа особенностей функционирования РЗ выявлены в качестве основного структурообразукще го свойства многофункциональных комплексов и систем РЗ (СРЗ) -свойства совместимости и несовместимости функций РЗ. На этой основе разработаны реляционные модели совместимости и резервирования для РЗ блока.
В 6-й главе разработаны методы организации и оптимального синтеза систем РЗ, предложена эвристическая методика структуризации функций РЗ, а также процедура разработки функциональной структуры F3. На основе реляционной модели совместимости предложен ряд новых алгоритмов решения задачи оптимального распределения АпС и функций РЗ с учетом ряда ограничений. В этой же главе сформулирована задача оптимизации надежности функционирования СРЗ, и для ее решения предложен метод динамического программирования.
В 7-й главе третьего раздела изложены результаты практической реализации ШІСЗ описаны микропроцессорные многомашинные системы РЗ блока 300 мВт Ставропольской ГРЭС и газотурбинного энергоблока ГТ-І50, приведены основные характеристики качества. Первая система установлена в опытную эксплуатацию, последняя - готовится к производству на опытном заводе Минэнерго.
В приложениях приведены материалы о внедрении, расчеты экономического эффекта и фотографии опытных образцов.
