Содержание к диссертации
Введение
ОБЗОР И АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СПОСОБОВ ПОСТРОЕНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ ОРГАНАМ ДИСТАНЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ ВЛ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМИ ПРИСОЕДИНЕНИЯМИ
1.1. Область применения и требования к ИО дистанционной защиты ВЛ с промежуточными присоединениями. 14
1.2. Факторы, обуславливающие погрешность ИО дистанционной защиты ВЛ с промежуточными присоединениями. 16
1.3. Способы учета неравенства токов в месте установки защиты и месте повреждения 19
1.4. Способы учета влияния доаварийного режима нагрузки 20
1.5. Способы учета влияния переходного сопротивления в месте к.з. 23
ВЫВОДЫ 25
2. ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛЕЙ ЗАЩИЩАЕМОГО ОБЪЕКТА
2.1. Требования, предъявляемые к математической модели и основные допущения 27
2.2. Выбор и обоснование схемы замещения защищаемого объекта 29
2.3. Исследование приведенного ко входу ИО сопротивления сети методом геометрических мест
ВЫВОДЫ 77
3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТГЛА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ОРГАНА
3.1. Методика построения алгоритма Функционирования. 80
3.2. Структурная схема ИО. 82
3.3. Выбор и описание вариантов алгоритма функционирования ИО 87
3.4. Исследование и сравнительный анализ вариантов алгоритма функционирования ИО ТОГ
3.5. Области срабатывания и возврата ИО П5
ВЫВОДЫ
4. СИНТЕЗ СХЕМЫ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ОРГАНА
4.1. Структурная схема ИО 124
4.2. Принципиальная схема ИО 126
4.3. Конструктивное выполнение опытного образца ИО 146
4.4. Испытания опытного образца ИО на релейном стенде. 148
4.5. Испытания опытного образца ИО на электродинамической модели 173
ВЫВОДЫ 179
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 182
ЛИТЕРАТУРА 185
ПРИЛОЖЕНИЕ 193
ИНФОРМАЦИЯ О ВНЕДРЕНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ 196
- Область применения и требования к ИО дистанционной защиты ВЛ с промежуточными присоединениями.
- Требования, предъявляемые к математической модели и основные допущения
- Методика построения алгоритма Функционирования.
- Структурная схема ИО
Введение к работе
Актуальность темы* В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года", принятых ХХУІ съездом КПСС, предусмотрено продолжение работы по повышению надежности и качества электроснабжения народного хозяйства, совершенствованию систем сбора, передачи и обработки информации. Решение поставленных задач связано с развитием автоматики энергосистем.
Релейная защита, являющаяся одним из видов автоматики энергосистем, обеспечивает бесперебойность работы электроэнергетических установок за счет автоматического отключения поврежденного элемента [ I ] . По мере развития электрических систем к релейной защите пред"являются все возрастающие требования к обеспечению селективности, быстродействия, чувствительности и надежности. Для защиты линий электропередач во многих отношениях этим требованиям отвечает дистанционная защита, требующая, кроме того, сравнительно низких капитальных затрат.
Выполнение релейной защитой заданных функций в значительной степени определяется техническим совершенством измерительной части защиты, являющейся наиболее важной и ответственной частью защиты и предназначенной для "восприятия и переработки программной и рабочей информации о состоянии процесса производства и формирования сигналов, необходимых для формирования управляющих воздействий или отображения информации" Г 2 ] .
Среди широкого класса задач, выполняемых с помощью дистанционной защиты, можно выделить задачи, решение которых пред"яв-ляет повышенные требования к измерительной части защиты.
Например, дальнее резервирование является одним из способов повышения надежности функционирования релейной защиты наряду с ближним резервированием, причем дистанционная защита является наиболее эффективным средством обеспечения дальнего резервирования.
Кроме того, развитие энергосистем связано не только с ростом мощностей, но и с усложнением структуры, следовательно, увеличением числа линий с ответвлениями, для защиты которых может быть использована дистанционная защита.
Наиболее общим признаком для приведенных .защищаемых об"ек-тов является наличие промежуточных присоединений внутри требуемой зоны действия защиты. Как показывает анализ опубликованной литературы по этому вопросу, существующие разработки далеко не полностью удовлетворяют требованиям, пред"являемым в указанных случаях к измерительным органам (ИО) защиты. В существующих устройствах влияние режима нагрузки на зону действия защиты не позволяет во всех случаях обеспечить селективность и необходимый уровень чувствительности.
Эффективным средством отстройки РЗА от влияния режима нагрузки является выполнение измерительной части устройства как адаптивной самонастраивающейся системы на основе уточненной математической модели защищаемого об"екта. Однако вопросы, связанные с исследованием и разработкой адаптивных измерительных органов дистанционных защит линий с промежуточными присоединениями недостаточно освещены в опубликованной литературе и требуют дальнейшей разработки. Актуальность указанной задачи подтверждается тем, что аналогичные вопросы возникают при исследовании и разработке ИО устройств противоаварийной автоматики, например АПАХ. Следовательно, полученные результаты с успехом могут быть использованы для противоаварийной автоматики.
Создание измерительных органов защит с лучшими по сравнению с существующими ЙО техническими характеристиками, удовлетворяющими предъявляемым требованиям, связано с усложнением алгоритма функционирования, поэтому актуальной задачей является разработка алгоритма функционирования, обеспечивающего не только селективность и высокую чувствительность защиты, но также простоту реализации, следовательно, надежность устройства.
Техническое решение поставленной задачи возможно при использовании современной элементной базы, методов и средств аналоговой и цифровой вычислительной техники.
Тема работы является составной частью исследований, проводимых в Омском политехническом институте в соответствии с программой "Энергетическое оборудование и энергосистемы" -"Энергетика" Головного совета по энергетике на 1982-1985 г,г. по решению научно-технической прблемы 5.5,I.
Цель работы. Основной целью работы является повышение чувствительности и обеспечение селективности дистанционной защиты линий с промежуточными присоединениями за счет повышения стабильности зоны действия путем использования принципа адаптации на основе уточненной модели защищаемой линии, разработка алгоритмов функционирования ЙО и устройств, реализующих эти алгоритмы.
Метод исследования. При исследовании линий с промежуточными присоединениями использованы методы математического моделиро^-вания, теории линейных цепей, в частности метод наложения, методы теории функций комплексного переменного, в частности конформное преобразование комплексных плоскостей, метод геометрических мест (метод сопротивлений). При исследовании алгоритмов функционирования ЙО использованы метод численного моделирования на ЦВМ и метод статистических испытаний. При разработке и исследовании устройств, реализующюс полученные алгоритмы, использованы метод аналогового моделирования и экспериментальная проверка результатов.
Научную новизну работы представляют следующие результаты:
Теоретически исследовано сопротивление сети, приведенное ко входу ИО при к.з. в зоне дальнего резервирования для линий с одно- и многосторонним питанием,
Разработан алгоритм идентификации параметров доаварий-ного нагрузочного режима защищаемой линии с промежуточным присоединением для одно- и многостороннего питания,
Разработан алгоритм функционирования адаптивного ИО дистанционной защиты линии с промежуточным присоединением и многосторонним питанием.
Разработан алгоритм функционирования адаптивного ИО дистанционной защиты линии с промежуточным присоединением и односторонним питанием,
Разработана методика оценки погрешности зоны действия дистанционной защиты ВЛ с промежуточным присоединением.
Исследована погрешность зоны действия дистанционной защиты линий с промежуточным присоединением при одно-и многостороннем питании для различных вариантов алгоритма функционирования ИО,
На защиту выносятся следующие основные положения работы:
Результаты исследования сопротивления сети, приведенного ко входу ИО, при междуфазном к,з, в зоне дальнего резервирования при одно- и многостороннем питании сети.
Алгоритм идентификации параметров доаварийного нагрузочного режима защищаемой линии с промежуточным присоединением.
Алгоритм функционирования адаптивного ИО дистанционной защиты линий с промежуточными присоединениями для одно- ! и многостороннего питания»
Методика оценки погрешности зоны действия дистанционной защиты.
Результаты исследования погрешности зоны действия дистанционной защиты линий с промежуточными присоединениями при одно- и многостороннем питании для известных и вновь разработанных алгоритмов функционирования ИО.
Результаты экспериментального исследования разработанных ИО.
Практическая ценность работы. Разработанные алгоритмы функционирования ИО обеспечивают повышение стабильности зоны действия дистанционной защиты линий с промежуточными присоединениями за счет эффективной отстройки от влияния доаварийного нагрузочного режима.
Разработанная методика оценки погрешности зоны действия дистанционной защиты может быть использована для уточнения параметров срабатывания применяемых в настоящее время ИО, например, коэффициента сжатия характеристики срабатывания реле типа KPC-I, либо выбора вершин четырехугольной характеристики срабатывания.
Разработаны устройства на уровне изобретения (подтверждено двумя авторскими свидетельствами), использование которых в качестве ИО дистанционных защит линий с промежуточными присоединениями повышает чувствительность и обеспечивает селективность защиты, что в частности, позволяет повысить эффективность дальнего резервирования.
Принципы построения и алгоритмы функционирования ИО, развитые в диссертации, могут быть использованы при разработке ИО устройств противоаварийной автоматики, например АПАХ.
Предложенная методика экспериментального исследования раз- работанного ИО также может быть использована при исследовании других вновь разрабатываемых адаптивных ИО.
Реализация работы» Основные результаты работы использованы при выполнении хоздоговорной научно-исследовательской работы "Исследование и разработка дистанционной защиты для дальнего резервирования в сетях 110-220 кВ "Целинэнерго" (Госрегистрация № 78048325) и внедрена в ПЭО "Целинэнерго".
Апробация работы. Основные теоретические выводы и практические результаты докладывались и обсуждались на республиканской научно-технической конференции "Устройства для преобразования информации для контроля и управления в энергетике", Харьков (ноябрь, 1982г.), региональной научно-технической конференции, посвященной 50-летию кафедр "Электрические станции", "Электрические сети и системы" и "Электроснабжение промышленных предприятий" Томского политехнического института, Томск (ноябрь, 1981г.), научно-производственной конференции "Новые устройства релейной защиты и противоаварийной автоматики", Челябинск (май, 1980г.), научном семинаре кафедры "Электрические станции" Новосибирскрго электротехнического института, Новосибирск (май, 1983г.), объединенном научном семинаре кафедр "Электрические системы" и "Электрические станции" Белорусского политехнического института, Минск (октябрь, 1983г.), объединенном научно-техническом семинаре кафедры "Автоматизированные электрические системы" и Проблемной лаборатории по применению полупроводников в релейной защите и автоматике энергосистем Рижского политехнического института, Рига (октябрь, 1983г.), на научных семинарах Электротехнического факультета и кафедры "Электроснабжение промышленных предприятий" Омского политехнического института, Омск (1978-1984 гг.).
Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ, из них 7 статей и два авторских свидетель- ства. Материалы диссертации отражены в отчете по научно-исследовательской работе.
Структура и объем работы» Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы и приложения. Работа содержит 126 страниц текстовой части, 53 страницы рисунков и таблиц, II страниц приложения и списка литературы из 86 наименований.
В первом разделе приведен обзор возможной области применения ИО защит линий с промежуточными присоединениями и специфические требования, предъявляемые к указанным ИО при использовании их в защитах различного назначения. Приведен также обзор и анализ факторов, искажающих зону действия указанных ИО и известные средства уменьшения влияния этих факторов. Показано, что влияние искажающих факторов необходимо рассматривать комплексно, поскольку влияние таких факторов, как неравенство токов на отдельных участках защищаемой линии и наличие переходного сопротивления в месте к.з. существенно зависит от доаварийного режима нагрузки, также являющегося искажающим фактором.
Второй раздел посвящен построению математической модели обобщенного защищаемого объекта. На основе анализа возможных областей применения выбрана и обоснована схема обобщенного защищаемого объекта. Проведен анализ режима к.з., доаварийного и пос-леаварийного режимов защищаемого объекта и построены схемы замещения обобщенного защищаемого объекта в указанных режимах. С помощью метода геометрических мест и свойств конформного преобразования комплексных плоскостей исследованы области существования точек, характеризующих приведенное ко входу ИО сопротивление на комплексной плоскости, в режиме к.з., доаварийном и послеаварий-ном режимах. Исследован характер изменения указанных областей существования при учете и неучете поперечной проводимости и рас- пределенности параметров линий электропередачи. Выбраны и исследованы характерные варианты ехем замещения обобщенного защищаемого объекта,
В третьем разделе предложена структурная схема ИО и на основании полученных во втором разделе схем замещения защищаемого объекта построен алгоритм функционирования ИО, обеспечивающий отстройку от влияния режима промежуточного присоединения на зону действия дистанционной защиты. Обоснованы и приняты допущения, позволившие построить и исследовать ряд упрощенных вариантов алгоритма функционирования ИО, Предложена методика оценки погрешности зоны действия дистанционной защиты, с использованием которой исследованы известные и вновь предлагаемые алгоритмы функционирования ИО, в результате чего выбраны два варианта алгоритма функционирования для дальнейшей реализации в виде опытных образцов,
Четвертый раздел посвящен практической реализации разработанных алгоритмов функционирования и экспериментальному исследованию изготовленных опытных образцов ИО, Синтезированы функциональные и принципиальные схемы и описана их работа в различных режимах. Схема ИО выполнена на аналоговых и цифровых интегральных микросхемах. Рассмотрены вопросы конструктивного исполнения разработанных ИО, Приведен анализ результатов экспериментального исследования опытных образцов ИО на релейном стенде и электродинамической модели.
В заключении изложены выводы по представленной работе.
Автор благодарен к,т.н., доценту Скрипко В.К. за ряд советов и указаний, позволивших ускорить диссертационную работу, и замечания ,высказанные при ознакомлении с рукописью.
Область применения и требования к ИО дистанционной защиты ВЛ с промежуточными присоединениями
Однако приведенное допущение справедливо только для одноцеп-ных однородных линий электропередачи без ответвлений, в то время как сравнительно обширный класс защищаемых объектов не удовлетворяет этому требованию, поскольку-зависимость для таких объектов является нелинейной, и принятие допущения ( I.I.) может привести к значительной погрешности ИО дистанционной защиты. Наиболее распространенной причиной нелинейности зависимости Zp=f\ tj является неоднородность защищаемого объекта, обусловленная наличием промежуточных присоединений внутри требуемой зоны действия защиты. Ниже рассмотрены области применения и существующие принципы построения ИО для объектов, имеющих указанную особенность.
1. Дальнее резервирование. Дальнее резервирование, наряду с ближним резервированием, является эффективным средством повы шения надежности функционирования РЗА, причем актуальность раз вития средств дальнего резервирования отмечается как в директив ных материалах [ 4 ] , так и в работах многих авторов Г 5, 6, 7І Однако, как показано в [б] решение проблемы эффективного даль него резервирования связано с разработкой ИО для линий с проме жуточными присоединениями. Как известно из [ I, 8 J функции даль него резервирования при использовании дистанционного принципа возлагаются обычно на последние ступени дистанционной защиты (третья и четвертая), к которым предъявляются требования обеспе чения с одной стороны отстройки от максимального нагрузочного ре жима, в некоторых случаях отстройки от к.з. в конце защищаемой зоны второй ступени резервируемой защиты предыдущего участка ВЛ и от к.з. за трансформаторами смежной подстанции, а с другой стороны, обеспечение коэффициента чувствительности К4 f,2 при металлическом к.з. в конце зоны резервирования [в] . Неоднородность защищаемого объекта в рассматриваемом случае обусловлена наличием дополнительных присоединений, обусловливающих нагрузку или подпитку на шинах смежной подстанции внутри зоны резервирования.
2. Вторая ступень дистанционной защиты. В этом случае к ЙО защиты предъявляются требования с одной стороны отстройки от к.з. в начале ( иногда в конце) защищаемой зоны второй ступени защиты предыдущего участка ВЛ, отстройки от к.з. на шинах низ шего напряжения трансформаторов смежной подстанции, а с другой стороны, обеспечение коэффициента чувствительности К4 1,25 [9J при металлическом к.з. на шинах смежной подстанции.
Требования, предъявляемые к математической модели и основные допущения
В релейной защите и автоматике, и,в частности,дистанционной защите, методы математического моделирования могут быть использованы для решения двух основных задач - прямой и обратной [Зб] : .
1. Задача анализа, в которой требуется определить реакцию системы (изменение входных величин защиты) на внешнее воздействие (аварийное возмущение), причем система задана параметрами своих элементов. Эта задача решается на этапе разработки и ис- следования ИО защиты.
2. Обратная задача анализа, в которой по известным изменениям входных величин необходимо определить внешнее воздействие (к.з. в требуемой зоне действия). Эта задача решается в разработанном ИО защиты и определяет его структуру и назначение.
Таким образом, построение математической модели защищаемого объекта является важным этапом разработки и исследования ИО защиты, а для достаточно сложных случаев, таких как дистанционные ИО дальнего резервирования, практически необходимым этапом. Последнее также обусловлено широким внедрением в технику релейной защиты АВМ и ЦВМ.
Математическая модель защищаемого объекта, как и любая другая модель, должна удовлетворять двум основным требованиям.
3. В модели должны быть верно отражены особенности объекта, неучет которых может привести к недопустимым погрешностям. В случае ИО для дальнего резервирования к таким особенностям относится влияние доаварийного режима нагрузки, место и вид повреждения, наличие промежуточных присоединений между местом установки защиты и местом повреждения, наличие и характер изменения переходного сопротивления в месте повреждения, послеава-рийный режим, изменение параметров защищаемого объекта во времени, схема подключения ИО. В свою очередь при учете промежуточных присоединений необходим учет характера присоединения (нагрузочная ветвь без крупных синхронных и асинхронных машин или ветвь, имеющая источники питания).
Методика построения алгоритма Функционирования
Алгоритм функционирования ИО может быть определен на основе математической модели защищаемого объекта, построенной в разделе 2. Однако методика определения алгоритма функционирования зависит от интерпретации математической модели. Наиболее широкое распространение получила методика определения алгоритма функционирования, основанная на применении неизменяющейся характеристики срабатывания и заключающейся в следующем:
1. На основании анализа рабочих и аварийных режимов защища емого объекта определяют области существования (геометрические места) приведенных ко входу ИО сопротивлений или проводимостей [з, 6, II, 31, 40, 41, 49,] и др. 2. Выбирают и математически описывают характеристику сраба тывания ИО, причем область, охватываемая характеристикой срабатывания должна включать область существования приведенных сопротивлений в режиме к.з. и не включать точек соответствующей области в доаварийном режиме [і,3,б] и др.
3. По известному математическому описанию характеристики срабатывания синтезируют алгоритм функционирования и структурную схему ИО [і, 3, 45] и др.
Достоинством приведенной методики является относительная простота, четкое разграничение этапов, что позволяет рассматривать их отдельно друг от друга в общем виде, обилие и методическая завершенность работ различных авторов по всем этапам, возможность учета развития технической базы за счет соответствующего подхода к выбору формы характеристики срабатывания.
Недостатком методики является ограниченность ее применения лишь теми случаями, когда условия выбора характеристики срабатывания не противоречат друг другу т.е. когда области существования ZP в режимах к.з. и доаварийном не пересекаются, что характерно лишь для сравнительно простых защищаемых объектов.
Выбор вариантов и оптимизацию алгоритма функционирования в рамках данной методики проводят обычно во втором этапе при выборе формы характеристики. Очевидно, что в данном случае математической моделью защищаемого объекта служит математическое описание характеристики срабатывания, что обуславливает в ряде случаев существенную приближенность моделирования.
Структурная схема ИО
В разделе 3 была обоснована целесообразность реализации двух вариантов алгоритма функционирования ИО. Учитывая существенные отличия этих вариантов, целесообразно синтезировать два варианта схемы ИО. Оба варианта схемы могут быть построены с помощью одной структурной схемы, приведенной на рис.4.1. Схема содержит входную, измерительную, логическую и исполнительную части, а также источник питания.
Входная часть ИО состоит из трех входных преобразователей ВШ - ВИЗ по числу фазных ИО. Входные преобразователи предназначены для преобразования входных токов и напряжений в напряжения, - при которых обеспечивается работа измерительной части в линейном диапазоне, и для электрической развязки измерительной части и вторичных цепей измерительных трансформаторов.
Измерительная часть ИО содержит три измерительных блока ИНГ - ИБЗ по числу фазных ИО. Ко входу измерительной части подведены э.д.с. сравнения, сформированные с помощью входных преобразователей из вторичных токов и напряжений в месте установки защиты, а на выходе формируются дискретные сигналы, характеризующие режим защищаемого объекта. Таким образом, согласно [2] , измерительные блоки можно рассматривать как аналого-цифровые преобразователи.
Логическая часть предназначена для дешифрации логического кода, поступающего с выходов измерительных блоков, логического суммирования полученных сигналов и формирования входного сигнала.
Исполнительная часть содержит выходной блок ВБ и служит для согласования маломощного выхода логической части с цепями промежуточных реле, а также для развязки цепи питания ИО с оперативной цепью.
Источник питания ЙП предназначен для преобразования уровня напряжения постоянного оперативного тока в различные уровни напряжения постоянного тока, необходимые для питания остальных блоков ИО, стабилизации полученных напряжений, защиты цепей питания ИО от перенапряжений, возникающих в оперативной цепи.
Поскольку схемы входной и измерительной частей одинаковы для всех фаз, ниже рассмотрены соответствующие схемы для одной фазы.
Похожие диссертации на Повышение стабильности зоны действия дистанционной защиты линий электропередачи с промежуточными присоединениями
