Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор и анализ существующих методов и средств распознавания режимов работы воздушных линий напряжением 0,4 кв и электроприемников , 9
1.1. Режимы работы воздушных линий напряжением 0,4 кВ и электроприемников 9
1.2. Требования к качеству электроэнергии и электромагнитной совместимости, установленные действующими стандартами 22
1.3. Методы и средства защиты воздушных линий напряжением 0,4 кВ
и электроприемников от анормальных и аварийных режимов работы 29
1.4. Анализ существующей системы распознавания режимов
работы воздушных линий напряжением 0,4 кВ и электроприемников 50
1.5. Анализ существующих систем контроля и учета электроэнергии 53
1.6. Выводы 61
ГЛАВА 2. Математические модели системы «электрическая сеть - электроприемники» 62
2.1. Математическая модель электрической сети t напряжением 0,4 кВ с использованием данных АСКУЭ .. 62
2.2. Имитационная динамическая модель электрической сети напряжением 0,4 кВ учитывающая нагрузки современных потребителей... 68
2.3. Условия обеспечения заданного уровня фазных
напряжений на элементах сети 79
2.4. Требования к быстродействию устройств защиты от
отклонений напряжения 90
2.5. Выводы 95
ГЛАВА 3. Разработка способов выявления неконтролируемого потребления электроэнергии в электрических сетях напряжением 0,4 кв с помощью АСКУЭ 96
3.1. Анализ потерь электроэнергии в электрических сетях напряжением 0,4 кВ 96
3.2. Обзор некоторых способов неконтролируемого потребления электроэнергии 100
3.3. Обзор существующих методов выявления неконтролируемого потребления электроэнергии 109
3.4. Предлагаемые способы выявления неконтролируемого
потребления электроэнергии 116
3.5. Выявление неконтролируемого потребления электроэнергии в нескольких точках линии с помощью функции чувствительности 124
3.6. Алгоритм выявления неконтролируемого потребления электроэнергии в нескольких точках линии 132
3.7. Применение метода планирования эксперимента для оценки погрешности в выявлении неконтролируемого потребления электроэнергии 138
3.8. Выводы 145
ГЛАВА 4. Синтез структуры системы защиты и распознавания режимов работы воздушных линий напряжением 0,4 кв и электроприемников 146
4.1. Параметры режимов работы воздушных линий напряжением 0,4 кВ и электроприемников 146
4.2. Логические признаки для распознавания режимов работы воздушных линий напряжением 0,4 кВ и электроприемников 151
4.3. Оптимизация набора логических признаков для распознавания режимов работы воздушных линий напряжением 0,4 кВ и электроприемников. 155
4.4. Система защиты и распознавания режимов работы воздушных линий и электроприемников в составе АСКУЭ 159
4.5. Выводы 166
ГЛАВА 5. Устройство защиты электроприемников от отклонений напряжения и технические средства для его реализации 167
5.1. Анализ структуры существующих устройств защиты электрооборудования от отклонений напряжения 167
5.2. Технические требования к устройству защиты от отклонений напряжения 173
5.3. Алгоритм защиты от отклонений напряжения и выбор основных параметров устройства защиты 176
5.4. Разработка и испытания устройства защиты от отклонений напряжения 187
5.5. Варианты устройств защиты от отклонений напряжения 197
5.6. Выводы 204
Заключение 205
Литература
- Режимы работы воздушных линий напряжением 0,4 кВ и электроприемников
- Математическая модель электрической сети t напряжением 0,4 кВ с использованием данных АСКУЭ
- Анализ потерь электроэнергии в электрических сетях напряжением 0,4 кВ
- Параметры режимов работы воздушных линий напряжением 0,4 кВ и электроприемников
Введение к работе
В процессе эксплуатации электрических сетей напряжением 0,4 кВ наблюдаются повреждения электроприемников (ЭП) при отклонениях напряжения, возникающих вследствие обрыва нулевого провода, пробоя изоляции обмотки высокого напряжения на сторону низшего напряжения силового трансформатора (СТ), коротких замыканиях в электрической сети, а также при импульсных перенапряжениях, возникающих при ударах молнии в воздушную линию (ВЛ) или вблизи нее, коммутации нагрузок выключателями, перегорании предохранителей и др. Статистические данные по г. Ростову-на-Дону показывают, что за 1997 год в городских электрических сетях зарегистрировано 98 случаев повреждений элементов электрической сети, вызвавших отклонения напряжения, среди которых: обрыв нулевого провода на В Л 0,4 кВ - 43; обрыв фазного провода на ВЛ 0,4 кВ - 17; схлест нулевого и фазного проводов на ВЛ 0,4 кВ - 4; обрыв нулевой жилы на кабельной линии (КЛ) 0,4 кВ - 8; нарушение концевой заделки КЛ 0,4 кВ на опоре - 6; падение опоры ВЛ 0,4 кВ - 2; повреждение СТ - 18. Выпускаемые электротехнической промышленностью устройства защиты в этих условиях зачастую неэффективны.
При повреждении бытовой техники (БТ) потребитель электроэнергии обращается в энергоснабжающую организацию по поводу возмещения материального и морального ущерба, вызванного повреждением аппаратуры. В свою очередь энергоснабжающая организация зачастую отвергает предъявляемые к ней иски, так как в настоящее время не существует эффективных методов и средств для объективного определения причины повреждения БТ, что связано с отсутствием средств распознавания режимов работы ВЛ и ЭП.
Кроме того, в последние годы возросли коммерческие потери электроэнергии в электрических сетях напряжением 0,4 кВ. Основная часть коммерческих потерь связана с хищениями электроэнергии, что обусловлено ее неконтролируемым потреблением. Статистические данные показывают, что величина коммерческих потерь в электрических сетях напряжением 0,4 кВ в отдельных
5 районах России достигает 35-40% от потребленной. Убытки от коммерческих
потерь в электрических сетях РАО «ЕЭС России» оцениваются около 30 млрд. руб./год. В настоящее время методы и выпускаемые электротехнической промышленностью приборы для выявления хищения электроэнергии малоэффективны, поскольку не позволяют изначально определять места и объемы хищения электроэнергии.
Приведенные соображения объясняют актуальность разработки мероприятий и средств для уменьшения отклонений напряжения и импульсных перенапряжений у потребителей, распознавания режимов работы электрической сети, а также снижения коммерческих потерь электроэнергии.
Решению указанных проблем посвящено большое количество публикаций, как в нашей стране, так и за рубежом. Среди них можно отметить работы Б.П. Борисова, В.Э. Воротницкого, Г.Я. Вагина, В.Г. Гольдштейна, И.С. Гурви-ча, А.Л. Горелика, СВ. Гончарова, А.Д. Дроздова, Ю.С. Железко, А.С. Засып-кина, А.Л. Зоричева, С.Л. Кужекова, Ю.А. Лямца, В.И. Нагая, В.В. Платонова, В.Е. Полякова, В.М. Салтыкова, А.А. Сапронова, А.А. Севостьянова, В.В. Тро-пина, М.Л. Тэндона, А.И. Троицкого, A.M. Федосеева, В.К. Хлебникова, Э. Ха-бигера, А.К. Шидловского, А. Шваба и многих других.
Однако многие вопросы и проблемы еще не решены. Это вопросы защиты ЭП от электромагнитных помех (ЭМП), стандартизации ЭМП и электромагнитной совместимости технических средств (ЭМС), схемных путей обеспечения ЭМС, распознавания режимов работы электрической сети и анализа качества электроэнергии, эффективного снижения коммерческих потерь электроэнергии и ряд других.
Необходимо отметить, что наибольшее количество аварий происходит в сетях с ВЛ 0,4 кВ, чем в сетях с кабельными линиями (КЛ), поскольку на них воздействует значительно большее количество внешних факторов. Кроме того большинство ВЛ 0,4 кВ выполняется неизолированными проводами, что удобно для хищений электроэнергии. На КЛ такое хищение практически невозможно. Поэтому в работе основное внимание уделяется ВЛ 0,4 кВ.
Объектом исследования диссертационной работы является совокупность ВЛ напряжением 0,4 кВ и ЭП.
Целью диссертационной работы является разработка эффективных методов и устройств, обеспечивающих нормальную работу ВЛ напряжением 0,4 кВ и ЭП.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи: *
Разработана математическая модель электрической сети напряжением 0,4 кВ основанная на использовании данных специализированной автоматизированной системы контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ);
Разработана имитационная динамическая модель (ИДМ) электрической сети напряжением 0,4 кВ с учетом нелинейных нагрузок потребителей;
Разработаны способы обнаружения неконтролируемого потребления электроэнергии (НПЭЭ) в электрических сетях 0,4 кВ с помощью специализированной АСКУЭ коммунально-бытовых потребителей;
Разработан алгоритм выявления НПЭЭ в узлах линии с оценкой погрешности, обусловленной неточностью измерения напряжений;
Выполнен синтез структуры системы защиты и распознавания режимов работы ВЛ напряжением 0,4 кВ и ЭП, включающей в себя специализированную АСКУЭ коммунально-бытовых потребителей;
Выполнен анализ стандартов на качество электрической энергии (КЭЭ) и ЭМС и на их базе сформированы требования к быстродействию устройств защиты ЭП от отклонений напряжения;
Разработаны устройства защиты ЭП от отклонений напряжения.
При решении поставленных задач использовались методы теории линейных электрических цепей, релейной защиты, системного анализа, математического моделирования, математического анализа, имитационного моделирования, планирования эксперимента, теории чувствительности и др. Теоретические исследования сопровождались разработкой математических моделей и методик. Экспериментальные исследования проводились в реальных условиях эксплуатации.
Научная новизна заключается в следующем:
Разработана математическая модель электрической сети напряжением 0,4 кВ, позволяющая по данным, полученным от исполнительных абонентских устройств потребителей (ИАУ) в составе специализированной АСКУЭ, проводить анализ качества электроэнергии и определять линии, в которых происходит неконтролируемое потребление электроэнергии;
Разработана имитационная динамическая модель электрической сети напряжением 0,4 кВ, учитывающая нелинейные нагрузки потребителей и позволяющая оценить вероятностные характеристики тока в нулевом рабочем проводе с учетом влияния различных факторов, действующих на электрическую сеть и в дальнейшем обоснованно подходить к выбору его сечения;
Предложены способы обнаружения НПЭЭ в электрических сетях напряжением 0,4 кВ с помощью специализированной АСКУЭ, защищенные патентами РФ;
Разработан алгоритм выявления НПЭЭ, который позволяет определять места хищения электроэнергии и значения потребляемых мощностей с оценкой погрешности, обусловленной неточностью измерения напряжений;
Предложена система защиты и распознавания режимов работы ВЛ напряжением 0,4 кВ и электроприемников в составе специализированной АСКУЭ, в том числе устройство защиты от повышения напряжения, защищенное патентом РФ.
Практическая ценность:
Предложены структурные схемы комплектных устройств защиты для однофазных потребителей, позволяющие осуществлять защиту от всех анормальных и аварийных режимов работы ВЛ и ЭП ;
Разработаны устройства защиты однофазных и трехфазных ЭП от отклонений напряжения;
Предложены способы выявления НПЭЭ, которые позволяют оперативно и избирательно выявлять места и мощности этого потребления;
8 Предложена система защиты и распознавания режимов работы ВЛ и
ЭП в составе АСКУЭ, позволяющая осуществлять постоянный контроль КЭЭ в
электрической сети и выявлять причины повреждения ЭП.
На предприятии ОАО «Сигнал» (г. Ставрополь) изготовлена и испытана опытная партия в количестве 100 экз. предложенных устройств зашиты. Устройства внедрены в ГУП РО «ДОНЭНЕРГО» (г. Ростов-на-Дону).
Способы выявления НПЭЭ в составе специализированной АСКУЭ внедрены в ООО НПФ «Электронные информационные системы» (г. Шахты).
Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе при подготовке инженеров-электриков по специальности 140211 «Электроснабжение» (в лабораторных занятиях и дипломном проектировании).
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на XXIV (2002 г.), XXV (2003 г.) и XXVI (2004 г.) сессиях Всероссийского научного семинара «Кибернетика электрических систем» по тематикам «Электроснабжение промышленных предприятий» и «Диагностика электрооборудования» (г. Новочеркасск).
По результатам выполненных исследований опубликовано 18 печатных работ, среди которых патент на полезную модель на устройство защиты однофазных ЭП от повышения напряжения, патент на изобретение на способ выявления НПЭЭ в сетях 0,4 кВ и положительное решение на второй способ выявления НПЭЭ в электрической сети 0,4 кВ.
Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и приложения и включает 157 стр. основного машинописного текста, 99 рисунков, 32 таблицы, список литературы из 148 наименований и 7 приложений.
Автор считает своим долгом выразить глубокую благодарность кандидату технических наук, доценту Сапронову А.А. за совместную работу и консультации по вопросам использования АСКУЭ.
Режимы работы воздушных линий напряжением 0,4 кВ и электроприемников
Действующий стандарт на качество электрической энергии [1] устанавливает допустимые показатели и нормы качества электроэнергии в электрических сетях, при соблюдении которых обеспечивается нормальное функционирование электрических сетей и ЭП. КЭЭ характеризуют также термином «электромагнитная совместимость».
Электромагнитная совместимость — способность ЭП нормально функционировать в его электромагнитной среде (в электрической сети, к которой он присоединен), не создавая недопустимых электромагнитных помех для других ЭП, функционирующих в той же среде [2].
Проблема электромагнитной совместимости бытовых ЭП с питающей сетью в последние годы остро возникла в связи с возросшим энергопотреблением в бытовом хозяйстве, что привело к перегрузке действующих электрических сетей и к увеличению числа сетевых аварий. Существенно возросло количество и номинальные мощности бытовых ЭП многие из которых реализуются на микропроцессорных функциональных узлах и имеют импульсные источники питания, функционирование которых весьма критично к КЭЭ. Вместе с тем КЭЭ определяется не только режимами работы электрических сетей, но и в не меньшей степени потребителями электроэнергии [3].
Современная электрическая нагрузка квартиры (коттеджа, офиса) характеризуется широким спектром ЭП, которые по их назначению и влиянию на электрическую сеть можно разделить на следующие группы: пассивные потребители активной мощности (лампы накаливания, нагревательные элементы утюгов, плит, обогревателей); ЭП с асинхронными двигателями, работающими в трехфазном режиме (привод лифтов, насосов - в системе водоснабжения и отопления и Др.); ЭП с асинхронными двигателями, работающими в однофазном режиме (привод компрессоров холодильников, стиральных машин и др.); ЭП с коллекторными двигателями (привод пылесосов, электродрелей и др.); сварочные агрегаты переменного и постоянного тока (для ремонтных работ в мастерской и др.); выпрямительные устройства (для зарядки аккумуляторов и др.); радиоэлектронная аппаратура (телевизоры, компьютерная техника и др.); высокочастотные установки (печи СВЧ и др.); лампы люминесцентного освещения.
Воздействие каждого отдельно взятого ЭП незначительно, совокупность же ЭП оказывает существенное влияние на питающую сеть. Наряду с этим, следует отметить, что каждый фактор, влияющий на ЭП, проявляется совместно с действиями других влияющих факторов и поэтому необходимо рассматривать всю совокупность факторов совместно [2].
Электроустановки могут находиться в нормальных эксплуатационных, анормальных (ненормальных) и аварийных режимах [4]. Аварийные режимы по существу представляют собой повреждения и могут приводить к разрушению оборудования и токоведущих частей, пожарам и др. Наиболее распространенными аварийными режимами являются короткие замыкания (КЗ). Анормальные режимы сами по себе еще не являются повреждениями, но при некоторой продолжительности могут перейти в аварийные. Наиболее распространенными анормальными режимами являются перегрузки.
В процессе эксплуатации распределительных электрических сетей напряжением 0,4 кВ имеют место повреждения ЭП из-за перенапряжений. Перенапряжениями называются внезапные повышения напряжения до значений, опасных для изоляции ЭП. Различают временные и импульсные перенапряжения [1]. По своему происхождению импульсные перенапряжения бывают двух видов: внешние (атмосферные) и внутренние (коммутационные).
Временное перенапряжение - это повышение напряжения в точке электрической сети выше 1,1 UmM продолжительностью более 10 мс, возникающее в системах электроснабжения при коммутациях различного вида электрооборудования или в результате возникновения различных видов КЗ в сети.
Отклонением напряжения SU называется разность между значениями напряжения U в данной точке системы электроснабжения в рассматриваемый момент времени и его номинальным значением, т.е. SU = U - Uimi [4].
Основной причиной появления недопустимых отклонений фазных напряжений является обрыв нулевого провода [4, 5]. Обрыв нулевого провода может быть без короткого замыкания фазного и нулевого проводов и с коротким замыканием последних. Это достаточно распространенный вид повреждения особенно при неблагоприятных погодных условиях, обусловливающий повреждение ЭП.
Согласно [1] значения временных перенапряжений в электрических сетях 0,4 кВ в зависимости от длительности временных перенапряжений не превышают значений, приведенных в табл. 1.1, При этом в среднем за год в точке присоединения возможны около 30 временных перенапряжений.
Математическая модель электрической сети t напряжением 0,4 кВ с использованием данных АСКУЭ
Необходимость разработки математической модели электрической сети напряжением 0,4 кВ обусловлена стремлением, используя данные от ИАУ потребителей в составе специализированной АСКУЭ однофазных потребителей, рассчитывать режимы работы электрической сети с целью анализа КЭЭ и определения линий, в которых происходит НГТЭЭ.
В настоящее время для расчета режимов работы электрических сетей на ЭВМ наибольшее распространение получили следующие программы: Mustang, Rastr, Electro, Dis, Dw, РАП-0,38 и др. Указанные программы предназначены для решения определенного круга задач (например, расчет токов в ветвях и напряжений в узлах, потерь электроэнергии и напряжения в электрических сетях, выбор проводов и защитных устройств и т.п.), при решении которых приняты соответствующие допущения и выбраны наиболее рациональные методы расчета. Однако они не предназначены для решения специальных задач в составе АСКУЭ, в частности, для определения коммерческих потерь электроэнергии и анализа КЭЭ. В связи с этим целесообразна разработка специализированной программы, предназначенной для расчета режимов работы электрической сети с учетом использования данных, полученных от ИАУ АСКУЭ.
Рабочий режим электрической сети определяется параметрами этого режима, т.е. значениями напряжений в узлах, токов в ветвях, сдвигом по фазе токов относительно напряжений и т.д. При этом для расчета режимов работы электрической сети в центре управления АСКУЭ должны иметься математические модели всех разновидностей электрических сетей напряжением 0,4 кВ, включающие: схему электрической сети; схемы распределительных линий сети; номера узлов каждой линии; длины участков (пролетов) линий; марки и се чения фазных и нулевых проводов; число фаз; места подключения нагрузок; данные понижающего трансформатора и т.д.
Анализ реальных схем электрических сетей показал, что в ряде случаев они имеют сложную древовидную структуру (П. 2). При этом ответвления от ВЛ к вводу имеют значительную длину, которые необходимо также учитывать в модели электрической сети. На рис. 2.1 приведена электрическая схема замещения обобщенной ВЛ напряжением 0,4 кВ, составленная на основе рассмотренных схем. В схеме учтено: - нагрузка подключена в п точках (узлах); - сопротивления нагрузки могут отличаться как по узлам, так и по фазам и также иметь активный или активно-индуктивный характер; - пролеты ВЛ могут иметь разную длину и сечения проводов; - ответвления от ВЛ могут иметь разную длину и сечения проводов; - число повторных заземлений равно числу узлов нагрузки; - схема содержит 5 ВЛ.
Электрическая схема замещения В Л содержит: источники ЭДС (ЁА,ЁВ,ЕС); полные сопротивления короткого замыкания трансформатора (ZTA,ZTB,ZTC) y полное сопротивление нулевой последовательности трансформатора (ZTQ); полные сопротивления пролетов фаз (ZapAi,ZnpBi,Zn?a, где / = 1,2,...и); полные сопротивления пролетов нулевого провода (Z ш); полные сопротивления ответвлений фаз {ZmAi ZmBi,ZmC )\ полные сопротивления ответвлений нулевого провода (Z Z Z ; полные сопротивления нагрузок {ZwAi,ZwBi,ZmCi)\ сопротивление основного заземления (Rz) и сопротивления повторных заземлений (RPi).
Данными от ИАУ являются измеренные мгновенные (и тмі, і тмі) и действующие (/ф изм (, /нг;) значения напряжений и токов нагрузок во всех узлах ВЛ 0,4 кВ, с помощью которых вычисляются комплексы напряжений и токов нагрузок в соответствии с выражениями
Затем определяются комплексы полных сопротивлений нагрузок
Вычисленные комплексы напряжений на шинах ТП и комплексы полных сопротивлений нагрузок являются исходными данными для ввода в математическую модель линии и последующего расчета режимов работы.
Среди различных методов расчета установившихся режимов электрических сетей на ЭВМ (контурных токов, уравнений Кирхгофа, наложения, смешанных величин, топологических преобразований и др.) наибольшее распространение получил метод узловых напряжений [72-75].
Преимущества, обеспечившие широкое практическое применение данного метода состоят в его универсальности, наиболее простой для машинной реализации процедурой формирования уравнений, свойства которых обеспечивают высокую скорость сходимости наиболее распространенных методов численного решения алгебраических систем, а также в меньшем количестве уравнений для расчета электрической сети, по сравнению с методом контурных токов.
Анализ электрических сетей начинается с формирования уравнений узловых напряжений [73]. Алгоритм формирования уравнений узловых напряжений следующий.
Уравнение для ветви, состоящей из двух узлов и полной проводимости, будет иметь следующий вид ВД.0- 77,0=/,, (2.1) где Yu - собственная проводимость узла i; Ytj - взаимная проводимость узлов / и у"; Ui0 - напряжение узла / относительно узла 0; С/ .0 - напряжение узлау относительно узла 0; lt задающий ток узла / ; п - число узлов линии.
Анализ потерь электроэнергии в электрических сетях напряжением 0,4 кВ
В соответствии с ПУЭ [28] рекомендуется «предусматривать защитное отключение потребителей при превышении напряжения выше допустимого, возникающего из-за несимметрии нагрузки при обрыве PEN проводника. Отключение должно производиться на вводе в здание, например воздействием на независимый расцепитель вводного АВ посредством реле максимального напряжения, при этом должны отключаться как фазный, так и нулевой проводники», однако величина допустимого превышения напряжения не указана.
Как известно, ЭП обладают определенной стойкостью к воздействию временных отклонений напряжения в течение некоторого промежутка времени без повреждения.
Условия аварийной работы ЭП можно сформулировать следующим об разом доп/ где С/ф - фазное напряжение сети; Uaoa-min — минимальное допустимое напряжение на зажимах ЭП; Unonmax - максимальное допустимое напряжение на зажимах ЭП; t - продолжительность недопустимого режима работы ЭП; гдоп допустимое время работы ЭП при данном отклонении напряжения.
В [7, 92] показано, что на основании проведения натурных исследований, модельных экспериментов и теоретических расчетов можно построить области безаварийного режима работы ЭП при различных значениях отклонения напряжения от допустимого диапазона значений U f(t) (см. рис. 2.20). Они представляют собой заштрихованные области на рис. 2.20 значений (/, t) при которых работа ЭП устойчива. Таким образом, если в некотором режиме наблюдается отклонение напряжения U длительностью t и точка с координатами (U, t) лежит выше и левее или ниже и левее, то работа ЭП в этом режиме устойчива, если выше и правее или ниже и правее, работа ЭП неустойчива.
Однако для различных ЭП будут разные области безаварийной работы. Наиболее чувствительными в этом отношении являются любые ЭП, работающие на электронных схемах (компьютеры, телевизоры, видеомагнитофоны и др.). Поэтому при определении характеристик защиты ЭП от отклонений напряжения целесообразно определить общие области безаварийной работы ЭП исходя из стандартизированных норм, которым должны удовлетворять большинство ЭП.
В [93] приведены требования к цепям питания электронного оборудования. На рис. 2.21 приведены зависимости напряжения от времени при превышении напряжения выше допустимого значения. При этом сказано, что ЭП должны быть спроектированы таким образом, чтобы их работоспособность сохранялась при наличии перенапряжений, не превышающих значений, представленных на кривой 1. При значениях перенапряжения в диапазоне между кривыми 1 и 2 должно происходить отключение ЭП защитным устройством.
Из рис. 2.21 видно, что данные требования приведены для питания наиболее чувствительных ЭП (С/дОп.тах=230 В). Приведенные данные ничем не обоснованы, что не позволяет их использовать в качестве характеристик защитных устройств.
В главе 1 проведен анализ стандартов на КЭЭ и ЭМС технических средств. Анализ стандартов и норм позволил установить зависимости напряжения от времени, при котором устойчивы ЭП (см. табл. 1.14). По данным табл. 1.14 были составлены эмпирические формулы зависимости напряжения от времени для повышения и понижения напряжения Г 1-е0 оп.пов(0=66,35е 2665 +251,5; /„« = 176
Используя приведенные формулы, построены обобщенные зависимости напряжения от времени, которые приведены на рис. 2.22. Следует отметить, что при полном прерывании питания, ЭП должны сохранять работоспособность в течение 20 мс. Поэтому устройства защиты не должны отключать ЭП в течение этого времени. Также, при превышении максимального уровня напряжения 320 В целесообразно задавать выдержку времени на отключение которая должна быть не менее 10 мс для предотвращения нежелательных отключений ЭП при появлении импульсных грозовых или коммутационных перенапряжений.
Таким образом, приведенные на рис. 2.22 зависимости напряжения от времени предлагается использовать в качестве защитных характеристик устройств защиты от отклонений напряжения. Эти устройства должны реагировать на величину отклонения напряжения в электрической сети и в зависимости от этой величины выбирать время выдержки на отключение ЭП в соответствии с рис. 2.22, при которой они сохранят работоспособность. Если до истечения этого времени напряжение в сети восстановится до допустимого значения, ЭП отключаться не должны. После срабатывания устройства и при последующем восстановлении напряжения в сети оно должно подключать нагрузку к сети автоматически с некоторой выдержкой времени на включение [94].
Параметры режимов работы воздушных линий напряжением 0,4 кВ и электроприемников
Релейная защита электрической сети напряжением 0,4 кВ, являясь средством для предотвращения повреждения защищаемого оборудования в анормальных режимах и сокращения размеров его повреждений при авариях представляет собой распознающую систему, отличающую опасные режимы от допустимых. В общем случае задача распознавания может решаться вероятностными или детерминистскими методами [127]. Однако в настоящее время использование вероятностных методов распознавания в целях построения структуры релейной зашиты не представляется возможным из-за отсутствия достаточно надежных статистических данных о повреждаемости электрической сети и условных плотностях распределения вероятностей признаков, характеризующих повреждения. В связи с этим целесообразно использовать детерминистский подход к построению распознающей системы.
Следует отметить, что устройства релейной защиты по существу представляют собой логические системы распознавания. При этом их измерительные органы, осуществляя сравнение контролируемых величин с заданными значениями (уставками), формируют одно из двух (1 или 0) значений логических признаков. В качестве логических признаков широко используются выдержки времени [128].
С учетом сказанного выше задачу синтеза структуры релейной защиты для построения алгоритма распознавания режимов работы ВЛ напряжением 0,4 кВ и ЭП можно сформулировать следующим образом [129]. Пусть защищаемый объект - ВЛ и ЭП - задается множеством режимов работы R, характеризующихся определенным множеством признаков Р, причем rt&R один из /- 0, 1, 2, ... т режимов (г0 - нормальный режим). В каждом из 147 i = 0, 1, 2,... т режимов (г0 - нормальный режим). В каждом из режимов г( логические признаки pj єР, где j=\, 2, 3, ... и — номер признака, принимают дискретные 0 и 1 или неопределенное 0/1 значения. Выбранный набор признаков Р должен обладать свойствами обнаружения и распознавания режимов r(.
В связи с этим в любом режиме г( хотя бы для одного, признака должно выполняться условие где р - значение этого признака в нормальном режиме.
Кроме того, в каждой паре распознаваемых режимов (ritrk)eR, іФк, значение хотя бы одного логического признака должно удовлетворять условию
Требуется найти совокупность признаков, совместное использование которых позволяет реализовать структуру защиты, удовлетворяющую определенному критерию оптимальности. В частном случае синтеза структуры релейной защиты с минимальным числом функциональных элементов задача сводится к отысканию полной неизбыточной совокупности Pmin логических признаков, различающих режимы с заданной глубиной, причем удаление из нее хотя бы одного логического признака ведет к частичной (или полной) потере свойств распознавания режимов.
При синтезе структуры приняты следующие допущения и ограничения: - вероятности режимов работы электрической сети одинаковы; - функциональные элементы, реализующие логические признаки имеют разную чувствительность при одинаковой надежности, стоимости и сложности реализации; - признаки, реагирующие на один и тот же параметр (однородные признаки) по чувствительности идентичны; - предпочтительными считаются признаки, реагирующие на более информативный параметр или имеющие более высокую чувствительность.
Параметры режимов работы ВЛ и ЭП, определяющих структуру ее защиты, приведены в табл. 4.1. Таблица разбита на 2 части, в одну из которых входят режимы, которые могут произойти по вине энергоснабжающей организации, а в другую, по вине потребителей электроэнергии. Каждому режиму rt табл. 4.1 соответствует определенная группа признаков. Каждый признак при синтезе эквивалентен элементарному устройству релейной защиты, которое реагирует на изменение этого признака.
В табл. 4.1 приняты следующие обозначения: U - фазное напряжение; / - фазный ток; (р - угол сдвига между векторами напряжения и тока; у/и - угол сдвига между векторами напряжения; у/, - угол сдвига между векторами тока; U0 - напряжение нулевой последовательности; /ш - ток в нулевом проводе. В столбце 12 табл. 4.1 приведены также требования к действию защиты: F - срабатывание; L - сигнализация; 0 - недействие. В столбце 13 приведен учет электроэнергии во всех рассмотренных режимах: 0 - нормальный учет; Р - погрешность; 1 - недоучет.
Из приведенной таблицы видно, что при данном наборе контролируемых параметров существует множество неопределенных состояний. Для того чтобы исключить эти состояния можно увеличить число используемых признаков. Однако это приведет к увеличению числа технических измерительных средств, каждое из которых обеспечивает определение соответствующего признака или группы признаков, что в свою очередь увеличит затраты на построение системы распознавания. Поэтому для исключения неопределенных состояний целесообразно разбиение каждого режима на соответствующие подрежимы с указанием условий работы в каждом подрежиме, а также использование признаков в сочетании друг с другом [130].
В общем случае существует возможность путем непосредственного сравнения строк табл. 4.1 сократить их число и укрупнить режимы, распознаваемые с помощью используемой информации. Получение данных для табл. 4.1 является наиболее трудоемкой частью задачи синтеза и основывается на исследовании режимов работы ВЛ и ЭП во всех возможных состояниях.
