Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Теория информационного анализа процессов 11
1.L Общая структура информационного анализа процессов 12
1.2. Комплексная форма цифровой обработки входной величины 15
1.3. Преобразования 16
1.4. Визуализация процесса 25
1.5. Выводы 40
ГЛАВА 2. Процедура сегментации наблюдаемых процессов 41
2.1. Критерий однородности наблюдаемого процесса 41
2.2. Задача сегментации 45
2.3. Сегментатор на основе заграждающего фильтра 55
2.4. Сегментатор на основе комплексного сигнала фильтра 62
2.5. Выводы : 70
ГЛАВА 3. Многомерная релейная защита 72
3.1. Понятия о виртуальном реле и имитационной и алгоритмической моделях 72
3.2. Совместное действие группы виртуальных реле 75
3.3. Эквивалентирование алгоритмической модели объекта 80
3.4. Выводы 96
ГЛАВА 4. Разработка модулей микропроцессорных защит '...98
4.1. Классификация модулей распознавания в неполнофазном режиме В Л 98
4.2. Актуальность задачи построения ОКПД '. 101
4.3. Формирование замера ОКПД 105
4.4. Реализация ОКПД 107
4.5. Актуальность задачи построения ОВУВ .*. 109
4.6. Реализация ОВУВ 115
4.7. Внедрение алгоритмов ОКПД и ОВУВ 120
4.8. Разработка дифференциальной защиты шин (ДЗШ) 121
4.9. Выводы 126
Заключение 127
Список использованной литературы
- Комплексная форма цифровой обработки входной величины
- Сегментатор на основе заграждающего фильтра
- Совместное действие группы виртуальных реле
- Актуальность задачи построения ОКПД
Введение к работе
Повышающиеся из года в год требования к надежности и качеству электроснабжения потребителей в свою очередь возлагают всё более высокую ответственность на релейную защиту и автоматику энергосистем. На этом фоне всё более актуальной становится задача повышения чувствительности и быстродействия защит. Возможность решения данной задачи тесно связана с широкомасштабным внедрением микропроцессорной релейной защиты, предоставляющей исключительные возможности для максимально полного использования информации. Данное обстоятельство послужило первопричиной развития и внедрения метода информационного анализа релейной защиты, а также элементов теории многомерной релейной защиты.
Появившаяся принципиальная возможность повысить информационные свойства микропроцессорной защиты до физически достижимого уровня высветила ряд актуальных информационных задач; возникли вопросы, теоретическое и прикладное значения которых неразделимы. Важнейшие из них:
• какова распознаваемость коротких замыканий в электрических системах;
• насколько близка к ней распознающая способность известных алгоритмов релейной защиты;
• как следует объединять всю имеющуюся информацию, чтобы приблизить распознающую способность защиты к распознаваемости повреждений.
Перечисленные задачи были поставлены в докладе исследовательского центра (ИЦ) «Бреслер» на семинаре компании «ABB Automation Technologies» (Вестерос, Швеция) в 1995 г. Было принято решение проведения совместных теоретических исследований и прикладных разработок, цель которых — обнаружение перспективных алгоритмов для защит нового поколения.
Будучи студентом первого курса, автор присоединился к исследовательской группе в 2001 г. и был вместе с Ю.В. Романовым подключен к разработке метода решения поставленных информационных задач релейной защиты, названного информационным анализом и сложившегося в ходе исследования распознаваемости коротких замыканий (КЗ) в электрических системах и распознающей способности алгоритмов защиты энергообъектов [1-8].
Впервые идеи информационного анализа энергообъектов и средств их защиты развиваются применительно к процессам, наблюдаемым в электрической системе и представленным цифровыми осциллограммами (множеством отсчетов) входных величин. Метод информационного анализа процессов применён к задаче восстановления тока, нелинейно искаженного вследствие насыщения измерительного трансформатора тока (ИТТ), что особенно важно в случае защиты шин, основными требованиями к которой являются селективность (отстройка от тяжёлых внешних коротких замыканий (КЗ), сопровождающихся насыщением одного или нескольких ИТТ) и высокое быстродействие.
Методы многомерной релейной защиты позволяют объединять всю доступную информацию о защищаемом объекте в единую информационную базу, благодаря чему распознающая способность релейной защиты может быть приближена к физическому пределу — распознаваемости КЗ, имитируемых в объекте (принцип информационного совершенства релейной защиты).
Рассматриваются общие вопросы информационного анализа и теории многомерной релейной защиты и их приложение к защите линий электропередачи и защите шин.
В ходе работы над диссертацией автор пользовался научными консультациями к.т.н., доцента, директора центра применения продукции ИЦ «Бреслер» В.А. Ефремова и ведущего специалиста по дифференциальным защитам А.В. Шевелёва.
Методы исследования. При решении поставленных задач были использованы методы теории цепей, теоретических основ релейной защиты, теории распознавания, вычислительной геометрии, цифровой обработки сигналов, математического моделирования.
Достоверность полученных в диссертационной работе результатов обеспечивается корректным использованием математического аппарата, совпадением результатов расчётов одних и тех же процессов различными методами, "а также подтверждением их многочисленными экспериментами на имитационных моделях объекта.
Научные положения, выносимые на защиту.
1. Теоретические аспекты и основные этапы информационного анализа процессов. Представление и анализ аналоговых сигналов в качестве годографов на комплексных плоскостях.
2. Способы восстановления сигналов, искаженных вследствие насыщения измерительных трансформаторов тока.
3. Методика определения информационной ценности наблюдаемой величины вне зависимости от вида КЗ. Методика составления семейств виртуальных реле и объединения их распознающей способности.
4. Новые алгоритмы защиты линии электропередачи и шин, наиболее полно использующие всю доступную информацию.
Научная новизна. Основные результаты исследования, обладающие научной новизной, заключаются в следующем:
1. Развит метод информационного анализа процессов, наблюдаемых в электрической системе и представленных цифровыми осциллограммами входных величин. Представлены отображения элементарных сигналов. Введено понятие о визуализации информационных признаков разнородных процессов, на основе которой стоятся критерии этих процессов.
2. Разработаны критерии однородности процессов. Предложены способы восстановления сигналов, искаженных вследствие насыщения измерительных трансформаторов тока. Установлено, что метод интервальной фильтрации даёт более точные значения ортогональных составляющих сигнала промышленной частоты, нежели непосредственная фильтрация этого сигнала.
3. Развиты методы многомерной релейной защиты. Дано приложение триангуляции - процедуры вычислительной геометрии - к оцениванию распознающей способности реле. Предложена методика составления семейств виртуальных реле и объединения их распознающей способности. Получена методика представления алгоритмической модели объекта в виде двухполюсного эквивалентного генератора относительно места повреждения вне зависимости от вида короткого замыкания.
4. Впервые метод информационного анализа применён к защитам шин, а методы многомерной релейной защиты к органам однофазного автоматического повторного включения ВЛ.
Практическая ценность.
1. Развитый в диссертации метод информационного анализа процессов содержит процедуры, позволяющие анализировать всевозможные процессы, протекающие в энергосистеме.
2. Развиты критерии распознавания процессов, которые позволяют различать процессы короткого замыкания и «броска» по виду годографов канонических преобразований.
3. Разработаны и запатентованы способы сегментации, обеспечивающие чёткое разграничение участков искажённой входной величины и позволяющие проводить процедуру интервальной фильтрации ортогональных составляющих входных величин.
4. Разработаны процедуры повышения распознающей способности реле без привлечения дополнительной информации за счёт объединения их в семейства.
5. Предложена общая методика определения информационной ценности наблюдаемой величины вне зависимости от вида КЗ, заключающаяся в дополнении процедур информационного анализа процедурой эквивалентирования алгоритмической модели контролируемого объекта.
6. Разработанные модули контроля погасания дуги подпитки и выявления успешного включения противоположного конца на линиях сверхвысокого напряжения (СВН) реализованы в структуре адаптивного ОАПВ терминала дифференциально-фазной защиты «Бреслер ТЛ 2704».
7. Основные положения сегментации применены при разработке органа детектора внешних КЗ дифференциальной защиты шин реализованной в составе микропроцессорного терминала серии «Бреслер ТШ 2310», что позволило надёжно отстроиться защите от тяжёлых внешних КЗ.
Апробация работы.
Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских научно-технических конференциях: Power System Protection (Bled, Slovenia, 2006 г.), Релейная защита и автоматика современных энергосистем (Москва-Чебоксары, 2007 г.), Релейная защита и автоматика энергосистем (Москва, ВВЦ, 2006 г. и 2008 г.), Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем (ДНДС, Чебоксары, ЧТУ, 2003 и 2005 гг.), Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике (ИТЭЭ, Чебоксары, ЧТУ, 2006 г.).
Реализация результатов работы. Основные результаты работы использованы в разработках, завершившихся серийным выпуском дифференциальной защиты шин и ошиновок «Бреслер ТШ 2310», разработке адаптивного однофазного автоматического повторного включения в составе дифференциально-фазной защиты линий «Бреслер ТЛ 2704».
Публикации. Содержание диссертационной работы нашло отражение в 18 опубликованных работах и 2 патентах на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 118 наименований, 65 рисунков. Общий объем диссертации 141 стр.: текст диссертации 129 стр., список литературы 12 стр.
В первой главе идеи информационного анализа энергообъектов и средств их защиты развиваются применительно к процессам, наблюдаемым в электрической системе и представленным цифровыми осциллограммами (множеством отсчётов) входных величин. Вводятся комплексные преобразования отсчётов, переводящие осциллограммы в изображения -годографы комплексных сигналов. Дан перечень результатов таких преобразований для ряда элементарных сигналов. Приводятся результаты анализа реальных осциллограмм, записанных в энергосистемах цифровыми регистраторами аварийных процессов, таких как короткое замыкание, короткое замыкание с насыщением измерительного трансформатора тока (ИТТ), бросок намагничивающего тока (БНТ) силового трансформатора. Характеризуются процедуры информационного анализа процессов - сегментация, селекция (кластеризация) и фильтрация.
Вторая глава посвящена сегментации наблюдаемых процессов. Раскрывается критерий однородности наблюдаемого процесса. Приводятся алгоритмы сегментации процессов и результаты их применения для объединения отсчётов, разрозненных во времени, но подчинённых общей закономерности. В частности, сегментация развивается как процедура контроля однородности процесса; создан соответствующий программный модуль — сегментатор, выделяющий участки однородности в наблюдаемом процессе. Критерием однородности служит близость к заданной закономерности. Представлены способы определения интервалов однородности электрических величин. Даны результаты фильтрации на участках испорченного насыщением ИТТ сигнала.
Третья глава посвящена идее многомерной релейной защите, концепция которой заключается в объединении всей доступной (не только во времени, но и в пространстве) информации в единую информационную базу, благодаря чему распознающую способность релейной защиты удаётся приблизить к распознаваемости аварийных режимов энергообъекта. Раскрывается метод алгоритмических моделей и виртуальных реле (ВР) [9-15]. Получено общее уравнение замыкания в произвольном месте объекта, а также описание замера виртуального реле, выносимого в это место. Приводятся критерии повреждения, исходящие из резистивности его модели. Представлены результаты повышения распознавания релейной защиты без привлечения дополнительной информации. Приводится единая методика определения информационной ценности наблюдаемой величины вне зависимости от вида КЗ, основанная на процедуре эквивалентирования алгоритмической модели контролируемого объекта.
Четвёртая глава посвящена разработкам микропроцессорных защит, выполненным при участии автора, а именно программных модулей дифференциально-фазной защиты и защиты шин/ошиновок, исследованию распознающих свойств защит и анализу их функционирования в переходных режимах. Автором совместно с Ю.В. Романовым разработаны программные модули адаптивного однофазного автоматического повторного включения линии (ОАПВ), называемый органом контроля погасания дуги (ОКПД) подпитки, а также орган выявления успешного включения (ОВУВ) линии для терминала микропроцессорной дифференциально-фазной защиты линий 350-750 кВ серии «Бреслер ТЛ 2704». Данное многофункциональное устройство выполняется в составе шкафа «Бреслер ШЛ 2704». При непосредственном участии автора был разработан терминал микропроцессорной защиты шин/ошиновок 35-750 кВ серии «Бреслер ТШ 2310». Данное многофункциональное устройство, реализующее в своём составе дифференциальную защиту шин (ДЗШ) и устройство резервирования отказа выключателя (УРОВ), предназначено как для защиты ошиновки с 4-мя присоединениями, так и для защиты сборных шин с числом присоединений (ТТ) не более 12 (одиночная или двойная система шин с обходной системой шин с жёсткой и изменяемой фиксацией присоединений).
Комплексная форма цифровой обработки входной величины
Стремление придать цифровой обработке сигнала комплексную форму объясняется тем, что в его модели (1)-(7) входит комплекс 1_т, оценке которого уделяется особое внимание (рис. 1). Будем различать два типа преобразований — алгебраические и разностные. Алгебраическое преобразование А обрабатывает каждый отсчет і[к) независимо от прочих отсчетов. Разностное преобразование обрабатывает выборку і(к,п), где к — произвольный номер, а п — число, задаваемое или определяемое, как при сегментации. Разностные преобразования в свою очередь подразделяются на заграждающие D и сглаживающие S. Кроме них, в структуру цифровой обработки входной величины (рис. 3) входят заключительные процедуры сегментации Л и фильтрации
Далее рассматривается алгебраическое преобразование в виде умножения входной величины на комплексный опорный сигнал %(к) Если А - оператор преобразования, то его результат у(к) = А[і(к)] = і(к)х{к) или y(k) = [y(k-n + \),...,y(k)J =А[і{к)]. Опорный сигнал х(Аг) = 2уехр(уе 0Пт) смещает спектр входной величины і(к) на расстояние сооп вдоль оси частот. В частности, при сооп = -со0 опорный сигнал %(k) = 2jexp(-j( 0xk) преобразует вещественный синусоидальный модельный сигнал (2) в окружность на комплексной плоскости у(к) = і(к)х(к) = Іт -/мехр(-у2ш0т) (8) с центром в точке 1_т, с радиусом 1т и вращением изображающей точки по часовой стрелке с угловой частотой 2со0 (рис. 4). Заметим, что в момент к = О точка находится на оси мнимых и возвращается в это место в момент к = N12 -через полпериода Гном при условии, что ю0 = ооь
Каждый из комплексных сигналов описывает в функции времени к годограф, форма которого несёт информацию о характере процесса. На рис. 6 и 11 приведены цифровые осциллограммы токов реальных событий в электрических системах, преимущественно в линиях электропередачи, записанные регистраторами аварийных процессов «Бреслер-01» или терминалами микропроцессорной дифференциально-фазной защиты «Бреслер-04». В информационном анализе записанных процессов использовались сигналы у (к), z(k), w[k). Нумерация отсчётов на осциллограммах переносилась затем на комплексную плоскость, где цифрами отмечено положение изображающей точки на каждом из трех годографов. Годографы У (к) проведены тонкой пунктирной линией с прямыми цифрами; годографы у_(к) — жирной линией, которой также соответствуют жирные цифры; годографы w{k) — тонкой сплошной линией с наклонными цифрами. О направлении движения изображающей точки можно судить по нарастанию номеров ее положений. Точки увеличенных размеров, как на рис.6, 11, образуются в результате слияния двух или более обычных точек, расположенных близко друг к другу.
Критерий однородности
Примененный здесь принцип цифровой обработки сигналов основан на подавлении тех или иных спектральных компонентов. Равенство (21) говорит о том, что по мере приближения реального процесса к синусоидальной модели (1)-(3) годограф у_(к) все более стягивается в точку. Годограф w{k) ведёт себя аналогичным образом как по отношению к синусоидальной, так и к экспоненциально-синусоидальной моделям. Отсюда следует критерий распознавания однородного процесса, который можно назвать критерием сжимающихся годографов. Он подтверждается реальными осциллограммами тока короткого замыкания (КЗ). На рис. 6 приведены совокупности годографов сигналов у (к), v(k) и, возможно, w{k). Все три комплексных сигнала на каждом из рисунков получены в результате преобразования осциллограммы одного из зарегистрированных токов. Относительно наблюдавшихся процессов известно, что во всех случаях имело место короткое замыкание, ликвидированное спустя время благодаря действию релейной защиты.
Сегментатор на основе заграждающего фильтра
Задача определения интервалов однородности наблюдаемых процессов, называемая иначе задачей сегментации, требует своего решения в многочисленных приложениях: при построении пусковых органов релейной защиты, реагирующих на факт возникновения короткого замыкания; при восстановлении сигнала, нелинейно искаженного вследствие насыщения трансформатора тока; при выделении аварийной составляющей электрической величины, и других.
Настоящее предложение принадлежит к классу способов сегментации, основанных на применении заграждающего фильтра. Обычно используется нерекурсивный цифровой фильтр, настроенный на подавление заданного частотного диапазона. Более общее решение заключается в применении адаптивного фильтра, который настраивается на подавление произвольной
электрической величины. С помощью адаптивного фильтра выполняется цифровой спектральный анализ электрической величины, и по ее спектральному составу судят об однородности и характере процесса [50-55]. Ниже излагается более гибкий способ использования заграждающего фильтра, функциональные возможности которого шире. В предлагаемом способе могут быть задействованы произвольные модельные сигналы, соответственно он может работать с произвольными, в том числе и весьма малыми, интервалами изменения наблюдаемого процесса.
Положительный эффект достигается в первую очередь за счёт применения новой операции - разделения заграждающего фильтра на две части, называемые прямым и инверсным преобразователями входной величины. Предварительно фильтр обучают, настраивая на подавление модельного сигнала, формируемого искусственно или подбираемого из архива цифровых осциллограмм наблюдаемых процессов (рис. 20). А после разделения бывшего фильтра получают от него не один, а два сигнала - от прямого преобразователя и отдельно от инверсного преобразователя, причем второй сигнал еще и инвертируют (рис. 21). Затем из двух полученных сигналов составляют общий двумерный сигнал. Понятие "двумерный" означает, что доставляемая им информация отображается на соответствующей плоскости в виде характеристики срабатывания виртуального реле. Характеристику задают таким образом, чтобы срабатыванием реле определялось начало интервала однородности электрической величины, а возвратом — его окончание.
Нерекурсивный заграждающий фильтр включает в свой состав функциональный блок и оконечный сумматор (рис. 20). В свою очередь функциональный блок состоит из инерционного модуля, содержащего элементы задержки, и из прямого и инверсного преобразователей. Прямой преобразователь представляет собой масштабирующий сумматор с положительными весами, инверсный преобразователь - масштабирующий сумматор с отрицательными весами. Настройка фильтра осуществляется под контролем нуль-индикатора.
После настройки фильтра оконечный сумматор из его структуры устраняется (рис. 21). Взамен в схему формируемого сегментатора вводится инвертор и виртуальное реле. Выходным сигналом служит массив номеров отсчётов, образующих в совокупности интервал однородности.
В данном пункте диссертации предлагаются простейшие виды прямого и инверсного преобразователя, а именно те, что получаются при чисто синусоидальной модели электрической величины или при синусоиде с постоянной составляющей.
В примере, приведенном на рис. 22, 23, инерционный модуль состоит из двух элементов задержки, прямой преобразователь представляет собой двухвходовый сумматор, а инверсный преобразователь - масштабирующий элемент с отрицательным множителем (-2cosco0x), где ю0 — основная частота сети, т - интервал дискретизации.
Характеристика срабатывания виртуального реле определяется в процессе обучения сегментатора и располагается в первом и третьем квадрантах плоскости двумерного сигнала вблизи биссектрисы.
Если подать на вход фильтра сигнал (61), то настройка по условию (63) приведет к структуре второго порядка (рис. 22), описываемой уравнением (0 = (0-2 -0 0 + -2), (64) в чем легко убедиться, подставив (61) в (64).
После настройки схема фильтра трансформируется в схему сегментатора по рис. 23. Фильтр разделяется на два преобразователя, описание которых следует из уравнения (64). К прямому преобразователю относятся слагаемые с положительными множителями Zi(/) =/(/) + /(/-2), (65) а к обратному преобразователю — с отрицательными. В данном случае это единственное слагаемое —z 2 ( ) = —2г(/ — 1)COSCO0T, (66) дающее после инвертирования выходной сигнал обратного преобразователя. Сигналы преобразователей поступают на входы виртуального реле, характеристика которого в случае совпадения реальных величин /(/) с моделью Л /(/) представляет собой два узких сектора, плотно прижатых к биссектрисе, а для величин, заметнее отклоняющихся от модели, - более широкие секторы.
Если в процессе обучения сегментатора выяснится, что характеристика недопустимо широка, необходимо будет перейти к модели, более адекватной реальным величинам.
Совместное действие группы виртуальных реле
В диссертации принята терминология, согласно которой а-режимом называется отслеживаемый режим, а Р-режимом - альтернативный режим. Рассматривается противостояние а - и Р -режимов, которое разворачивается на уставочной плоскости. На рис. 32 проиллюстрировано решение одной из основных задач информационного анализа. В пространствах а - и р -режимов Са и Со заданы объектные области Ga и Gp. Заданы также преобразования
Fa(xa) = z и Fp(xpJ = z. Требуется построить отображения Fa(Ga) = Sa, Fp(GA = Sp и получить область распознавания а-режимов как разность областей Saa =Sa\Sp. Сопутствующая задача - окаймление области S„, т.е. определение её границы Lp с областью Sa. Для дискретного множества точек Np процедуре окаймления придана форма триангуляции, известной из вычислительной геометрии [65-67, 82]. С
К определению распознающей способности реле Рассматривается двухрежимная наблюдаемая величина с общим обозначением V; в предшествующем режиме - V_m, в текущем — VTK, аварийная составляющая - FaB = VTK - Vm, в гипотетическом режиме металлического КЗ - У_кз с аварийной составляющей V_w кз = FK3 - Квд. Из наблюдаемой величины V_ формируются входные величины виртуального реле М = (Екз -Ктк)еХР./Фвн (77) K = Kas, (78) где фвн - угол внутреннего сопротивления системы как эквивалентного генератора относительно места повреждения. Если решается задача распознавания КЗ в заданной зоне, то местом повреждения, предполагаемого при конструировании реле, будет конец зоны /зн.
Из входных величин (77), (78) формируются дуальные замеры двух типов: фазированные величины W_u и W2l и отношения W_n и W_22 Wn=MNN \ (79) Кп = MNN 2 = MjN, (80) W2l=MNM-\ (81) 22=1/E12; (82) на каждый из замеров (79)-(82) реагирует автономное виртуальное реле.
На стадии обучения виртуальные реле [68-77] состязаются в распознаваемости КЗ. Состязание выявляет победителя - основное реле с наивысшим показателем распознавания г. Те из реле, что отстают от основного по критерию распознающей способности, но тем не менее вносят ощутимую добавку к числу режимов, распознаваемых основным реле, имеет смысл сохранить в одной с ним группе, объединённой логической операцией ИЛИ.
Если разнотипные реле образуют семейство, работая с одной и той же информационной базой, то показатель их совокупной распознающей способности помогает составить мнение об эффективности использования имеющейся информации тем или иным представителем семейства.
Совместно с Романовым Ю.В. выведен количественный показатель распознающей способности семейства виртуальных реле, инвариантный относительно отображений. Определяя число Naa режимов, отображённых в собственной а-области Saa, получаем одновременно оценку размера области распознавания Gaa (рис. 32в) в виде коэффициента распознавания г)= lim (Naa/Na), который можно назвать показателем распознающей jVa- co способности реле, ассоциируемого с преобразованиями Fa, Fp. Здесь задействован алгоритм триангуляции, используемый для получения границы области отображения р-режимов [65-67,82].
При наличии двух реле, работающих с одной и той же имитационной моделью, но отличающиеся операторами отображения F, и F2, а как следствие, и уставочными плоскостями Ах и А2 коэффициенты их распознавания суммируются следующим образом: Лиі,2=Лц+Лі2. где гп = lim {Nlaa/Na) - собственный коэффициент распознавания первого реле, а г12 = lim \Nl2a/Na) - взаимный коэффициент распознавания добавляемый к первому за счёт действия второго реле, индекс (J указывает на объединение по схеме ИЛИ.
Работа семейства виртуальных реле и действие алгоритма триангуляции рассматривается на примере двухпроводной элементарной имитационной модели по рис. 33а, объектная область варьируемых параметров которой представлена на рис. 336, а параметры этой модели приведены в табл. 3. Информационную базу защиты составляют значения тока / и напряжения U в месте установки защиты, создающие пять модификаций замеров реле.
Актуальность задачи построения ОКПД
Кроме того, применяемая в настоящее время автоматика ОАПВ имеет серьёзный недостаток, заключающийся в возможности включения воздушной линии (BJI) на неустранившееся КЗ, что утяжеляет условия работы силового и коммутационного оборудования, ухудшает динамические характеристики энергосистемы в аварийных режимах. Устранению этого недостатка может способствовать автоматический контроль состояния отключенной в цикле ОАПВ фазы В Л, позволяющий блокировать включение на неустранившееся КЗ, а также сократить до минимума паузу ОАПВ при самоликвидации повреждения. Орган контроля за погасанием дуги подпитки реализует так называемое адаптивное ОАПВ.
Применение адаптивного ОАПВ преследует две цели: при быстром гашении дуги подпитки произвести быстрое повторное включение фазы ЛЭП СВН, не ожидая истечения бестоковой паузы, а при устойчивом замыкании запретить повторное включение и исключить связанное с ним увеличение числа термических и динамических воздействий токов КЗ на силовое и коммутационное оборудование. Обе функции важны в электропередачах СВН с большим током подпитки, где время гашения дуги велико; вторая функция используется в тех электропередачах СВН, где в результате применения компенсационных реакторов или иных мер время гашения дуги мало и его дальнейшее сокращение-не представляет практического интереса. К ОКПД предъявляются следующие требования: орган должен надёжно срабатывать, когда на отключенной в цикле ОАПВ фазе отсутствует короткое замыкание (рис. 47а); орган не должен срабатывать, когда на отключенной в цикле ОАПВ фазе имеется короткое замыкание (рис. 476).
Отслеживаемый режим - а Альтернативные режимы - /3 а) Х Х б) а) отсутствие замыкания на отключенной с двух сторон фазе; б) наличие замыкания на отключенной с двух сторон фазе
В связи с этим целесообразно выделить отслеживаемый режим (назовём его режимом а), в котором ОКПД должен срабатывать (рис. 47а), и альтернативный ему режим (назовём его режимами Р), в котором-ОКПД не должен срабатывать ни при каких обстоятельствах (рис. 476).
Сама идея построения измерительного органа ОКПД предполагает использование для распознавания отслеживаемого режима информации только с того конца, где ОКПД установлен. Поскольку орган контроля погасания дуги подпитки это дополнение к существующему устройству ОАПВ, он лишён свободы в выборе замеров, на которые он может реагировать, и располагает только той информацией, какой располагает ОАПВ.
Если в полнофазном режиме ВЛ ситуации наличия и отсутствия КЗ чётко различаются, то в цикле ОАПВ, когда одна из фаз находится в отключенном состоянии, эти режимы плавно переходят один в другой и не имеют чёткого разделения. Опыт эксплуатации показал, что дуга в ЛЭП СВН является перемежающейся, неоднородной по длине и мало удлиняющейся за время до гашения. В качестве систематически влияющих факторов, отражающих условия гашения дуги в конкретных ЛЭП, наиболее важны два параметра: амплитуда расчётного установившегося тока подпитки и средняя крутизна нарастания напряжения на поврежденной фазе после гашения дуги. Причём зависимость времени гашения от амплитуды тока подпитки примерно на порядок сильнее, чем от крутизны нарастания напряжения [92-96].
На отключенной с двух сторон фазе наводится напряжение. Это напряжение наводится электромагнитным и ёмкостным путём от токов и напряжений здоровых фаз. При горении дуги подпитки в напряжении отключенной фазы присутствует вынужденная составляющая, имеющая частоту сети, и высокочастотная составляющая, возникающая за счёт резких изменений сопротивления дугового столба в момент перехода тока через нулевые значения. Изменение восстанавливающего напряжения непосредственно после гашения дуги подпитки определяется не только связью отключенной фазы с оставшимися в работе, но и собственным колебательным процессом ёмкости отключенной фазы и индуктивности реактора за счёт энергии, запасённой в этих элементах к моменту гашения дуги подпитки. В ряде случаев восстанавливающееся напряжение носит характер биений, благодаря чему периодически зажигается и снова гаснет перемежающаяся дуга.
Токи подпитки дуги и напряжение, восстанавливающееся на аварийной фазе, зависят от многих факторов, к которым в первую очередь относятся длина ЛЭП и степень компенсации её рабочей ёмкости, а также значение и направление передачи мощности по неповреждённым фазам в паузе ОАПВ. К дополнительным факторам следует отнести конструктивное выполнение линии, неравномерность шагов транспозиции, расстановку реакторов. Влияние режима передачи мощности в паузу ОАПВ на токи подпитки и восстанавливающееся напряжение можно характеризовать зависимостью от угла сдвига фаз между напряжениями на шинах отправной и приёмной подстанций.
