Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I 18
Исследование аномальных режимов линии электропередачи СВН
1.1 Исследование условий возникновения резонансных режимов в цикле ОАПВ на линии СВН с шунтирующими реакторами и способов их устранения 18
1.1.1 Характеристика объекта исследования и математическая основа методики 18
1.1.2 Определение условий возникновения резонансных перенапряжений в цикле ОАПВ на линиях СВН с ШР 28
1.1.3 Оценка эффективности применения КР для ликвидации резонансных перенапряжений на линиях СВН 32
1.1.4 Оценка влияния КР на снижение тока подпитки электрической дуги короткого замыкания в цикле ОАПВ 36
1.2 Исследование условий возникновения феррорезонанса и способов его предотвращения в блочных схемах «автотрансформатор - линия СВН» 39
1.2.1 Характеристика объекта исследования и методика решения задачи 39
1.2.2 Количественный анализ переходного феррорезонанса 41
1.2.3 Способы предотвращения переходного феррорезонанса 47
1.3 Выводы 52
ГЛАВА II 53
Натурные исследования аномальных режимов на вл 750 kb калининская АЭС - Владимирская
2.1 Цель и задачи исследования 53
2.2 Анализ результатов экспериментальных исследований 55
2.2.1 Опыты измерения токов и напряжений на поврежденной фазе в цикле ОАПВ ВЛ 750 кВ 55
2.2.2 Эксперименты с имитацией коротких замыканий 62
2.2.3 Натурные испытания цифровых защит линии электропередачи СВН 69
2.2.4 Определение мест повреждения на ВЛ 750 кВ средствами ОМП и регистраторов аварийных событий 78
2.3 Выводы 85
ГЛАВА III 88
Исследование электромагнитной совместимости микропроцессорных систем рза на объектах СВН
3.1 Источники электромагнитных воздействий и каналы передачи электромагнитных помех на энергообъектах 88
3.1.1 Электромагнитная обстановка и источники электромагнитных воздействий 88
3.1.2 Влияние электромагнитных помех на функционирование микропроцессорных устройств защиты и управления 90
3.2 Методика исследования ЭМС микропроцессорных устройств защиты и управления 96
3.3 Исследование уровней электромагнитных помех и мероприятий по их снижению на Костромской ГРЭС 100
3.3.1 Программа исследований, характеристика энергообъекта 101
3.3.2 Результаты исследований электромагнитной совместимости 103
3.3.3 Рекомендации по обеспечению помехоустойчивости микропроцессорных устройств защиты и управления 112
3.4 Общие рекомендации по обеспечению помехоустойчивости микропроцессорных систем защиты и управления 114
3.5 Выводы 115
ГЛАВА IV 117
Основные направления совершенствования систем технологического управления сетей свн энергообъединений
4.1 Состояние вопроса и направление совершенствования систем технологического управления 117
4.2 Совершенствование систем управления подстанций СВН 126
4.2.1 Основные требования к интегрируемым системам управления вновь сооружаемых и модернизируемых подстанций СВН 126
4.2.2 Разработка принципов построения ИСУ подстанций СВН . 131
4.2.3 Принципы построения информационно-экспертной системы аварийных режимов (ИЭС АР) 147
4.3 Разработка основных направлений совершенствования АСТУ энергообъединений на примере ОЭС Центра 152
4.3.1 Предпосылки реконструкции систем технологического управления ОЭС Центра 152
4.3.2 Основные направления модернизации АСТУ ОЭС Центра . 155
4.4 Выводы 173
Заключение 174
Список использованной литературы
- Определение условий возникновения резонансных перенапряжений в цикле ОАПВ на линиях СВН с ШР
- Опыты измерения токов и напряжений на поврежденной фазе в цикле ОАПВ ВЛ 750 кВ
- Влияние электромагнитных помех на функционирование микропроцессорных устройств защиты и управления
- Основные требования к интегрируемым системам управления вновь сооружаемых и модернизируемых подстанций СВН
Введение к работе
Актуальность темы. Эффективное функционирование энергосистем в значительной мере определяется развитием системообразующих сетей сверхвысокого напряжения (СВН) и уровнем технического совершенства систем техрюлогического управления сетей СВН. Обеспечение надежного функционирования энергосистем требует непрерывного анализа режимов работы сетей, решения возникающих в эксплуатации технических проблем, разработки перспективных вопросов развития энергосистем и их систем управления.
Снижение уровня электропотребления в стране в период 1990-2000 гг. и соответственно ослабление тяжести электрических режимов в сетях СВН ЕЭС России привело к проблеме повышенных напряжений в сетях СВН. Компенсация избыточной реактивной мощности в сетях СВН с помощью установки шунтирующих реакторов (ШР) выявило проблему резонансных перенапряжений в сети. Исследование аномальных режимов и анализ возможных технических решений по их предотвращению явилось необходимым условием обеспечения надежности функционирования сетей СВН и энергообъединений.
Широкомасштабное внедрение микропроцессорных устройств релейной защиты и автоматики (МП РЗА) в электрических сетях потребовало проведения исследований по адаптации зарубежных МП РЗА в российские сети, выявило необходимость разработки вопросов обеспечения на энергообъектах электромагнитной совместимости (ЭМС) МП РЗА, создания интегрированных систем управления (ИСУ) объектов СВН.
Достигнутые успехи в области информационных технологий и цифровых систем управления определили необходимость решения вопросов совершенствования и развития современных автоматических и автоматизированных систем технологического управления (АСТУ) сетями СВН энергообъединений.
Модернизация систем технологического управления потребовала
разработки нормативно-технических документов, определяющих возможность широкомасштабного внедрения цифровых систем и аппаратуры управления на действующих и вновь сооружаемых энергообъектах.
Результаты анализа состояния сетей СВН и систем технологического управления позволили сформулировать цель и задачи диссертационной работы.
Основанием для выполнения настоящей работы явились приказы ОАО РАО «ЕЭС России»: от 17.11.1995 г. №520 «О мерах по повышению уровня эксплуатации устройств релейной защиты и автоматики и подготовки персонала по их обслуживанию»; от 06.05.1999 г. №178 «Об утверждении технико-экономического обоснования «Система технологического управления ОЭС Центра в нормальных и аварийных режимах. Реконструкция».
Цель работы. Совершенствование систем технологического управления сетями СВН энергообъединений на основе исследований аномальных режимов в сетях СВН, разработки мероприятий по предотвращению и минимизации последствий аномальных режимов, решения технических проблем внедрения цифровых систем управления на объектах СВН, разработки принципов построения и совершенствования современных систем технологического управления сетями СВН энергообъединений.
Основные задачи исследования.
Исследование условий возникновения резонансных режимов в цикле ОАПВ на линии СВН с ШР; исследование условий возникновения феррорезонанса в блочных схемах «автотрансформатор-линия СВН»; разработка способов их предотвращения.
Экспериментальное исследование условий возникновения перенапряжений в неполнофазных режимах на ВЛ 750 кВ Калининская АЭС - Владимирская.
Экспериментальное исследование функционирования МП РЗА линий электропередачи СВН; разработка рекомендаций по обеспечению помехоустойчивости МП РЗА на основе расчетно-экспериментальных исследований электромагнитной совместимости на действующем энергообъекте.
Разработка принципов построения и совершенствования современных автоматических и автоматизированных систем технологического управления сетями СВН энергообъединений.
Объектом исследования являются электрические сети СВН энергообъединений, МП РЗА и АСТУ сетей СВН энергообъединений.
Методы научных исследований базируются на теории электрических цепей, теории электромагнитных и электромеханических переходных процессов в ЭЭС, теоретических основах релейной защиты и автоматики, на расчетных и экспериментальных методах исследования процессов в ЭЭС.
Научная новизна работы.
Разработана методика и получены результаты оценки уровней перенапряжений и токов подпитки дуги КЗ в бестоковой паузе ОАПВ на линиях СВН, оборудованных ШР и КР.
По результатам натурных исследований на ВЛ 750 кВ с ШР и КР выявлены зависимости, позволяющие обоснованно моделировать переходные процессы при исследованиях функционирования и настройке устройств РЗА сетей СВН.
Экспериментально выявлены виды и уровни электромагнитных помех (ЭМП) в цепях РЗА на Костромской ГРЭС. Разработаны мероприятия по обеспечению ЭМС МП РЗА.
Сформулированы принципы построения и совершенствования АСТУ сетями СВН энергообъединений, базирующиеся на современных информационных технологиях, принципах функциональной и аппаратной интеграции систем управления.
Достоверность результатов диссертационной работы подтверждена совпадением результатов расчетных и экспериментальных исследований аномальных режимов в сетях СВН, положительным опытом эксплуатации МП РЗА на объектах СВН, в том числе, в части обеспечения электромагнитной совместимости.
Практическая ценность работы.
Предложены мероприятия по предотвращению резонансных и феррорезонансных перенапряжений в цикле ОАПВ на линиях СВН.
Во время натурных исследований на ВЛ 750 кВ получена значительная база данных, позволяющая проводить необходимые исследования цифровых систем РЗА, внедряемых в электрических сетях СВН ЕЭС России.
Результаты натурных экспериментов подтвердили возможность применения цифровых защит фирмы ABB в системе РЗА линий электропередачи СВН ЕЭС России, в том числе, для линий с ШР и КР.
Разработаны «Методические указания по определению электромагнитных обстановки и совместимости на электрических станциях и подстанциях. Стандарт организации (СО-34.35.311-2004)» и «Требования по выполнению условий электромагнитной совместимости на объектах электроэнергетики / Методические указания» (2005 г.).
Принципы построения и совершенствования АСТУ сетей СВН энергообъединений использованы в разработках ОАО «Институт «Энергосетьпроект»: ТЭО «Система технологического управления ОЭС Центра в нормальных и аварийных режимах. Реконструкция» (1997 г), утвержденного приказом РАО «ЕЭС России» от 06.05.99 г № 178 (на основании Заключения Главгосэкспертизы России от 24 декабря 1998 г., №2-1/17-688) и «Концепция технического перевооружения объектов автоматических и автоматизированных систем технологического управления (АСТУ), а также объектов электросвязи ЕЭС России и АО-
энерго на период до 2015 года» (2002 г), утвержденной НТС РАО «ЕЭС России».
Реализация результатов работы. Разработанные в диссертации основные научные и практические результаты использованы при проектировании АСТУ ОЭС Центра, регионального комплекса АСТУ Северо-Восточной зоны ОЭС Центра, комплекса противоаварийной автоматики узла Костромской ГРЭС, сетевых объектов СВН, в том числе, реконструируемых ПС 500 кВ Московского кольца.
Результаты натурных экспериментов обеспечили внедрение современных МП РЗА в сетях СВН.
Основные положения, выносимые на защиту:
Методика и результаты расчетных и натурных исследований перенапряжений в цикле ОАПВ на линиях СВН и блочных схемах «автотрансформатор-линия СВН» и мероприятия по их предотвращению.
Результаты натурных исследований аномальных режимов на ВЛ 750 кВ и оценка работоспособности МП РЗА в этих режимах.
Экспериментально выявленные уровни электромагнитных помех в цепях РЗА сетей ВН и СВН Костромской ГРЭС и мероприятия по обеспечению электромагнитной совместимости МП РЗА.
Основные принципы построения и совершенствования АСТУ сетей СВН энергообъединений.
Личный вклад соискателя. Постановка и формализация задач, разработка теоретических и методических положений, математических моделей и методов, участие в экспериментах, обобщение и анализ результатов и рекомендации по их применению.
Автор выражает благодарность научному руководителю чл.-корр. РАН А.Ф.Дьякову; коллегам ОАО «СО - ЦДУ ЕЭС», МЭС Центра, ОАО «Институт «Энергосетьпроект», МЭИ (ТУ), ООО «НТФ ЭЛНАП»,
Костромской ГРЭС, участвовавшим в проведении сложных натурных и расчетных экспериментов.
Апробация работы. Доклады на научно - технических конференциях: «ВЭЛК - 99» (г Москва 1999 г.), «Релейная защита и автоматика энергосистем» (ВВЦ, г. Москва 1998, 2000, 2002, 2004 гг.), IV симпозиум «Электротехника 2010 год» (г. Москва 2001 г.), «CIGRE - 2000» (г. Париж, 2000 г.), II НТК «Безопасность, эффективность и экономичность атомной энергетики» (г Москва, 2003 г.); на заседании секций «Проблем надежности и эффективности РЗ и средств автоматического системного управления в ЕЭС России» и «Управление режимами энергосистем, РЗ и А» НТС ОАО РАО «ЕЭС России» (г. Москва 2006 г.).
Опубликованные работы. По теме диссертации опубликовано основных 35 работ.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 103 наименований и четырех приложений. Работа изложена на 183 страницах основного текста и 55 страницах приложений, иллюстрирована 36 рисунками и 20 таблицами.
Краткое содержание работы.
В первой главе «Исследование аномальных режимов линии электропередачи СВН» разработана методика и исследованы условия возникновения резонансных режимов в цикле ОАПВ на линиях СВН с ШР, исследованы условия возникновения феррорезонанса в блочных схемах «автотрансформатор - линия СВН», предложены способы их устранения.
Методика определения условий возникновения резонансных перенапряжения в цикле ОАПВ на линиях СВН с ШР и КР позволяет оценивать уровни перенапряжений и токов подпитки дуги КЗ в бестоковой паузе ОАПВ на одноцепных линиях СВН, эффективность мероприятий по ограничению перенапряжений. Полученные результаты позволяют сформулировать требования к алгоритму функционирования и техническому
комплексу РЗА линий СВН с ШР и КР, обосновать выбор длительности бестоковой паузы ОАПВ.
В основу методики составления расчетной схемы электропередачи и расчета ее режима по напряжению и току для промышленной частоты положен метод представления одноканальной линии и ШР четырехполюсниками, отражающим известные уравнения длинной линии. Для расчетов напряжений и токов при ОАПВ использован метод представления рассматриваемой линии в виде m-канальных независимых линий с характеристическими параметрами и получены соотношения, которые являются исходными для формулирования аналитической методики определения условий возникновения резонансных перенапряжений в неполнофазных режимах, например в цикле ОАПВ линий СВН, оснащенных ШР.
В качестве примера приведен расчет условий резонанса по напряжению и оценка влияния индуктивности КР на уровни перенапряжений на отключенной в цикле ОАПВ фазе ВЛ 750 кВ Калининская АЭС -Владимирская длиной 396 км, оснащенной тремя группами ШР мощностью 3*330 МВАр и двумя компенсационными реакторами в нейтралях ШР со стороны ПС Владимирская.
Другой исключительно важной функцией использования КР на линиях СВН с ШР, является функция снижения тока подпитки дуги короткого замыкания в бестоковую паузу ОАПВ.
Исследование условий возникновения феррорезронанса и способов его предотвращения в блочных схемах «автотрансформатор - линия СВН» проводилось для схемы «автотрансформатор - линия СВН» в условиях неполнофазного режима.
С целью выявления режимов, приводящих к возникновению переходного феррорезонанса на составленной математической модели были проведены расчеты следующих процессов:
однофазное включение блока АТ-ВЛ под напряжение на холостом ходу линии;
неполнофазное включение блока АТ-ВЛ под напряжение двумя фазами (отказ выключателя в одной из фаз) на холостом ходу линии и под нагрузкой;
неполнофазное отключение блока АТ-ВЛ двумя фазами (отказ выключателя в одной из фаз) на холостом ходу линии.
Так как режим работы обмотки низкого напряжения автотрансформатора влияет на условия развития феррорезонанса, были произведены расчеты различных видов коммутаций блочной линии при номинальной нагрузке обмотки.
Во второй главе «Натурные исследования аномальных режимов на ВЛ750 кВ Калининская АЭС - Владимирская» представлены результаты: экспериментального исследования условий возникновения резонансных перенапряжений на линиях СВН с ШР в неполнофазных режимах; проверки эффективности функционирования цифровых устройств релейной защиты и ОМП при реальных коротких замыканиях на ВЛ СВН; эффективности мероприятий по предотвращению возникновения перенапряжений или снижению их уровней.
Для проведения натурных экспериментов была выбрана ВЛ 750 кВ Калининская АЭС - Владимирская.
Были разработаны техническая и оперативная программы испытаний, отражающие условия работы линий электропередачи в процессе эксплуатации. Для исключения влияния экспериментов на режим работы Калининской АЭС испытания проводились на ВЛ 750 кВ, поставленной под напряжение 500 кВ со стороны ПС Владимирская.
Программа работ включала следующие основные этапы:
определение токов подпитки дуги КЗ в неполнофазном режиме линии
электропередачи в зависимости от числа и мощности подключенных
реакторов и времени работы линии в неполнофазном режиме;
анализ перенапряжений при различных видах коротких замыканий в зависимости от числа и мощности подключенных реакторов;
натурные испытания микропроцессорных устройств РЗА для ВЛ СВН (REL 521 и REB 551 фирмы ABB) и устройств ОМП.
В данной главе приведены экспериментальные осциллограммы токов и напряжений на ВЛ 750 кВ, снятые в ходе испытаний, выполнен анализ возникающих перенапряжений (амплитудные значения, частоты, постоянные времени затухания). По результатам испытаний сделаны выводы о влиянии шунтирующих и компенсационных реакторов на процесс возникновения резонансных перенапряжений и проведена оценка мероприятий по их предотвращению.
Приведены результаты натурных испытаний цифровых защит ВЛ СВН и устройств ОМП.
Целью серии экспериментов с имитацией коротких замыканий (КЗ) была оценка эффективности функционирования современных микропроцессорных релейных терминалов REL 521 и REB 551 фирмы ABB и устройств ОМП в условиях реальных КЗ на ВЛ 750 кВ Калининская АЭС - Владимирская и КЗ на контур ПС Владимирская. Регистрация аварийных процессов (искусственных КЗ) производилась аппаратурой МП РЗА, ОМП, цифровыми регистраторами и осциллографами, на основании показаний которых оценивалась правильность функционирования МП РЗА и точность фиксации испытуемыми устройствами ОМП расстояния до места повреждения.
В натурных испытаниях проверяли основные характеристики функционирования МП защит: чувствительность, быстродействие и селективность. Во время испытаний была получена значительная экспериментальная база данных, подтвердивших возможность применения микропроцессорных релейных терминалов фирмы ABB в электрических сетях СВН ЕЭС России.
В третьей главе «Исследование электромагнитной совместимости микропроцессорных систем РЗА на объектах СВН» на основе полученных результатов комплексных исследований электромагнитной обстановки и совместимости разработаны мероприятия по обеспечению ЭМС микропроцессорных систем РЗА.
Проведен анализ электромагнитной обстановки на объектах, систематизированы источники и виды электромагнитных воздействий, оказывающих влияние на функционирование систем управления.
Рассмотрены функции систем РЗА и возможные нарушения в их работе, связанные с электромагнитными воздействиями (ЭМВ). Приведенные примеры влияния ЭМВ на функционирование устройств РЗА свидетельствуют о допустимости дифференцированного подхода к. оценке уровня помехоустойчивости для отдельных функций устройств. При этом для функций защиты, автоматики, регулирования помехоустойчивость должна обеспечиваться при всех видах воздействий.
Приведены результаты исследований электромагнитной обстановки и совместимости на Костромской ГРЭС и предложены мероприятия по снижению уровня электромагнитных помех во вторичных цепях. В процессе исследований были разработаны комплексная программа и методика исследования уровня ЭМП применительно к ГРЭС. По результатам исследований разработаны рекомендации по обеспечению ЭМС на этапе технического перевооружения систем РЗА ГРЭС, которые являются основой по обеспечению ЭМС на стадии проектирования.
Основные принципы определения электромагнитной обстановки на действующих объектах и решение вопросов обеспечения электромагнитной совместимости устройств АСТУ для целей технического перевооружения объектов, вошедшее впоследствии в стандарт организации СО-34.35.311-2004, были в полном объеме апробированы при исследовании уровней электромагнитных помех и разработке мероприятий по защите от них на Костромской ГРЭС, ПС 750 кВ Владимирская и др.
В четвертой главе «Основные направления совершенствования систем технологического управления сетями СВН энергообъединений»
изложено состояние вопроса и сформулированы направления совершенствования систем технологического управления сетями СВН энергообъединений; разработаны принципы построения ИСУ вновь сооружаемых и модернизируемых ПС СВН и информационно-экспертной системы аварийных режимов; предложены основные направления совершенствования АСТУ энергообъединения на примере ОЭС Центра.
В настоящее время все энергообъединения ЕЭС России в той или иной мере оснащены системами технологического управления в нормальных и аварийных режимах. При создании этих систем была неизбежной функциональная, аппаратная, информационная декомпозиция проблемы. Перечисленные системы функционируют в значительной мере автономно. Это приводит к недоиспользованию оперативной и ретроспективной информации в каждой из технологических систем для смежных задач управления.
При автономной реализации каждая из систем управления использует различные упрощения при расчетах, обладает значительным количеством самостоятельных, дублирующих друг друга, средств сбора и обработки информации, а также средств формирования и ведения локальных баз данных, что существенно удорожает и усложняет внедрение и эксплуатацию систем управления энергообъединений в целом.
На основе анализа уровня технического совершенства систем управления, находящихся в эксплуатации, определена целесообразность и возможность реализации общего подхода к развитию систем технологического управления ЕЭС России, исходя из следующих предпосылок:
общность объектов управления и размещения центров управления отдельных систем;
развитие принципов иерархического построения систем управления, обеспечивающего наиболее эффективное управление ЕЭС;
единство информационного пространства систем управления: общая информация о схеме и параметрах режима объекта управления; наличие международных стандартов (в т.ч. МЭК 61850);
использование общих каналов связи, систем сбора и передачи информации для обслуживания различных систем управления;
необходимость скоординированного взаимодействия отдельных систем управления.
Разработаны основные принципы построения АСТУ энергообъединения, объединяющие на критерии интеграции автоматические и автоматизированные системы технологического управления АСДУ, АРЧМ, АРН, РЗА, ПА, ИСУ и ССПИ, обеспечивающие надежность и управляемость единого процесса производства, передачи, распределения и потребления энергии и мощности.
Сформулированы три основных направления дальнейшего развития систем технологического управления энергообъединений, являющиеся необходимым условием их модернизации и определяющие основные признаки качественного отличия создаваемой системы технологического управления от существующих:
значительное расширение состава задач автоматизации, в том числе внедрение ряда новых, ранее не решавшихся в энергообъединении задач управления;
реализация принципов координированного управления на всех уровнях иерархии управления энергообъединения;
интеграция автономных систем технологического управления энергообъединения в нормальных и аварийных режимах с перспективой создания единой интегрированной системы технологического управления (АСТУ).
В целях совершенствования оперативно-диспетчерского управления рассмотрены актуальные вопросы создания информационно-экспертной
системы аварийного режима (ИЭСАР).
Рассмотрены вопросы построения интегрированных систем управления подстанций СВН как многоуровневых иерархических систем управления.
Отмечено, что в процессе широкомасштабного технического перевооружения и модернизации подстанций СВН естественна многовариантность технических решений создаваемых ИСУ однородной и гетерогенной структуры.
В диссертации значительное внимание уделено вопросам функциональной и аппаратной интеграции систем технологического управления. Показано, что комплексы технических средств РЗА, ПА, АРН, АРЧМ на объектах должны выполняться как автономные системы и интегрироваться с ИСУ на информационном уровне.
Разработанные в диссертации положения были использованы автором при разработке вопросов модернизации систем технологического управления ОЭС Центра, в частности предложена и обоснована четырехуровневая иерархическая структура АСТУ ОЭС Центра, дополнительно введен региональный уровень управления.
Изложенные в диссертации основные направления совершенствования и развития АСТУ энергообъединений были использованы ОАО «Институт «Энергосетьпроект» при разработке проектов технического перевооружения систем технологического управления на объектах СВН.
В заключении приведены основные научные и практические результаты, представляющие законченную работу, решающие актуальную научно-техническую задачу совершенствования систем технологического управления сетями СВН энергообъединений на основе разработки и внедрения мероприятий по предотвращению и минимизации последствий проявления аномальных режимов сетей СВН, решения технических проблем внедрения современных цифровых систем технологического управления на объектах СВН, разработки принципов построения и развития современных систем технологического управления сетями СВН энергообъединений.
Определение условий возникновения резонансных перенапряжений в цикле ОАПВ на линиях СВН с ШР
Определим значение проводимости ШР Yp, при котором возникает резонансное повышение напряжения на отключенной в цикле ОАПВ фазе линии. Подставляя в (1.20) значение Сэ из (1.15) находим: С + АУр(ты + п2) + Втып2Ур2 = 0. (1.21) Решая это квадратное уравнение относительно Yp, получаем: Г = 7л 1- (1.22) -А(пі + n2) + y/(i(ni + п2))2 - АСВщщ 2Вп\П2 Полученный результат можно сформулировать следующим образом.
Если к ВЛ длиной L подключается п\ и пч групп ШР при проводимости единичного реактора 1 рез, то возникает резонансный режим в цикле ОАПВ, характеризуемый значительным уровнем установившихся перенапряжений (реально перенапряжения ограничиваются активными потерями, в том числе короной на проводах линии, возникающей при росте перенапряжения).
Если в результате расчета 1 рез превышает значение Yp, то возникает режим недокомпенсации, при У рез Yp — перекомпенсация. В обоих случаях перенапряжения снижаются.
Формулы (1.19) могут быть упрощены, если предположить, что при отключении одной фазы с обеих сторон линии напряжения и токи на неповрежденных фазах сохраняют свои прежние (до отключения фазы) значения: ІІ2В + ІІ2С = -ЩА\ І2В+І2С=-ІЯ2А, (1-23) зо где ЩА, І2А напряжение и ток фазы А в доаварийном режиме. Принимая во внимание (1.23), соотношения (1.19) можно записать следующим образом: С D U1A = -IT U2A + — ЩА І э З э ЛЪСЭ — АэСъ . В\ЭСЭ + A3Di3 VIA = -г ЩА - 3 - ЦА (1.24)
Соотношение (1.24) могут быть дополнительно упрощены, если выразить ток І2А через напряжение ЩА И мощность 5г, передаваемую в энергосистему. При использовании ШР значение реактивной мощности можно принять равным нулю и оперировать только активной мощностью Р2: _ 2А 12А в1 Іа2А = К2Щ : (1.25) где K i = Р2/Ршт; РНат - натуральная мощность линии. Таким образом, с учетом (1.25) из (1.24) имеем: и ЩА (Г + К 2 п (Iа ЧА (1.26) т т — 2 А ил л = (А,СЪ - АЪСЭ) - 3 -фъС3 + АэЕ 1э) Ail
В соотношениях (1.26) доля мнимых частей меньше, чем действительных. Поэтому в режимах, близких к резонансным, напряжения на отключенной фазе могут оцениваться по приближенным формулам. Сохраняя в (1.26) только действительные части, будем иметь: Т Т . 2АГ . U2A ——Ьь, (1.27) и1Аъ (ХС1з-АъСэ).
Соотношения (1.27) могут быть использованы для оценки уровней, установившихся напряжений на концевых подстанциях в цикле ОАПВ на отключенной фазе после устранения повреждения. Значения этих напряжений зависят от схемы установки ШР. При этом наибольшие напряжения могут оказаться в промежуточной точке линии.
Однако эти различия не столь значительны, чтобы было невозможно оценить условия резонанса. Для этого достаточно использовать наиболее простую из формул для напряжений UOA- Если коэффициент Съ/Сэ 0,5, это означает, что линия находится в режиме, близком к резонансному, и необходимо проводить более полный анализ по соотношениям (1.19) и, возможно, искать пути устранения резонансного режима, например путем установки компенсационных реакторов (КР).
В качестве примера расчета условий резонанса приводится оценка напряжения на отключенной фазе ВЛ 750 кВ Калининская АЭС - Владимирская, длиной 396 км, оснащенной тремя группами ШР, установленных на КАЭС (одна группа) и ПС Владимирская (две группы).
Исходные данные - предварительно рассчитываемые в соответствии с методикой параметры линии и проводимости ШР. Проводимость ШР типа РОДЦ-110000/750У1 Ур = 5,33-Ю_40м-1. Пренебрегая активными потерями, определяем характеристические параметры линии: (Зг = 1,08 рад/с, Д) = 1, 67 рад/с, ZB1 = 266, 87 Ом, ZBQ = 559, 94 Ом. Напряжение на отключенной фазе в цикле ОАПВ после погасания дуги, рассчитанное по выражению (1.19), составляет: UlA = 1255,1 кВ, U2A = Ю43, 57 кВ. Резонансное значение проводимости ШР, рассчитанное по (1.22), Уррез = 0,5 мОм-1 или Цез = 6, 35 Гн. Из сопоставления резонансной проводимости и проводимости реактора видно, что линия работает в режиме небольшой перекомпенсации -"пер-1,5 1 0,5 Рис. 1.5 Зависимость кратности перенапряжений от индуктивности ШР. реактивной мощности. Но при этом кратность перенапряжений составляет -Кпер = -L; - На рис. 1.5 представлена зависимость кратности перенапряжений от индуктивности ШР.
При стремлении индуктивности ШР к резонансному значению, кратность перенапряжений, устремляется к бесконечности. Это обусловлено тем, что в расчете не учитываются активные потери в линии и в реакторах. В реальных линиях электропередачи можно ожидать меньших значений кратности перенапряжений. В режиме перекомпенсации реактивной мощности при Lp 5, 5 Гн и в режиме недокомпенсации при Lp 7, 5 Гн: Кпер 1.
Опыты измерения токов и напряжений на поврежденной фазе в цикле ОАПВ ВЛ 750 кВ
При проведении опытов на линии искусственно создавался неполнофазный режим, в процессе которого проводили измерения токов подпитки короткозамкнутой фазы и наведенного напряжения на отключенной фазе линии от двух других фаз. Перед началом экспериментов отключенная фаза А ВЛ 750 кВ через выключатель В12 была соединена с контуром заземления ПС Владимирская. После подачи напряжения выключателем В10 на фазы В и С линии с регулируемой временной задержкой (0,3 - 0,5 с) фаза А отключалась от контура заземления выключателем В12. После этого неполнофазный (двухфазный) режим холостой линии ликвидировался с регулируемой выдержкой времени в интервале 0,1 - 0,3 с. .В ходе этих экспериментов определялись токи подпитки короткозамкнутой фазы А и уровни восстанавливающегося напряжения на этой же фазе в переходном режиме после ее разземления. В ходе опытов варьировались число подключенных шунтирующих и компенсационных реакторов.
Описываемые в данной главе результаты измерений получены с использованием четырехканального измерительного комплекса «Dranetz 658». Этот комплекс позволяет регистрировать напряжения и токи как промышленной частоты так и импульсные процессы в диапазоне частот до 0,1 МГц. Входные каналы измерительного комплекса подключали в цепи трансформаторов тока и напряжения исследуемой линии электропередачи. Его запуск осуществлялся при искажении синусоидальности тока и напряжения промышленной частоты в цепях ТТ и ТН (появления высших гармоник величиной более 2% от основной амплитуды), появления импульсов тока и напряжения, повышения (понижения) амплитуды токов и напряжений промышленной частоты выше (ниже) порога чувствительности, устанавливаемого вручную (как правило 10% от номинального значения). Запись осциллограмм исследуемых параметров производилась в цифровом виде с последующим выводом их на экран монитора и на внешние носители памяти. Выбор временных разверток осуществлялся автоматически в зависимости от скорости изменения регистрируемого процесса.
Эксперимент 1. На_ ВЛ 750 кВ включены все шунтирующие и компенсационные реакторы. На рис. П2.1.1 а,б,в,г представлены осциллограммы напряжения шинных ТН фазы Л и Б (а и б), линейного ТН фазы А (в) и тока подпитки фазы А (г). Сведения о параметрах переходного процесса приведены в табл. 2.1. Параметры переходного процесса в эксперименте № 1 Таблица 2.1 Длительность тока подпитки фазы A: At = 184 мс; Максимальная амплитуда напряжения биений фазы A UMaKC,e. = 544 кВ; Частота биений: / = 2 Гц; постоянная времени затухания биений: г = 1,26 с ; Максимальное значение тока подпитки /макс = 720 Л; Частота тока подпитки: / = 184 Гц; Постоянная времени затухания тока подпитки: т = 32,8 мс.
В момент включения фаз В и С наблюдается переходной процесс с кратковременным повышением напряжения (пики напряжения на рис. П2.1 а,б). В этот момент через трансформатор тока закороченной фазы А протекает переходной ток (рис. П2.1г), значение амплитуды, частоты и постоянной времени затухания которого приведены в табл. 2.1. После снятия заземления с фазы А на ней возникает переходной процесс, сопровождающийся ростом наведенного напряжения от подключенных к источнику питания двух других здоровых фаз линии. Максимальные значения напряжения, частота биений и постоянная времени затухания биений приведены в табл. 2.1. Следует отметить, что при включении фаз В и С в начале опыта в цепях шинного ТН зафиксировано появление напряжения обусловленного электромагнитными помехами во вторичных цепях (рис. П2.1.в).
Эксперимент 2. На ВЛ 750 кВ включены все шунтирующие и компенсационные реакторы за исключением РК2. На рис. П2.2.1 а,б,в представлены осциллограммы напряжения линейного ТН фазы А (а), линейного ТН фазы В (б) и тока подпитки фазы А (в). Сведения о параметрах переходного процесса приведены в табл. 2.2. Параметры переходного процесса в эксперименте № 2 Таблица 2.2 Длительность тока подпитки фазы A: At = 90,4 мс; Максимальная амплитуда напряжения биений фазы А /макс.б. = 767 кВ; Частота биений: / = 4 Гц; постоянная времени затухания биений: г = 1,1 с; Максимальное значение тока подпитки /макс = 720 А; Постоянная времени затухания тока подпитки: г = 32,8 мс. Отсутствие компенсационного реактора РК2 вызвало изменение частоты биений с 2 до 4 Гц и повышение амплитуды восстанавливающегося напряжения на фазе А с 433,5 до 767 кВ (рис. П2.2.1.а). Кратность перенапряжений составила 1,78 относительно С/ра6макс..
Эксперимент 3. На ВЛ 750 кВ включены все шунтирующие и отключены компенсационные реакторы РК1 и РК2. На рис. П2.3.1 а,б,в представлены осциллограммы напряжения линейного ТН фазы А (а), линейного ТН фазы В (б) и тока подпитки фазы А (в). Сведения о параметрах переходного процесса приведены в табл. 2.3.
Влияние электромагнитных помех на функционирование микропроцессорных устройств защиты и управления
Целью данной серии экспериментов была проверка функционирования современных микропроцессорных релейных терминалов REL 521 и REB 551 фирмы ABB и устройств ОМП в условиях реальных коротких замыканий на ВЛ 750 кВ Калининская АЭС - Владимирская и короткого замыкания на контур ПС Владимирская. Регистрация аварийных процессов (искусственных коротких замыканий) производилась аппаратурой МП РЗА, ОМП, цифровыми регистраторами и осциллографами, на основании показаний которых оценивалась правильность функционирования МП РЗА и точность фиксации испытуемыми устройствами ОМП расстояния до места повреждения. При проведении экспериментов ВЛ 750 кВ Калининская АЭС - Владимирская односторонне ставилась под напряжение 500 кВ со стороны ПС Владимирская, после чего в заранее определенных точках ВЛ выполнялись искусственные короткие замыкания выбранной фазы линии на землю или фаз между собой.
Проводились опыты однофазных дуговых КЗ, однофазного КЗ через переходное сопротивление (дерево), двухфазного КЗ. Фаза А была выбрана из-за удобства проведения экспериментов, так как согласно выполненной на ВЛ 750 кВ транспозиции проводов фаз во всех точках фаза А — крайняя. Схемы организации искусственных коротких замыканий приведены в приложении П2.2. (рис. П2.2.1 - рис.П2.2.4).
В процессе коротких замыканий производили измерения величины тока КЗ., протекающего в фазе А, суммарного тока грозозащитных тросов и напряжения фазы А в течение КЗ, паузы АПВ и повторного включения. Результаты данных экспериментов приведены в виде осциллограмм в приложении П2.1.
Эксперимент 1. Опыт однофазного короткого замыкания в точке КЗ (379 км от ПС Владимирская). На ВЛ 750 кВ со стороны ПС Владимирская отключены все компенсационные реакторы. На рис. П2.6.1 а,б,в,г представлены осциллограммы напряжения шинного ТН фазы А (а), линейного ТН фазы А (б), тока ТТ фазы А (в) и суммарного тока ТТ грозозащитных тросов (г). Сведения о параметрах переходного процесса приведены в табл. 2.7.
Анализ измеренных величин показывает: в момент короткого замыкания возникает снижение амплитуды напряжения на шинах ПС с 440 до 387 кВ; амплитуда тока короткого замыкания составляет 3 кА. После отключения фазы А, ток равен нулю в течение всей паузы АПВ и появляется после повторного включения фазы. Амплитуда тока в момент включения фазы А составляет 1,6 кА. После окончания переходного процесса ток выходит на установившийся режим емкостного тока; амплитуда суммарного тока грозозащитных тросов в момент короткого замыкания составила 1,8 кА и значительно снизилась после отключения фазы А (257 А). Протекание этого тока по грозозащитным тросам связано с неполнофазным режимом работы линии электропередач.
В момент повторного включения фазы восстанавливается симметричный режим работы ВЛ и как следствие — уменьшение суммарного тока грозозащитных тросов до нуля. Детальный анализ осциллограмм суммарного тока грозозащитных тросов в момент короткого замыкания показал наличие волновых процессов в грозозащитных тросах. Это дает возможность применения волнового метода обнаружения мест повреждений при использовании данных измерений токов грозозащитных тросов; после отключения короткого замыкания фазы А на ней возникают напряжение промышленной частоты, амплитуда которого меняется с частотой биений, равной 8,5 Гц. Максимальное значение напряжения в паузу АПВ составляет 230 кВ, что не представляет опасности для изоляции электрооборудования. Максимальное значение амплитуды фазы А в момент ее повторного включения составило 492 кВ (кратность перенапряжений 1,1).
Эксперимент 2. Опыт однофазного короткого замыкания в точке К2 (214,8 км от ПС Владимирская). На ВЛ 750 кВ отключен компенсационный реактор РК1. На рис. П2.7.1 а,б,в,г представлены осциллограммы напряжения шинного ТН фазы А (а), линейного ТН фазы А (б), тока ТТ фазы А (в) и суммарного тока ТТ грозозащитных тросов (г). Сведения о параметрах переходного процесса приведены в табл. 2.8.
Основные требования к интегрируемым системам управления вновь сооружаемых и модернизируемых подстанций СВН
Основой Единой энергетической системы России является единая национальная- электрическая сеть (ЕНЭС), включающая в себя систему магистральных линий электропередачи и подстанций СВН 330-750 кВ, определяющих режим и надежность работы энергообъединений, поэтому объекты СВН рассматриваются в качестве объектов управления АСТУ.
Нижним уровнем в иерархии АСТУ энергообъединений должны стать интегрированные автоматизированные системы управления, технологическими процессами (ИСУ) объектов СВН, надежность и техническое совершенство которых во многом определяет уровень технических решений при создании АСТУ.
Разрабатываемые ИСУ подстанций СВН, в общем случае, должны являться: общеподстанционной системой управления, обеспечивающей максимальную автоматизацию управления основным и вспомогательным оборудованием подстанции; общеподстанционной информационной системой, обеспечивающей достоверной информацией не только персонал самих объектов, но и технологический персонал верхних уровней иерархии оперативно -диспетчерского управления; нижним уровнем АСТУ энергообъединений, обеспечивающим возможность оперативного управления оборудованием объекта с диспетчерских центров и реализующим информационные функции систем автоматического управления.
Полностью интегрированная система управления подстанции должна обеспечивать: единый подход к управлению коммутационными аппаратами, а также штатными устройствами автоматики; функцию сбора информации о параметрах электрического режима, о положении коммутационной аппаратуры, о срабатывании релейной защиты, противоаварийной автоматики и т.п.; реализацию принципа распределения задач по системе — вес задачи автоматического управления решаются в контроллерах нижнего уровня, а оперативного управления — с АРМ верхнего уровня, причем контроллеры нижнего уровня должны полноценно выполнять свои функции в условиях неисправности верхнего уровня.
Комплексы технических средств систем автоматического управления (САУ) на энергообъектах, а именно: релейной защиты и автоматики, противоаварийной автоматики, автоматического регулирования напряжения, автоматического регулирования частоты и перетоков мощности должны выполняться как автономные системы и интегрироваться с ИСУ на информационном уровне.
В процессе широкомасштабного технического перевооружения и модернизации подстанций СВН естественна многовариантность технических решений создаваемых ИСУ: вновь сооружаемые подстанции оснащаются современными полномасштабными ИСУ, включающими микропроцессорные комплексы релейной защиты и других САУ и развитые многоуровневые системы коммуникаций. При этом под однородными будем понимать системы, все компоненты которой выполнены на одной платформе (цифровые) и выпускаются одним производителем (рис. 4.2); при поэтапной модернизации действующих подстанций неизбежно возникает гетерогенная (неоднородная) структура средств управления.
Гетерогенная структура (рис. 4.3) возникает в следующих вариантах: - все компоненты системы цифровые, но разных производителей; - компоненты системы частично цифровые, частично на старой элементной базе (ЭМ, ИМС).
Эта ситуация порождает специфические проблемы взаимодействия (коммуникаций) старых устройств и новых программно-технических средств РЗА и управления, решение которых становится исключительно актуальным, поскольку в России в ближайшие годы техническая модернизация действующих подстанций СВН становится массовой.
Проблемы коммуникаций связаны с появлением в архитектуре технических средств автоматизации подстанций таких компонентов, как: микропроцессорных комплексов сбора данных от традиционных (не микропроцессорных) РЗА; микропроцессорных комплексов сбора данных для диагностики оборудования; не совмещенных с МП терминалами РЗА и отдельно выпускаемых промышленностью микропроцессорных регистраторов аварийных событий (РАС) и микропроцессорных устройств ОМП.
Внедрение на реконструируемых подстанциях СВН развитых ИСУ позволяет создавать подстанции нового поколения — полностью автоматизированные без постоянного обслуживающего и оперативного персонала.
