Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Методы и средства ввода и преобразования электрических величин для микропроцессорных устройств измерения и противоаварийного управления в энергосистемах 13
1.1 Постановка задачи 13
1.2 Анализ изменения ортогональных составляющих входного сигнала 16
1.3 Способы усреднения значений амплитуды сигнала, восстановленного по ортогональным составляющим 24
1.4 Определение перерасчетных коэффициентов амплитуд входных сигналов 27
1.5 Восстановление измеряемых величин тока и напряжения 29
1.6 Алгоритмы формирования технологических параметров для задач измерения и противоаварийного управления в энергосистемах 32
1.7 Аппаратные и программные средства разработанного модуля аналогового ввода с сигнальным процессором 38
1.8 Выводы к первой главе 44
ГЛАВА 2. Структура и функции устройств противоаварийной автоматики локального уровня 46
2.1 Состав задач противоаварийной автоматики воздушной линии (ПА ВЛ) 46
2.2 Фиксация отключения воздушной линии электропередачи 52
2.3 Фиксация перегрузки линии или группы линий электропередач 55
2.4 Ликвидация асинхронного режима в энергосистеме 59
2.5 Ограничение повышения напряжения на воздушных линиях электропередач... 64
2.6 Выводы ко второй главе 69
ГЛАВА 3. Задача автоматического ограничения повышения напряжения 70
3.1 Традиционные средства автоматики ограничения повышения напряжения 70
3.2 Принципы организации функционирования задачи автоматического ограничения повышения напряжения с учетом кумулятивного эффекта 79
3.3 Структура программно-технических средств микропроцессорной автоматики ограничения повышения напряжения (АОПН-М) 86
3.4 Аппроксимация вольт-временной характеристики 91
3.5 Испытания устройства АОПН 102
3.6 Выводы к третьей главе 107
ГЛАВА 4. Автоматика фиксации отключения линии электропередачи 108
4.1 Место устройства автоматики фиксации отключения линии в решении задач АПНУ 108
4.2 ФОЛ на основе дифференциального токового пускового органа 111
4.3 ФОЛ на основе дифференциального органа активной мощности 112
4.4 ФОЛ на основе фиксации полного сброса активной мощности 114
4.5 Предложенный алгоритм ФОЛ на основе контроля электрических параметров (контроля значений тока через выключатели) 116
4.6 Предлагаемая структура программно-технических средств для реализации задачи ФОЛ 120
4.7 Выводы к четвертой главе 122
Заключение 124
Библиографический список
- Анализ изменения ортогональных составляющих входного сигнала
- Алгоритмы формирования технологических параметров для задач измерения и противоаварийного управления в энергосистемах
- Состав задач противоаварийной автоматики воздушной линии (ПА ВЛ)
- Традиционные средства автоматики ограничения повышения напряжения
Введение к работе
Актуальность темы. Решение задачи обеспечения надежности и эффективности функционирования энергосистем в современных условиях в большой мере связано с техническим совершенством релейной защиты (РЗ) и противо-аварийной автоматики (ПА) электроэнергетических систем (ЭЭС) [1,2].
Вопросам развития и совершенствования ПА, прежде всего, магистральных электрических сетей сверхвысокого напряжения (СВН) 330-750 кВ, в России всегда уделялось значительно больше внимания, чем за рубежом. Весьма немногочисленные устройства ПА зарубежных фирм повторяют в основном принципы, разработанные и использовавшиеся в нашей стране. Теоретические и экспериментальные исследования по разработке принципов выполнения, алгоритмов функционирования и технической реализации ПА в России проводятся во ВНИИЭ, в НИИПТе, ВЭИ, институте «Энергосетьпроект» (г. Москва) и других организациях. Значительный вклад в развитие принципов выполнения и создание комплекса устройств ПА в России внесли советские и российские ученые Федосеев A.M., Ермоленко В.Н., Лугинский Я.Н., Совалов С.А., Иофьев Б.И., Ковалёв В.Д., Кощеев Л.А., Овчаренко Н.И., Саухатас А.-С.С, Семенов В.А., Любарский Д.Р. , Наровлянский В.Г. и др.
Анализ состояния устройств РЗ и ПА в электрических сетях 110-750 кВ показывает, что в настоящее время в российской электроэнергетике основную часть устройств РЗ и ПА (95-97%) составляют электромеханические устройства, доля микроэлектронных устройств составляет ориентировочно 3-4%, а доля микропроцессорных устройств РЗ и ПА не превышает 1%. При этом в среднем примерно 25% устройств РЗ и ПА в рассматриваемых сетях находится в эксплуатации более 20-25 лет, что свидетельствует об их моральном и физическом износе [3,4].
В последние годы в энергосистемах России начался процесс интенсивного
внедрения микропроцессорных (МП) устройств РЗА, разработанных как иностранными (ABB, SIEMENS, ALSTOM, Schneider Electric), так и российскими фирмами (ЭКРА, Радиус-Автоматика, ВНИИР, Механотроника и др.), обеспечивающих возможность реализации новых, более эффективных способов и алгоритмов функционирования, получения улучшенных характеристик срабатывания по сравнению с традиционными в устройствах РЗ на электромеханической и микроэлектронной элементной базе, реализации в одном МП устройстве как функций РЗ, так и ряда дополнительных функций (измерения электрических величин, регистрации процессов, определения места повреждения на линии, диагностики состояния устройства РЗА и др.), повышения удобства наладки и эксплуатации устройств РЗА и др.
Реализация большинства задач ПА в России в настоящее время по-прежнему основана на использовании в основном электронной и электромеханической аппаратуры, характеризующейся ограниченными функциональными возможностями, недостаточными показателями надежности, а также повышенными материалоемкостью и энергопотреблением.
Поэтому задачи, связанные с разработкой отечественных микропроцессорных устройств противоаварийной автоматики, а также с совершенствованием математического, алгоритмического и программного обеспечения этих устройств, расширяющего их функциональные возможности, являются актуальными.
Цель работы заключается в повышении технического совершенствования противоаварийной автоматики локального уровня электрических сетей СВН путем разработки новых принципов выполнения и технических средств, основанных на использовании МП элементной базы.
Основные задачи исследования. Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие задачи:
1. Исследование и разработка методов и средств ввода и преобразования электрических величин для микропроцессорных устройств ПА.
2. Исследование и разработка алгоритмов формирования технологических параметров для задач управления в энергосистемах в нормальных и аварийных режимах.
3. Разработка унифицированной базовой структуры измерительного преобразователя для реализации микропроцессорных устройств измерения и управления в энергосистемах в нормальных и аварийных режимах.
4. Разработка унифицированной структуры микропроцессорных устройств противоаварийного управления локального уровня.
6. Исследование и разработка новых технологических алгоритмов для задачи автоматики ограничения повышения напряжения (АОПН).
7. Исследование и разработка новых технологических алгоритмов для задачи фиксации отключения линии электропередачи (ФОЛ).
Основные методы научных исследований. Для решения поставленных в работе задач использованы: теория электрических цепей, методы линейной алгебры, современные методы математического моделирования, аналитические и численные методы анализа с использованием ЭВМ.
Научная новизна и значимость полученных результатов, по мнению автора, заключается в следующем:
1. Предложен способ обеспечения требуемой точности преобразования Фурье при возможных изменениях частоты контролируемых электрических сигналов путем усреднения восстановленных сигналов.
2. Предложен алгоритм действия автоматики ограничения повышения напряжения (АОПН), основанный на учете вольт-временных характеристик изоляции защищаемого оборудования.
3. Предложен алгоритм функционирования автоматики фиксации отключения линии (ФОЛ), основанный на контроле фазных токов с учетом доаварий ной информации о наличии, видах и работе АПВ и аварийной информации о действии РЗ, для автоматики предотвращения нарушения устойчивости.
Достоверность результатов и обоснованность основных научных положений, полученных в диссертационной работе, подтверждается исследованиями и экспериментами, выполненными как на физических и математических моделях, так и в условиях действующих электроэнергетических объектов.
Практическая ценность результатов работы заключается в следующих основных положениях:
1. Разработаны программно-технические средства базового модуля измерительного преобразователя электрических величин для микропроцессорных устройств управления в нормальных и аварийных режимах энергосистем.
2. Разработаны способы аппроксимации вольт-временных характеристик высоковольтного оборудования для реализации устройства АОПН.
3. Разработано алгоритмическое и программное обеспечение для реализации микропроцессорных устройств АОПН, АЛАР и ФОЛ.
Реализация результатов работы. Результаты выполненных исследований и разработок использованы:
1. В ОАО «Институт «Энергосетьпроект» при выполнении:
• проектов противоаварийной автоматики с использованием микропроцессорных устройств автоматики ограничения повышения напряжения типа АОПН-М; устройства АОПН-М рекомендованы для промышленного производства комиссией ФСК ЕЭС;
• системы измерения комплекса управления перетоками активной мощности (СИ КУРМ) на электропередаче Россия - Финляндия (Выборгский преобразовательный комплекс МЭС Северо-Запада).
2. В МЭС Северо-Запада (Выборгский преобразовательный комплекс) при внедрении в эксплуатацию программно-технического комплекса (ПТК) СИ КУРМ.
3. В ОАО «Вологдаэнерго» для реализации электроэнергетических задач АСУ ТП (подстанция «Усть-Алексеево») в составе ПТК «Космотроника-Э».
4. В НЛП «Энергоизмеритель» (г. Москва) при серийном выпуске устройства АОПН-М и устройства ликвидации асинхронного режима типа АЛАР-М.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Структура базового модуля измерительного преобразователя электрических величин для микропроцессорных устройств управления в нормальных и аварийных режимах энергосистем.
2. Способ обеспечения точности преобразования Фурье при возможных колебаниях частоты контролируемых электрических сигналов путем усреднения восстановленных сигналов.
3. Алгоритм функционирования автоматики ограничения повышения напряжения (АОПН), основанный на учете вольт-временных характеристик изоляции защищаемого оборудования.
4. Алгоритм функционирования автоматики фиксации отключения линии (ФОЛ), основанный на контроле фазных токов с учетом доаварийной информации о наличии, видах и работе АПВ и аварийной информации о действии РЗ, для автоматики предотвращения нарушения устойчивости.
Личный вклад автора заключается в постановке цели и конкретных задач исследования, разработке методов и технических средств ввода и преобразования электрических величин для микропроцессорных устройств ПА, алгоритмов формирования технологических параметров для задач ПА, базовой структуры измерительного преобразователя для ПА, унифицированной структуры микропроцессорных устройств ПА локального уровня, новых технологических алгоритмов для задачи АОПН, новых алгоритмов для задачи ФОЛ.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались:
• на «Второй научно-технической конференции молодых специалистов электроэнергетики -2003», Москва, ОАО «ВНИИЭ», 2003 год;
• на «III Международной научно-практической конференции», Новочеркасск, ЮРГТУ (НПИ), 2003 год;
• на «VIII Международной конференции «Проблемы современной электроники - 2004», Институт Электродинамики НАН Украины, Киев, Украина, 2004 год.
Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ [ 8,6,19,56,66,67,70].
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 72 наименований. Основной текст раскрыт на 125 страницах.
В первой главе рассматриваются методы и средства ввода и преобразования электрических величин для микропроцессорных устройств измерения и противоаварийного управления в энергосистемах, предложен способ обеспечения требуемой точности преобразования Фурье (выделения основной гармоники входного сигнала (тока и напряжения) промышленной частоты 50Гц) при возможных изменениях частоты контролируемых электрических сигналов путем усреднения восстановленных сигналов, рассмотрены принципы формирования технологических параметров на базе ортогональных составляющих, исследованы вопросы осуществления базовой структуры измерительного преобразователя, обеспечивающего предварительную обработку оцифрованных входных аналоговых сигналов (выделение составляющей промышленной частоты, представление в виде комплексного числа, состоящего из активной и реактивной частей и т.п.).
Во второй главе выполнен анализ структур и функций устройств проти-воаварийной автоматики локального уровня (воздушных линий - ПА ВЛ), решающих задачи: фиксации отключения линии (ФОЛ), фиксацию перегрузки линии или группы линий (ФП), автоматики ликвидации асинхронного режима (АЛАР), автоматики ограничения повышения напряжения (АОПН).
В третьей главе рассмотрены традиционные средства автоматики ограничения напряжения, предложены и обоснованы основные принципы организации функционирования задачи автоматического ограничения повышения напряжения с учетом накопительного эффекта, представлена разработанная структура программно-технических средств микропроцессорного устройства автоматики ограничения повышения напряжения (АОПН-М), рассмотрены возможности повышения эффективности алгоритма АОПН-М за счет использования предложенной аппроксимации вольт-временной характеристики защищаемого оборудования.
В четвертой главе определены основные функции устройства фиксации отключения линии (ФОЛ) в задачах автоматического предотвращения нарушения устойчивости (АПНУ), рассмотрены существующие алгоритмы работы ФОЛ, предложен новый алгоритм функционирования задачи ФОЛ с учетом различных видов автоматического повторного включения (АПВ), основанный на контроле фазных токов линии электропередачи, а также представлена предложенная структура программно-технических средств для реализации задачи ФОЛ.
Анализ изменения ортогональных составляющих входного сигнала
Максимальная ошибка формирования интервала дискретизации нужной длительности составит величину Тк, а относительная ошибка окажется равной т.е. будет стремиться к минимуму, чем больше число меандров кварцевого генератора уместиться в интервале дискретизации.
На основании выше изложенного можно говорить о том, что практически невозможно обеспечить точное равенство fsc =fd даже при одной неизменной -номинальной частоте измеряемого сигнала.
Так же немалый интерес представляет вопрос о частотной погрешности ортогонального преобразования из-за отклонения частоты в системе от 50 Гц.
Как эти обстоятельства сказываются на основной характеристике измерительного преобразователя (ИП) - точности оценки модулей и углов электрических величин - является предметом рассмотрения данной работы.
Главное внимание уделяется результатам исследований и разработки автором РШ - модуля аналогового ввода с сигнальным процессором (МАВСП), реализующего один из алгоритмов фильтрации Фурье. Мгновенные значения входных токов и напряжений, фиксированные в виде отсчетов АЦП, подвергаются в преобразователе обработке, цель которой выделить составляющую сигнала промышленной частоты и представить ее в виде вещественной и мнимой части комплексного числа.
Анализ периодических функций (сигналов) сложной формы, часто удобнее бывает выполнить, разложив исходную функцию на элементарные составляющие. Впервые это было сделано в 1807 году французским математиком Фурье с использованием гармонических функций. Благодаря уникальным особенностям гармонических функций, разложение Фурье широко применяется в науке и инженерной практике сегодня [14,15]. В электротехнике гармонический анализ, как известно, несмотря на появившиеся и другие альтернативные способы разложения сложных функций, остается основным способом анализа электрических цепей.
При фиксированной частоте осуществления выборок fs (выбирается частота дискретизации входного сигнала кратной промышленной частоте 50 Гц) и частоте f0 входного сигнала отличной от номинала промышленной частоты, вычисления составляющих тока и напряжения, используя преобразования ряда Фурье (1.11), могут быть неточными.
Ошибка обуславливается несовпадением фактического периода колебания Т0 с расчетным интервалом Г (предполагаемым интервалом = 20 мс). В этом случае фиксированное число отсчетов происходит не за период входной величины, но за большее или за меньшее время. Например, при частоте в сети в 49Гц последний отсчет приходится не на ЗбОградусов изменения входной величины, но на 360-(49/50) = 352,8 градуса. В результате появляется погрешность, меняющаяся во времени.
Рассмотрим определение амплитуды гармонического колебания с использованием преобразования ряда Фурье (суммирование дискретно представляемой функции методом трапеции) для случая, когда интервал между выборками неизменен, а период колебания изменяется в пределах 10%. В качестве исходного сигнала будем рассматривать синусоиду А(кы„ром,ц ) = Amp-sin(k(onpoj + q ).
Здесь к = факт - коэффициент, учитывающий отклонение фактической частоты пром от расчетной; Amp- амплитуда сигнала = 1; ф -начальная фаза сигнала. Результат расчета представлен на рис. 1.1.
При рассмотрении кривых (рис. 1.1) видно, что точное определение амплитуды происходит только на промышленной частоте, когда к=\. При этом другие гармоники, с частотой кратной основной, если они присутствуют в сиг нале, не влияют на определение амплитуды первой гармоники.
Алгоритмы формирования технологических параметров для задач измерения и противоаварийного управления в энергосистемах
Информация о технологических параметрах электроэнергетических систем получается, как правило, на основе различных операций (например, перемножения и сложения) с ортогональными составляющими векторов основной гармоники входных сигналов.
Наибольшее распространение получили принципы выделения ортогональных составляющих, основанные на проектировании векторов синусоидальных составляющих сигнала на неподвижные оси координат [17]. В результате такого преобразования получаются вращающиеся с синхронной скоростью вектора, проекции которых на две ортогональные оси координат изменяются в стационарном режиме по синусоидальному (косинусоидальному) закону. Фазы этих векторов также непрерывно изменяются во времени. Указанные обстоятельства существенно затрудняют, а в ряде случаев исключают возможности быстрой и эффективной фильтрации (усреднения или сглаживания) ортогональных составляющих, что необходимо для обеспечения устойчивого функционирования микропроцессорных устройств релейной защиты и противоаварийной автоматики, особенно в условиях тяжелых условий по электромагнитной совместимости на электроэнергетических объектах.
В результате исследований предложен и при участии автора совместно с к.т.н. Дмитриевым К.С. реализован новый принцип выделения ортогональных составляющих векторов основной гармоники аналогового сигнала из его отсчетов Хп за один период Т в режиме скользящего интегрирования, сущность которого заключается в следующем. Для периодической функции f(t) =f(t ±пТ) при движении во времени путем «синхронного прохождения» по отсчетам функции f(t„) и коэффициенты ортогональных фильтров {Кап} и {Кгп} при каждом новом значении времени / = nAt получают одни и те же наборы слагаемых {Kan f(t,J} и {Kr fftfJJ, а значит неизменными будут оставаться и значения их сумм. Поэтому для рассматриваемого сигнала при указанных условиях значения ортогональных составляющих остаются постоянными, т.е. Xr(t)=const иXa(t)=const.
Предложенный способ формирования ортогональных составляющих соответствует проектированию преобразуемого вектора на взаимно ортогональные оси, синхронно вращающиеся вместе с ним. Получаемые значения Хг и Ха могут фильтроваться (сглаживаться) для исключения возможных больших выбросов не только в стационарных режимах, но и при резких возмущениях (например, при коротких замыканиях). При этом обеспечивается плавный переход к новым значениям контролируемого вектора в режиме возмущений. Указанные соображения правомерны также для модулей и фаз векторов.
Алгоритмическая реализация рассмотренного принципа формирования ортогональных составляющих заключается в следующем. Коэффициенты ортогональных фильтров {Ка„} и {Кгп}, выделяющих, соответственно, активную (проекция вектора на действительную ось) Хап и реактивную (проекция вектора на мнимую ось) Хгп ортогональные составляющие, есть значения cos(n ) и sin(n rr) для Аффиксированных значений аргумента [п = 0, 1, ...(N-1)].
Массивы значенийКап = cos(n -)u Krn = sin(n jr) для выбранного значения N являются константами программы. Задавать их целесообразно с точностью до 10"4 , т.е. не менее, чем с четырьмя знаками после десятичной точки. В зависимости от вычислительных ресурсов N может принимать одно из значений следующего ряда: 24, 36, 48, 72.
Общий алгоритм фильтрации для получения n-ных значений ортогональных составляющих j-го сигнала XanJ nXanj при я N: XanJ =jjNf(Kamod(n_N+wXn_NJ, (1.15а) XrnJ =jrNt(Krmod(n N)Xn_N+i), (1.156) Здесь операция «mod» - деление по модулю N - дает в результате остаток от деления (n-N+i) на N
Вычисления Xa„j nXr„j по формулам (1.15а) и (1.156) необходимо и достаточно выполнить один раз при инициализации процесса, а затем вести расчеты по рекуррентным формулам для активной составляющей Хйп+и =Xan.j - Kamod(n-NM)X(n-N) +jjKamod(nN)X(n), (1.16а) аналогично и для реактивной составляющей Хгп+и XrnJ --pjKrmod(ii_NN)X(n_N) +jjKrmod(nN)X(n), (1.166) т.е. из предыдущего значения составляющей вычитается «устаревшая» компонента суммы произведений коэффициентов фильтра на отсчеты сигналы и прибавляется новая такая компонента.
Целесообразно построить алгоритм таким образом, чтобы и при инициализации использовать только экономные рекуррентные формулы (1.16а), (1.166) и, таким образом, сделать алгоритм совершенно однородным или одинаковым для всего процесса. Для этого необходимо сделать первоначальное обнуление массивов Ха, Хг ортогональных составляющих для всех сигналов, а также массивов мгновенных значений.
Для сокращения времени вычислений на повторные умножения мгновенных значений сигналов на коэффициенты ортогональных фильтров необходимо хранить получаемые произведения в кольцевой памяти, обновляя их набор по тому же алгоритму, как и для наборов (массивов) отсчетов Х„ входных сигналов и ортогональных составляющих Xanj и Xr„j. Все последующие вычисления необходимых технологических параметров, например значение активной и реактивной мощностей, будут вычисляться уже из имеющегося набора ортогональных составляющих.
Состав задач противоаварийной автоматики воздушной линии (ПА ВЛ)
Нормальные режимы электроэнергетических систем характеризуются: определяющими режимными параметрами (напряжением и частотой) с небольшими отклонениями от номинальных значений при непрерывных изменениях нагрузки; оптимальным распределением активной и реактивной мощностей между генерирующими электроэнергию управляемыми объектами; ограничением перетоков мощностей по линиям электропередачи до уровней, обеспечивающих нормируемый запас мощности по статической устойчивости параллельной работы генерирующих станций.
Нормальный режим обеспечивается автоматическим управлением электроэнергетическими объектами совокупностью управляющих автоматических устройств и систем. Основная задача автоматического управления нормальным режимом — обеспечить производство и передачу электроэнергии при минимальных затратах энергоресурсов (условного топлива) и обеспечить надежность электроснабжения потребителей электроэнергией требуемого качества и исправность электроэнергетических управляемых объектов.
Под воздействием внезапных интенсивных возмущений в виде неизбежных коротких замыканий или случайных отключений генерирующих или передающих электроэнергетических объектов ЭЭС, ОЭС или ЕЭС в целом переходят в утяжеленный или в аварийный режим.
Утяжеленный режим обычно характеризуется пониженными значениями напряжений и частоты, допустимыми лишь кратковременно. Перетоки мощностей могут превышать длительно допустимые в нормальном режиме, но не доходить до опасных для статической устойчивости значений. Задачи автоматического управления в утяжеленном режиме: не допустить его дальнейшего утяжеления, что может привести к переходу в аварийный режим, и восстановить нормальный режим [20]. Если хотя бы один из режимных параметров достигает недопустимых, даже кратковременно, значений, режим становится аварийным.
В связи с этим необходимо осуществлять: непрерывный контроль за режимами линий электропередач, нагрузка которых внезапно может возрасти; выявление моментов отключения линий, сопровождающихся набросами мощности и опасными перегрузками параллельных линий, автотрансформаторов и другого оборудования; выявление моментов разрыва электропередач, нарушения устойчивости и характера возникшего при этом асинхронного режима.
Нарушение нормального режима работы энергосистем при больших возмущениях происходит весьма быстро, и предотвратить и даже ликвидировать это нарушение действиями обслуживающего персонала практически невозможно. Автоматическое управление в утяжеленном и, особенно, аварийном режимах производится управляющими автоматическими устройствами противо-аварийного управления (противоаварийной автоматикой), задачей которых является скорейшее восстановление нормального режима.
Противоаварийная автоматика обеспечивает синхронное устойчивое функционирование, как правило, многих электростанций, связанных длинными и сильно нагруженными линиями электропередачи. Необходимо сохранение синхронной устойчивости таких связей в условиях больших возмущающих воздействий в виде коротких замыканий и связанных с ними отключений мощных электроэнергетических объектов, обусловливающих скачкообразные изменения генерируемых, передаваемых и предельных (по устойчивости) мощностей. При этом в отдельных частях ЭЭС возникают режимы работы с избыт ком или недостатком генерируемой мощности, грозящие развитием общесистемной аварии с нарушением устойчивости и разъединением объединенной энергетической системы (ОЭС), с остановкой тепловых электростанций и прекращением электроснабжения потребителей на больших территориях.
Поэтому основными задачами противоаварийного автоматического управления являются: выявление и устранение возмущающего воздействия; предотвращение дальнейшего развития аварийной ситуации; восстановление нормального режима.
Таким образом, противоаварийная автоматика (ПА) предназначена для предотвращения развития аварий в энергосистемах, их локализации и ликвидации путем выявления опасных аварийных возмущений или недопустимых отклонений параметров электрического режима и осуществления противоаварийного управления.
Решение всей совокупности задач противоаварийного управления в пределах своего энергообъединения (энергоузла, энергорайона) осуществляет система ПА, которая включает ряд подсистем, обеспечивающих: автоматическое предотвращение нарушения устойчивости параллельной работы (АПНУ); автоматическую ликвидацию асинхронного режима (АЛАР); автоматическое ограничение повышения частоты (АОПЧ); автоматическое ограничение снижения частоты (АОСЧ); автоматическое ограничения снижения напряжения (АОСН); автоматическое ограничение повышения напряжения (АОПН); автоматическую разгрузку оборудования (АРО).
Эти подсистемы ПА, функционируя совместно, взаимно дополняют и резервируют друг друга и образуют, таким образом, эшелонированную систему ПА, обеспечивающую требуемый уровень надежности функционирования и живучести энергосистем [21].
Традиционные средства автоматики ограничения повышения напряжения
Известно, что на линиях электропередачи высокого и сверхвысокого напряжения в условиях их одностороннего трехфазного или однофазного отключения возникают перенапряжения, которые могут представлять опасность для электрооборудования линии и подстанции [44].
Для ограничения повышения напряжения в указанных режимах предусматриваются автоматические устройства, действующие на включение шунтирующих реакторов линии и, если напряжение не снизилось до допустимого значения, на отключение линии, зарядная мощность которой вызвала повышение напряжения.
Ранее, широкое применение получили устройства автоматического ограничения повышения напряжения (АОПН) с использованием электромеханической релейной аппаратуры [45]. Однако эти устройства обладали рядом недостатков и не удовлетворяли требованиям ограничения перенапряжений на линиях электропередачи сверхвысокого напряжения. Одним из недостатков устройства АОПН, использующего реле напряжения типа РН-58, является недостаточная чувствительность его чувствительной ступени. Известно, что напряжение срабатывания чувствительной ступени (Uc_y) отстраивается от максимального рабочего напряжения ирабмакс где котс—коэффициент отстройки, учитывающий погрешности трансформатора напряжения, измерительного органа устройства АОПН, возможный разброс его срабатывания, запас отстройки; кв— коэффициент возврата измерительного органа устройства АОПН.
Эффективным средством повышения чувствительности устройства АОПН является использование измерительного органа, имеющего более высокий коэффициент возврата и меньшие погрешности. Разработанное с этой целью реле напряжения с высоким коэффициентом возврата типа РНВК не получило применения из-за неудовлетворительной помехозащищенности.
В соответствии с требованиями по ограничению повышения напряжения на линиях сверхвысокого напряжения был разработан и внедрен в эксплуатацию отечественный шкаф автоматики фиксации повышения напряжения типа ШП2704. Шкаф был выполнен с использованием микроэлектронных элементов, обладал большими функциональными возможностями, большей точностью измерительных органов, лучшими техническими характеристиками по сравнению с релейным устройством АОПН. Так, благодаря более высокому коэффициенту возврата измерительных органов напряжения и малым погрешностям напряжение срабатывания, рассчитываемое по выражению (3.1), было снижено на 5—10 %. Кроме того, измерительный орган аппаратуры ШП2704 реагировал не только на действующее, но и на мгновенное значение напряжения. Этим обеспечивалась большая чувствительность к гармоническим составляющим напряжения по сравнению с реле РН-58.
Аппаратура шкафа ШП2704 обеспечивает трехступенчатое управление от чувствительной ступени устройства: с первой выдержкой времени производится переключение вольтодоба-вочного трансформатора (ВДТ) с целью уменьшения коэффициента трансформации автотрансформаторов подстанции или включение одного шунтирующего реактора; со второй выдержкой времени производится включение второго шунтирующего реактора (ВР); с третьей выдержкой времени производится отключение линии (ОЛ), в звавшей повышение напряжения.
При отказе выключателя линии с дополнительной выдержкой времени производится резервирующее отключение системы шин подстанции, связанной с отказавшим выключателем (действие УРОВ).
Устройство АОПН фиксирует повышение напряжения на линии не только в условиях, когда она включена со стороны рассматриваемой подстанции, но и в условиях, когда она отключена от шин данной подстанции. В последнем случае ограничение повышения напряжения производится путем поочередного с выдержками времени включения шунтирующих реакторов на данном отключенном конце линии (при наличии двух реакторов на рассматриваемом конце линии). Кроме того, если напряжение осталось повышенным, осуществляется телепередача двух команд на противоположный конец линии, по которым управляются ВДТ с целью снижения коэффициента трансформации автотрансформаторов противоположной подстанции, включение шунтирующих реакторов, отключение линии. Отключенное положение линии фиксируется с помощью устройства ФОЛ.
На рисунке 3.1 показаны также цепи приема команд ОЛ, ВДТ, ВР, сформированных аппаратурой ШП2704 противоположного конца линии. Эти команды реализуются на данной подстанции не непосредственно, а с контролем отсутствия активной мощности, передаваемой по линии.
Команда на отключение линии может реализовываться с дополнительным контролем срабатывания чувствительной ступени пускового органа устройства на включенном конце линии. Указанный контроль повышает надежность несрабатывания устройства АОПН от помех в канале связи и от ложных пусков передатчика.
Так же как и в релейном устройстве АОПН, в шкафу ШП2704 предусмотрены: чувствительная и грубая ступени пусковых органов срабатывания по напряжению; избирательные органы, фиксирующие реактивную мощность линии электропередачи, направленную к шинам подстанции; органы выдержки времени; выходные реле, воздействующие на объекты управления.
Пусковые органы шкафа формируются на базе преобразователей напряжения, включенных на фазные напряжения трансформаторов напряжения линии. Преобразователи входят в состав блока преобразователей, каждый из них содержит однофазный трансформатор напряжения и выпрямительный мост. Выпрямленные напряжения с выходов преобразователей поступают на входы блоков максимального напряжения.
