АВТОРЕФЕРАТ МАГИСТЕРСКОЙ РАБОТЫ
Мишлакова Дмитрия Александровича
Тема:
"Автоматизация анализа аварийных ситуаций в электрических системах.".
Руководитель:
Заболотный И. П.
Специальность:
"Электрические системы и сети".
Актуальность темы:
Развитие информационных технологий обеспечивает создание на их основе
автоматизированных систем управления в различных отраслях народного
хозяйства, в том числе и в энергетике. Существующие методы автоматизации
анализа повреждений решали задачу определения места повреждения на воздушных
линиях связи по данным фиксирующих приборов [1-2] и др., либо на основе
систем сбора данных [3], либо на основе цифровых регистраторов аварийных
ситуаций. В последнее время для управлениями аварийными режимами в
электрических системах используются нейронные сети [4-6]. Реализация
управления связана с построением современной системы сбора и обработки
информации в виде множеств аналоговых и дискретных сигналов и их
синхронизацией. Внедрение метода требует значительных вложений и перестройки
существующих информационных технологий в энергетике Украины.
Данная работа является развитием концепции, предложенной сотрудниками университета.
Цель и задачи исследования:
Целью является анализ аварийных ситуаций, формирование отчета в течение
нескольких минут после аварии для инженеров служб релейной защиты и ОДС.
Обобщенное сообщение оперативному персоналу содержит информацию о
поврежденном элементе, правильно и неправильно подействовавших и отказавших
устройств релейной защиты и автоматики, а также выключателей.
Получив соответствующую информацию, персонал может принять меры к
оперативному устранению выявленных неисправностей: исключить из схемы
отказавший выключатель, вывести в проверку отказавшие или неправильно
подействовавшие устройства РЗ и автоматики.
Научная новизна:
В ходе работы разрабатывается экспертная система, предназначенная для работы в составе автоматизированной
системы оперативного управления локальными объектами электроэнергетической
системы [7], что обеспечивает ее функционирование на единой информационной
модели объекта управления и интеграцию с другими технологическими задачами.
В упрощенном виде экспертная система может быть реализована в цифровых
регистраторах.
Реализация экспертной системы (централизованного типа) с помощью
автоматизированной системы управления на основе интегрированного сбора
необработанной информации от различных контролируемых объектов в пункте
управления может быть неосуществима, даже в том случае, когда
регистрируется необходимый объем информации, так как не всегда можно
осуществить передачу необходимой информации и синхронизацию информации.
Однако некоторые решения по автоматизации анализа повреждений могут быть
осуществлены на основе существующих технологий управления (рис. 1) с
помощью экспертной системы комбинированного типа (иерархическая структура).
На подстанции имеется цифровой регистратор, который собирает данные от
различных устройств по присоединениям, включая отходящие линии, и анализирует
эти данные локально. Результаты анализа также как и необработанные данные
передаются на центральный сервер в пункт управления в общем формате COMTRADE,
в том числе и по телефонным линиям связи.
На крупных подстанциях данные от регистраторов, устройств телемеханики
передаются в ПЭВМ, установленную на подстанции, где обрабатываются с
помощью автоматизированной системы управления, программное обеспечение
которой включает также подпрограммы анализа аварийных ситуаций в
электрической сети. ПЭВМ на подстанции устанавливает связь с локальной
вычислительной сетью пункта управления, передает обработанные и
необработанные данные, которые распределяются узлом "Координатор" по узлам
локальной вычислительной сети для выполнения технологических задач, а также
сохраняются в базе данных [7].
Соответствующая подпрограмма узла "Экспертная система" автоматически
классифицирует и фильтрует отчеты на основе ряда критериев типа: условие
повреждения существует, и время отключения короткого замыкания
удовлетворительно; условие повреждения существует, и время отключения
короткого замыкания дольше, чем ожидаемое и т.д., обрабатывает оставшуюся
необработанной информацию, уточняет принятые решения, т.е. выполняет обширный
анализ. Например, в случае, когда только имеются токи в двух фазах, ток в
третье фазе будет рассчитан автоматически.
Возможности регистраторов позволяют обрабатывать полученную при аварии
информацию и составлять сообщение не в форме отдельных сигналов, а в виде
отчетов описания аварийных ситуаций. Для этого требуется завести в цифровой
регистратор дискретные и аналоговые сигналы: действие выходных реле основных
и резервных защит; контакты блок - шайб или реле, указывающих включённое
или отключённое состояние выключателей; выходных реле автоматики; реле
блокировки от многократных включений (РБМ), срабатывающего только при
получении электрического отключающего импульса; реле фиксации отключения
выключателя (ФОВ); реле фиксации отключения воздушной линии электропередачи
(ФОЛ ВЛ) и т.д.: токи в фазах, напряжения фаз, ток в нуле и напряжение на
разомкнутом треугольнике.
В состав компонент интерфейса пользователя включен редактор характеристик РЗ,
позволяющий задавать характеристики РЗ, в частности, либо изображать зоны
срабатывания РЗ в виде ограничивающих линий или фигур на плоскости, или
объединять выключатели в совокупности компонент. Для формирования правил
используется построитель логических выражений.
Концепция экспертной системы анализа аварийной ситуации в электрической
системе базируется на следующих сформулированных аксиомах:
1. Проверяется изменение амплитуд тока и напряжения в составляющей 50 Гц.
Уменьшение напряжения и увеличение фазных токов по сравнению с исходными
значениями без изменения нагрузки предполагает повреждение фазы (фаз).
2. Отсутствие остаточного тока и напряжения на разомкнутом треугольнике
позволяет определить повреждения типа междуфазного повреждения, не связанного
с повреждением на землю, т.е. повреждений типа фаза - фаза без контакта с
землей.
3. Значительные изменения амплитуд токов и напряжений на двух фазах с током
в нуле и напряжением на разомкнутом треугольнике подразумевают наличие
двухфазного короткого замыкания с землей.
4. Значительные амплитудные изменения амплитуд токов и напряжений всех фазах
без тока в нуле и напряжения на разомкнутом треугольнике есть признаком
трехфазного КЗ.
5. Амплитудные изменения в токе и напряжении в специфической фазе с током в
нуле и напряжением на разомкнутом треугольнике являются признаком замыкание
одной фазы на землю.
6. Общие изменения огибающих напряжения и тока подразумевают начало
наступления повреждения при без токовой паузе в случае успешного или
неуспешного АПВ.
7. Большие изменения частоты обусловлены нарушением баланса между
генерируемой мощностью и потребляемой нагрузкой в узлах сети.
8. Если произошло срабатывание реле без наличия признаков повреждения, это
означает начало возможной неисправности системы релейной защиты.
9. Если повреждение не вызывает за собой работу релейной защиты, то это
является признаком выхода из строя или сбоя защиты.
10. Если релейная защита работала, изменилось состояние блок - контакта
выключателя, но мониторинг подтверждает дальнейшее протекание тока, это может
означать неисправность отключающего устройства выключателя. Самопроизвольное
изменение положения блок - контакта не может служить подтверждением
успешного размыкания поврежденной цепи. Определение повреждения может быть
затруднено работой механизма размыкания.
Обобщенная блок-схема, описывающая работу экспертной системы анализа
аварийных ситуаций в электроэнергетической системе, приведена на рис. 2.
В блоке 2 определяется место повреждения. Вначале анализируются сработавшиеся
релейные защиты и отключенные выключатели. Выполнение второй части зависит
от того, выполняется ли анализ с помощью регистратора, ПЭВМ подстанции, узла
ЛВС пункта управления.
В простейшем варианте проверяется выполнение критерия:
где i - индекс места сети, в котором выполняется расчет токов короткого
замыкания, i=1, n (n - количество шин, связывающих объекты контролируемой
сети); Fi - значение критерия; IaИЗМ, IbИЗМ, IcИЗМ - измеренные значения
токов короткого замыкания в фазах a, b, c отключенного выклюателя; IaРАС,
IbРАС, IcРАС - значения токов короткого замыкания в фазах a, b, c по данным
расчета.
Расчет токов короткого замыкания выполняется путем решения системы
алгебраических уравнений, которые приблизительно описывают установившееся
состояние фазовых токов в течение короткого замыкания. В уравнения входит
сопротивление исходного режима, которое может быть рассчитано по напряжениям
и токам, измеренным непосредственно до повреждения и сопротивление при
повреждении, которое задается. В первую очередь следует рассмотреть ток
объект, который установлен в результате первого этапа анализа.
По напряжениям фаз, сопротивлениям вычисляются расчетные токи каждой модели
в расчетных точках. Только модель, которая описывает тип того повреждения,
которое фактически произошло, будет наиболее близко соответствовать
измеренным токам. Следовательно, тип повреждения может быть идентифицирован
по минимальному значению критерия.
Так как используются уравнения для моделирования установившихся режимов для
различных типов повреждений, то при моделировании не учитывается влияние ряда
факторов: переходных токов генератора, влияния насыщения магнитных систем
элементов. Однако, точная модель не требуется, пока модель, описывающая
фактический тип повреждения, обеспечивает возможность его идентификации при
использовании набора моделей.
Промежуточным вариантом является определение места повреждения на основе
установления факта принадлежности измеренных токов и напряжений области
векторных диаграмм токов и напряжений, построенных для различных мест
повреждения, отражающих влияние изменения конфигурации сети, напряжения
источников питания, переходное сопротивление в месте короткого замыкания.
В блоке 4 выполняется отбор информации, относящейся к объекту с повреждением.
Если объектом с повреждением является линия электропередачи, что проверяется
в блоке 5, то выполняется определение места повреждения на линии. При
использовании экспертной системы в ЛВС решается оптимизационная задача:
где К - искомая точка КЗ.
При использовании регистратора выполняется формирование отчета на основе
простых логических зависимостей, связывающих дискретную информацию,
позволяющую сделать заключения вида: Диспетчерские сообщения имеют вид: в
"указывается время" отключилась от "наименование РЗ" ВЛ "наименование линии"
с нагрузкой "указать сколько МВТ" с неуспешным "вид АПВ"; расстояние до
места повреждения "указывается", вид КЗ "указывается", "время работы
выключателя…" и т.д. Более сложный вариант связан с анализом дискретных
сигналов на основе правил базы знаний. Правила типа: если "условие" то
"заключение" описывают возможные ситуация в поведения объекта. Так, для
линий электропередачи напряжением 110-330 кВ с основными защитами типа
дифференциально-фазной, высокочастотной и резервных защит (дистанционной,
защиты от однофазных замыканий) и с АПВ сформулировано 14 основных ситуаций.
Эти ситуации уточняются и дополняются в зависимости от схемы ОРУ подстанции.
Соответственно, разработано 14 правил, позволяющих сделать заключение о виде
КЗ, запуске защит, защите отключившей КЗ, работе АПВ, отказе защиты, отказе
выключателя, ложной работе РЗ, самопроизвольном отключении выключателя.
Составлены правила и для других элементов электрической сети. Так, для
трехобмоточного трансформатора с высшим напряжением 110 кВ разработано 11
типовых правил.
На основании анализа множества о выключателях, изменявших свое положение и
подмножеств по факту отключения выключателя в контролируемый период времени;
факту включения выключателя в течение контролируемого периода; факту
оставшегося отключенным выключателя в конце контролируемого периода; факту
оставшегося включенным выключателя в конце контролируемого периода; множества
о срабатывании различных реле и сопоставления с правилами базы знаний
экспертная система принимает заключение.
В блоке 8 выполняется подготовка исходных данных для моделирования
(конфигурация сети, параметры исходного режима, формирование возмущения,
построение логической модели работы релейной защиты), а в блоке 9 выполняется
моделирование повреждения.
Предусмотрено выполнение двух вариантов моделирования: первый с помощью
регистратора и полный на основе прикладного программного обеспечения
локальной вычислительной сети.
Для настройки программного обеспечения регистратора (описания сигналов,
подключаемых к каналам, свойств объекта наблюдения) разработан классификатор.
Классификатор на основе информационной модели локального объекта в режиме
интерактивного диалога пользователя с автоматизированной системой [7]
обеспечивает формирование динамической модели объекта наблюдения в виде
набора таблиц, описывающих условия формирования команд релейной защиты и
автоматики, объекты воздействия, признаки действий (включить, отключить,
блокировать и т.д.). На основании динамической модели объекта и состава
подключенных сигналов к каналам измерения адаптируются типовые базы знаний,
описывающие множества возможных ситуаций. Так например, если к каналам
регистратора не подключены дискретные сигналы от пусковых органов релейной
защиты, то исключаются условия из правил, связанные с этой информацией.
После сбора множества информации выполняется классификация по видам защит
и противоаварийной автоматики для конкретных линий, трансформаторов и т.д.
для того объекта, на котором установлен регистратор. Для объекта наблюдения
с повреждением выполняется анализ фактической ситуации и моделирование.
На рис. 3. приведена аварийная ситуация, зарегистрированная регистратором на
одной из подстанций 110 кВ. После обработки сигналов было выдано заключение:
однофазное короткое замыкание на линии, отключалось земляной защитой,
работало АПВ, АПВ успешно. Анализ сигналов подтверждает заключение
экспертной системы.
a)
б)
Рисунок 3 - Сигналы, зафиксированные регистратором на подстанции 110 кВ
а) начало; б) продолжение.
Выводы:
Таким образом в работе разрабатывается метод автоматизированного анализа
аварийных ситуаций непосредственно после их появления. Метод использует
аналоговые и дискретные сигналы, вызванные повреждениями и изменениями схемы
соединений оборудования электрической системы, отражающими состояние
выключателей, устройств релейной защиты и автоматики. Метод позволяет
оценивать работу устройств релейной защиты и автоматики, выключателей.
Литература
1. Шалыт Г.М., Айзенфельд А.И., Малый А.С. Определение мест повреждений
линий электропередачи по параметрам аварийного режима. / Под ред. Г.М.Шалыта.
- 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1983.
2. Айзенфельд А.И., Шалыт Г.М. Определение мест короткого замыкания на
линиях с ответвлениями. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 160 с.
3. Kezunovic M., Fromen C.W. An Expert System for Transmission Substation
Event Analysis. - IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 8, No. 4,
October 1993.
4. Kezunovic M., Rikalo I. Detect and Classify Faults Using Neural Nets. -
IEEE Computer Applications in Power, October 1996.
5. Dalstein Th., Kulicke B. Neural Network Approach to Fault Classification
for High Speed Protective Relaying. - IEEE Transactions on Power Delivery,
Vol. 10, No. 2, April 1995.
6. Dalstein Th. et al. Multi-Neural Network Based Fault Area Estimation for
High Speed Protective Relaying. - IEEE Transactions on Power Delivery, Vol.
11. No. 2, April 1996.
7. Заболотный И.П., Павлюков В.А. Автоматизированная система оперативного
управления локальными объектами электрических систем. Збірник наукових
праць Донецького державного тех-нічного університету. Серія: Електротехніка
і енергетика 21: Донецьк: ДонГТУ, - 2000. - С. 25-28.
Автобиография
Электронная библиотека
Перечень аннотированых ссылок
Результаты поиска в Internet