ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ БЕЗОТКАЗНОСТИ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ НА ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Пашков В.Н., Волутаева И.А.

Россия, г. Липецк, ЛГТУ

Источник: http://www.ostu.ru/conf/ers2004/sect5/pashkov2.htm

В статье оценивается влияние безотказности релейной защиты на функционирование системы электроснабжения.

Безотказность системы релейной защиты является одним из аспектов эф­фективного функционирования системы электроснабжения. Особенно это акту­ально для крупных промышленных предприятий, для которых характерно пре­обладание резко переменной нагрузки рабочих машин и механизмов. С увели­чением количества нелинейных потребителей электрической энергии, внедре­нием элегазовых и вакуумных коммутационных устройств актуальными стано­вятся вопросы оценки их влияния на оборудование, работа которых направлена на ликвидацию аварий и восстановление нормального режима функционирова­ния системы. Основной служит система релейной защиты, осуществляющая непрерывный контроль состояния всех элементов системы электроснабжения. Анализ данных, полученных на ОАО «НЛМК», позволил выделить три причи­ны, связанные с неправильными действиями релейной защиты: ошибки персо­нала; неисправность устройств; недостаточная электромагнитная совмести­мость. При этом количество неправильных действий релейной защиты, вызван­ных ошибками эксплуатационного персонала, с течением времени практически не меняется, а отказы, обусловленные неисправностью устройства, могут быть минимизированы введением различного рода избыточности. Более сложной за­дачей служит недостаточная электромагнитная совместимость , которая оказы­вает существенную роль на снижение безотказности релейной защиты, а, соот­ветственно, на эффективность функционирования системы. Электромагнитная несовместимость вызывает высшие гармонические составляющие, повышен­ный уровень которых приводит к изменение характеристик устройств релейной защиты. В [1] регламентируются максимально допустимые отклонение уставок защит, выполненных на электромеханической элементной базе. Кроме того, по­вышенный уровень высших гармонических составляющих может привести к физическому разрушению устройства. Вероятность появления помех, имеющих меньшую энергию, выше вероятности появления помех, обладающих большей энергией. В большинстве случаев реакция устройств релейной защиты, вне за­висимости от их элементной базы, на появление высших гармонических со­ставляющих зависит не от физических разрушений, а от нарушений их нор­мального функционирования. Воздействие носит кумулятивный характер. Про­гнозирование моментов превышения допустимого уровня негативных факторов позволяет минимизировать это воздействие. К сожалению прогнозирование по­ка не нашло широкого применения, что связано с усложнением диагностиче­ских устройств и необходимостью обработки большого количества информа­ции. Разработка такого способа, основанного на обобщенной математической модели и учитывающей условия функционирования, является актуальной.

В качестве параметров, отражающих зависимость между эффективностью функционирования устройств релейной защиты и изменением электрических показателей системы электроснабжения, используются вероятностные характе­ристики. Для решения поставленной задачи необходимо определить: возмож­ные состояния; переходы из одного состояния в другое; интенсивность потоков отказов; начальные условия. Это позволило использовать для определения ве­роятностных характеристик состояний устройств релейной защиты уравнение:

                                  (1)

где p_j(t), p _i(t) - вероятности нахождения элемента в j-ом (i-ом) состоянии;

h_ji (t), h _ij(t) - интенсивности потоков, переводящих элемент из j-oro в i-oe (i-oгo в j-oe) состояние.

Релейная защита относится к устройствам, выполняющим функции по требованию, являющихся повреждениями или нарушениями нормального ре­жима работы защищаемого объекта. Это позволяет выделить три характерных режима функционирования: ожидания; возникновения повреждения на защи­щаемом участке; возникновения повреждения вне защищаемого участка. На­рушения в этих режимах принято оценивать как ложные срабатывания, отказы срабатывания и излишние срабатывания. Воздействие высших гармонических составляющих не оказывает существенного влияния на интенсивность отказов в режиме возникновения повреждений на защищаемом участке. Однако, в ре­жиме внешнего повреждения, а, особенно, в режиме ожидания они оказывают существенное влияние. Это приводит к нарушению устойчивой работы систе­мы электроснабжения. В качестве иллюстрации выполненного анализа рас­смотрено определение параметров защиты сборных шин в режиме ожидания. Принцип работы рассматриваемой системы в техническом отношении доста­точно подробно приводится в [2]. В отношении безотказности системы воз­можны три ее состояния, в одном из которых работоспособны оба комплекта, во втором ложно сработал один из комплектов, а в третьем отказали обе защи­ты. Стационарный режим, наступающий при t→∞, характеризуется системой уравнений:

                                          (2)

Решая систему уравнений (2) относительно вероятностей, получаем:

                                                                 (3)

Выражения (3) позволяют оценить эффективность функционирования защиты по параметрам потоков отказов и восстановления. В большинстве слу­чаев параметры потоков ложных отказов неизвестны. В силу того, что они за­висят от условий функционирования конкретных защит. В [1] регламентируют­ся максимальные допустимые отклонения характеристик защит не приводящие к их отказам. В первом приближении в качестве вероятности ложной работы целесообразно воспользоваться вероятность появления интервала, на котором уровень негативных факторов превысит допустимые пределы. Для определения вероятности появления искомых интервалов необходимо проанализировать электрические характеристики системы электроснабжения. Измерительный комплекс построен на базе анализатора спектра, состоящего из внешнего уст­ройства сбора информации и персонального компьютера. Подключение осуще­ствляется через установленные в схемах трансформаторы тока и напряжения, т.к. они имеют неизменный коэффициент трансформации в диапазоне частот 50 - 2500 Гц. На основании полученной информации определяются числовые ха­рактеристики потоков событий, характеризующих интервалы повышения до­пустимого уровня негативных факторов. Результаты анализ выражений (3) по­казывают, что в числителе стоит математическое ожидание времени нахожде­ния в рассматриваемом состоянии, а в знаменателе - полное время цикла. По известной вероятности ложной работы защиты и среднему времени восстанов­ления определяется средний интервал между ложной работой защиты:

                                                            (4)

Выражение (4) позволяет прогнозировать моменты возникновения нару­шений работоспособности защиты с учетом места их установки в электриче­ской системе и характеристик системы электроснабжения. Это позволяет осу­ществить построение рациональной структуры технического обслуживания системы электроснабжения, учитывающей местные условия. При этом оптими­зируются интервалы проверок, снижается стоимость обслуживания системы электроснабжения.

Литература:

1. РД 153-34.0-35.617-2001. Правила технического обслуживания уст­ройств релейной защиты, электроавтоматики, дистанционного управления и сиг­нализации электростанций и подстанций 110-750 кВ.-М.:СПО ОРГРЭС, 2001.

2. Чернобровое Н.В. Релейная защиты. - М.: Энергия, 1974. - 680 с.

Пашков Владимир Николаевич, аспирант кафедры «Электрооборудования» Липецкого государственного технического университета

Волутаева Ирина Анатольевна, аспирантка кафедры «Электрооборудования» Липецкого государственного технического университета

398600, г. Липецк, ул. Московская, 30. кафедра «Электрооборудования»