Лисенко Василь Володимирович

Факультет: Электротехнічний

Спеціальність: Электричні станції

Тема магістерської роботи: Розробка сканера-аналізатору перехідних процесів у контурі нульової послідовності розподільчої мережі 6 кВ електростанцій

Керівник: доцент, к.т.н., Никифоров Андрій Петрович

Автореферат

1. Вступ
2. Актуальність теми. Ціль і задачі дослідження
3. Зміст роботи
4. Висновки
5. Перелік публікацій і матеріалів за темою випускної роботи

Вступ

Замикання на землю є найбільш поширеним видом пошкоджень на об'єктах електроенергетики. Їх вплив на устаткування, безпеку людей і тварин, на роботу енергосистеми в цілому, визначається режимом роботи нейтралі. Режим роботи нейтралі однозначно визначає засоби, які можуть бути використані для захисту або сигналізації про однофазному замиканні на землю (ОЗЗ). Тому нерідка точка зору, коли перевага віддається режимам, що забезпечують високу селективність дії захисту. Зокрема, режимам резистивного заземлення нейтралі в розподільних мережах.
        Проте на вибір режиму нейтралі впливають наступні чинники:

• характер, склад електричної мережі та її протяжність;
• умови для роботи заземляючих пристроїв;
• потенційний збиток, який може бути нанесений устаткуванню;
• безпека людей і тварин;
• забезпечення безперебійності енергопостачання;
• вартість пристроїв релейного захисту і автоматики (РЗА).

        Таким чином, вибір режиму нейтралі є завданням багаточинника, що не має єдино правильного рішення. Це підтверджується тим, що в світі, в мережах різних класів напруги існує велика кількість варіантів заземлення нейтралі.
        Застосування резонансного заземлення доцільне для безперебійності енергопостачання. Цей режим також виправданий, якщо лінії електропередачі проходять в населених районах, де висока вірогідність поразки людей електричним струмом і багато різноманітних ліній зв'язку.

Актуальність теми. Ціль і задачі дослідження

Захист від ОЗЗ в мережах 6-35 кВ є актуальним питанням, тому що у наш час не існує єдиної думки що до вибору пристроїв захисту від ОЗЗ при різних видах ОЗЗ і при різних режимах роботи нейтралі мережі.
        Основним завданням даного проекту є розробка нового пристрою селективного пошуку (далі СП). Пристрій виконується на мікропроцесорній елементній базі. На першому етапі слід провести аналіз існуючих рішень відомих пристроїв СП (пристроїв захисту від ОЗЗ). Як правило, всі захисти працюють за принципом «сигнал». Пристрій що проектується може працювати як на відключення, так і на сигнал.
        Результатом роботи є багатофункціональна і універсальна програма для моделювання перехідних процесів у системах в.п. 6-10 кВ електростанцій.
        Результати роботи можуть бути використані для аналізу перехідних процесів в будь-яких системах живлення і з будь-яким складом і кількістю двигунів, генераторів, систем.

Зміст роботи

Застосовується структурно-лінгвістичний метод визначення суті процесів. Метод заснований на аналогії між структурою об'єктів і синтаксисом мови. У рамках цього методу вважається, що об'єкти складаються з з'єднаних підоб'ектів так само, як фрази та пропозиції будуються шляхом з'єднання слів, а слова складаються з літер. Первинні інформаційні давачі формують термінальні символи (ТЗ). Сукупність правил формують нетермінальние символи (НТС). На рисунку 1 наведено узагальнено дерево розпізнання (або ж структурна схема) індивідуальних пристроїв СП, а на таблиці 1 ієрархічна систематизація відомих пристроїв селективного пошуку (СП) (як видно з таблиці, напрямок розвитку пристроїв простежується від верхнього лівого кута до правого нижнього кута).

Рисунок 1 – Узагальнене дерево разпознання пристроїв СП

Таблиця 1 – Ієрархічна систематизація пристроїв СП

	Селективність
Б л о к у в а н н я	Kб\Kс	0	8, 10	20	30	38, 40	48	67	11 2	18 4	18 9	21 4	22 7	24 1	26 6	29 6	35 1
	8, 10		[A]					[Б]					[B]
	28, 35									[Г]		[Д]
	42															[Е]
	55				[Ж]	[З]
	65, 66	[І]												[К]	[Л]
	72					[М]
	90, 92			[Н]											[О]
	127										[П]
	135, 137					[Р]	[С]
	171								[Т]
	199																[Я]

Примітка:
[А] – «УСЗ2/2» (ЧЭАЗ, 1998 р.), «АПСЗЗЗ», Терм. МСЗ неспрям., «РТЗ50», «РТЗ51», P_N=2, K_Σ=20, K_ЕФ=0,036
[Б] – «ЗЗП-1М», «ЯРЭ-2201», P_N=5, K_Σ=77, K_ЕФ=0.14
[В] – «РНМ-03», P_N=9, K_Σ=237, K_ЕФ=0,43
[Г] – «БОГД-1», P_N=8, K_Σ=237, K_ЕФ=0,43
[Д] – «САФ-1», P_N=8, K_Σ=259, K_ЕФ=0,47
[Е] – «ЗЗМ-3», P_N=10, K_Σ=321, K_ЕФ=0,58 (Дударєв Л. Є., 1991 р. )
[Ж] – «ЦАП1», Терм. МСЗ спрям., P_N=4, K_Σ=85, K_ЕФ=0,15 (Цапeнко Е. Ф., 1986 р.)
[З] – «ЗЗН», P_N=6, K_Σ=95, K_ЕФ=0,17 (ЧЭАЗ, 1998 р.)
[І] – «Земля в мережі», P_N=2, K_Σ=65, K_ЕФ=0,12
[К] – «Імпульс», P_N=11, K_Σ=307, K_ЕФ=0,56 (Шуїн В. А. Гусєнков А. В., 1990 р.)
[Л] – «КЗЗП», P_N=12, K_Σ=332, K_ЕФ=0,6 (Дударєв Л. Є., 1994 р.)
[М] – «ИМФ10», P_N=6, K_Σ=110 K_ЕФ=0,2 (ЗАТ «РАДІУС Автоматика», 2002 р.)
[Н] – «SPAC», P_N=6, K_Σ=112, K_ЕФ=0,2
[О] – «УЗС-01», P_N=10, K_Σ=356, K_ЕФ=0,65 (Шуїн В. А,Гусєнков А. В., 1990 р.)
[П] – «ПЗЗМ1М», P_N=13, K_Σ=316, K_ЕФ=0,57 (Никифоров А. П., 1998 р.)
[Р] – «MiCom», P_N=8, K_Σ=175, K_ЕФ=0,32
[С] – «Сіріус2Л», P_N=9, K_Σ=185, K_ЕФ=0,34 (ЗАТ «РАДІУС Автоматика», 2002 р.)
[Т] – «Спектр», P_N=10, K_Σ=283, K_ЕФ=0,51
[Я] – «Узагальнений», P_N=25, K_Σ=550, K_ЕФ=1

На рис. 2 наведено узагальнене дерево розпізнавання централізованих пристроїв СП, а також їх ієрархічна систематизація (таблиця 2).

Рисунок 2 – Узагальнене дерево розпізнавання централізованих пристроїв СП

Таблиця 2 – Ієрархічна систематизація централізованих пристроїв СП

	Селективність
Б л о к у в а н н я	Kб\Kс	20	25	75	91	110	125	135	175	251	367
	0			[A]
	70	[Б]							[B]
	85		[Г]	[Д]
	100						[Е]
	111									[Л]
	115					[Ж]
	126				[З]
	180							[И]
	291										[Я]

Примітка:
[А] – «УСЗ-3М», P_N=2, K_Σ=75, K_ЭФ=0,11.
[Б] – «Земля в мережі», P_N=3, K_Σ=90, K_ЭФ=0,14.
[В] – «ИМФ10Т», P_N=7, K_Σ=245, K_ЭФ=0,37 (ЗАТ «РАДІУС Автоматика», 2002 р.).
[Г] – «Терм. МСЗ неспрям.», «АПСЗЗЗ», P_N=2, K_Σ=110, K_ЭФ=0,17.
[Д] – «Терм. МСЗ спрям..», P_N=2, K_Σ=160, K_ЭФ=0,24.
[Е] – «КДЗС2», «ЦНУС», P_N=7, K_Σ=255, K_ЭФ=0,39.
[Ж] – «MiCom», P_N=5, K_Σ=225, K_ЭФ=0,34.
[Л] – «МАУС», P_N=9, K_Σ=362, K_ЭФ=0,55.
[З] – «SPAC», P_N=6, K_Σ=112, K_ЭФ=0,2.
[И] – «КЗЗП», P_N=7, K_Σ=315, K_ЭФ=0,48 ( Дударєв Л.Є.., 1994 р.).
[Я] – «Узагальнений» P_N=20, K_Σ=658, K_ЭФ=1.

Дослідження пристроїв селективного пошуку (СП) в САПР «OrCAD» з використанням реальних високочастотних файлів показує наявність нестійкості роботи пристроїв СП, яка проявляється незважаючи на те, що пристрої удосконалюються як в плані збільшення числа правил селективності Р_сел, так і правил блокування Р_бл. До нестійкості роботи належить групове спрацьовування декількох пристроїв, неспрацьовування або блокування пристроїв, неселективні спрацьовування пристроїв пошкодженого і неушкодженого ділянок мережі тощо. Також на стійкість роботи впливають випадки відсутності чіткого підтвердження появи стихійного пробиття ізоляції фази на землю з подальшою вираженою зміною режиму роботи мережі. Дослідження показують, що складність сигнальної інформації та різноманіття змістової ситуації на входах пристроїв СП «рано чи пізно» призведуть до стійкої роботи «головного» критерію селективності або блокування. Навіть збільшення критеріїв до 2-3-х суттєво не покращує ситуацію. Побудова пристроїв централізованого СП (ЦСП) має схильність до такої ж нестійкої роботи. Недосягнення стійкості роботи пристроями ЦСП вивчати технічно набагато складніше, оскільки вони працюють за відносним способу обробки інформації. З відомих пристроїв на практиці більшу стійкість роботи показали пристрої СП, що працюють по відносному способу порівняння високочастотних складових перехідних процесів при умові, що розпізнавання та прийняття рішення про відключення ушкодженої ділянки виконується людиною.
        Аналіз пристроїв СП, ЦСП обгрунтовує додавання додаткових інформаційних давачів, які формують вихідний результат інакше, з таким розрахунком, щоб при відсутності впевненої роботи одних інформаційних давачів, інші дозволяли б продовжувати стійку роботу пристроїв СП, ЦСП і всієї системи автоматичної стабілізації нормального режиму (АСНОР). За результатами проведених дослідженнь пропонується наступна структурно-логічна схема нового пристрою СП (рис.3).

Рисунок 3 – Структурно-логічна схема запропонованого пристрою СП

У схемі реалізовані нові критерії селективності (підрахунок площ імпульсів і порівняння їх за відносним критерієм). Новий пристрій СП є багатофункціональним пристроєм. Робота всієї схеми описана в дипломному проекті.
        В САПР «OrCAD» розглянуто побудову інформаційних давачів, пристроїв, що працюють на основі підрахунку площ розрядно-зарядних високочастотних складових (РВЧС і ЗВЧС). Ці складові виникають на початку кожного пробиття ОЗЗ і мають подібний характер розвитку в умовах всіх типів заземлення нейтралі. Такі термінальні символи (ТС) роботоздатні у всіх типах заземлення нейтралі. ТС «∫СЧС3i0» визначає площу ЗВЧС ділянки мережі. Ця площа порівнюється з площами інших ділянок мережі. Розробляємий інформаційний давач формує й інші ТС, наприклад селективні ТС «ФД∫СЧС3i0», ТС «ФДСЧС», інтегральні нетермінальні ТС (НТС) «ФД∫СЧС3i0». У зв'язку з тим, що величини РВЧС і ЗВЧС можуть бути дуже малі або відсутні у випадку пробиття ізоляції поблизу мінімуму напруги пошкодженої фази ці ТС повинні застосовуватися разом з іншими ТС. Ці давачі можуть бути реалізовані на мікропроцесорі ARM7.
        Особлива увага приділена цифровій фільтрації з кінцевою імпульсної характеристикою (КІХ-фільтрація). Застосування цифрової КІХ-фільтрації дає значну економію в частині апаратної реалізації пристрою. В САПР «MathLab» (FDATool, sptool) отримані коефіцієнти цифрового КІХ-фільтра за методом вікна Кайзера, які використовуються надалі в програмній реалізації цифрового фільтра.
        В САПР «OrCAD» отримані осцилограми підрахунку площ розрядних складових вхідних сигналів (координат) пошкодженої і неушкодженої ділянок мережі синтезованих схемами пристрою СП (див. рис.4)

Рисунок 4 - Мережа ТЕЦ заводу, Ic =140 A. «Переміжне» ОЗЗ.

Анімація:
        кількість кадрів: 6;
        кількість циклів повторення: 7;
        об'єм: 90,4 КВ;

Моделювання роботы ПЗЗМ 1М для сигналів осцилограми 1s-17081135-05. Сигнали пошкодженного та непошкодженного приєднання мережі. Частота ВЧС i₀=3.3 кГц. Амплітуда ВЧС 3i₀=3 В. Величина першої полуволни НЧС 3u₀=105 В (діючий). Правильне формування ВЧС 3i₀, 3u₀ (див. t1). Селективне зведення реле (див. t2). Спрацьовування нижнього і верхнього порогів НЧС-каналу 3u₀ (см. t3). Правильне видавання сигналу про спрацьовування реле (див. t5) в момент завершення затримки спрацьовування реле ОВЗ2=1500 мс (см. t4).

Висновки

• Різноманіття, нестійкість, відсутність яскраво вираженого, гарантованого, єдиного критерію наявності перехідних процесів, до яких призводять стихійні властивості однофазного пошкодження ізоляції, украй обмежують область застосування «простих» пристроїв релейного захисту. Обмеження тим більше, чим менше інформаційних критеріїв закладається до структурної схеми пристроїв. Інакше кажучи, на входах пристроїв «рано чи пізно» з'являються сигнали перехідних процесів, пов'язані з ОЗЗ, але не маючі яскраво виражених інформаційних складових «головних» критеріїв спрацьовування пристрою.
          Можна запропонувати задіяти в пристроях СП «додаткові» інформаційні складові в разі відсутності «головних» інформаційних складових, хоча ця пропозиція спрямовує рішення задачі в бік «ускладнення» пристроїв СП.
• Аналіз логічної частини «простих» пристроїв СП дозволив показати цілий ряд суттєвих недоліків в роботі пристроїв СП. Цих недоліків цілком достатньо, щоб привести до нестійкої роботи пристроїв СП. Але, пристрої СП включають в себе підготовчу частину, яка поставляє інформацію для логічної частини. І ця підготовча частина також показала ряд істотних недоліків.
• Показані проблеми щодо забезпечення зниження ризику розпізнавання при функціонуванні пристроїв СП, синтезованих на основі методів перебору приєднань мережі, підвищення фільтруючих властивостей вхідних координат 3u_O, 3i_O
, знакового і тимчасового методів.
• Підвищення стійкості роботи пристроїв СП за рахунок вдосконалення тільки критеріїв блокування від неправильних дій призводить до збільшення кількості невидавання сигналу при наявності непізнаваних перехідних процесів в мережі. При відсутності додаткового контролю в експлуатації пристроїв СП це прирівнюється до відмов роботи пристроїв.
• «Прості» пристрої СП після встановлення в реальну мережу вимушено опиняються перед неможливістю структурної схеми стійко визначити поточну смислову ситуацію, відмінну від «простої». Робота пристрою СП звичайно буде відбуватися за одномим із сценарієв - накладання невизначуваних змістових ділянок між собою та з визначуваними змістовими ділянками призведе або до видавання вихідного сигналу, або до невидавання. Таким чином, можна казати про невідповідність структурування змістової інформації «простими» пристроями СП реальної «складності» розв'язуваної задачі. Описана вище ситуація поповнює список причин, що можуть призводити до групового спрацьовування пристроїв захисту та управління КНПС.
• Показано існування результуючого сигналу про нечітке розпізнавання ушкодженої ділянки КНПС. Замовчування або неефективне використання в пристроях СП цього сигналу призводить до зайвої впевненості в селективності пристроїв СП і неповного використання наявної інформації у вхідних координатах 3u_O, 3i_O. Особливо чітко ця розбіжність окреслюється при зміні навчальних, контролюючих вибірок аварійних файлів ОЗЗ на безліч реальних ситуацій поєднання символів 3u_O, 3i_O в різних за складністю високовольтних розподільчих мережах.
• Пристрої СП, побудовані на основі імпульсного методу,які з самого початку не є стовідсотково селективним, можливо далі вдосконалювати, спираючись на лінгвістичний метод розпізнавання образів.

Перелік публікацій і матеріалів за темою випускної роботи

1. Правила будови електроустановок. – М.: Енергоатоміздат, 1985. – 640с.
2. Неклепаєв Б.Н., Крючков І.П. Електрична частина електростанцій і підстанцій. – Москва: Енергоатоміздат, 1989. – 490 с.
3. Никифоров А.П. Задачі захисту та управління,що вирішуються терміналом контуру нульової послідовності мережі/ ДВНЗ «Донецький національний технічний університет»// «Львівська політехніка». – № 637. – 2009.
4. Никифоров А.П. Вибір між «простими» та «досконалими» конструктивними рішеннями, що формують об'єкт управління і захисту, структурно-лінгвістичним методом// Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету ім. Михайла Остроградського. – № 3 (56). – Частина 2. – 2009.
5. Іванов И.А./ Тези// Розробка селективної системи відносної дії для мереж власних потреб електростанцій на основі порівняння розрядних складових. – ДВНЗ «Донецький національний технічний університет». – 2009
6. Петров І.В. Програмовувані контролери. Стандартні мови та прийоми прикладного проектування// Изд. Солон-Прес. – 2004.
7. Сивокобиленко В.Ф., Лебедєв В.К. Перехідні процеси в системах електропостачання власних потреб електростанцій (навчальний посібник). – ДонНТУ, Донецьк – 2002. – 136 с.
8. Циркуляр Ц-01-88. Про підвищення надійності мереж 6 кВ власних потреб енергоблоків АЕС. – М., 1988. – 7 с.
9. Чорнобровов Н.В. Релейний захист/ Навчальний посібник. – Москва. – Енергія.
10. А.Ф. Д'яков, Н.І. Овчаренко Мікропроцесорний релейний захист та автоматика електроенергетичних систем.