1. Введение. Обоснование актуальности темы
2. Предполагаемые цели и задачи исследования
4. Обзор исследований и разработок по теме
4.1 Локальный обзор (в ДонНТУ)
4.2 Национальный обзор (в Украине)
4.3 Глобальный обзор (мировой)
Перечень публикаций и материалов по теме выпускной работы
Функции выявления и автоматического отключения поврежденного электрооборудования, а также выявления ненормальных режимов работы электрооборудования (например, защита от перегрузки трансформатора) выполняет релейная защита и автоматика (РЗА). Главные эксплуатационные свойства релейной защиты – техническое совершенство (включающее в себя селективность и устойчивость функционирования) и надежность функционирования. Однако в некоторых режимах она может неправильно функционировать, т.е. ложно сработать или отказать в действии. Одним из таких режимов, как показывает практика, является насыщение трансформаторов тока апериодической составляющей тока короткого замыкания, что приводит к сильному искажению поступающей в реле информации [1].
С каждым годом ужесточаются требования к качеству электроснабжения потребителей и, соответственно, - повышение требований к релейной защите энергосистем. Одним из путей решения этой проблемы является расширение применения микропроцессорной релейной защиты. Новая элементная база позволяет не только усовершенствовать алгоритмы обработки данных, но и использовать больший, чем это было возможно прежде, объем информации об аварийном состоянии объекта. Благодаря этому можно добиться повышения технического совершенства релейной защиты, в том числе и обеспечить правильную работу в выше указанном режиме [2].
На рисунке 1 приведена осциллограмма вторичного тока и тока намагничивания трансформатора тока при его насыщении апериодической составляющей. Физически это явление заключается в накоплении магнитного потока в сердечнике трансформатора тока, поскольку отсутствует или уменьшена полуволна обратной полярности, которая в обычных условиях перемагничивает сердечник [4].
Апериодические составляющие первичного тока, появляющиеся в переходных режимах, трансформируются во вторичную цепь трансформатора тока тем с большей погрешностью, чем медленнее они затухают. Следовательно, с увеличением времени затухания все большая доля апериодической составляющей первичного тока расходуется на намагничивание магнитопровода трансформатора тока. Таким образом, как следует из рис.1, несмотря на малую величину тока, который в максимуме не превышает трех значений номинального вторичного тока, трансформатор вошел в режим насыщения. Процесс насыщения трансформатора тока апериодической составляющей, как уже отмечалось выше, приводит к ухудшению работы релейной защиты. В настоящее время уже существуют трансформаторы тока, которые не насыщаются, но повсеместное их применение пока невозможно. Следовательно, еще долго будут использоваться электромагнитные трансформаторы тока, что делает актуальным разработку защит, которые позволят обеспечить правильную работу в данном режиме (время срабатывания не более 10мс) [3].
Целью работы является разработка алгоритмов РЗ, которые позволят определять повреждения независимо от насыщения трансформаторов тока и повысить надежность функционирования релейной защиты.
Задачи исследования:
• проанализировать принятую к рассмотрению контрольную группу параметров, характеризующих переходный процесс;
• разработать алгоритм выявления повреждений по параметрам переходного процесса;
• реализовать алгоритм на языке программирования Visual C++.
Научной новизной в данной работе является разработка нового принципа построения релейной защиты от повреждения электрооборудования, позволяющего определять повреждения электрооборудования на основе анализа одновременно нескольких аварийных параметров (характер изменения тока, наличие апериодической составляющей, период и частота тока и др.). Разработанная программа может быть использована при выполнении практических работ по дисциплине «Микропроцессорная релейная защита». Доклад по теме работы представлен на всеукраинской студенческой научно-технической конференции «Электротехнические и электромеханические системы» (г. Севастополь, 2011 г.).
Похожие исследования проводились на кафедре прикладной математики и информатики годами ранее. В частности, студент Колесник А.В. разрабатывал распределенную систему для автоматического распознавания изображений в реальном времени. Тема его выпускной работы звучала, как «Распределенная программная система для распознавания изображений», научный руководитель доцент, к.т.н. Ладыженский Ю.В. Новизной данной работы являлась разработка алгоритмов распознавания лиц на основе антропометрических характеристик лиц, способных работать в реальном времени на слабоконтрастных изображениях.
В Украине также ведутся подобные исследования, связанные с распознаванием образов по результатам анализа группы соответствующих параметров.
Д.т.н., проф. Чувашского государственного университета имени И.Н. Ульянова Лямец Ю.Я. написал ряд статей, посвященных распознаванию аварийных состояний объектов. А именно, «Перспективные методы и средства распознавания аварийных состояний электроэнергетических систем» (Лямец Ю.Я., Нудельман Г.С., Павлов А.О.) [5]; «Распознаваемость повреждений электропередачи. Ч.1. Распознаваемость места повреждения. Ч.2. Общие вопросы распознаваемости поврежденных фаз. Ч.3. Распознаваемость междуфазных коротких замыканий» (Лямец Ю.Я., Нудельман Г.С., Павлов А.О., Ефимов Е.Б., Законышек Я.)[6-8] и многие др.
Организация ELEKS software США является разработчиком программы ДАКАР (Диалоговый автоматизированный комплекс анализа режимов), которая предназначена для расчета и анализа установившихся режимов и переходных процессов электроэнергетических систем.
Диалоговый автоматизированный комплекс анализа режимов (ДАКАР) предназначен для расчета и анализа установившихся нормальных, граничных и послеаварийных режимов работы электрических систем напряжением 0,4-1150 кВ; электромеханических переходных процессов (анализ устойчивости) электроэнергетических систем с учетом действия любых устройств автоматики, реакции теплосилового оборудования электрической станции.
В составе информационного обеспечения комплекса есть информационная база данных (ИБД) и программные средства (ПС) работы с ней. Информационная база состоит из данных о электрической схеме сети и ее режимах, а также оборудования энергосистемы и нормативно-справочной информации.
В комплексе ДАКАР предусмотрена связь с другими программами (или пользователями) через импорт/экспорт данных из: старой DOS-версии ДАКАР, формата ЦДУ (для программ Украины и России), формата UCTE DEF (Европа), формата XML.
Комплекс ДАКАР позволяет решать следующие задачи:
- расчет и анализ установившихся режимов;
- эквивалентирования электрической сети;
- создание графической схемы сети и коммутационных схем подстанций, с воспроизведением на них результатов расчета;
- исследования статической и динамической устойчивости режимов работы ЭЭС;
- анализ долговременных переходных процессов;
- анализ несимметричных, неполнофазных режимов и расчет токов коротких замыканий.
Пользователями комплекса ДАКАР в Украине являются:
• ГП НЭК «Укрэнерго» «Западная Электроэнергетическая Система», г. Львов;
• ЗАО «Институт«Укрзаподэнергопроект», г. Львов;
• ОАО ЭК «Одессаоблэнерго», г. Одесса;
• ОАО ЭК «Закарпатьеоблэнерго», г. Ужгород;
• ООО "Киевская энергетическая строительная компания", г. Киев [9].
В связи с изложенным выполнена разработка алгоритма защиты от междуфазных коротких замыканий (к.з.). Алгоритм основан на анализе одновременно нескольких аварийных параметров:
- характер изменения тока в одной или нескольких фазах (увеличение или снижение);
- наличие апериодической составляющей в токах;
- диапазоны значений производных токов;
- частота тока и соотношение длительностей соседних полупериодов.
На рис.2 приведен алгоритм распознавания аварийных режимов, который позволяет однозначно определять возникновение короткого замыкания и его параметры на основании анализа комбинаций и диапазонов изменения аварийных параметров, приведенных ранее. Данный алгоритм включает в себя большое количество подпрограмм, которые анализируют параметры, характеризирующие переходный процесс.
Одна из таких подпрограмм приведена на рис.3. Это алгоритм определения вида короткого замыкания. Он позволяет определить наличие короткого замыкания и его вид посредством сравнения фазных токов с током уставки.
На рис.4 приведен алгоритм определения периода и частоты тока. Вводным параметром является массив чисел, характеризующий синусоидальный сигнал i(t). При попеременном перемножении предыдущего значения с последующим запоминаем знак. После того, как дважды произойдет смена знака, выводится значение периода. Частота тока определяется как величина обратная периоду.
На следующем рис.5 алгоритм выявления апериодической составляющей, который основан на сравнении двух соседних полупериодов. Сначала рассчитываются полупериоды (один переход через ‘0’), затем попеременно сравниваем соседние полупериоды. В случае если они не равны, делается проверка величин амплитуд (максимальных значений тока). После чего можно сделать вывод о наличии апериодической составляющей в токе.
Все данные алгоритмы реализованы на языке программирования Си ++. На рис.6 приведены результаты выявления 3-х фазного короткого замыкания.
Для проверки правильности работы алгоритма используются осциллограммы реальных к.з., приведенных в технической литературе.
Предварительный анализ алгоритма показал, что он позволяет правильно выявлять трехфазные короткие замыкания.
При написании данного автореферата магистерская работа еще не завершена. Дата окончательного завершения работы: 1 декабря 2011 г. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его научного руководителя после указанной даты.