Энергетическая программа на длительную перспективу предусматривает дальнейшее развитие ЕЭС. Ввод в эксплуатацию электростанций большой мощности, интенсивное развитие основных и распределительных сетей черезвычайно усложнили проблему управления.
В связи с этим идет непрерывный процесс развития и совершенствования техники релейной защиты. Создаються и вводяться в эксплуатацию новые защиты для крупных генераторов, трансформаторов и энергоблоков. Разрабатываються новые виды полупроводниковых дифференциально-фазных защит, которые проще и надежнее в эксплуатации.
Релейная защита являеться основным видом электрической автоматики, без которой невозможна надежная работа современных энергетических систем. Она осуществляет непрерывный контроль за состоянием и режимом работы всех элементов энергосистемы и реагирует на возникновение повреждений и ненормальных режимов.
Основные требования предъявляемые к релейной защите:

Селективность.
Быстрота действия.
Чувствительность.
Надёжность.[1]

В настоящее время развиваются цифровые технологии, которые внедряются в все сферы человеческой деятельности. Поскольку энергетика одна из основных отраслей промышленности, то модернизация её технической базы является приоритетным направлением и происходит очень интенсивно.
Такое развитие технологий требует квалифицированно подготовленных кадров для работы с новым оборудованием. В связи с этим возникает необходимость создания в университете учебной модели защиты энергоблока.

Квалификационная работа магистра выполнялась на протяжении 2009-2010 гг. в соответствии с научным направлением кафедры «Электрические станции» Донецкого национального технического университета.

Поскольку основную мощность в нашей стране производят турбогенераторы то и вопросы их защиты считаются первостепенными. В связи с этим появляется необходимость разработки программы симуляции работы защит энергоблока генератор-трансформатор мощностью 300 МВт.

Создание удобной модели для обучения студентов и возможность наглядного представления работы и взаимодействия различных релейных защит энергоблока.

Научной новизной в данной работе считается то, что разрабатываемый программный комплекс является одной из первых разработок в данном направлении на кафедре «Электрические станции».

Данная разработка позволит лучше подготавливать будущих специалистов в области релейной защиты, а так же предоставит им возможность анализировать и исправлять свои ошибки.

Доклад по теме работы "Моделирование логической части релейной защиты блока генератор-трансформатор мощностью 300 МВт" представлен на конференции ко "Дню науки-2010" ДонНТУ кафедры электрические станции. Донецк,ДонНТУ-2010. Также был сделан доклад на Одесской интернет-конференции 2010 году.

Сведения по тренажёру «Корвин-3»

Общий порядок построения модели систем РЗ и ПА.
В то время как схемы соединений первичных устройств имеют в тренажере графическое представление, схемы соединений вторичных устройств и состояния вторичных устройств графического представления не имеют. Они обобщенно описываются в базе данных и отображаются на экране в форме таблиц - атрибутов и состояний защит. Каждое первичное устройство имеет свою таблицу атрибутов и состояний связанных с ним релейных защит. 
Цепи напряжения, токовые и оперативные цепи каждой защиты могут находиться в положении «включено» либо «отключено». Каждая защита и пуск УРОВ от нее могут находиться в положении «введено» либо «выведено». Различные виды вторичных устройств могут иметь также и другие переключаемые атрибуты состояний. 
Переключение атрибутов вторичных устройств производится пользователем как редактирование полей таблиц атрибутов защит путем выбора значения поля из списка возможных значений. Атрибуты (столбцы) отображаемой таблицы имеют один из двух видов доступа: либо «только чтение», либо «чтение и изменение». Например, наименование типа защиты только отображается и изменяться не может, а состояние защиты доступно для изменения.

Рисунок 1 - Отображение и переключение атрибутов релейных защит во время тренировки

Формирование модели систем релейной защиты и противоаварийной автоматики (РЗ и ПА, или вторичных устройств) в базе данных тренажера КОРВИН-3 осуществляется в программе «Конструктор схем» функцией «РЗ и ПА». В модели РЗ и ПА предусмотрена возможность задания практически всех видов релейных защит, а также УРОВ, АПВ, АВР и противоаварийной автоматики. 
При выборе в главном меню конструктора схем пункта "РЗ и ПА" выпадает меню:

Блокировки.
Защиты.
АПВ
АВР
Колонки синхр.
Рубильники фикс.
Трансформаторы.
Генерация.

Формирование модели вторичных устройств осуществляется в два этапа. Сначала производится автоматическое формирование комплектов РЗ и ПА по умолчанию. Это осуществляется командой «Генерация» данного меню. Затем сформированные комплекты вторичных устройств корректируются в диалоге при помощи других команд этого меню.

Генерация РЗА
Генерация РЗА, т.е. автоматическое формирование комплектов устройств РЗА, осуществляет построение в базе данных моделей следующих типов устройств РЗА:

основных и резервных релейных защит
УРОВ
АПВ
АВР

При генерации РЗА для каждого первичного устройства строится максимальный логически возможный набор устройств РЗА, из которого можно выбирать фактически устанавливаемые в модели виды устройств. Для каждой ЛЭП формируется логический набор всех возможных основных и резервных защит линий:

дифференциальная (ДЗЛ)
дифференциально-фазная (ДФЗ)
направленная дифференциальная (НДЗ)
радиальная дифференциальная (РДЛ)
поперечная дифференциальная (ПДЗЛ)
дистанционная (ДЗ)
земляная (ЗЗ)
максимальная токовая (МТЗ)
токовая отсечка (ТО)
максимальная фазовая отсечка (МФО)

Записи обо всех этих защитах помещаются в базу данных, и все эти защиты рассматриваются как возможные. В качестве действительных из них автоматически задается одна основная - ДФЗ и одна резервная - ДЗ. Эти защиты являются действительными по умолчанию. Для трансформаторов автоматически формируется максимальный логически возможный набор основных и резервных защит:

дифференциальная (ДЗТ)
газовая (ГЗ)
дистанционная (ДЗ)
земляная (ЗЗ)
токовая отсечка (ТО)

В качестве действительных по умолчанию задаются две основные - ДЗТ и ГЗ, и две резервные - ДЗ и ТО. Для секций шин формируется одна защита - ДЗШ, и устанавливается как действительная. Аналогичным образом формируются наборы РЗА для генераторов и выключателей. 
Для каждой релейной защиты программа авторазметки находит тот трансформатор напряжения, от которого питаются цепи напряжения данной защиты (если он нарисован на схеме первичных соединений). Например, цепь напряжения релейной защиты ЛЭП или силового трансформатора присоединяется к «ближайшему» по топологии схемы трансформатору напряжения. «Ближайший» ТН ищется сначала на присоединении ЛЭП (силового трансформатора), а если на присоединениях защищаемого оборудования на схеме нет ТН, то ТН ищется на секции шин, к которой присоединено это оборудование. Если и на шине нет ТН (по схеме), то цепь напряжения данной релейной защиты считается неопределенной в модели РЗА. В этом случае она не участвует в операциях, ее состояния и переходы состояний не контролируются. 
Токовые и оперативные цепи защит присоединяются при генерации модели РЗА ко всем выключателям, непосредственно окружающим защищаемое оборудование. Для каждого «ближайшего» выключателя, связанного по силовой цепи (как замкнутой, так и разомкнутой) с защищаемым оборудованием, определяется присоединение токовой и оперативной цепей релейной защиты. Если силовая цепь замкнута, то для токовой и оперативной цепей устанавливается исходное состояние «включено». Если силовая цепь разомкнута, то для токовой и оперативной цепей устанавливается исходное состояние «отключено». 
Пуск УРОВ (устройства резервирования отказа выключателя) от защит оборудования определяется на все выключатели, к которым подключены оперативные цепи защит. Если силовая цепь защищаемого оборудования с выключателем замкнута, УРОВ устанавливается в состояние «включено». Если силовая цепь защищаемого оборудования с выключателем разомкнута, УРОВ устанавливается в состояние «отключено». Логика срабатывания УРОВ: если защита не смогла отключить какой-то выключатель, и если введено действие УРОВ для этого выключателя, то УРОВ будет пытаться отключить все выключатели, смежные с данным выключателем по всем замкнутым силовым цепям. 
На ЛЭП и силовые трансформаторы устанавливаются трехфазные устройства АПВ (автоматического повторного включения) - ТАПВ. Кроме того, на ЛЭП устанавливаются однофазные АПВ - ОАПВ. На секции шин устанавливаются АПВШ. 
Оперативные цепи устройства АПВ оборудования присоединяются ко всем выключателям, смежным с данным оборудованием по всем силовым цепям. Если силовая цепь замкнута, действие АПВ на выключатель считается введенным. Если силовая цепь разомкнута, действие АПВ на выключатель считается выведенным. 
Устройство АРНТ (автоматической регулировки напряжения трансформатора), устанавливаемое на каждый силовой трансформатор, в исходном состоянии определяется как включенное. Связи устройства АРНТ с другими элементами схемы не вводятся. 
На секционные выключатели устанавливается устройство АВР (автоматического включения резерва). На секции шин устанавливается рубильник нарушения фиксации присоединений. 
Кроме того, при выполнении "Генерации РЗА" в базе данных определяются:

блокировки разъединителей с выключателями и заземлениями
колонки синхронизации на выключателях
рубильники нарушения фиксации на секциях шин с фиксированными присоединениями

Корректировка РЗА
Логические схемы вторичных устройств, сформированные в базе данных программой их генерации, являются схемами «по умолчанию». Если для тренировок их набор избыточен, лишние устройства или их связи можно удалить - перевести в состояние «недействительных». 
После выполнения генерации модели РЗ и ПА пользователь просматривает созданные автоматически наборы действительных и возможных вторичных устройств и корректирует эти наборы в соответствии с реальностью или требованиями учебного процесса. Корректировка заключается в том, что возможные элементы РЗ и ПА могут переводиться в разряд действительных, а действительные - в разряд возможных. Для этого пользователь вызывает на экран список всех автоматически заданных вторичных элементов для выбранного на схеме первичного устройства. В этом списке против каждого элемента РЗ и ПА указан его статус наличия - «есть» этот элемент или его «нет». Изменение статуса на противоположный осуществляется нажатием клавиши Spacebar. Таким образом, трудозатраты на построение модели РЗ и ПА сведены к минимуму. 
Отображаются во время тренировки и участвуют в операциях только те вторичные устройства, которые «есть». Устройство, которое «есть», может находиться в положении либо «введено», либо «выведено». Переключения вторичных устройств тренируемым меняют их состояние «введено»/«выведено», но не меняют статус наличия «есть».[2]

Рисунок 2 - Корректировка комплектов РЗА

Модель защиты предназначена в основном для использования в составе тренажера по оперативным переключениям для имитации последствий реакции энергообъекта на аварийные ситуации, возникшие как начальные условия противоаварийной тренировки, либо вследствие ошибочных действий обучаемого. Реакция модели энергообъекта обычно представлена для пользователя в виде отключений выключателей, выпадения блинкеров, табло и лампочек на электронном макете.
При возникновении опасной ситуации основная задача — отключить поврежденный участок, чтобы локализовать повреждение.
Интересно, что модель защиты формируется автоматически на основе анализа топологии схемы энергообъекта. При этом создаются списки узлов защит схемы (соответствующих энергообъектам - подстанциям на схеме сети), зон защит, и взаимных блокировок.

Рисунок 3 - Список зон защит, cформированный по схеме.

Таким образом, для того, чтобы активизировать модель защиты в тренажере, достаточно корректно подготовить схему энергообъекта в графическом редакторе.
Автоматически формируется набор устройств защиты, которые следят за состоянием элементов сети и параметрами режима. Их задача — выявлять нарушения и при их возникновении отключать поврежденный участок посредством управляющего воздействия на определенные выключатели. Для зон, коммутируемых выключателями, создается предопределенный набор устройств защиты и элементов автоматики, характерный для оборудования данного класса напряжения.
Перечень моделей устройств и случаев их применения приводится в таблице:Элементы защиты и автоматики в программном комплексе Modus:

Алгоритм действия защит выглядит примерно следующим образом:

В программном комплексе Модус устройства защиты дифференцированы по виду КЗ: защиты, чувствительные к КЗ на землю, к межфазному КЗ, и универсальные защиты, чувствительные к любому виду КЗ.
Кроме того, система защит выполняет автоматические операции по восстановлению питания, поэтому кроме защитных устройств в программе предусмотрены устройства автоматики — автоматическое повторное включение линии (однократное) и автоматический ввод резервного питания от другого источника.
При работе с тренажером по оперативным переключениям необходимо обеспечить моделирование выполнения обучаемым операций с защитами и автоматикой. На практике работа с ними представляется диспетчеру как взаимодействие с набором табло, блинкеров, сигнальных лампочек (элементов индикации), а также накладок и рубильников (органов управления), что и составляет интерактивную часть модели защиты. Поэтому система защиты предоставляет возможность настройки соответствия между устройством защиты и его органами управления и индикации, представленными в макете.
Каждое устройство моделируется в составе:

1)Один чувствительный орган, содержащий органы управления и индикации, представленные разделом «управление».
2)Выходные цепи по числу управляемых выключателей, содержащие органы управления и индикации, представленные разделом «действие».

Рисунок 4 - Окно настройки органа управления устройством защиты

Рисунок 5 - Окно настройки каналов действия устройством защиты

Модель защиты формирует типовой набор устройств защит, однако он может расходиться с реально используемым на энергообъекте. Для устранения этого недостатка в программе Аниматор имеются широкие возможности донастройки набора устройств защит вручную. Возможно добавлять недостающие устройства определенного типа, блокировать неиспользуемые, настраивать зону чувствительности, добавлять или убирать каналы действия, изменять последовательность срабатывания за счет настройки времени выдержки и т.д. Большинство этих возможностей тонкой настройки реализована в пятой версии программного комплекса.[3]

Рисунок 6 - Окно настройки параметров защиты

Рисунок 7 - Окно настройки зоны чувствительности

Среди множества защит и автоматики блока необходимо выбрать основные, для их симуляции. Согласно с ПУЭ для блоков генератор-трансформатор с генераторами мощностью 300 МВт должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы:
1) замыканий на землю на стороне генераторного напряжения;
2) многофазных замыканий в обмотке статора генератора и на его выводах;
3) замыканий между витками одной фазы в обмотке статора турбогенератора;
4) многофазных замыканий в обмотках и на выводах трансформатора;
5) однофазных замыканий на землю в обмотке трансформатора и на ее выводах, присоединенных к сети с большими токами замыкания на землю;
6) замыканий между витками в обмотках трансформатора;
7) внешних КЗ;
8) перегрузки генератора токами обратной последовательности;
9) симметричной перегрузки обмотки статора генератора и обмоток трансформатора;
10) перегрузки обмотки ротора генератора током возбуждения (для турбогенераторов с непосредственным охлаждением проводников обмоток и для гидрогенераторов);
11) повышения напряжения на статоре генератора и трансформаторе блока;
12) замыканий на землю в одной точке цепи возбуждения;
13) асинхронного режима с потерей возбуждения;
14) понижения уровня масла в баке трансформатора;[4]

Рисунок 8 - Упрощённая блок схема программы

На рис.8 представлена упрощённая блок схема. После ввода данных программа анализирует вид и место повреждения, после чего выбирает и запускает необходимую функцию программы. В результате чего будет произведена симуляция работы защит.

Рисунок 9 - Реле различных типов, применяемые в защите энергоблока
(Анимация: объём-208 КБ; размер- 208 КБ; количество кадров- 6; задержка между кадрами- 2000 мс; количество циклов повторения- бесконечное.)

Окончательно в выводе к работе можно отметить следующее:
1) Выполнен анализ технологических задач релейной защиты энергоблока 300 МВт;
2) Разработана упрощённая блок схема разрабатываемой программы;
В дальнейшем предусматривается разработка прикладного программного обеспечения для моделирования логической части релейной защиты блока 300 МВт.

При написании данного автореферата магистерская работа еще не завершена. Дата окончательного завершения работы: 1 декабря 2010 г. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его научного руководителя после указанной даты.