Вступ
Енергетична програма на тривалу перспективу передбачає подальший розвиток ЄЕС. Введення в експлуатацію електростанцій великої потужності, інтенсивний розвиток основних і розподільних мереж надзвичайно ускладнили проблему управління.
У зв'язку з цим іде безперервний процес розвитку і вдосконалення техніки релейного захисту. Створюються і вводяться в експлуатацію нові захисту для потужних генераторів, трансформаторів і енергоблоків. Разрабативаються нові види напівпровідникових диференційно-фазних захистів, які простіше і надійніше в експлуатації.
Релейний захист є основним видом електричної автоматики, без якої неможлива надійна робота сучасних енергетичних систем. Вона здійснює безперервний контроль за станом і режимом роботи всіх елементів енергосистеми і реагує на виникнення пошкоджень і ненормальних режимів
Основні вимоги до релейного захисту:
Селективність
Швидкість дії
Чутливість
Надійність[1]
Актуальність теми
В даний час розвиваються цифрові технології, які впроваджуються у всі сфери людської діяльності. Оскільки енергетика одна з основних галузей промисловості, то модернізація її технічної бази є пріоритетним напрямом і відбувається дуже інтенсивно.
Такий розвиток технологій потребує кваліфіковано підготовлених кадрів для роботи з новим обладнанням. У зв'язку з цим виникає необхідність створення в університеті навчальної моделі захисту єнергоблоку.
Зв'язок роботи з науковими темами, планами і програмами
Кваліфікаційна робота магістра виконувалася протягом 2009-2010 рр.. відповідно з науковим напрямком кафедри «Електричні станції» Донецького національного технічного університету.
Мета і завдання розробки
Мета роботи
Оскільки основну потужність у нашій країні виробляють турбогенератори то і питання їх захисту вважаються першорядними. У зв'язку з цим з'являється необхідність розробки програми симуляції роботи захистів енергоблоку генератор-трансформатор потужністю 300 МВт.
Ідея роботи
Створення зручної моделі для навчання студентів і можливість наочного представлення роботи та взаємодії різних релейних захистів енергоблоку.
Основні завдання розробок
Розробка навчального програмного комплексу.
Предмет розробок
Розробка виконується за допомогою програмного пакету Microsoft Visual C + +.
Об'єкт розробок
Схема ланцюгів оперативного струму захистів енергоблоку генератор-трансформатор потужністю 300 МВт.
Методика і методи розробок
У роботі використовуються методи логічного побудови релейних захистів.
Наукова новизна
Науковою новизною в даній роботі вважається те, що розроблюваний програмний комплекс є однією з перших розробок у даному напрямку на кафедрі «Електричні станції».
Практичне значення отриманих результатів
Дана розробка дозволить краще готувати майбутніх фахівців в області релейного захисту, а так само надасть їм можливість аналізувати і виправляти свої помилки.
Апробація роботи
Доповідь по темі «Моделювання логічної частини релейного захисту блоку генератор-трансформатор потужністю 300 МВт» представлений на конференції до "Дня науки-2010" ДонНТУ кафедри «Електричні станціі».Донецк, ДонНТУ-2010.
Також була зроблена доповідь на Одеській інтернет конференції 2010 році.
Огляд досліджень і розробок по темі
Національний огляд
Відомості по тренажеру «Корвін-3»
Загальний порядок побудови моделі систем РЗ і ПА.
У той час як схеми з'єднань первинних пристроїв мають в тренажері графічне представлення, схеми з'єднань вторинних пристроїв та стану вторинних пристроїв графічного уявлення не мають. Вони узагальнено описуються в базі даних і відображаються на екрані у формі таблиць - атрибутів і станів захистів. Кожне первинне пристрій має свою таблицю атрибутів і станів пов'язаних з ним релейних захистів.
Ланцюги напруги, струмові і оперативні ланцюга кожної захисту можуть перебувати в положенні «включено» або «вимкнено». Кожна захист і пуск рівнів від неї можуть перебувати в положенні «введено» або «ви-ведено». Різні види вторинних пристроїв можуть мати також і інші перемикаються атрибути з-стояння.
Переключення атрибутів вторинних пристроїв проводиться користувачем як редагування полів таб-осіб атрибутів захистів шляхом вибору значення поля зі списку можливих значень. Атрибути (стовпці) ото-бражаемой таблиці мають один з двох видів доступу: або «тільки читання», або «читання і зміна». Наприклад, найменування типу захисту тільки відображається і змінюватися не може, а стан захисту доступно для зміни.
Рисунок 1 - Показ і перемикання атрибутів релейних захистів під час тренування
Формування моделі систем релейного захисту та протиаварійної автоматики (РЗ і ПА, або вторинних пристроїв) в базі даних тренажера Корвін-3 здійснюється в програмі «Конструктор схем» функцією «РЗ і ПА». У моделі РЗ і ПА передбачена можливість завдання практично всіх видів релейних захистів, а також рівнів, АПВ, АВР та протиаварійної автоматики.
При виборі в головному меню конструктора схем пункту "РЗ і ПА" випадає меню:
• Блокування
• Захисту
• АПВ
• АВР
• Колонки синхроніз.
• Рубильники фікс.
• Трансформатори
• Генерація
Формування моделі вторинних пристроїв здійснюється у два етапи. Спочатку проводиться автоматично-тичне формування комплектів РЗ і ПА за замовчуванням. Це здійснюється командою «Генерація» дано-ного меню. Потім сформовані комплекти вторинних пристроїв коригуються в діалозі за допомогою інших команд цього меню.
Генерація РЗА
Генерація РЗА, тобто автоматичне формування комплектів пристроїв РЗА, здійснює побудову в базі даних моделей наступних типів пристроїв РЗА:
• основних і резервних релейних захистів
• рівнях
• АПВ
• АВР
При генерації РЗА для кожного первинного пристрою будується максимальний логічно можливий набір пристроїв РЗА, з якого можна вибирати фактично встановлюються в моделі види пристроїв. Для кожної ЛЕП формується логічний набір всіх можливих основних і резервних захистів ліній:
• диференційна (ДЗЛ)
• диференційно-фазна (ДФЗ)
• спрямована диференціальна (НДЗ)
• радіальна диференціальна (РДЛ)
• поперечна диференціальна (ПДЗЛ)
• дистанційна (ДЗ)
• земляна (ЗЗ)
• максимальна струмова (МТЗ)
• струмова відсічення (ТО)
• максимальна фазова відсічення (МФО)
Записи про всі ці захисти поміщаються в базу даних, і всі ці захисту розглядаються як можливість-ні. В якості дійсних з них автоматично задається одна основна - ДФЗ і одна резервна - ДЗ. Ці захисту є дійсними за замовчуванням. Для трансформаторів автоматично формується максимальний логічно можливий набір основних і резервних захистів:
• диференційна (ДЗТ)
• газова (ГЗ)
• дистанційна (ДЗ)
• земляна (ЗЗ)
• струмова відсічення (ТО)
В якості дійсних за замовчуванням задаються дві основні - ДЗТ і ГЗ, і дві резервні - ДЗ і ТО. Для секцій шин формується один захист - ДЗШ, і встановлюється як дійсна. Аналогічним про-разом формуються набори РЗА для генераторів і вимикачів.
Для кожної релейного захисту програма авторазметкі знаходить той трансформатор напруги, від якого живляться ланцюга напруги даного захисту (якщо він намальований на схемі первинних з'єднань). Наприклад, ланцюг напруги релейного захисту ЛЕП або силового трансформатора приєднується до «найближчого» по топології схеми трансформатора напруги. «Найближчий» ТН шукається спочатку на приєднання ЛЕП (силового трансформатора), а якщо на приєднання захищається обладнання на схемі немає ТН, то ТН шукається на секції шин, до якої приєднано це обладнання. Якщо і на шині немає ТН (за схемою), то ланцюг напруги даної релейного захисту вважається невизначеною в моделі РЗА. У цьому випадку вона не бере участь в операціях, її стану і переходи станів не контролюються.
Струмові і оперативні ланцюга захистів приєднуються при генерації моделі РЗА до всіх вимикачів, не-посередньо навколишнім захищуване обладнання. Для кожного «найближчого» вимикача, пов'язаний-го по силового ланцюга (як замкнутої, так і розімкнутого) з захищає обладнання, визначається приєднання струмового та оперативної ланцюгів релейного захисту. Якщо силова ланцюг замкнута, то для струмового та оперативної ланцюгів встановлюється початковий стан «включено». Якщо силова ланцюг розімкнути, то для струмового та оперативної ланцюгів встановлюється початковий стан «вимкнено».
Пуск рівнях (пристрої резервування відмови вимикача) від захистів обладнання визначається на всі вимикачі, до яких підключені оперативні ланцюга захистів. Якщо силова ланцюг, що захищається устатк-ня з вимикачем замкнута, рівнів встановлюється в стан «включено». Якщо силова ланцюг захисту пра-ться обладнання з вимикачем розімкнути, рівнів встановлюється в стан «вимкнено». Логи-ка спрацьовування рівнях: якщо захист не змогла відключити якийсь вимикач, і якщо введено дію рівнях для цього вимикача, то рівнях буде намагатися відключити всі вимикачі, суміжні з даними ви-вимикачем за всіма замкнутим силовим ланцюгам.
На ЛЕП та силові трансформатори встановлюються трифазні пристрою АПВ (автоматичного повтор-ного включення) - ТАПВ. Крім того, на ЛЕП встановлюються однофазні АПВ - ОАПВ. На секції шин ус-встановлюється АПВШ.
Оперативні ланцюга пристрою АПВ обладнання приєднуються до всіх вимикачів, суміжних з дан-вим обладнанням по всіх силових ланцюгів. Якщо силова ланцюг замкнута, дію АПВ на вимикач вважається введеним. Якщо силова ланцюг розімкнути, дію АПВ на вимикач вважається виведений-ним.
Пристрій АРНТ (автоматичного регулювання напруги трансформатора), яке встановлюється на кожен силовий трансформатор, в початковому стані визначається як увімкнений. Зв'язки пристрої АРНТ з ін-шими елементами схеми не вводяться.
На секційні вимикачі встановлюється пристрій АВР (автоматичного включення резерву). На секції шин встановлюється рубильник порушення фіксації приєднань.
Крім того, при виконанні "Генерації РЗА" в базі даних визначаються:
• блокування роз'єднувачів з вимикачами та заземлення
• колонки синхронізації на вимикачах
• рубильники порушення фіксації на секціях шин з фіксованими прикріпленням
Коригування РЗА
Логічні схеми вторинних пристроїв, сформовані в базі даних програмою їх генерації, являв-ги схемами «за замовчуванням». Якщо для тренувань їх набір надлишковий, зайві пристрої або їх зв'язку з цим можна видалити - перевести у стан «недійсних».
Після виконання генерації моделі РЗ і ПА користувач переглядає створені автоматично набори дійсних і можливих вторинних пристроїв і коригує ці набори відповідно до реальністю чи вимогами навчального процесу. Коригування полягає в тому, що можливі елементи РЗ і ПА можуть переводитися у розряд дійсних, а дійсні - в розряд можливих. Для цього користувач викликає на екран список всіх автоматично заданих вторинних елементів для вибрати-го на схемі первинного пристрою. У цьому списку проти кожного елемента РЗ і ПА вказано його статус наяв-чия - «є» цей елемент або його «ні». Зміна статусу на протилежний здійснюється натисканням клавіші Spacebar. Таким чином, трудовитрати на побудову моделі РЗ і ПА зведені до мінімуму.
Відображаються під час тренування і беруть участь в операціях тільки ті вторинні пристрої, які «є». Пристрій, який «є», може знаходитися в положенні або «введено», або «виведено». Пе-микання вторинних пристроїв тренованих міняють їх стан «введено» / «виведено», але не змінюють статус наявності «є».
Рисунок 2 - Коригування комплектів РЗА
Глобальний огляд
Модель захисту призначена в основному для використання в складі тренажер з оперативних перемикань для імітацію наслідків реакції енергооб'єкта на аварійні ситуації, що виникли як початкові умови протиаварійного тренування, або внаслідок помилкових дій того, хто навчається. Реакція моделі енергооб'єкта зазвичай представлена для користувача у вигляді відключень вимикачів, випадіння блінкеров, табло та лампочок на електронному макеті.
При виникненні небезпечної ситуації основне завдання - відключити пошкоджену ділянку, щоб локалізувати пошкодження.
Цікаво, що модель захисту формується автоматично на основі аналізу то-Пологи схеми енергооб'єкта. При цьому створюються списки вузлів захистів схеми (з-відповідний енергооб'єктах - підстанцій на схемі мережі), зон захистів, і взаємних блокувань.
Рисунок 3- Список зон захистів, cформований за схемою
Таким чином, для того, щоб активізувати модель захисту в тренажері, дос-таточно коректно підготувати схему енергооб'єкта в графічному редакторі.
Автоматично формується набір пристроїв захисту, які стежать за станом елементів мережі і параметрами режиму. Їх завдання - виявляти порушення і при їх виникненні відключати пошкоджену ділянку за допомогою керуючого впливу на певні вимикачі. Для зон, комутованих вимикачами, створюється визначений набір пристроїв захисту та елементів автоматики, характерний для обладнання даного класу напруги.
Перелік моделей пристроїв та випадків їх застосування наводиться в таблиці-це: Елементи захисту та автоматики в програмному комплексі Modus:
ДЗШ Системи, секції шин 6кВ і вище, що мають більше двох приєднань Від усіх видів КЗ в захищається зоні, включаючи вимикачі. Не чув-дійсними до зовнішніх КЗ.По замовчуванням, якщо не визначено органи управління вихідних ланцюгів, моделюється неповна схема з контро-лем протікання струму КЗ на відключається приєднання.
ДЗШТ Системи, секції шин 110кВ і вище, що мають більше двох приєднань Резервна захист, аналогічна ДЗШ. У моделі спрацьовує у випадку, якщо основний захист виведена. Може бути використана для моделювання роботи рівнях при КЗ на приєднання.
АПВШ Системи, секції шин 110кВ і вище, що мають більше двох приєднань Модель автоматичного повторного включення шин. Починає робо-тать лише після призначення органів управління пристроєм у раз-справі «управління».
Здійснює постановку під напругу СШ від однієї з ліній з контролем наявності напруги. У разі успішності, збирає схему з контролем синхронізм.
ГЗТ Трансформатори 10кВ і вище Вимикає трансформатор з усіх сторін при віткових КЗ.
ДЗТ Трансформатори 110кВ і вище Вимикає трансформатор з усіх сторін при будь-якому вигляді КЗ в баку, крім віткових
ДЗОШ Трансформатори 110кВ і вище Вимикає трансформатор з усіх сторін при будь-якому вигляді КЗ на хибність такого-ки відповідного класу напряженія.В випадку, якщо ДЗТ зібрана на трансформаторах струму вимикачів, рекомендується в якості органів керування використовувати ті ж, що і для ДЗТ бака.
Кив Трансформатори 330кВ і вище Модель пристрою контролю ізоляції вводів трансформатора. От-лягає трансформатор з усіх сторін при пошкодженні ізоляції. Комплектуються боку трансформатора 220кВ і вище.
ДФЗ Кабельні та повітряні лінії 110 кВ і вище Основна захист лінії від всіх видів КЗ. Створюється по автономному комплекту для кожного вузла захисту лінії. Кожен комплект відключаючи-ет лінію зі свого боку.
АПВ Повітряні і кабельно-повітряні лінії понад 0,4 кВ Модель автоматичного повторного включення ліній. Починає працювати тільки після призначення органів управління пристроєм в розділі «управління». Призначається для зон, що мають у складі ділянку повітряної лінії.
Здійснює постановку під напругу ліній з контролем наявності напруги на шинах. У разі успішності, замикає транзит з контролем синхронізм.
ОАПВ, ТАПВ Повітряні лінії 330кВ і вище Комплект з автоматики однофазного повторного включення лінії та автоматики трифазного повторного включення вимикачів.
За фактом однофазного КЗ, моделюється робота ОАПВ. В інших випадках - ТАПВ.
ДЗ Повітряні, кабельні та кабельно-повітряні чи-панії, трансформатори сви-ше 35кВ Резервна захист від міжфазних КЗ. Для кожного вузла формується по одному комплекту для кожного елемента зони, виконаного за допомогою наступних примітивів малювання:
зв'язок з об'єктом, якщо тіп_лініі встановлений повітряна або кабельна;
воздушная_лінія;
кабельная_лінія;
трансформатор.
Наявність кількох комплектів дозволяє моделювати роботу раз-особистих ступенів, оскільки кожний комплект контролює пошкодження ня тільки відповідної ділянки.
ТЗНП Аналогічно ДЗ Резервна захист від КЗ на землю. Правила комплектації такі ж, як у ДЗ.
МФТО Аналогічно ДЗ Резервна захист від міжфазних КЗ. Правила комплектації такі ж, як у ДЗ.
МТЗ Вимикачі до 35кВ Моделює роботу максимального струмового захисту або струмового відсікти-кі.Для кожного вимикача створюється два пристрої (по одному для кожної із суміжних зон), що імітують спрямованість захисту. СРА-мовником то з пристроїв, для якого струм КЗ направлений до захищає-мую зону.
АВР, ЗМН Вимикачі й автомати 110кВ і нижче Моделює роботу автоматичного введення резерву. У поточній версії реалізовані наступні види АВР:
резервування живлення від суміжних секцій
резервування від ліній (АВРЛ)
ЗМН відключає вступної вимикач за фактом відсутності напруги і пускає АВР з контролем наявності напруги. АВР блокується при відключенні ввідного вимикача дією захисту зони.
Алгоритм дії захистів виглядає приблизно таким чином:
У програмному комплексі Модус пристрої захисту диференційовані за видом КЗ: захисту, чутливі до КЗ на землю, до міжфазної КЗ, та універсальні захисту, чутливі до будь-якого виду КЗ.
Крім того, система захистів виконує автоматичні операції з відновлення процесів-ня харчування, тому крім захисних пристроїв у програмі передбачені вуст-влаштування автоматики - автоматичне повторне включення лінії (одноразове) і автоматичне введення резервного живлення від іншого джерела.
При роботі з тренажером за оперативними перемикання необхідно забезпечити моделювання виконання навчаним операцій з захистами і автоматикою. На практиці робота з ними представляється диспетчеру як взаємодія з набором табло, блінкеров, сигнальних лампочок (елементів індикації), а також накладок і рубильників (органів управління), що і становить інтерактивну частину моделі захисту. Тому система захисту надає можливість налаштування відповідності між пристроєм захисту та її органами управління і індикації, представленими в макеті.
Кожен пристрій моделюється у складі:
Один чутливий орган, який містить органи управління та індикації, представлені розділом «управління».
Вихідні ланцюги за кількістю керованих вимикачів, що містять органи управління та індикації, представлені розділом «дія».
Рисунок 4- Вікно налаштування органу управління пристроєм захисту
Рисунок 5- Вікно налаштування каналів дії пристроєм захисту
Модель захисту формує типовий набір пристроїв захистів, проте він може рас-ходіться з реально використовуваним на енергооб'єкті. Для усунення цього недос-татка у програмі Аніматор є широкі можливості донастройкі набору пристроїв захистів вручну. Можливо додавати відсутні пристрої визна-мислового типу, блокувати невживані, налаштовувати зону чутливості, додавати або прибирати канали дії, змінювати послідовність спрацьовування за рахунок настроювання часу витримки і т.д. Більшість цих можливостей тонкої настройки реалізована в п'ятої версії програмного комплексу.
Рисунок 6-Вікно налаштування параметрів захисту
Рисунок 7- Вікно налаштування зони чутливості
Основний зміст роботи
Серед безлічі захистів і автоматики блоку необхідно вибрати основні, для їх симуляції. Згідно з ПУЕ для блоків генератор-трансформатор з генераторами потужністю 300 МВт повинні бути передбачені пристрої ре-лейн захисту від наступних видів пошкоджень і ненормальних режимів роботи:
1) замикань на землю на стороні генераторного напруги;
2) багатофазних замикань в обмотці статора генератора і на його висновках;
3) замикань між витками однієї фази в обмотці статора турбогенера-тора;
4) багатофазних замикань в обмотках і на виводах трансформатора;
5) однофазних замикань на землю в обмотці трансформатора і на її ви-водах, приєднаних до мережі з великими струмами замикання на землю;
6) замикань між витками в обмотках трансформатора;
7) зовнішніх КЗ;
8) перевантаження генератора струмами зворотній послідовності;
9) симетричної перевантаження обмотки статора генератора і обмоток транс-форматора;
10) перевантаження обмотки ротора генератора струмом збудження (для турбо-генераторів з безпосереднім охолодженням провідників обмоток і для гідрогенераторів);
11) підвищення напруги на статорі генератора і трансформаторі блоку;
12) замикань на землю в одній точці ланцюга збудження;
13) асинхронного режиму з втратою збудження;
14) зниження рівня масла в баку трансформатора;
Рисунок 8- Спрощена блок схема програми
На рис.8 представлена спрощена блок схема. Після введення даних про-грами аналізує вигляд і місце пошкодження, після чого вибирає і запускає необхідну функцію програми. В результаті чого буде проведена сімуляція роботи захистів.
Рисунок 9 - Реле різноманітних типів, що використовиваються для захисту єнергоблока
(Анімация: обсяг-208 КБ; розмір- 208 КБ; кількість кадрів- 6; затримка між кадрами- 2000 мс; кілкість циклів повторення- нескінченна.)
Висновки
Остаточно у висновку до роботи можна відзначити наступне:
Виконано аналіз технологічних завдань релейного захисту енергоблоків-ка 300 МВт;
Розроблено спрощена блок схема розроблюваної програми;
У подальшому передбачається розробка прикладного програмного забезпе-чення для моделювання логічної частини релейного захисту блоку 300 МВт.
Список джерел
1. http://student.km.ru/ref_show_frame.asp?id=6EFF3A6BCAD64F03AB180A26EB311E68
На сайте представленно большое количество рефератов.
2. http://masters.donntu.ru/2002/eltf/oleynikov/diss/index.htm
Описание программы "Корвин-3".
3. http://www.swman.ru/content/blogcategory/82/119/
Краткий обзор программы "Модус".
4. ПРАВИЛА УСТРОЙСТВА ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК ШЕСТОЕ ИЗДАНИЕ, ДОПОЛНЕННОЕ С ИСПРАВЛЕНИЯМИ. М.: ГОСЭНЕРГОНАДЗОР, 2000
5. Лихачёв Ф.А. Замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью и компенсацией ёмкосных токов.-М.,”Энергия“ ,1971.151с.
Сирота И.М.,Кисленко С.Н. и др. Режимы нейтрали электрических сетей.”Наукова думка“,1985.264с
6. Усов С.В., Кантан В.В., Кизеветтер Е.Н. Электричкеская часть электростанций,М-Л.,Энергия,1972,558с.
7. Данилович М.С.,Пославский М.О.Комутационные перенапряжения привключении и выключении высоковольтных электродвигателей, “Электрические станции”,1973,№1,с.68-70.
8. Черников А.А. Компенсация емкостнвх токов в сетях с незаземленной нейтралью. М., “Энергия” 1974. 96с.
Примітки
При написанні даного автореферату магістерська робота ще не завершена. Дата кінцевого завершення роботи: 1 грудня 2010 р. Повний текст роботи та матеріали за темою можуть бути отримані у автора або у його наукового керівника після вказаної дати. |
