В наше время человечество практически не может обходиться без электроэнергии, она нашла свое применение во всех областях человеческой деятельности, и ее необходимость для дальнейшего развития человеческого общества является очевидной. Энергетическая программа на длительную перспективу предусматривает дальнейшее развитие ЭС. Ввод в эксплуатацию электростанций большой мощности, интенсивное развитие основных и распределительных сетей чрезвычайно усложнили проблему управления. В связи с этим идет непрерывный процесс развития и совершенствования техники релейной защиты. 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.
Эксплуатируемая релейная защита (РЗ) электрических систем, в основном, выполняет задачи, которые перед ней поставлены. Однако, в некоторых режимах она может отказать в действии или ложно сработать. Защиты от замыканий на землю могут отказать в действии из—за возникновения дуги в месте замыкания [1].
Основные требования предъявляемые к релейной защите:
Селективность.
Быстрота действия.
Чувствительность.
Надёжность[2].
Год от года ужесточаются требования к качеству электроснабжения потребителей, что делает все более ответственной роль РЗ энергосистем и все более актуальной задачу повышения чувствительности и быстродействия защит. Перспектива ее решения связывается с внедрением микропроцессорной техники. 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 РЗ, в том числе и обеспечить правильную работу в выше указанных режимах.
Научная работа магистра выполнялась на протяжении 2010 — 2011 гг. в соответствии с научным направлением кафедры «Электрические станции» Донецкого национального технического университета.
Цель работы: Разработка алгоритмов РЗ, которые позволяют правильно определять параметры повреждения независимо от насыщения трансформаторов тока и наличия дуги в месте повреждения.
Основные задачи разработок: Разработка учебного программного комплекса с дальнейшим внедрением в учебный процесс.
Предмет разработок: Разработка выполняется с помощью программного пакета Microsoft VisualC++.
Основой магистерской работы является разработка метода, который мог бы позволить практически повысить безопасность и безаварийность сетей собственных нужд тепловых электрических станций.
Доклад по теме работы " Разработка метода интеллектуального определения режимов работы элементов собственных нужд ТЭС." представлен на XVI Всеукраинской студенческой научно-технической конференции "Электротехнические и электромеханические системы", 18—20 апреля 2011 г., СевНТУ, Севастополь. А также на IX международной научно — технической конференции молодых ученых и специалистов "Электромеханические и энергетические системы, методы моделирования и оптимизации", ESMO 2011 г., Кременчуг.
Постановка задачи и анализ последних исследований. Однофазные замыкания на землю являются самым распространённым видом повреждения в электрических сетях среднего класса напряжения (в пределах до 85 — 90% от общего числа нарушений нормальной работы сетей в зависимости от их назначения и конструктивного исполнения). В сложившихся условиях сильной изношенности изоляции в подавляющем большинстве случаев они развиваются в междуфазные короткие замыкания или многоместные пробои изоляции с групповым выходом из строя электрооборудования, сопровождаясь большим материальным ущербом и недоотпуском электроэнергии потребителям. Поэтому справедливо считается, что основным направлением повышения надёжности работы электрических сетей является борьба с однофазными замыканиями на землю. Именно поэтому в большинстве технически развитых странах, в том числе и в Украине, в настоящее время интенсивно ведутся работы по совершенствованию условий функционирования электрооборудования в распределительных сетях. Математическому моделированию переходных процессов в сетях 6 — 10 кВ посвящены многие работы [6 — 9]. В этих работах исследовались перенапряжения в сетях при глухом и дуговом замыкании на землю. Однако указанные модели основаны на явном методе численного интегрирования дифференциальных уравнений элементов сети, которые во многих случаях приводят к нарушению численной устойчивости и не позволяют исследовать многие практически важные случаи переходных процессов.
Задача исследования. Целью настоящей работы является разработка математической модели распределительной сети для анализа переходных процессов, основанной на использовании дискретных схем замещения ее отдельных элементов для обеспечения численной устойчивости модели.
Изложение основного материала. Типовая схема распределительной электрической сети (рис.1) содержит питающие трансформаторы, воздушные и кабельные ЛЭП, нагрузку и др. элементы.
Схема замещения такой сети (рис.2) содержит активные и индуктивные сопротивления элементов, а также емкостное и активное сопротивления изоляции сети. С целью автоматизации формирования математической модели электрической системы любой степени сложности будем использовать ее граф и матрично-векторную запись законов Ома и Кирхгофа [5].
Схему замещения каждого из элементов схемы будем представлять обобщенной ветвью (рис.3) с последовательно-параллельным соединением ее R,L,С—элементов, которые учитывают сопротивления самого элемента (R, L) и его изоляции на землю (C, Rc).
Достоинство такого представления модели для анализа переходных процессов заключается в том, что алгоритм расчета установившегося и переходного процессов остается одинаковыми. Отличие состоит в том, что на каждом шаге расчета переходного процесса необходимо обновлять значения сопротивления и ЭДС ветвей.
Как известно, наибольшие перенапряжения при замыкании фазы на землю могут возникать, если момент замыкания происходит в максимум напряжения поврежденной фазы, а погасание дуги — при переходе через \"ноль\" высокочастотной составляющей тока замыкания или составляющей промышленной частоты. На рис.3 приведены осциллограммы многократных замыканий на землю фазы А.
Из осциллограмм следует, что при первом замыкании фазы на землю напряжения на здоровых фазах не превышают 2,6 значений амплитуды Uф, но при последующих пробоях напряжения на здоровых фазах возрастают до 4,5Uф, т. е. при таком виде замыкания происходит процесс эскалации напряжений. Аналогичным образом происходит нарастание напряжения на поврежденной фазе. На рисунке также представлены осциллограммы тока нулевой последовательности поврежденного присоединения ЛЭП2. Ток нулевой последовательности поврежденного присоединения находится в противофазе с токами нулевой последовательности остальных присоединений. При замыкании фазы на землю, мощность, как правило, направлена к месту повреждения, которое находится в зоне действия реле направления мощности. Мощность рассчитываем как произведение p(3Uо) на 3Iо [4].
Выводы:Разработана математическая модель системы электроснабжения напряжением 6 — 10 кВ, особенностью которой является использование дискретных моделей ее элементов.
Дискретная модель обеспечивает высокую численную устойчивость решения систем дифференциальных уравнений и может быть рекомендована для анализа перенапряжений и поведения устройств релейной защиты электрических сетей при глухих и дуговых замыканиях на землю.
Реле серии REJ51_, REJ52_ REU51_, REU52_ выполнены на современной микропроцессорной базе и предназначены для защиты различных энергообъектов. Реле выполняют функции максимальных токовых защит (МТЗ), ненаправленных и направленных защит от замыканий на землю (ОЗЗ), реле максимального и минимального напряжения, а также измерения, сигнализации, регистрации и осциллографирования аварийных параметров. Реле имеют порт связи и могут быть интегрированы в систему для передачи данных в АСУ ТП предприятия. Связь осуществляется по SPA протоколу. Имеется возможность поддержки стандартных международных протоколов (например, IEC 870 — 5 — 103). Все реле совместимы и входят в состав комплексной системой защиты и управления концерна АВВ.
Реле применяются в схемах вторичной коммутации для использования в качестве основных и резервных защит энергообъектов
Сферы применения:• электрические станции и подстанции;
• промышленные предприятия;
• предприятия нефтегазового комплекса;
• предприятия коммунального хозяйства и др.
Объекты применения:• низковольтные комплектные устройства;
напряжением 0,4 кВ и выше и рекомендуются для применения на вновь вводимых и реконструируемых объектах.
• шкафы и панели защит линий, трансформаторов, генераторов и т.д.;
• комплектные трансформаторные подстанции;
• ячейки КРУ и камеры КСО 6 — 10 кВ (в т.ч. и модернизируемые);
• распределительные устройства 0,4 кВ и др.
Индикация и регистрация данныхРеле защиты осуществляют измерения и индикацию текущих значений токов и напряжений в первичных или вторичных величинах, регистрацию аварийных токов и напряжений, выдачу на индикаторы и двухстрочный жидкокристаллический дисплей (для реле с ЖК дисплеем) информации о срабатывании защит. Значения аварийных токов и напряжений и индикация о срабатывании защит сохраняется в энергонезависимой памяти. Задание уставок и конфигурации реле выполняется кнопками управления на минидисплее или с помощью персонального компьютера и специального программного обеспечения. Регистратор анормальных режимов выполняет запись аналоговых и дискретных сигналов.
Регистрируются пять оследних аварийных параметров аналоговых и дискретных величин, которые могут быть использованы для оценки места повреждения и расчета коммутационного ресурса выключателей. Исполнительные выходные реле для отключения и сигнализации свободно программируются.
Конструктивное исполнениеРеле выполняются в универсальном, с улучшенными характеристиками корпусе, внутри которого располагаются различные блоки. У реле типа REJ52_ и REU52_, кроме светодиодных индикаторов на передней панели имеется 2—х строчный 16 символьный жидкокристаллический минидисплей и 6 кнопок управления. Здесь же имеется порт оптоэлектрического преобразователя для подключения персонального компьютера. На задней стенке реле расположен разъем для подключения устройства к системе АСУ (у REJ52_ и REU52), а также разъемы для подключения трансформаторов тока, напряжения, источника питания и выходных реле. Имеется переднее и заднее исполнение реле с установкой на стойке или на поверхности, утопленный или полуутопленный монтаж.
Габаритные и установочные размерыВ зависимости от выбранных монтажных комплектов реле серии REJ5xx, REU5xx могут устанавливаться по типу утопленного монтажа, полуутопленного монтажа, монтироваться на стойке или на стене. Габаритные и установочные размеры приведены на рисунке ниже (размеры указаны в миллиметрах).
Современная РЗ характеризуется расширением внедрения интеллектуальных методов. Микропроцессорная электрическая база позволяет обрабатывать все большие объемы информации, что дает возможность для РЗ одновременно контролировать относительно большое количество параметров режима электрооборудования. Благодаря этому можно добиться повышения технического совершенства РЗ, в том числе и обеспечить правильную работу в выше указанных режимах.
Выполнена разработка алгоритма защиты от междуфазных коротких замыканий (к.з.). В качестве основных контрольных параметров принята к рассмотрению следующая группа:
— характер изменения тока в одной или нескольких фазах (увеличение или снижение);
— наличие апериодической составляющей;
— величины производных токов;
— частота тока и соотношение длительностей полупериодов.
Завершается разработка алгоритма(рис.6), позволяющего на основании анализа комбинаций и диапазонов изменения этих параметров однозначно определять возникновение короткого замыкания и его параметры (в зоне действия или вне ее, так как сам факт возникновения короткого замыкания удается установить более простыми методами).
Для проверки правильности работы алгоритма используются осциллограммы реальных к.з., приведенных в технической литературе.
Предварительный анализ результатов работы алгоритма распознавания аварийных режимов показал, что он правильно выявляет наличие в сигнале высокочастотной, апериодической [3].
Предварительный анализ результатов работы алгоритма распознавания аварийных режимов показал, что он правильно выявляет к.з. и проводит анализ по всем параметрам (амплитуда, частота и др.).
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.