Method and means for adequate protection settings remote

Full Text

Введение К основным причинам неправильной настройки (а значит, и неправильной работы) средств релейной защиты (РЗ) можно отнести: – недостаточно достоверные исходные данные о режимных величинах, используемых при проектировании и эксплуатации РЗ; – грубый учет погрешностей, обусловленных измерительными трансформаторами и конкретной реализацией устройств РЗ. Определение используемых при настройке РЗ режимных величин выполняется в основном при помощи программных средств моделирования электроэнергетических систем (ЭЭС), методические и функциональные ограничения являются основными факторами существования первой из обозначенных причин [1]. Повышение достоверности исходных данных возможно при использовании средств моделирования ЭЭС, отвечающих следующим критериям: – возможность моделирования ЭЭС с учетом всего значимого оборудования с достаточно глубокими их математическими моделями; – использование трехфазного моделирования для адекватного учета как симметричных, так и несимметричных режимов; – достоверное воспроизведение начальной стадии переходных процессов режимных величин, используемых при настройке РЗ. Этим критериям в полной мере удовлетворяет всережимный моделирующий комплекс реального времени электроэнергетических систем (ВМК РВ ЭЭС), разработанный в Томском политехническом университете [1, 2]. Снижение влияния второго фактора обозначенной проблемы возможно при использовании достаточно полных (всережимных) моделей конкретных реализаций РЗ на основе концепции адекватного моделирования релейной защиты и противоаварийной автоматики энергосистем [3]. К тому же функциональные возможности ВМК РВ ЭЭС предусматривают возможность реализации подобных всережимных математических моделей РЗ. В данной работе представлена разработанная методика всережимного моделирования дистанционных защит (ДЗ) и рассмотрены основные результаты моделирования широко применяемой ДЗ ШДЭ2801. Методика всережимного моделирования дистанционных защит Методика всережимного моделирования ДЗ, разработанная на основе концепции адекватного моделирования релейной защиты и противоаварийной автоматики энергосистем, включает следующие этапы. 1. Разработка всережимных математических моделей РЗ. 1.1. Анализ принципиальных схем РЗ для выявления особенностей их функционирования и формирования адекватных схем замещения. 1.2. Определение методом направленных графов передаточных функций органов РЗ и измерительных преобразователей (измерительных трансформаторов тока и напряжения; промежуточных трансформаторов тока и напряжения) и органов защит, выполняющих непрерывное преобразование сигналов, а также схем сравнения, оказывающих влияние на формирование погрешности при обработке сигналов. 1.3. Табличный учет нелинейности характеристик элементов схем, пренебрежение нелинейностью которых вносит существенные погрешности при моделировании. 1.4. Анализ передаточных функций (ПФ) с использованием теории точности и чувствительности с целью выявления элементов схем замещения, не вносящих существенных погрешностей, и допустимого упрощения полученных математических описаний. 1.5. Преобразование полученных после упрощений ПФ органов РЗ и измерительных трансформаторов в систему дифференциальных уравнений и формирование на их основе полных математических моделей РЗ. 1.6. Тестовые исследования полных математических моделей с помощью программ MathCAD и MATLAB. 2. Реализация всережимных математических моделей 2.1. Реализация математических моделей ДЗ в программной среде ВМК РВ ЭЭС на языке C#. 2.2. Исследование функционирования моделей РЗ в конкретных режимах работы ЭЭС, моделируемых при помощи ВМК РВ ЭЭС. Реализация методики всережимного моделирования на примере ДЗ ШДЭ2801 Согласно предложенной методике для ШДЭ2801 разработаны математические модели органов реле сопротивления (РС) трех ступеней ДЗ. Составленные ПФ приведены в таблице. Здесь: – коэффициенты, определяемые параметрами схемы замещения; – сопротивление ветви намагничивания измерительного или промежуточного трансформатора. ПФ измерительных трансформаторов и органов ДЗ Моделируемые элементы Передаточная функция Трансформатор тока (ТТ) Промежуточный трансформатор тока (ПТТ) Трансформатор напряжения (ТН) Промежуточный трансформатор напряжения (ПТН) Блок памяти (БП) Формирователь сравниваемых синусоидальных величин (ФССВ) – масштабирующий коэффициент передачи по цепям напряжения n ой формируемой величины; – комплексный коэффициент передачи по цепям тока n ой формируемой величины Реагирующий орган РО1 Реагирующий орган РО2 Ниже представлено математическое описание ФССВ, используемое для реализации характеристик срабатывания моделируемых РС: ; ; …………………………………………………………… , (1) где U и I – напряжение и ток на выходе соответствующих измерительных трансформаторов; – формируемые сравниваемые синусоидальные величины; Z – сопротивление защищаемого объекта; – комплексные сопротивления в особых точках характеристики срабатывания РС. Для получения исходных данных в конкретных режимных условиях выбран моделируемый при помощи ВМК РВ ЭЭС район энергосистемы (рис. 1). В качестве тестовых режимов выбраны нормальный установившийся режим, установившийся режим при коротком замыкании в конце линии ВЛ-208 и установившийся режим после отключения короткого замыкания. Моделирование первичных процессов проводилось на ВМК РВ ЭЭС. Полученные мгновенные значения токов и напряжений посредством формата Comtrade передаются в программу MATLAB. Рис. 1. Моделируемый район ЭЭС Рис. 2. Тестовая схема модели ДЗ в MATLAB На рис. 2 приведена схема тестового исследования разработанной модели ДЗ, реализованная в программе MATLAB и выполненная в соответствии с принципиальной схемой РС ДЗ ШДЭ2801 [4]. В блоках 1, 2 и 3 воспроизводятся первичные токи и напряжения для трех режимов и установившегося режима после отключения КЗ. В блоке 4 реализованы математические модели органов ТТ, ТН, ПТТ, ПТН, ФССВ, БП и ФИН, синтезированные на основе приведенных в таблице передаточных функций. В блоке 6 реализована математическая модель РО2. В блоке 5 выполняется алгоритм чередования передаваемых в блок 6 выходных сигналов блока 4, соответствующих нормальному, аварийному и послеаварийному режиму в зависимости от момента времени. Функция счетчика времени реализована в блоке 8. Блок 7 предназначен для формирования осциллограмм выходных сигналов моделируемых органов РС. Результаты моделирования первой ступени ДЗ ШЭ2801 в MATLAB приведены на рис. 3. Рис. 3. Осциллограммы функционирования органов первой ступени ДЗ при КЗ вне зоны действия защиты: а) функционирование ФИН; б) функционирование интегрирующей части схемы РО; в) выходной сигнал срабатывания РО Рис. 4. Характеристика срабатывания РС первой ступени ДЗ В качестве примера приведен анализ формирования характеристики срабатывания первой ступени ДЗ без учета и с учетом аппаратной реализации блока памяти (БП). Моделируемая характеристика срабатывания первой ступени ДЗ приведена на рис. 4. В виду того, что принцип функционирования ДЗ ШДЭ2801 базируется на сравнении фаз формируемых величин , а характеристика срабатывания первой ступени представляет собой окружность, условием срабатывания РС (попадания точки Z в зону действия РС) является превышение угла между любыми двумя сравниваемыми величинами 120 градусов. Уставка первой ступени ДЗ задана таким образом, чтобы точка КЗ была на границе срабатывания. Рассмотрим математическое описание характеристики срабатывания без учета БП: где . Сравниваемые значения углов: град.; град. – условие срабатывания не выполняется. Рассмотрим математическое описание характеристики срабатывания с учетом БП: где – сопротивление неповрежденной фазы; – передаточная функция БП. Сравниваемые значения углов: град.; град. – условие срабатывания выполняется. Из приведенного примера видно, что угол между сравниваемыми величинами без учета БП и с учетом БП при помощи ПФ, полученной для конкретной аппаратной реализации, существенно отличается при одних и тех же значениях измеряемых величин, что наглядно иллюстрирует необходимость учета аппаратной реализации органов ДЗ для ее более точной настройки. Выводы 1. Результаты моделирования ДЗ ШДЭ2801 подтверждают возможность реализации детализированных моделей РЗ при помощи ВМК РВ ЭЭС и адекватность функционирования подобного рода моделей в реальном времени. 2. Рассмотренная в работе методика моделирования ДЗ с учетом конкретных реализаций и измерительных трансформаторов также применима для разработки всережимных математических моделей других видов защит. 3. Применение моделей ДЗ с учетом конкретных реализаций и измерительных трансформаторов позволяет выполнять исследование особенностей их функционирования в конкретных режимах ЭЭС для их правильной настройки и повышения надежности функционирования ЭЭС в целом.

About the authors

Yury S Borovikov

National Research Tomsk Polytechnic University

(PhD), Аssociate Рrofessor 30, Lenin Avenue, Tomsk, 634050

Ivan S Gordienko

National Research Tomsk Polytechnic University

Assistant 30, Lenin Avenue, Tomsk, 634050

Almaz O Sulaymanov

National Research Tomsk Polytechnic University

(PhD), Аssociate Рrofessor 30, Lenin Avenue, Tomsk, 634050

References

Supplementary files