Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Электрические станции, сети и системы

Диссертационная работа:

Кержаев Дмитрий Викторович. Обучаемые реле дистанционного и дифференциального типа для защиты линий электропередачи : диссертация ... кандидата технических наук : 05.14.02 / Кержаев Дмитрий Викторович; [Место защиты: ФГОУВПО "Чувашский государственный университет"].- Чебоксары, 2010.- 145 с.: ил.

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 3

ГЛАВА 1. Теоретические основы обучениея релейной защиты 11

  1. Основные понятия и определения 12

  2. Постановка задачи 13

  3. Понятие прямого и обратного преобразования комплексной величины 15

  4. Понятие граничных режимов 21

  5. Закономерности на границах 25

Выводы 28

ГЛАВА 2 Применение методов обучения для дистанционной защиты 29

  1. Объектная область имитационной модели линии с двухсторонним питанием, наблюдаемой с одной стороны 29

  2. Объекты обучения 32

  3. Методика обучения реле 33

  4. Поиск трехпараметрических граничных режимов 36

  5. Двухпараметрические граничные режимы 37

  6. Однопараметрические режимы 40

  7. Влияние параметров имитационной модели на характеристики

срабатывания 48

Выводы 55

ГЛАВА 3. Обучение дифференциальной защиты 56

  1. Общие положения 56

  2. Граничные режимы дифференциальной защиты 61

  3. Граничные режимы дифференциально-фазной защиты 63

  4. Сравнение результатов обучения дифференциальной и дифференциально-фазной защиты 67

  5. Применение методов обучения релейной защиты для разработки

алгоритма высокочувствительной защиты 69

Выводы 87

ГЛАВА 4. Приложение информационного анализа и алгоритмов обучения при разработке алгоритмов ОМП и защит с абсолютной селективностью 88

  1. Приложение алгоритмов обучения к задачам определения места повреждения 88

  2. Информационный анализ дифференциального и дифференциально-фазного принципа 102

  3. Анализ результатов натурных испытаний дифференциально-фазной

защиты линий 330-750 кВ 122

Выводы 140

Заключение 141

Список использованной литературы 143

Приложение 1 155

Введение к работе:

В современном релестроении благодаря внедрению микропроцессорной техники появляется возможность применения принципиально новых алгоритмов защиты энергообъектов. Задача их разработки становится все более актуальной в связи с быстрым развитием энергетики и, как следствие, ужесточением требований к надежности и быстродействию защит. Для защиты магистральных линий электропередачи (ЛЭП), мощных электрических машин, а также сетей со сложной топологией пришло время обратиться к алгоритмам, системно решающим задачи выявления и локализации повреждений. Системный подход, в свою очередь, невозможен без глубокой теоретической проработки новых технических и инженерных решений.

Фундамент теоретических основ релейной защиты (РЗ) заложен Г. И. Атабековым. Большой вклад в развитие алгоритмической базы релейной защиты внесли А.Д. Дроздов, В.Л. Фабрикант, A.M. Федосеев, Я.С. Гельфанд. A.R. Warrington, M.S. Sachdev, A.G. Phadke, J. S. Thorp [1-5].

Высокий уровень интеграции современных микропроцессорных терминалов релейной защиты позволяет рассматривать их не просто как устройства, реализующие набор отдельных функций, а как интеллектуальную систему, способную принимать решения в зависимости от получаемой информации и априорных данных. Важным свойством интеллектуальной системы является способность к обучению, понимаемая как обретение системой условий срабатывания, задаваемых имитационными моделями защищаемого объекта.

В диссертации развивается взгляд на релейную защиту как на науку о распознавании аварийных ситуаций [5-30], а на терминал защиты - как на обучаемую интеллектуальную систему [31-42]. Согласно принимаемой концепции в роли учителей выступают имитационные модели защищаемых объектов, а мест обучения - уставочные пространства, в которых отображаются замеры электрических величин. Целью обучения является распознавание отслеживаемых режимов (а-режимов) при гарантированной отстройке от

4 противостоящих им в уставочном пространстве альтернативных режимов (Р-режимов).

Предметом рассмотрения в работе стали принципы обучения, теоретическое обоснование алгоритмов и методов, используемых при обучении, наиболее характерные, допускающие аналитическое решение примеры применения теории к различным алгоритмам релейной защиты, особенности обучения защит с абсолютной и относительной селективностью.

Особый интерес в качестве объекта обучения представляет многомерная релейная защита, способная в полном объеме использовать всю доступную информацию как о структуре защищаемого объекта, так и о режимах его работы.

Результаты теоретических исследований нашли отражение в разработанной и внедренной микропроцессорной дифференциальной защите линии электропередачи (ДЗЛ) с оптоволоконным каналом связи, в модуле отыскания мест повреждений при двойных замыканиях в линиях 6-35 кВ. С использованием методов информационного анализа, теории уставок и натурных испытаний проведена доработка алгоритмов дифференциально-фазной защиты (ДФЗ) линий электропередачи 500-750 кВ. При работе над диссертацией автор пользовался консультациями к.т.н. Ефремова В.А. и к.т.н. Иванова СВ. («ИЦ «Бреслер»).

Цель работы заключается в обосновании подхода к релейной защите как к многомерной обучаемой системе, в разработке общих методов построения характеристик срабатывания модулей релейной защиты и, как следствие, в развитии ее функциональных возможностей. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

1. Разработка ключевых теоретических положений и алгоритмов обучения релейной защиты для достижения предельно возможной чувствительности к аварийным режимам при обеспечении селективности.

  1. Применение разработанных методов к защитам линий электропередачи с относительной и абсолютной селективностью, определение режимов, наиболее сложных для распознавания.

  2. Применение метода информационного анализа при исследовании реле дистанционного и дифференциального типа как объектов обучения.

  3. Использование методов обучения при разработке и анализе алгоритмов микропроцессорной дифференциальной защиты линии, алгоритмов определения мест повреждений (ОМП) при двойных замыканиях на землю в сетях с изолированной нейтралью, при исследовании дифференциально-фазной защиты линий сверхвысокого напряжения.

Методы исследования. При решении поставленных задач были использованы методы теории цепей, теоретических основ релейной защиты, теории распознавания, математического моделирования [43-55].

Достоверность результатов, полученных в диссертационной работе, обеспечивается корректным использованием математического аппарата, совпадением результатов расчётов одних и тех же процессов различными методами, а также многочисленными экспериментами на имитационных моделях объекта [56].

Положения, выносимые на защиту:

  1. Алгоритм обучения релейной защиты, теоретические положения определения границ областей срабатывания реле.

  2. Методика анализа замеров релейной защиты по критерию эффективности уставочного пространства, используемого для обучения.

  3. Способ задания характеристики срабатывания релейной защиты в многомерном пространстве с использованием многокомпонентного замера.

  4. Алгоритмы построения защит с абсолютной и относительной селективностью, разработанные с использованием положений информационного анализа и методики обучения.

Научная новизна:

  1. Предложенный в работе алгоритм обучения, рассматривающий релейную защиту как многомерную интеллектуальную систему, обладает универсальностью и может быть применен к реле разных типов; позволяет определить информационную ценность алгоритма и повысить функциональные возможности защиты.

  2. Используемая при обучении методика анализа замеров и уставочных пространств релейной защиты по критерию эффективности отличается от известных введением универсального показателя, позволяющего сравнивать защиты с разными замерами и уставочными пространствами.

  3. Предложенный способ позволил увеличить размерность используемого уставочного пространства для улучшения распознающей способности защиты; на данном этапе исследования используется трехкомпонентный замер.

  4. Предложены алгоритмы защит с абсолютной и относительной селективностью, оптимальные по распознающей способности.

Практическая ценность:

  1. Разработанный алгоритм обучения релейной защиты позволил аналитически построить характеристики срабатывания защит с использованием данных об относительно небольшом числе граничных режимов.

  2. Предложенный показатель эффективности использования уставочного пространства позволил провести сравнительный анализ алгоритмов защит как с абсолютной, так и относительной селективностью, и выявить алгоритмы, имеющие наиболее высокие показатели распознающей способности.

  3. Предложенный способ задания характеристик релейной защиты запатентован и использован для повышения распознающей способности дифференциальной защиты линии электропередачи за счет максимально полного использования имеющейся информации.

  4. С использованием идей информационного анализа и обучения релейной защиты разработан и испытан на осциллограммах реальных повреждений новый алгоритм определения двух мест повреждения при двойных замыканиях

7 на землю в сетях с изолированной нейтралью; разработана продольная дифференциальная защита линии электропередачи с оптоволоконным каналом связи «Бреслер ШЛ 2605»; улучшены алгоритмы микропроцессорной ДФЗ для ЛЭП 500-750 кВ - «Бреслер ШЛ 2704».

Реализация результатов работы. Основные результаты исследований использованы при разработке и испытании дифференциальной защиты линий «Бреслер ШЛ 2605», разработке дифференциально-фазной защиты ВЛ 110-220 кВ «Бреслер ШЛ 2604», а также модернизации дифференциальной защиты ЛЭП 500-750 кВ «Бреслер ШЛ 2704».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских научно-технических конференциях: «Colloquium SC В5 CIGRE Committee» (Madrid, 2007 г), «Relay Protection and substation automation of modern Power Systems» (Moscow-Cheboksary, 2007), «Actual Trends in Development of Power System Protection and Automation» (Moscow, 2009), Международной конференции и выставке «Релейная защита и автоматика современных энергосистем» (Москва, ВВЦ, 2006 и 2008), Всероссийской научно-технической конференции «Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем (Чебоксары, ЧТУ, 2003 и 2005), Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике» (Чебоксары, ЧТУ, 2006) [29-42].

Публикации. Содержание диссертационной работы нашло отражение в 18 опубликованных работах и 1 патенте на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 102 наименований, 1 приложения, 102 рисунков. Общий объем диссертации 156 стр.: текст - 142 с, список литературы - 12 с, приложение - 2 с.

В первой главе приводятся основные понятия и определения, используемые в теории многомерной обучаемой защиты: объектного и уставочного пространства, распознаваемости аварийной ситуации. Иллюстрируется процедура взаимного отображения объектных и уставочных областей. Обосновывается понятие собственной области аварийных режимов.

Вводится понятие граничных режимов, приводится их классификация в зависимости от числа варьируемых параметров имитационной модели, при котором получены данные режимы. Вводится понятие граничных режимов разного рода и приводится алгоритм их определения на основании положений о коллинеарности (компланарности) и соразмерности; выводятся универсальные аналитические критерии отыскания граничных режимов для любых замеров релейной защиты.

Во второй главе теоретические методы обучения реле иллюстрируются примерами, имеющими аналитическое решение. Рассматриваются реле сопротивления с различными замерами [57-64]: классический (ZTK =UTK/lTK), адаптивный, использующий информацию о предшествующем режиме:

ZTa = ^тк Дав » ГДе Lb = Ztk ~ /.ід > И ВИртуЗЛЬНОЄ реле ZBp = U_Bp /7np , ВКЛЮЧЄННОЄ

в конце защищаемой зоны [65-67]. Во всех примерах в качестве учителя выступает элементарная модель линии электропередачи. Объектное пространство задается тремя варьируемыми параметрами имитационной модели.

Рассматриваются три основных этапа обучения. На первом этапе определяется отображение области отслеживаемых режимов на заданную уставочную плоскость. На втором - на той же уставочной плоскости строится отображение альтернативных режимов. На третьем этапе определяется собственная область отслеживаемых режимов как разность областей отслеживаемых и альтернативных режимов на уставочной плоскости.

Для каждого из замеров строятся области отслеживаемых и альтернативных режимов как на уставочной плоскости, так и в объектном пространстве.

Для количественного определения эффективности использования уставочного пространства вводится оценка распознающей способности реле — коэффициент распознавания. Приводятся значения данного коэффициента для исследуемых замеров реле сопротивления.

В третьей главе рассматриваются особенности обучения защит с абсолютной селективностью. Теоретические положения иллюстрируются примерами обучения дифференциальной и дифференциально-фазной защиты [68-71]. В качестве учителя выступает элементарная модель ЛЭП с измерительными трансформаторами тока. Влияние измерительного тракта моделируется при помощи переменной добротности.

Для пояснения практической ценности теоретических положений обучения релейной защиты, изложенных в первой и второй главе диссертации, приводится алгоритм, позволяющий применить результаты обучения для построения высокочувствительной релейной защиты. Подробно рассматривается применение результатов обучения для двумерных сигналов. Приводится логическая схема действия защиты для трехкомпонентного дифференциального замера, имеющего трехмерную уставочную характеристику.

В качестве приложений инструмента информационного анализа и алгоритмов обучения в четвертой части диссертации рассматривается синтез алгоритмов определения места повреждения (ОМП) ЛЭП. Данная задача решается обратным преобразованием замера в объектное пространство и применением критерия резистивности повреждения. С использованием теоретических положений представленных в первой части, рассматриваются математические методы поиска мест повреждения при двойных замыканиях на землю в сетях с изолированной нейтралью, приводятся примеры имитационного моделирования ОМП, а также анализ осциллограмм реальных коротких замыканий.

Проводится информационный анализ различных типов дифференциальной и дифференциально-фазной защиты. Для линии, подключенной к шинам

10 подстанции (ПС) через два выключателя, рассматриваются алгоритмы, использующие информацию о каждом токе выключателя и о суммарном токе обоих присоединений.

Для выбранных замеров дифференциальной защиты строятся объектные характеристики при различных параметрах имитационных моделей. Теоретические исследования были использованы при разработке дифференциальной защиты с оптоволоконным каналом связи «Бреслер ТЛ 2605».

Определяется соотношение сопротивлений правой, левой систем и защищаемой линии, при которых рассматриваемые алгоритмы дают одинаковую чувствительность.

Проводится информационный анализ дифференциально-фазной защиты, использующей для обмена информацией высокочастотный канал связи. Для защиты линии, подключенной к шинам ПС через два выключателя, рассматриваются различные методы формирования сигнала манипуляции.

Проведенный анализ выявил сложности в использовании суммарного тока двух присоединений для формирования сигнала манипулированного пуска ВЧ-приемопередатчика, связаные с тем, что при насыщении ИТТ одного из присоединений фаза суммарного вторичного тока искажается гораздо сильнее, чем фаза вторичного тока насыщенного ИТТ. Сравнительный анализ принципов формирования тока манипуляции выявил преимущество алгоритмов, использующих для формирования ВЧ-сигнала каждый из токов выключателей отдельно.

В дополнение к рассмотрению дифференциально-фазного принципа приводится анализ натурных испытаний дифференциально-фазной защиты для линий сверхвысокого напряжения, выполненных при участии автора. С помощью имитационных моделей и осциллограмм реальных коротких замыканий рассматриваются пути повышения надежности работы устройства в специфических режимах [73-78]. Приводятся схемные и алгоритмические решения, предложенные по результатам испытаний.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net