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:

Бобров, Сергей Евгеньевич. Совершенствование алгоритмов функционирования и разработка микропроцессорной дифференциально-фазной высокочастотной защиты линий 110-220 кВ : диссертация ... кандидата технических наук : 05.14.02 / Бобров Сергей Евгеньевич; [Место защиты: Иван. гос. энергет. ун-т].- Иваново, 2011.- 172 с.: ил. РГБ ОД, 61 11-5/2167

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность работы. Современные требования к работе устройств релейной защиты и автоматики (УРЗА) электроэнергетических систем (ЭЭС) в части технического совершенства заставляют искать новые пути к усовершенствованию алгоритмов работы УРЗА. Последние достижения в повышении технического совершенства УРЗА - селективности и устойчивости функционирования связаны с внедрение микропроцессорной (МП) техники, позволяющей программно реализовать сложные алгоритмы работы защит без значительного увеличения их стоимости. Подобное сочетание объема выполняемых функций и цены МП терминала РЗА предопределяет тенденцию в развитии УРЗА.

Надежность функционирования УРЗА линий электропередачи (ЛЭП) напряжением 110 кВ и выше с двусторонним питанием в соответствии нормативных документов ОАО «ФСК ЕЭС» обеспечивается установкой двух комплектов защит: основной и резервной. В качестве основной защиты воздушных линий электропередачи (ВЛ) в отечественной практике релейной защиты традиционно используется дифференциально-фазная высокочастотная защита (ДФЗ). Значительный вклад в разработку принципов работы и усовершенствование алгоритмов работы ДФЗ внесли советские и российские ученые: Е.Д. Сапир, Э.И. Басе, Я.С. Гельфанд, Н.И. Овчаренко, Г.И. Атабеков, А.И. Левиуш, Н.А. Дони. Попытки создания ДФЗ были предприняты за рубежом, в частности, в 1944 - 1945 гг. устройства ДФЗ выпускались американскими фирмами Вестингауз и Дженерал Электрик. Кроме этого, в это же время велись разработки образцов ДФЗ в Швеции и Франции. Однако зарубежные исполнения ДФЗ имели существенные недостатки по сравнению с отечественным, проявлявшиеся прежде всего при сложных видах повреждений на ВЛ, что привело к практически полному отказу от применения подобных защит за рубежом.

Г.И. Атабековым были выявлены недостатки работы ДФЗ, связанные возможностью отказов срабатывания защиты по принципу ее действия при однофазном коротком замыкании (КЗ) с обрывом фазы. Исследования работы ДФЗ при сложных видах повреждений были продолжены в работах А.Б. Чернина. В частности, им была показана возможность отказа защиты при определенных параметрах сети. В работах А.И. Левиуша и Н.А. Дони указано на смещение и увеличение зоны блокировки ДФЗ, связанные с использованием высокочастотного канала связи для передачи информации.

С учетом сказанного выше задачи совершенствования алгоритмов функционирования ДФЗ актуальны и связаны прежде всего с обеспечением селективности защиты при сочетании неполнофазного режима и внутреннего КЗ; обеспечением динамической устойчивости функционирования защиты в переходных режимах; повышением быстродействия защиты; исключением влияния элементов высокочастотного тракта и высокочастотных помех на работу защиты; обеспечением возможности совместной работы различных исполнений ДФЗ на концам защищаемой линии. Проведенный анализ известных исполнений ДФЗ привел также к выводу о целесообразности реорганизации функционально-логической схемы ДФЗ и совершенствования существующих алгоритмов работы основных функциональных узлов ДФЗ.

Устойчивость работы ЭЭС при нарушениях нормального режима работы, связанных с КЗ, во многом зависит не только от эффективности функционирования основной защиты, но и автоматики ЛЭП. Актуальность такого взаимодействия возрастает на сильно загруженных магистральных ЛЭП, на которых отключение при КЗ вызывает скачкообразные нарушения баланса мощностей, что может привести к развитию аварии. Применение эффективных устройств автоматического повторного включения (АПВ) ЛЭП совместно с быстродействующей основной защитой позволяет избежать развития аварии. На ЛЭП с двусторонним питанием, как правило, необходимо применение АПВ с контролем синхронизма. В настоящее время в отечественной практике получили применение МП УРЗА, в составе которых имеется функция АПВ с ожиданием синхронизма (АПВОС), обеспечивающая возможность включения линии при частоте скольжения до 0,4 Гц. Функция АПВ с улавливанием синхронизма (АПВУС) встречается в некоторых МП терминалах зарубежных производителей и возможность ее применения ограничена частотой скольжения в пределах 0,2 - 1 Гц. В отечественной практике имеются решения, заключающиеся в использовании для целей АПВУС синхронизатора с постоянным временем опережения. Однако известные синхронизаторы подобного типа обеспечивают возможность включения выключателя при частоте скольжения до 1 Гц и максимальном угле опережения до 120 град, что приемлемо для целей синхронизации генераторов, но недостаточно для целей АПВУС ЛЭП. Поэтому совершенствование алгоритма функционирования АПВ с контролем синхронизма для ЛЭП с двусторонним питанием также является актуальной задачей.

Цели работы:

  1. Совершенствование алгоритмов функционирования и разработка МП дифференциально-фазной высокочастотной защиты линий 110-220 кВ.

  2. Совершенствование алгоритма функционирования АПВ с контролем синхронизма линий 110-220 кВ с двусторонним питанием.

Основные задачи исследования. Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие задачи:

  1. Сравнительный анализ известных исполнений ДФЗ.

  2. Разработка функционально-логической схемы и общего алгоритма функционирования микропроцессорной ДФЗ.

  1. Совершенствование алгоритмов функционирования основных функциональных органов ДФЗ для повышения быстродействия и устойчивости функционирования защиты.

  2. Разработка и исследование методов обеспечения устойчивого срабатывания ДФЗ при наложении неполнофазного режима и внутреннего однофазного КЗ.

  3. Исследование и разработка алгоритма функционирования АПВ с контролем синхронизма для линий 110-220 кВ с двусторонним питанием.

  4. Разработка, исследование и внедрение микропроцессорных исполнений ДФЗ и АПВ с контролем синхронизма для линий 110-220 кВ.

Основные методы научных исследований. Для решения поставленных задач использовались: теория электрических цепей, теория электромагнитных переходных процессов в ЭЭС, современные методы математического моделирования электрических цепей, аналитические и численные методы с использованием ЭВМ, экспериментальные исследования на МП устройствах УРЗА.

Научная новизна и значимость полученных результатов, по мнению автора, заключается в следующем:

  1. Разработан принцип действия и функционально-логическая структура блока, обеспечивающего селективность и устойчивость функционирования ДФЗ при обрыве фазы с КЗ на землю.

  2. Разработан алгоритм функционирования органа манипуляции ДФЗ, обеспечивающий повышение динамической устойчивости функционирования защиты.

  3. Предложен метод отстройки органа сравнения фаз ДФЗ от помех в высокочастотном канале связи, основанный на выделении за период импульсов заданной длительности и обеспечивающий повышение быстродействия защиты.

  4. Разработан алгоритм коррекции фазной характеристики ДФЗ, обеспечивающий компенсацию погрешностей, вносимых элементами высокочастотного тракта.

  5. Разработан новый алгоритм улавливания синхронизма для АПВ линий с двусторонним питанием, учитывающий угловую погрешность, вносимую периодом измерения угла между синхронизируемыми напряжениями.

Достоверность результатов и обоснованность основных научных положений, полученных в диссертационной работе, подтверждается исследованиями и экспериментами, выполненными как на физических и математических моделях, так и в условиях действующих электроэнергетических объектов.

Обоснование соответствия диссертации паспорту научной специальности 05.14.02 - «Электростанции и электроэнергетические системы».

Соответствие диссертации формуле специальности: в соответствии с формулой специальности 05.14.02 -«Электростанции и электроэнергети-ческие системы» (технические науки), объединяющей исследования по связям и закономерностям при планировании развития, проектировании и эксплуатации электрических станций, электроэнергетических систем, электрических сетей и систем электроснабжения, в диссертационном исследовании разработаны функционально-логическая схема и алгоритмы функционирования, обеспечивающие повышение технического совершенства быстродействующей дифференциально-фазной защиты линий электропередачи, и усовершенствованный алгоритм функции автоматического повторного включения ЛЭП с контролем синхронизма, обладающий более широкой областью применения по сравнению с известными алгоритмами.

Соответствие диссертации области исследования специальности:
отраженные в диссертации научные положения соответствуют области
исследования специальности 05.14.02-«Электростанции и

электроэнергетические системы» (технические науки): по развитию и совершенствованию теоретической и технической базы электроэнергетики с целью обеспечения экономичного и надежного производства электроэнергии, ее транспортировки и снабжения потребителей электроэнергией в необходимом для потребителей количестве и требуемого качества, а именно:

- п. 6 «Разработка методов математического и физического моделирования в электроэнергетике» паспорта специальности 05.14.02 -«Электростанции и электроэнергетические системы» (технические науки) соответствуют разработанные автором с использованием современных средств моделирования модели электроэнергетических систем для исследования работы алгоритмов функционирования дифференциально-фазной высокочастотной защиты в установившихся и переходных аварийных режимах; математическая модель для исследования функции АПВ с улавливанием синхронизма, а также результаты исследований, выполненных с применением разработанных моделей;

- п. 9 «Разработка методов анализа и синтеза систем автоматического регулирования, противоаварийной автоматики и релейной защиты в электроэнергетике» соответствуют разработанные автором алгоритм функционирования органа манипуляции, способ отстройки органа сравнения фаз от помех в высокочастотном канале связи, метод коррекции фазной характеристики дифференциально-фазной защиты, дополнительный блок общей функционально-логической схемы, обеспечивающий селективность защиты при внутренних однофазных КЗ с обрывом поврежденной фазы на защищаемой линии, усовершенствованный алгоритм АПВ с улавливанием синхронизма.

Практическая ценность представляют следующие основные результаты работы:

  1. Результаты опытно-конструкторской работы и сертификации в ОАО «ФСК ЕЭС» терминала ДФЗ «Сириус-З-ДФЗ-01», переданного для промышленного внедрения.

  2. Результаты опытно-конструкторской работы и сертификации в ОАО «ФСК ЕЭС» терминала резервных защит и автоматики управления выключателем линий 110-220 кВ «Сириус-З-ЛВ-03», переданного для промышленного внедрения.

  3. Результаты исследования на математической модели электрической сети 110-220 кВ выполненной в системе MATLAB, статических и динамических режимов функционирования ДФЗ и АПВУС.

  4. Обоснование состава пусковых органов различных типов и схемы их логического взаимодействия в дифференциально-фазных защитах, обеспечивающих наибольшую чувствительность при внутреннем КЗ на линиях 110-220 кВ различной конфигурации.

Реализация результатов работы. Результаты выполненных исследований и разработок использованы автором при создании устройств микропроцессорных защит «Сириус-З-ДФЗ-01» и «Сириус-З-ЛВ-03». Данные терминалы выпускаются серийно на предприятии ЗАО «РАДИУС Автоматика» с 2008 г.

Основные положения, выносимые на защиту:

  1. Принцип действия и функционально-логическая структура блока, обеспечивающего селективность и устойчивость функционирования ДФЗ при однофазном КЗ с обрывом фазы.

  2. Способ компенсации частотной зависимости фазы тока посредством изменения числа выборок при цифровой фильтрации мгновенных значений первой гармоники косинусным фильтром.

  3. Алгоритм коррекции фазы тока, основанный на способе «зеркального» отображения сигнала.

  4. Способ отстройки ДФЗ от влияния высокочастотных помех в канале связи, основанный на выделении базовых периодов во входном сигнале органа сравнения фаз.

  5. Метод коррекции фазной характеристики ДФЗ, исключающий угловую погрешность, обусловленную влиянием элементов высокочастотного тракта.

  6. Алгоритм АПВУС для линий с двухсторонним питанием, учитывающий угловую погрешность, вносимую периодом измерения угла между синхронизируемыми напряжениями.

Личный вклад автора заключается в постановке цели и конкретных задач исследования, разработке алгоритма обработки мгновенных значений тока манипуляции с использованием косинусного фильтра, способа коррекции фазы тока, алгоритма отстройки ДФЗ от высокочастотных помех в канале связи, алгоритма коррекции фазной характеристики ДФЗ, функционально-логического блока, обеспечивающего селективную работу защиты при внутреннем однофазном КЗ с обрывом фазы, исследовании работы ДФЗ при сочетании неполнофазного режима и внутреннего КЗ на землю, разработке усовершенствованного алгоритма АПВУС.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались:

на «XVIII Научно-технической конференции «Релейная защита и автоматика энергосистем 2008», Москва, ВВЦ, 2008 г.;

на «XIX Научно-технической конференции «Релейная защита и автоматика энергосистем 2009», Москва ВВЦ, 2009 г.;

на научно-технической конференции в рамках выставки «Электрические сети России - 2009»;

на «XVI научно-технической конференции «Обмен опытом проектирования, наладки и эксплуатации устройств РЗА и ПА в энергосистемах Урала», Екатеринбург, 2010 г.

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликованы 13 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 41 наименования и 4 приложений. Основной текст включает 160 стр.


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