Синтез математической модели дифференциальной защиты на примере устройства АО "РАДИУС Автоматика"
|
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ОБЗОР МИКРОПРОЦЕССОРНОГО ТЕРМИНАЛА «СИРИУС-Т» 8
1.1 Эксплуатационные возможности устройства 9
1.2 Основная функция устройства 10
1.3 Дополнительные функции устройства 18
2 МЕТОДИКА РАСЧЕТА УСТАВОК ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ
ТРАНСФОРМАТОРА «СИРИУС-Т» 22
2.1 Расчет общих уставок 22
2.2 Расчет уставок чувствительной ступени дифференциальной защиты
трансформатора (ДЗТ-2) 24
2.3 Расчет уставок дифференциальной токовой отсечки (ДЗТ-1) 29
3 ОБЗОР АЛГОРИТМОВ РАБОТЫ ЦИФРОВЫХ ФИЛЬТРОВ
МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ 30
3.1 Общие принципы 30
3.2 Метод наименьших квадратов 32
3.3 Формирование ортогональных составляющих 36
3.4 Дискретное преобразование Фурье 37
4 РЕАЛИЗАЦИЯ МОДЕЛИ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ В СРЕДЕ
MATLAB 40
4.1 Определение времени срабатывания реального устройства 40
4.2 Реализация основного блока защиты 51
4.3 Реализация измерительного блока защиты 56
4.4 Определение наиболее оптимальной модели 66
5 СЕТЕВОЙ ГРАФИК РАЗРАБОТКИ МОДЕЛИ МИКРОПРОЦЕССОРНОГО
УСТРОЙСТВА «СИРИУС-Т» 71
5.1 Цели и задачи составления сетевого графика 71
5.2 Система сетевого планирования и управления. Сетевой график и его
элементы 73
5.3 Расчет сетевого графика четырехсекторным способом 79
5.4 Привязка сетевого графика к календарю 83
6 ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ
МИКРОПРОЦЕССОРНОГО ТЕРМИНАЛА «СИРИУС-Т» 87
7 РАСЧЕТ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ ПОДСТАНЦИИ 88
7.1 Общие сведения 88
7.2 Решение 89
7.3 Вывод по расчету 95
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 96
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 98
1 ОБЗОР МИКРОПРОЦЕССОРНОГО ТЕРМИНАЛА «СИРИУС-Т» 8
1.1 Эксплуатационные возможности устройства 9
1.2 Основная функция устройства 10
1.3 Дополнительные функции устройства 18
2 МЕТОДИКА РАСЧЕТА УСТАВОК ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ
ТРАНСФОРМАТОРА «СИРИУС-Т» 22
2.1 Расчет общих уставок 22
2.2 Расчет уставок чувствительной ступени дифференциальной защиты
трансформатора (ДЗТ-2) 24
2.3 Расчет уставок дифференциальной токовой отсечки (ДЗТ-1) 29
3 ОБЗОР АЛГОРИТМОВ РАБОТЫ ЦИФРОВЫХ ФИЛЬТРОВ
МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ 30
3.1 Общие принципы 30
3.2 Метод наименьших квадратов 32
3.3 Формирование ортогональных составляющих 36
3.4 Дискретное преобразование Фурье 37
4 РЕАЛИЗАЦИЯ МОДЕЛИ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ В СРЕДЕ
MATLAB 40
4.1 Определение времени срабатывания реального устройства 40
4.2 Реализация основного блока защиты 51
4.3 Реализация измерительного блока защиты 56
4.4 Определение наиболее оптимальной модели 66
5 СЕТЕВОЙ ГРАФИК РАЗРАБОТКИ МОДЕЛИ МИКРОПРОЦЕССОРНОГО
УСТРОЙСТВА «СИРИУС-Т» 71
5.1 Цели и задачи составления сетевого графика 71
5.2 Система сетевого планирования и управления. Сетевой график и его
элементы 73
5.3 Расчет сетевого графика четырехсекторным способом 79
5.4 Привязка сетевого графика к календарю 83
6 ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ
МИКРОПРОЦЕССОРНОГО ТЕРМИНАЛА «СИРИУС-Т» 87
7 РАСЧЕТ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ ПОДСТАНЦИИ 88
7.1 Общие сведения 88
7.2 Решение 89
7.3 Вывод по расчету 95
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 96
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 98
По мере развития науки и техники на замену старым устройствам релейной защиты и автоматики, работающих на электромеханической и микроэлектронной базе, приходят микропроцессорные терминалы, обладающие рядом преимуществ. Главным из них является многофункциональность: цифровые устройства релейной защиты, помимо своих основных функций, осуществляют замер и отображение электрических величин, запись и хранение протоколов событий, осциллограмм аварийных режимов и т.д. Важным преимуществом микропроцессорных устройств является возможность удаленного управления ими, с использованием персонального компьютера, что очень важно на текущем этапе цифровизации электроэнергетических систем. Кроме того, микропроцессорные терминалы обладают значительной компактностью, что упрощает их транспортировку и эксплуатацию.
Микропроцессорные терминалы выполняют свои функции посредством численных расчетов и анализа дискретных цифровых сигналов. В данной работе предлагается более подробно разобраться с принципами функционирования цифровых устройств релейной защиты на базе терминала дифференциальной защиты трансформатора «Сириус-Т» производства АО «РАДИУС Автоматика», включающие в себя как программные, так и математические детали.
Для цифровых устройств релейной защиты важной задачей является дискретизация и обработка периодического сигнала тока, подаваемого с измерительного трансформатора тока (ТТ). Как известно, гармонический сигнал тока может быть представлен вращающимся в комплексной плоскости вектором, имеющим модуль и угол сдвига (начальную фазу) относительно базисного вектора, за который чаще всего принимается вектор напряжения. Главной задачей измерительного органа многих микропроцессорных терминалов является определение модуля и начальной фазы вектора тока, характеризующего подаваемый на устройство сигнал. Именно этими величинами и оперирует микропроцессор.
Основным повреждением в энергосистеме является короткое замыкание, ток которого помимо основной гармоники промышленной частоты содержит экспоненциально затухающую апериодическую составляющую. Помимо этого, сигнал тока содержит в себе компоненты высших гармоник. Поэтому алгоритмы обработки контролируемого сигнала измерительного органа терминала должны чётко и точно выделять только полезную составляющую сигнала, являющуюся током промышленной частоты.
С развитием вычислительной техники появилась возможность виртуального моделирования устройств РЗиА, позволяющая проверить работоспособность терминала в условиях, приближенных к реальным. Целью настоящей работы является разработка и исследование работоспособности математической модели микропроцессорного устройства дифференциальной защиты трансформатора «Сириус-Т» производства АО «РАДИУС Автоматика» в среде MatLab. При этом предлагается уделить большое внимание именно алгоритмам цифровой обработки сигнала. В работе будет рассмотрено и смоделировано несколько математических моделей цифровых фильтров с последующим выбором наиболее приемлемой, а также сравнение с результатами, полученными на реальном устройстве.
Микропроцессорные терминалы выполняют свои функции посредством численных расчетов и анализа дискретных цифровых сигналов. В данной работе предлагается более подробно разобраться с принципами функционирования цифровых устройств релейной защиты на базе терминала дифференциальной защиты трансформатора «Сириус-Т» производства АО «РАДИУС Автоматика», включающие в себя как программные, так и математические детали.
Для цифровых устройств релейной защиты важной задачей является дискретизация и обработка периодического сигнала тока, подаваемого с измерительного трансформатора тока (ТТ). Как известно, гармонический сигнал тока может быть представлен вращающимся в комплексной плоскости вектором, имеющим модуль и угол сдвига (начальную фазу) относительно базисного вектора, за который чаще всего принимается вектор напряжения. Главной задачей измерительного органа многих микропроцессорных терминалов является определение модуля и начальной фазы вектора тока, характеризующего подаваемый на устройство сигнал. Именно этими величинами и оперирует микропроцессор.
Основным повреждением в энергосистеме является короткое замыкание, ток которого помимо основной гармоники промышленной частоты содержит экспоненциально затухающую апериодическую составляющую. Помимо этого, сигнал тока содержит в себе компоненты высших гармоник. Поэтому алгоритмы обработки контролируемого сигнала измерительного органа терминала должны чётко и точно выделять только полезную составляющую сигнала, являющуюся током промышленной частоты.
С развитием вычислительной техники появилась возможность виртуального моделирования устройств РЗиА, позволяющая проверить работоспособность терминала в условиях, приближенных к реальным. Целью настоящей работы является разработка и исследование работоспособности математической модели микропроцессорного устройства дифференциальной защиты трансформатора «Сириус-Т» производства АО «РАДИУС Автоматика» в среде MatLab. При этом предлагается уделить большое внимание именно алгоритмам цифровой обработки сигнала. В работе будет рассмотрено и смоделировано несколько математических моделей цифровых фильтров с последующим выбором наиболее приемлемой, а также сравнение с результатами, полученными на реальном устройстве.
Целью данной работы являлось ознакомление с принципами функционирования цифровых устройств релейной защиты на базе терминала дифференциальной защиты трансформатора «Сириус-Т» производства АО «РАДИУС Автоматика», разработка и исследование математической модели этого устройства.
В первой и второй главах данной работы были изучены основные функции и возможности устройства, рассмотрены принципы функционирования ступеней дифференциальной защиты и описана методика расчета уставок, рекомендованная фирмой-изготовителем.
В третей главе был проведен обзор математических алгоритмов наиболее часто применяемых способов цифровой фильтрации сигнала в современных микропроцессорных терминалах релейной защиты - метод наименьших квадратов, формирование ортогональных составляющих, дискретное преобразование Фурье.
В четвертой главе на основе сведений об изученных алгоритмах цифровой фильтрации, общих алгоритмах устройства, принципах формирования тормозного и дифференциального токов было разработано несколько математических моделей устройства, различающихся принципами цифровой фильтрации. Далее, с помощью результатов, полученных на реальном устройстве, была выбрана наиболее приемлемая модель.
Таким образом, на основе проведенных исследований определено, что наиболее оптимальной моделью устройства дифференциальной защиты трансформатора «Сириус-Т» является программа, рассчитывающая модули и начальные фазы векторных изображений сигнала по методу формирования ортогональных составляющих.
Однако, поскольку при разработке и сравнении модели с реальным устройство не было учтено множество факторов, исследование, проведенное в рамках данной работы, было определено как первичное и основополагающее. В связи с этим разработанные модели требуют дальнейшей доработки, что будет осуществлено в рамках магистерской работы.
В пятой главе была разработана сетевая модель реализации математического прототипа микропроцессорного устройства «Сириус-Т», построен и рассчитан сетевой график. По результатам расчета сетевого графика был определен критический путь. Это позволило определить сроки разработки и реализации модели терминала.
В шестой главе были описаны основные требования по технике безопасности, предъявляемые к персоналу при эксплуатации микропроцессорного терминала «Сириус-Т».
В седьмой главе был выполнен расчет защитного заземления подстанции 110/10 кВ в двухслойном грунте методом наведенных потенциалов по допустимому сопротивлению заземляющего устройства.
В первой и второй главах данной работы были изучены основные функции и возможности устройства, рассмотрены принципы функционирования ступеней дифференциальной защиты и описана методика расчета уставок, рекомендованная фирмой-изготовителем.
В третей главе был проведен обзор математических алгоритмов наиболее часто применяемых способов цифровой фильтрации сигнала в современных микропроцессорных терминалах релейной защиты - метод наименьших квадратов, формирование ортогональных составляющих, дискретное преобразование Фурье.
В четвертой главе на основе сведений об изученных алгоритмах цифровой фильтрации, общих алгоритмах устройства, принципах формирования тормозного и дифференциального токов было разработано несколько математических моделей устройства, различающихся принципами цифровой фильтрации. Далее, с помощью результатов, полученных на реальном устройстве, была выбрана наиболее приемлемая модель.
Таким образом, на основе проведенных исследований определено, что наиболее оптимальной моделью устройства дифференциальной защиты трансформатора «Сириус-Т» является программа, рассчитывающая модули и начальные фазы векторных изображений сигнала по методу формирования ортогональных составляющих.
Однако, поскольку при разработке и сравнении модели с реальным устройство не было учтено множество факторов, исследование, проведенное в рамках данной работы, было определено как первичное и основополагающее. В связи с этим разработанные модели требуют дальнейшей доработки, что будет осуществлено в рамках магистерской работы.
В пятой главе была разработана сетевая модель реализации математического прототипа микропроцессорного устройства «Сириус-Т», построен и рассчитан сетевой график. По результатам расчета сетевого графика был определен критический путь. Это позволило определить сроки разработки и реализации модели терминала.
В шестой главе были описаны основные требования по технике безопасности, предъявляемые к персоналу при эксплуатации микропроцессорного терминала «Сириус-Т».
В седьмой главе был выполнен расчет защитного заземления подстанции 110/10 кВ в двухслойном грунте методом наведенных потенциалов по допустимому сопротивлению заземляющего устройства.