Помощь студентам в учебе
Разработка средств проверки микропроцессорных устройств дистанционной и токовой автоматики ликвидации асинхронного режима
|
ВВЕДЕНИЕ 5
АСИНХРОННЫЙ ХОД В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ 8
1.1 Понятие, причины возникновения, последствия асинхронного режима 8
1.2 Способы ликвидации асинхронного режима 13
ПРИНЦИПЫ ДЕЙСТВИЯ АЛАР 17
2.1 Токовая АЛАР 21
2.2 Дистанционная АЛАР 27
2.3 Угловая АЛАР 38
2.4 АЛАР-Ц 42
ПРОВЕДЕНИЕ ПУСКО-НАЛАДОЧНЫХ РАБОТ СРЕДСТВ АЛАР 44
3.1 Техническое обслуживание устройств РЗА 44
3.2 Существующие методы и средства для тестирования АЛАР 46
3.3 Модель энергосистемы для расчета переходных процессов в режиме АХ 49
3.4 Разработанный метод проверки токовой АЛАР 50
3.5 Разработанный метод проверки дистанционной АЛАР 54
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА РАЗРАБОТАННОГО ПО 63
4.1 Программа испытаний АЛАР 66
4.2 Анализ результатов проверки токовой АЛАР 80
4.3 Анализ результатов проверки дистанционной АЛАР 86
РАСЧЕТ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ ДЛЯ ОРУ НАЗАРОВСКОЙ ГРЭС 95
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РАЗРАБОТКИ ПО 103
6.1 Расчет математического ожидания ущерба от ненадежности устройства АЛАР 103
6.2 Определение рыночной стоимости разработанной программы 106
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 111
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
АСИНХРОННЫЙ ХОД В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ 8
1.1 Понятие, причины возникновения, последствия асинхронного режима 8
1.2 Способы ликвидации асинхронного режима 13
ПРИНЦИПЫ ДЕЙСТВИЯ АЛАР 17
2.1 Токовая АЛАР 21
2.2 Дистанционная АЛАР 27
2.3 Угловая АЛАР 38
2.4 АЛАР-Ц 42
ПРОВЕДЕНИЕ ПУСКО-НАЛАДОЧНЫХ РАБОТ СРЕДСТВ АЛАР 44
3.1 Техническое обслуживание устройств РЗА 44
3.2 Существующие методы и средства для тестирования АЛАР 46
3.3 Модель энергосистемы для расчета переходных процессов в режиме АХ 49
3.4 Разработанный метод проверки токовой АЛАР 50
3.5 Разработанный метод проверки дистанционной АЛАР 54
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА РАЗРАБОТАННОГО ПО 63
4.1 Программа испытаний АЛАР 66
4.2 Анализ результатов проверки токовой АЛАР 80
4.3 Анализ результатов проверки дистанционной АЛАР 86
РАСЧЕТ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ ДЛЯ ОРУ НАЗАРОВСКОЙ ГРЭС 95
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РАЗРАБОТКИ ПО 103
6.1 Расчет математического ожидания ущерба от ненадежности устройства АЛАР 103
6.2 Определение рыночной стоимости разработанной программы 106
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 111
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Устойчивость параллельной работы в нормальных и аварийных режимах функционирования электроэнергетической системы (ЭЭС) поддерживается за счет естественных
синхронизирующих сил и возможностей противоаварийной автоматики (ПА). Для немедленного управляющего воздействия при нарушении устойчивости существует автоматика
предотвращения нарушения устойчивости (АПНУ). Однако в ряде случаев работа АПНУ
является нецелесообразной или невозможной, тогда применяют устройства автоматики
ликвидации асинхронного режима (АЛАР), действующие непосредственно на разрыв связей, устойчивость которых была нарушена.
Таким образом, АЛАР является частью ПА и предназначена для устранения опасных явлений, возникающих при нарушении устойчивости параллельной работы агрегатов
электростанций, целых электростанций и частей объединенных энергосистем [1]. В функции АЛАР входит выявление ускоряющейся и тормозящейся частей энергосистемы, выявление местоположения электрического центра качаний (ЭЦК), однако основной функцией является определение факта перехода энергосистемы в асинхронный режим (АР) и
ликвидация этого режима.
АР в энергосистеме является одним из самых тяжелых аварийных режимов. Он
связан с нарушением устойчивости параллельной работы электростанций и отдельных генераторов, что создает опасность повреждения элементов энергосистемы, нарушения
электроснабжения потребителей и сопряжено с большим экономическим ущербом. Поэтому весьма важным является своевременное, селективное и надежное выявление АР в
энергосистеме устройствами АЛАР с целью его быстрейшей ликвидации и восстановления нормального режима.
По мере развития электрических сетей и перехода к предельным по условию
устойчивости режимам работы электропередачи возрастает опасность АР и его последствий для энергосистем, что, в свою очередь, требует разработки более совершенных
устройств АЛАР. В настоящее время каждая проектная организация занимается разработкой собственного алгоритма работы АЛАР, что, несомненно, повышает надежность функционирования энергосистемы. Однако отсутствие доступных методических материалов
для осуществления наладки АЛАР затрудняет выполнение эксплуатационных работ и ставит под вопрос соответствие функционирования автоматики желаемым требованиям.6
Несоответствие существующих программно-технических средств проверки АЛАР
отдельным требованиям Стандартов [4, 14], актуализирует рассматриваемую тему и делает ее обсуждаемой в различных отечественных и зарубежных журналах, где, в том числе,
рассматривается работа АЛАР совместно с системой векторных измерений (СВИ) [5]. Так,
существующая тенденция к цифровизации энергетики неизбежно касается области релейной защиты и автоматики (РЗА) и здесь необходимо говорить не только о применении новых устройств, но и, разумеется, об автоматизации пуско-наладочных и эксплуатационных работ.
Итак, целью работы является разработка методов и средств проверки токовой и дистанционной АЛАР. Блок-схема задач, необходимых для достижения цели, представлена
на рис.1. В качестве объекта исследования рассматриваются современные методы и средства выявления и ликвидации АР в ЭЭС. Предметом исследования являются средства моделирования АР, применяемые для проверки устройств АЛАР.
синхронизирующих сил и возможностей противоаварийной автоматики (ПА). Для немедленного управляющего воздействия при нарушении устойчивости существует автоматика
предотвращения нарушения устойчивости (АПНУ). Однако в ряде случаев работа АПНУ
является нецелесообразной или невозможной, тогда применяют устройства автоматики
ликвидации асинхронного режима (АЛАР), действующие непосредственно на разрыв связей, устойчивость которых была нарушена.
Таким образом, АЛАР является частью ПА и предназначена для устранения опасных явлений, возникающих при нарушении устойчивости параллельной работы агрегатов
электростанций, целых электростанций и частей объединенных энергосистем [1]. В функции АЛАР входит выявление ускоряющейся и тормозящейся частей энергосистемы, выявление местоположения электрического центра качаний (ЭЦК), однако основной функцией является определение факта перехода энергосистемы в асинхронный режим (АР) и
ликвидация этого режима.
АР в энергосистеме является одним из самых тяжелых аварийных режимов. Он
связан с нарушением устойчивости параллельной работы электростанций и отдельных генераторов, что создает опасность повреждения элементов энергосистемы, нарушения
электроснабжения потребителей и сопряжено с большим экономическим ущербом. Поэтому весьма важным является своевременное, селективное и надежное выявление АР в
энергосистеме устройствами АЛАР с целью его быстрейшей ликвидации и восстановления нормального режима.
По мере развития электрических сетей и перехода к предельным по условию
устойчивости режимам работы электропередачи возрастает опасность АР и его последствий для энергосистем, что, в свою очередь, требует разработки более совершенных
устройств АЛАР. В настоящее время каждая проектная организация занимается разработкой собственного алгоритма работы АЛАР, что, несомненно, повышает надежность функционирования энергосистемы. Однако отсутствие доступных методических материалов
для осуществления наладки АЛАР затрудняет выполнение эксплуатационных работ и ставит под вопрос соответствие функционирования автоматики желаемым требованиям.6
Несоответствие существующих программно-технических средств проверки АЛАР
отдельным требованиям Стандартов [4, 14], актуализирует рассматриваемую тему и делает ее обсуждаемой в различных отечественных и зарубежных журналах, где, в том числе,
рассматривается работа АЛАР совместно с системой векторных измерений (СВИ) [5]. Так,
существующая тенденция к цифровизации энергетики неизбежно касается области релейной защиты и автоматики (РЗА) и здесь необходимо говорить не только о применении новых устройств, но и, разумеется, об автоматизации пуско-наладочных и эксплуатационных работ.
Итак, целью работы является разработка методов и средств проверки токовой и дистанционной АЛАР. Блок-схема задач, необходимых для достижения цели, представлена
на рис.1. В качестве объекта исследования рассматриваются современные методы и средства выявления и ликвидации АР в ЭЭС. Предметом исследования являются средства моделирования АР, применяемые для проверки устройств АЛАР.
Данная работа посвящена изучению процесса асинхронного режима и средств его
ликвидации.
Первый представленный в работе аспект касается поведения электроэнергетической системы: того, как система «живет» в режиме асинхронного хода и сопутствующих
ему режимах, как она реагирует на различные управляющие воздействия и каким образом
эти воздействия могут быть осуществлены. Данный раздел тесно связан с изучением вопросов устойчивости энергосистем.
Следующий этап – изучение алгоритмов работы, логических схем, параметров автоматики ликвидации асинхронного режима различных принципов действия и производителей, а также возможностей осуществления наладки этих устройств. Представленный обзор существующих средств для проведения пуско-наладочных работ устройств автоматики ликвидации асинхронного режима, демонстрируя отсутствие простых и понятных
средств, подтверждает актуальность работы.
Основная часть презентует альтернативные методы и средства формирования
мгновенных значений токов и напряжений, необходимых для проверки устройств противоаварийной автоматики, основанных на дистанционном и токовом принципе действия, в
условиях асинхронного хода.
Для проверки устройств, регистрирующих сопротивление защищаемого участка,
рассматривается способ формирования мгновенных значений токов и напряжений, образующих при их обработке дистанционным органом круговой годограф вектора сопротивления с заданными характеристиками на комплексной плоскости: положением центра, радиусом и направлением вращения. Это позволяет существенно упростить процесс комплексной проверки алгоритмов устройств противоаварийной автоматики на дистанционном принципе действия в режиме асинхронного хода. Отличительной особенностью методики является возможность изменять амплитуды значений токов и напряжений в переходном процессе при неизменных параметрах годографа.
Для проверки устройств, основанных на измерении тока, протекающего по защищаемому участку, рассматривается метод, позволяющий cформировать мгновенные значения тока на основе информации о заданных параметрах срабатывания устройства. Применение методики на практике не требует изучения особенностей применяемой матема112
тической модели энергосистемы, а также исключает необходимость подбора параметров,
не влияющих непосредственно на конечные параметры формируемого режима. Указанное
делает методику простой и понятной для эксплуатирующего персонала. Файлы, содержащие информацию о мгновенных значениях сформированных электрических сигналов,
хранятся в международном формате регистрации осциллограмм переходных режимов
COMTRADE, что сводит к минимуму требования, предъявляемые к устройствам воспроизведения сигналов тока и напряжения, непосредственно подаваемых на входы испытуемого устройства.
Алгоритмы, позволяющие проводить проверку средств релейной защиты и автоматики в асинхронном режиме, реализованы в программной среде MatLab. Реализованная
программа позволяет не только получить файлы в формате COMTRADE, но и визуализировать сформированные сигналы, что позволяет уже на подготовительном этапе проверки
оценить ожидаемые управляющие воздействия испытуемого устройства.
На настоящий момент предложенные средства уже успешно применяются компанией АО «ИАЭС» и другими организациями Сибири при наладке автоматики ликвидации
асинхронного режима терминалов серии КПА-М.
Каждый шаг исследования сопровожден изучением документации: технического
обслуживания автоматики ликвидации асинхронного режима, норм и требований, предъявляемых к этим устройствам, в том числе аттестационных. На основании последнего документа, а также руководства по эксплуатации комплекса противоаварийной автоматики
многофункционального КПА-М, составлен план проверки автоматики ликвидации асинхронного режима с целью верификации разработанных программ. Экспериментальная
часть содержит анализ результатов опытов, подтверждающих корректность программ.
Следующий раздел работы содержит расчет заземления открытого распределительного устройства Назаровской ГРЭС, на которой установлены и успешно проверяются
разработанной программой устройства автоматики ликвидации асинхронного режима
производства АО «ИАЭС». Действующий ток однофазного короткого замыкания, необходимый для осуществления промежуточных расчётов, найден путем моделирования переходных процессов по сформированной в Simulink MatLab схеме Назаровской ГРЭС.
На заключительном этапе рассчитан экономический эффект от использования программного обеспечения при наладке микропроцессорного устройства автоматики ликвидации асинхронного режима, установленного для блока генератор-трансформатор Назаровской ГРЭС, оценена ожидаемая стоимость программного продукта на рынке. Расчеты
выполнены на основе указаний по расчету надежности средств релейной защиты и автоматики, технико-экономическому обоснованию электросетевых объектов и указаний к
расчету затрат на разработку программного продукта.
ликвидации.
Первый представленный в работе аспект касается поведения электроэнергетической системы: того, как система «живет» в режиме асинхронного хода и сопутствующих
ему режимах, как она реагирует на различные управляющие воздействия и каким образом
эти воздействия могут быть осуществлены. Данный раздел тесно связан с изучением вопросов устойчивости энергосистем.
Следующий этап – изучение алгоритмов работы, логических схем, параметров автоматики ликвидации асинхронного режима различных принципов действия и производителей, а также возможностей осуществления наладки этих устройств. Представленный обзор существующих средств для проведения пуско-наладочных работ устройств автоматики ликвидации асинхронного режима, демонстрируя отсутствие простых и понятных
средств, подтверждает актуальность работы.
Основная часть презентует альтернативные методы и средства формирования
мгновенных значений токов и напряжений, необходимых для проверки устройств противоаварийной автоматики, основанных на дистанционном и токовом принципе действия, в
условиях асинхронного хода.
Для проверки устройств, регистрирующих сопротивление защищаемого участка,
рассматривается способ формирования мгновенных значений токов и напряжений, образующих при их обработке дистанционным органом круговой годограф вектора сопротивления с заданными характеристиками на комплексной плоскости: положением центра, радиусом и направлением вращения. Это позволяет существенно упростить процесс комплексной проверки алгоритмов устройств противоаварийной автоматики на дистанционном принципе действия в режиме асинхронного хода. Отличительной особенностью методики является возможность изменять амплитуды значений токов и напряжений в переходном процессе при неизменных параметрах годографа.
Для проверки устройств, основанных на измерении тока, протекающего по защищаемому участку, рассматривается метод, позволяющий cформировать мгновенные значения тока на основе информации о заданных параметрах срабатывания устройства. Применение методики на практике не требует изучения особенностей применяемой матема112
тической модели энергосистемы, а также исключает необходимость подбора параметров,
не влияющих непосредственно на конечные параметры формируемого режима. Указанное
делает методику простой и понятной для эксплуатирующего персонала. Файлы, содержащие информацию о мгновенных значениях сформированных электрических сигналов,
хранятся в международном формате регистрации осциллограмм переходных режимов
COMTRADE, что сводит к минимуму требования, предъявляемые к устройствам воспроизведения сигналов тока и напряжения, непосредственно подаваемых на входы испытуемого устройства.
Алгоритмы, позволяющие проводить проверку средств релейной защиты и автоматики в асинхронном режиме, реализованы в программной среде MatLab. Реализованная
программа позволяет не только получить файлы в формате COMTRADE, но и визуализировать сформированные сигналы, что позволяет уже на подготовительном этапе проверки
оценить ожидаемые управляющие воздействия испытуемого устройства.
На настоящий момент предложенные средства уже успешно применяются компанией АО «ИАЭС» и другими организациями Сибири при наладке автоматики ликвидации
асинхронного режима терминалов серии КПА-М.
Каждый шаг исследования сопровожден изучением документации: технического
обслуживания автоматики ликвидации асинхронного режима, норм и требований, предъявляемых к этим устройствам, в том числе аттестационных. На основании последнего документа, а также руководства по эксплуатации комплекса противоаварийной автоматики
многофункционального КПА-М, составлен план проверки автоматики ликвидации асинхронного режима с целью верификации разработанных программ. Экспериментальная
часть содержит анализ результатов опытов, подтверждающих корректность программ.
Следующий раздел работы содержит расчет заземления открытого распределительного устройства Назаровской ГРЭС, на которой установлены и успешно проверяются
разработанной программой устройства автоматики ликвидации асинхронного режима
производства АО «ИАЭС». Действующий ток однофазного короткого замыкания, необходимый для осуществления промежуточных расчётов, найден путем моделирования переходных процессов по сформированной в Simulink MatLab схеме Назаровской ГРЭС.
На заключительном этапе рассчитан экономический эффект от использования программного обеспечения при наладке микропроцессорного устройства автоматики ликвидации асинхронного режима, установленного для блока генератор-трансформатор Назаровской ГРЭС, оценена ожидаемая стоимость программного продукта на рынке. Расчеты
выполнены на основе указаний по расчету надежности средств релейной защиты и автоматики, технико-экономическому обоснованию электросетевых объектов и указаний к
расчету затрат на разработку программного продукта.