РЗА-2010

Подождите немного. Документ загружается.

Релейная защита и автоматика энергосистем

250

1.4.4. Избыточную дискретизацию – плата управления обеспечивает синхронные отсчеты первич-

ных токов и напряжений по всем каналам трех фаз ЦТТН в количестве, многократно превышающем

256 отсчетов на период 50 Гц. Это дает в любой момент времени на шине данных пакет самых свежих

мгновенных значений первичных напряжений и токов, что позволяет одновременно решить проблему

синхронизации и обеспечить метрологию.

++!

##



V „1"

= %

#

 110 ;

;

++!

##

;

= %

#

 110 ;

;

++!

##



= %

#

 110 ;

;

++!

##



= %

#

 110 ;

;

++!

##

;

= %

#

 110 ;

;

++!

##



= %

#

 110 ;

;



=!%@

## ,;, 

E thernet 

!*Y

 %

!

E thernet 

!*Y

 %

!

 Z

>, "@

D, 

D

= !*.

%



=!%@

## ,;, 

E thernet 

!*Y

 %

!

E thernet 

!*Y

 %

!

 Z

>, "@

D, 

D

= !*.

%

=' «1» % "

3 D33@ (D33, D3@)    % & 

+  n  "   "! !"

?

!@

?

!@

V „2"



;



=' «2» % "

Рис. 2. Пример организации цифровых потоков измерительной информации на интеллектуальной

подстанции. Два модуля (n модулей) в одном терминале обеспечивают полностью независимое

функционирование двух комплектов (n комплектов) комбинированных ЦТТН (или раздельных ЦТТ

и ЦТН), синхронизацию с каждым потребителем и формирование ему индивидуального потока данных

(до 320 мгновенных значений токов и напряжений в каждой из 3 фаз на период 50 Гц)

Москва, 1–4 июня 2010 г.

251

1.4.5. Оптимальную разрядность аналого-цифрового преобразователя – известно, что избыточная

разрядность АЦП лишь улучшает точность оцифровки шума. С другой стороны, недостаточная

разрядность АЦП не позволяет реализовать заданный класс точности. Оптимально использовать

16-разрядный АЦП.

1.4.6. Номинальный вторичный цифровой код – соответствующий номинальному первичному току

(напряжению) предлагается выбрать 16 000 бит для систем измерений и учета при 16-разрядном

АЦП, а для РЗА этот код соответствует предельной кратности тока КЗ. Это обеспечивает передачу

мгновенных значений переменного тока (напряжения) с запасом по шкале АЦП.

1.4.7. Сетевую безопасность – три ЦТТН на ОРУ и плата управления модуля терминала на щите

функционируют круглосуточно независимо ни от каких факторов, не связаны ни с какими сетями

передачи данных. Плата управления опрашивает три ЦТТН и выдает на шину данных модуля одно-

направленный поток цифровой измерительной информации для плат Ethernet.

1.4.8. Технологическую безопасность – отечественная инновационная и технологическая разработка,

выполняется по метрологическим стандартам, нормам ТВН и электромагнитной совместимости.

Иллюстрация полезности избыточной дискретизации приведена на рис. 3.



0.01

0.1

100

Z' >[% D, 

* D, %

Рис. 3. Зависимость небаланса дифференциальной защиты

от несинхронности цифровых отсчетов двух ЦТТ

На рис. 3 приведены результаты расчета небаланса дифференциальной защиты шин (трансформа-

тора) в условиях, когда ДЗШ делает запрос в своем темпе к двум комплектам ЦТТ и в ответ получает

самые свежие мгновенные значения первичных токов. Эти мгновенные значения первичных токов

отличаются по времени максимально на один интервал дискретизации и, вследствие этого, различа-

ются по величине. Среднеквадратичная ошибка (небаланс в %) показана на рис. 3.

Если интервал дискретизации 78.125 мкс. (256 отсчетов на период), то небаланс меньше 3%, а

фактически за счет избыточной дискретизации небаланс значительно меньше 1%.

2. ПРИМЕР РЕАЛИЗАЦИИ КОНЦЕПЦИИ

На рис. 4 дана фотография опытного образца цифрового трансформатора тока и напряжения 220 кВ,

а на рис. 5 его структура. При разработке опытного образца ЦТТН использовались изложенные в раз-

деле 1 принципы и концепция, а также отечественные [2-3] и международные [1, 4-7] стандарты.

Разработка базируется на проведенных ранее работах по разработке микропроцессорного датчика

тока с передачей информации по оптоволокну и его испытаниях [8]. ЦТТН имеет 8 цифровых инфор-

мационных каналов, с передачей цифровой информации по оптоволокну на терминал. В качестве

датчиков тока и напряжения в ЦТТН используются (рис. 5):

• Встроенный трансформатор тока класса 0.2s; 0.2s/2, освобожденный от высоковольтной изо-

ляции для коммерческого учета. Известно, что нет ни чего точнее ТТ для измерения переменного

тока. В метрологических службах субъектов федерации используются ТТ класса точности 0.01%.

Релейная защита и автоматика энергосистем

252

• Встроенный шунт, измеряющий ток КЗ

(весь спектр 3%, 1%) для РЗА.

• Резерв – магнитотранзисторный пояс,

измеряющий ток КЗ (весь спектр) для РЗА.

• Резерв – пояс Роговского.

• Встроенный делитель напряжения

220 кВ – измерение напряжения.

• Резерв – измерение напряжения или

частичных разрядов.

• Два канала контроля питания, режима

и температуры.

Протокол передачи выходных цифро-

вых данных определяется потребителем из

возможных: IEC 61850-9-2 в соответствии

с рекомендациями UCA International Users

Group [7], SPORT, SPI, RS-485, RS-232 и др.

Количество отсчетов мгновенных значений первичного тока и напряжения

на период промышленной частоты выбирается потребителем из трех рядов

(4,8,16,32,64,128,256), (5,10,20,40,80,160,320), (6,12,24,48,96,192), или по опе-

ративному запросу потребителя в диапазоне от 4 до 320 отсчетов.

Использована внешняя гибкая, вандалоустойчивая высоковольтная изоля-

ция и твердая, композитная внутренняя высоковольтная изоляция. Питание

(пост. 24 В) ЦТТН получает от терминала по медным жилам в оптоволокон-

ном кабеле. ЦТТН имеет вес до 85 кг.

Следует обратить внимание на синхронный последовательный протокол

(SPORT Analog Device, Texas Instrument), реализованный на физическом уров-

не во всех DSP микропроцессорах, присутствующих на рынке. Наряду с синхронным последователь-

ным интерфейсом (SPI) это стандарты де-факто в микропроцессорной технике. На осциллограмме

рис. 6. показана работа SPORT в ЦТТН при передаче информации по оптоволокну с высокого по-

Рис. 4. Опытный

образец ЦТТН 220 кВ

Рис. 5. Структура опытного

образца ЦТТН 220 кВ

Рис. 6. Осциллограмма одного 16-битного слова, переданного последовательным

синхронным протоколом менее чем за 2 микросекунды с порта DSP микропроцессора цифрового

трансформатора тока и напряжения по трем оптоволокнам на стандартный

порт DSP микропроцессора любого терминала РЗ и ПА, измерений, коммерческого

учета электроэнергии (или на один модуль измерительного терминала)

Москва, 1–4 июня 2010 г.

253

тенциала на землю (щит управления). Одно 16-битное слово данных 1001001100100000 передается за

менее чем 2 микросекунды, а может быть передано за 15 наносекунд простым изменением частоты

тактов. У передающего и приемного микропроцессоров эта операция занимает один такт, так как

работают портовые процессоры в режиме прямого доступа.

ВЫВОД

Изложенная концепция может быть рекомендована при разработке и эксплуатации цифровых

ТТ и ТН.

ЛИТЕРАТУРА

[1] ГОСТ Р МЭК 61850-3-2005, Сети и системы связи на подстанциях. Часть 3. Основные требова-

ния.

[2] ГОСТ 7746-2001. Трансформаторы тока. 2001.

[3] ГОСТ 1983-2001. Трансформаторы напряжения. 2001.

[4] INTERNATIONAL STANDARD IEC 60044-8 Instrument transformers – Part 8: Electronic current

transformers. First edition. 2002-07. Электронные трансформаторы тока, 2002.

[5] INTERNATIONAL STANDARD IEC 60044-7 – Part 7: Electronic voltage transformers. Premiere edi-

tion. First edition. 1999-12. Электронные трансформаторы напряжения, 2003.

[6] INTERNATIONAL STANDARD IEC 61850-9-2 Communication networks and systems in substations –

Part 9-2: Specific Communication Service Mapping (SCSM) – Sampled values over ISO/IEC 8802-3.

First edition. 2004-04.

[7] Implementation Guideline for Digital Interface to Instrument Transformers using IEC 61850-9-2, UCA

International Users Group 10604 Candler Falls Court Raleigh, NC 27614.

[8] В.Н. Гречухин. Анализ результатов испытаний цифрового трансформатора тока // Электро. № 3.

2001.

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ

Владимир Николаевич Гречухин – закончил в 1969 г. Ивановский Энергетический Институт. С 1969

по 1986 г. работал в Горьковском отделении ВГПИ и НИИ «Энергосетьпроект» от инженера до

главного специалиста. В 1978 г. защитил кандидатскую диссертацию в Новочеркасском Политех-

ническом Институте. С 1986 г. по настоящее время работает доцентом кафедры ТОЭ Ивановского

ГосударственногоЭнергетического Университета. В 2008 г. назначен директором Учебно-научного

центра «Высоковольтные измерительные преобразователи и трансформаторы» (УНЦ ВИПТ)

НИСа ИГЭУ. С 1991 г. – научный руководитель, а с 2003 г. – генеральный директор Научно-про-

изводственного центра «МИКРОН-2».

Релейная защита и автоматика энергосистем

254

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НОВЫХ ФУНКЦИЙ

ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА RASTRWIN ДЛЯ РАСЧЕТА

ТОКОВ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ И ШУНТОВ

НЕУЙМИН В.Г., АЛЕКСАНДРОВ А.С.

Филиал ОАО «НИИПТ» «Системы Управления Энергией»,

г. Екатеринбург

ВВЕДЕНИЕ

Программный комплекс RastrWin используется во всех РДУ и ОДУ России, а также во множестве

проектных и учебных организаций. Он позволяет рассчитывать установившиеся режимы, оптими-

зировать по активной и реактивной мощности, моделировать динамические переходные процессы,

обладает мощной графической системой.

В настоящее время ведется работа по расширению функций программного комплекса в части

расчета токов коротких замыканий (ТКЗ). Общая платформа позволяет использовать одни и те же

данные для разных расчетов. Например, данные по узлам и ветвям электрической сети применяются

в расчете режима, моделировании динамических процессов, оптимизации, эквивалентировании, а

также в расчете ТКЗ. Появляется возможность использования данных, рассчитанных в одном модуле,

в качестве исходных в другом.

АРХИТЕКТУРНЫЕ АСПЕКТЫ РЕАЛИЗАЦИИ

При разработке использовалась модульная структура построения программного обеспечения. Это

позволяет повторно использовать уже готовые модули за счет расширения их функций. Например,

алгоритм триангуляции матрицы применяется как для расчета ТКЗ, так и для задачи определения

потокораспределения на подстанциях в модуле коммутационных схем. Использование шаблонов

С++ позволяет создавать алгоритмы без привязки к данным, с которыми им приходится опериро-

вать. Модуль триангуляции работает как со встроенным типом данных “double”, так и со сложным

пользовательским типом из стандартной библиотеки шаблонов “complex<double>” без модификации

исходного кода. Получены хорошие результаты при исследовании возможности использования и

других пользовательских типов данных.

Использование трех уровневой архитектуры позволило отделить модель электрической сети от

расчетных алгоритмов, что достигается при помощи промежуточного уровня «Строитель», как это

представлено на рисунке 1.

Для расчета ТКЗ необходимо составить систему линейных алгебраических уравнений (СЛУ), опи-

сывающих выбранную несимметрию. Составлять ее можно опираясь на граф электрической сети и

дополнительную информацию. Это приводит к жесткой связи математической и расчетной моделей.

При использовании трехуровневой модели каждый модуль формирования работает непосредственно

со «Строителем» и не зависит от расчетной модели, что позволяет специализировать модуль «Мате-

матическая модель» и максимально унифицировать модули «Строитель» и «Расчетная модель».

Математическую модель составляют три модуля: «Электрическая сеть», «Электромагнитные связи»

и «Повреждения». В расчетной модели они соответственно отвечают за отдельные области матриц

и B:

A × x = B. (1)

Москва, 1–4 июня 2010 г.

255

Матрица A может включать в себя до трех частей, соответствующих электрической сети – Y

, маг-

нитным связям линий – M

и моделированию граничных условий рассматриваемых повреждений – F.

На рисунке 2 схематично показано их расположение.

Рис. 1. Передача исходных данных

Рис. 2. Расположение составляющих матрицы

Решение полученной СЛУ (1) производится методом триангуляции с выбором ведущей строки в

текущем исключаемом столбце, что повышает устойчивость решения и снимает проблему существо-

вания нулей на главной диагонали матрицы A.

Использование модульной архитектуры особенно полезно в так называемом пакетном режиме,

т. е. в режиме расчета нескольких повреждений при неизменной топологии электрической сети. При

переходе в пакетный режим топология фиксируется и модули «Электрическая сеть» и «Магнитные

связи» не вызываются, что существенно снижает затраты на формирование расчетной модели. Сама

расчетная модель адаптирована к изменению лишь небольшой ее части, сосредоточенной в области

граничных условий – F. В результате скорость выполнения одного расчета возрастает в десять раз.

РЕАЛИЗАЦИЯ В ПРОГРАММНОМ КОМПЛЕКСЕ RASTRWIN

В программном комплексе RastrWin данные алгоритмы реализованы в его расчетном ядре и до-

ступны лишь при наличии лицензии. Для расчета задаются следующие исходные данные:

Релейная защита и автоматика энергосистем

256

• сопротивления электрической сети в симметричной системе координат (реализован учет ком-

плексных коэффициентов трансформации и выключателей);

• параметры магнитосвязанных ветвей нулевой последовательности;

• величины ЭДС и углов на генераторах.

Для примера взята схема из руководящих указаний по расчету токов коротких замыканий 110–

750 кВ [1, стр. 10], изображенная на рисунке 3.

Рис. 3. Схема примера

Задание всех параметров осуществляется стандартным для RastrWin методом через систему таблиц,

как это показано на рисунке 4.

Имеется также возможность использования существующих схем программных комплексов се-

мейства RastrWin: Rustab, LincorWin, Actopus, Bars, RastrCIM. Разработан специальный конвертер

исходных данных досовского ТКЗ-3000, его запуск показан на рисунке 5.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Набор функций программного комплекса RastrWin был расширен функциями расчета ТКЗ и шун-

тов, при разработке была использована новая архитектура построения расчетного модуля, обеспечи-

вающая универсальность его компонент. Разработанное программное обеспечение позволяет:

• использовать схемы замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей с комплекс-

ными коэффициентами трансформации без ограничений размера;

• учитывать в расчете магнитосвязанные линии нулевой последовательности;

• рассчитывать несколько точек одновременного возникновения несимметрии;

• применять пакетный режим работы для эффективного расчета серии повреждений схемы без

изменения ее топологии;

• вызывать все функции посредством COM-интерфейсов, что позволяет использовать расчетный

модуль из любых приложений и сред разработки;

• использовать данные по схеме, уже существующие в комплексах RastrWin, Rustab и др.;

• импортировать данные из досовской версии ТКЗ-3000.

Москва, 1–4 июня 2010 г.

257

Рис. 4. Задание исходных данных

Рис. 5. Импорт данных из ТКЗ-3000

Релейная защита и автоматика энергосистем

258

ЛИТЕРАТУРА

[1] Руководящие указания по релейной защите. Вып. 11. Расчеты токов короткого замыкания для

релейной защиты и системной автоматики в сетях 110–750 кВ. М.: Энергия, 1979. 152 с. ил.

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ

Неуймин Владимир Геннадьевич — кандидат технических наук, заместитель директора филиала ОАО

«НИИПТ» «Системы Управления Энергией», г. Екатеринбург. Тел. +7 (343) 362-92-57, vlad@tsgrp.ru

Александров Александр Сергеевич — кандидат технических наук, н. о. электротехнических расчетов,

филиал ОАО «НИИПТ» «Системы Управления Энергией», г. Екатеринбург. Тел. +7 (343) 362-92-64,

e-mail: aac@tsgrp.ru

Москва, 1–4 июня 2010 г.

259

ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ МНОГОМЕСТНЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ

КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ НАПРЯЖЕНИЕМ

6–10 кВ СРЕДСТВАМИ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ

И ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ

КУЖЕКОВ С.Л., ХНЫЧЕВ В.А., КОРОГОД А.А., ШАРАПОВ А.Н.,

ШУПИКОВ А.А., БУРАКОВ И.Ф., СЕНЧУКОВ А.А.

Южно-Российский государственный технический университет

(Новочеркасский политехнический институт),

ОАО «Пятигорские электрические сети»

Современное состояние распределительных электрических сетей напряжением 6–10 кВ характе-

ризуется высокой изношенностью силового электротехнического оборудования (кабельных и воз-

душных линий, оборудования подстанций). Основным видом повреждения в таких сетях являются

однофазные замыкания на землю (до 90% от общего числа нарушений нормальной работы сети).

Борьба с ними является важным направлением по повышению надежности систем электроснабжения.

При отсутствии простых, дешевых и надежных средств защиты электрооборудования от последствий

дуговых перенапряжений эффективное решение может быть найдено в оптимизации и управлении

режимом нейтрали сети.

Распределительные электрические сети напряжением 6–10 кВ, как правило, работают с изолиро-

ванной нейтралью (I-сеть) или с компенсацией емкостного тока замыкания на землю (L

-сеть). Это

обусловлено стремлением не отключать потребителей от источника питания при однофазных замыка-

ниях на землю (ОЗЗ). Однако, вследствие возникающих при замыканиях на землю перенапряжений,

достигающих при неустойчивом горении заземляющей электрической дуги значений (3,0 ÷ 3,5)U

где U

– фазное напряжение, замыкания на землю часто переходят в двойные замыкания, приводя-

щие к отключению нескольких кабельных линий. Нередко отмечаются случаи отключения четырех-

шести кабельных линий. Следует отметить, что при больших сроках эксплуатации кабельной сети

указанные отключения имеют место даже при устойчивом горении заземляющих электрических дуг,

т. е. при перенапряжениях, составляющих √3U

. Таким образом, сохранение в работе поврежденных

кабельных линий при ОЗЗ приемлемо далеко не всегда.

В настоящее время, вследствие прошедшего реформирования электроэнергетики, реализация эф-

фективной компенсации емкостного тока замыкания на землю (режим L

-сети) становится все более

проблематичной из-за незаинтересованности сетевых энергоснабжающих организаций, относящихся

к региональным сетевым компаниям, решать проблемы эксплуатации потребителей, например пред-

приятий городских электрических сетей. Это относится, в частности, к внедрению микропроцессор-

ных систем автоматического управления дугогасящих реакторов с подмагничиванием. Известные

технические решения по резистивному заземлению нейтрали часто не обеспечивают повышение

эффективности функционирования кабельной сети. В частности, при высокоомном резистивном

заземлении нейтрали (R

-сеть), как отмечено рядом авторов, повторные пробои изоляции возникают

более часто, чем в L

-сети. Использование режима низкоомного резистивного заземления нейтрали

-сеть) связано с установкой специальных чувствительных защит от замыканий на землю. Следует

учитывать также, что при частых повторных замыканиях на землю термическая стойкость резисто-

ров может оказаться недостаточной. Кроме того, после отключения замыкания на землю затруднено

быстрое отыскание места повреждения, так как промышленные указатели тока короткого замыкания

не реагируют на токи ОЗЗ при низкоомном резистивном заземлении нейтрали.