РЗА-2010

Подождите немного. Документ загружается.

Релейная защита и автоматика энергосистем

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ТОПОЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

ПРИ РАЗРАБОТКЕ УСТРОЙСТВ ПА

Р.С. ИЛЬИНЫХ, А.К. ЛАНДМАН, А.М. ПЕТРОВ,

А.Э. ПЕТРОВ, О.О. САКАЕВ

ЗАО «Институт автоматизации энергетических систем»

Решение большинства задач противоаварийного управления (ПАУ) основывается на анализе

текущих схемно-режимных условий контролируемой сети. Это характерно как для задач, решаемых

локальными устройствами противоаварийной автоматики (ПА) (АОПН, АПТП и т. п.), так и для задач

общесистемных устройств ПА (АПНУ). Информация о схеме может служить для:

- выявления аварийного возмущения (АВ);

- определения величин требуемых управляющих воздействий (УВ);

- определения мест приложения УВ;

- отстройки от необслуживаемых АВ.

В общем случае следует различать два основных понятия: состояние контролируемой сети, как со-

вокупность (множество) находящихся в работе элементов сети, образующих ее структуру и событие

изменения состояния, т. е. переход из одного состояния в другое в результате отключения/включения

одного или нескольких элементов сети. Последнее может являться результатом аварийного возму-

щения в сети и характеризовать ту или иную аварийную ситуацию.

Состояние сети и переход из одного состояния в другое определяется соответствующим состоя-

нием и изменением состояния коммутационных аппаратов, причем не только относящихся к тому

или иному элементу, но и смежных.

Существует несколько возможностей получать информацию о требуемых аварийных ситуациях:

1. Использование традиционных устройств фиксации отключения элемента (ФОЭ) электрической

схемы электроэнергетической системы (линии (ФОЛ), трансформаторов (ФОТ), генератора (ФОГ)

и др).

2. Фиксация аварийных ситуаций непосредственно в устройствах противоаварийного управления,

используя релейную логику.

3. Использование устройства контроля состояния схемы (КСС), которое формирует дискретные

сигналы об аварийных ситуациях и, одновременно, информацию о состоянии сети.

Первые два подхода фактически сводятся к повторению на новой элементной базе существующих

релейных схем со всеми их достоинствами и недостатками (при этом надо учитывать, что принципы

и схемы определялись физическими особенностями применяемой элементной базы, а расширение

функциональности новых устройств идет в направлении увеличения количества контролируемых

параметров, добавление новых сервисных функций, непосредственно не связанных с алгоритмом

противоаварийного управления. Данное направление можно охарактеризовать больше как экстенсив-

ное и не приводящее к качественным изменениям в технологии функционирования устройств ПА.

Устройства ФОЭ контролируют только состояние или отключение/включение коммутационных

аппаратов конкретного элемента, в то время как состояние этого элемента может зависеть и от со-

стояния или перехода состояния других (смежных) коммутационных аппаратов.

Для того чтобы учесть такие зависимости, требуется создание еще одной логической схемы (внеш-

ней, по отношению к ФОЭ) по состояниям и фиксируемым событиям ФОЭ всех контролируемых

объектов. Эта логика может быть весьма непростой и она находится в непосредственной зависимо-

сти от топологии распредустройства, причем она уникальна для каждого объекта и, соответственно,

устройство, ее реализующее также является уникальным.

Москва, 1–4 июня 2010 г.

Более привлекательной и перспективной представляется разработка специализированного устрой-

ства контроля состояния схемы (КСС), на базе микропроцессорной техники позволяющего решать

весь спектр задач получения информации о текущей схеме, посредством использования топологиче-

ского анализа.

Рассмотрим задачу контроля состояния схемы на примере реальной подстанции 500 кВ (рис. 1).

Схема распредустройства ОРУ ПС 500 кВ представляет собой схему 3/2, состоящую из 7 цепочек.

Шины секционированные, делящие ОРУ на две части по 3 и 4 цепочки соответственно. ОРУ содер-

жит 7 ячеек ВЛ 500 кВ, две ячейки шинных реакторов и две — автотрансформаторов. Состояние сети

500 кВ контролируется системной противоаварийной автоматикой, обеспечивающей статическую

устойчивость. Важными авариями, требующими осуществления управляющих воздействий являются

отключения линий: ВЛ-1, ВЛ-2, ВЛ-3, ВЛ-4, ВЛ-5, ВЛ-6, ВЛ-7,а также такие коммутации в сети, при

которых две линии: ВЛ-1 и ВЛ-2 или ВЛ-3 и ВЛ-4, подходящие к шинам подстанции оказываются

выделены на самостоятельную работу и не связаны с шинами подстанции.

Аварией, требующей фиксации, также является деление шин 500 кВ по секционным выключателям

СВ-1 и СВ-2. Кроме того, необходимо формировать сигналы о длительной фиксации ремонтного

либо рабочего состояния ВЛ.

В соответствии с [1] приведенная на рис. 1 схема может быть представлена в виде ненаправленного

графа (рис. 2). Граф состоит из вершин и соединяющих их ветвей. Вершинам соответствуют при-

Рис. 1. Схема ОРУ 500 кВ

Релейная защита и автоматика энергосистем

соединения (элементы) схемы, между которыми требуется оценить связность, а ветвям соответствуют

коммутационные аппараты. В табличном виде граф выглядит следующим образом (табл. 1).

Таблица 1

Представление графа схемы ОРУ 500 кВ

Вершина 1 Вершина 2

Наименование коммутационного аппарата,

определяющего состояние ветви

1 14 ЛР-1

2 16 ЛР-2

3 15 ЛР-12

4 17 ЛР-3

5 18 ЛР-4

6 21 ЛР-5

7 22 ЛР-6

8 23 ЛР-7

9 24 ЛР-8

10 26 ЛР-9

11 25 ЛР-10

12 19 СВ-2

13 20 СВ-1

12 15 В-13

15 13 В-14

13 16 В-1

16 14 В-1-2

14 12 В-2

12 17 В-3

17 18 В-3-4

18 13 В-4

19 22 В-5

22 20 В-5-6

20 23 В-8

23 21 В-7-8

21 19 В-7

19 24 В-11

24 25 В-11-12

25 20 В-112

20 26 В-10

26 19 В-9

Каждая аварийная ситуация может быть задана в виде двух множеств узлов [2]. Одно множество

(базовое) описывает набор вершин (элементов схемы), относительно которых контролируется отде-

Москва, 1–4 июня 2010 г.

ление одной или нескольких вершин (элементов), второе множество задает непосредственно набор

вершин (элементов), отделение которых необходимо контролировать. В таблице 2 приведено описа-

ние этих множеств для рассматриваемого примера.

Таблица 2

Описание множеств элементов схемы

№ Наименование аварийной ситуации Базовое множество

Множество отделившихся

элементов

1 Отключение ВЛ-1 2,4,5,7,8,9,10,11 1

2 Отключение ВЛ-2 1,4,5,7,8,9,10,11 2

3 Отключение ВЛ-3 1,2,5,7,8,9,10,11 4

4 Отключение ВЛ-4 1,2,4,7,8,9,10,11 5

5 Отключение ВЛ-5 1,2,4,5,8,9,10,11 7

6 Отключение ВЛ-6 1,2,4,5,7,9,10,11 8

7 Отключение ВЛ-7 1,2,4,5,7,8,10,11 9

8 Выделение ВЛ-1 и ВЛ-2 4,5,7,8,9,10,11 1,2

9 Выделение ВЛ-3 и ВЛ-4 1,2,7,8,9,10,11 4,5

10 Деление шин 500 кВ 12,13 19,2

Случаи отключения линии являются однотипными и описываются одинаковым образом:

Каждая линия в рассматриваемом примере коммутируется двумя выключателями, также необхо-

димо учитывать наличие разъединителей. При коммутациях, приводящих к отключению ВЛ, линия

оказывается несвязанной с другими линиями, а также автотрансформаторами, т. е. элементами рас-

предустройства, обеспечивающими связь с другими объектами ОЭС Сибири. Из рис. 2 видно, что,

например, для ВЛ-1 в качестве базовых вершин необходимо выбрать вершины, соответствующие 2,

4, 5, 7, 8, 9, 10, 11, а в качестве отделяющейся — вершину за линейным разъединителем.

Для аварий, связанных с выделением двух линий, в множество отделившихся вершин входят вер-

шины за линейными разъединителями соответствующих линий (см. таблицу 2, п. 8, 9).

Деление шин подстанции:

В случае с делением шин подстанции необходимо контролировать связность между узлами, со-

ответствующими шинам подстанции. Это вершины 12,13,19,20. Вершины 12 и 13 принимаются в

качестве множества базовых вершин, а вершины 19 и 20 в качестве множества отделившихся (см.

таблицу 2, п. 10).

Рис. 2. Схема ОРУ 500 кВ в виде ненаправленного графа

Релейная защита и автоматика энергосистем

Тонким моментом при реализации устройства КСС является необходимость обеспечить функ-

ционирование данного устройства в реальном времени [3]. Это накладывает жесткие требования к

алгоритму топологического анализа, особенно с учетом желания обеспечить анализ для достаточно

больших схем.

Устройство КСС, разработанное ЗАО «ИАЭС», реализовано на базе КПА-М. Используемые ал-

горитмы топологического анализа [2] позволяют в жестком реальном времени выполнять пересчет

связности схемы распредустройства при каждой коммутации любого из коммутационных аппаратов,

введенных в устройство. Реализованный в устройстве подход позволил разделить задачи выявления

аварийных ситуаций и реализации задержек, необходимых при формировании информации ремонт/

не ремонт для элементов схемы, что в свою очередь позволило формализовать задачу контроля со-

стояния схемы.

Устройство КСС может выступать в качестве самостоятельного устройства или, при необходимости,

может быть интегрирована в любое устройство ПА на базе КПА-М (например, в устройство ЛАДВ или

устройство выбора очередности отключения генераторов).

ЛИТЕРАТУРА

[1] Кристофидес Н. Теория графов. Алгоритмический подход. М.: Мир, 1978.

[2] Ильиных Р. С., Ландман А.К., Петров А.М., Петров А.Э., Сакаев О.О. Устройство контроля состоя-

ния схемы на базе КПА-М // Энергосистема: управление, конкуренция, образование. Сборник

докладов III Международно-практической конференции. Том 1. Екатеринбург, 2008. С. 221-224.

[3] Петров А.Э., Сакаев О.О., Чумаков В.А. Организация управления в реальном масштабе време-

ни в микропроцессорных устройствах противоаварийной автоматики на базе многозадачных

операционных систем реального времени // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего

Востока. 2009. № 1. С. 195-198.

Контактная информация

ЗАО «Институт автоматизации энергетических систем»

Адрес: Россия, г. Новосибирск, 630091, ул.Крылова, д. 2

Тел./факс: (383) 268-02-23

E-mail: iaes@iaes.ru

Москва, 1–4 июня 2010 г.

РЕАЛИЗАЦИЯ ФУНКЦИЙ ЛОКАЛЬНОЙ

ПРОТИВОАВАРИНОЙ АВТОМАТИКИ

НА ТЕРМИНАЛАХ СЕРИИ REx670

КАЛАЧЕВ Ю.Н., КОЛОБРОДОВ Е., СДОБИН А.В.

ОАО «ВНИИР»

Свойства терминалов со свободно программируемой логикой обеспечивают хорошие перспективы

их применения. Эти терминалы могут использоваться как для целей релейной защиты (РЗ), так и для

выполнения функций противоаварийной автоматики (ПА).

Широкие возможности библиотечных функций терминалов и свободно программируемой логики

позволяют реализовать практически полный набор локальных устройств ПА. Причем, это доступно

проектным организациям, которые могут изменять алгоритмы ПА, адаптируя их под конкретные

условия применения. С другой стороны, при проектировании иногда невозможно учесть все осо-

бенности режимов и настроек.

В ОАО «ВНИИР» разработан ряд типовых решений в части реализации функций ПА (АЛАР,

АОПН, АОСН, ФОЛ и др.). Представленные решения основаны на хорошо зарекомендовавших себя

в процессе эксплуатации традиционных алгоритмах ПА [1], [2], [3], [4], прошедших усовершенство-

вание с учетом возможностей свободно программируемой логики, стандартных функций библиотеки

терминалов серии REx670 и особенностей указанных микропроцессорных устройств. Правильность

функционирования подтверждена комплексом испытаний, проведенных как с использованием про-

граммы PSCAD и устройства РЕТОМ51, так и с применением устройства RTDS.

1. ФУНКЦИЯ АВТОМАТИКИ ЛИКВИДАЦИИ АСИНХРОННОГО ХОДА

Функция АЛАР предназначена для выявления асинхронного режима (АР) в пределах защищаемой

зоны и его ликвидации путем формирования управляющих воздействий, способствующих ресинхро-

низации электроэнергетической системы (ЭЭС), или деления ЭЭС на две несинхронно работающие

части. Основное требование, предъявляемое к комплексу АЛАР — это обеспечение селективного

срабатывания при возникновении АР с электрическим центром качаний (ЭЦК) в защищаемой зоне

с предотвращением срабатывания в нагрузочном режиме при реверсе мощности и при коротком за-

мыкании (КЗ).

При разработке функции АЛАР за основу был принят алгоритм, примененный в Pole Slip Pro-

tection (PSP) библиотеки терминалов серии REx670. Указанная функция обеспечивает фиксацию

асинхронного проворота, подсчет числа циклов асинхронного хода с учетом направления передачи

мощности и местонахождения ЭЦК. Фиксация асинхронного проворота обеспечивается контролем

годографа сопротивления прямой последовательности (рис. 1) по принципу широко известному и

описанному в литературе [5].

Схема алгоритма АЛАР, разработанного ОАО «ВНИИР», представлена на рис. 2. Структурная схема

включает в себя модули блокировки при качаниях (PSD), защиты широкого назначения (GF1-3), за-

щиту от асинхронного хода (PSP1-2) и логику управления режимом работы функции АЛАР совместно

с логикой формирования выходных сигналов. Разработанный комплекс реализует основной комплект

АЛАР, созданный на базе функции PSP и резервирующий токовый АЛАР.

В основном комплекте реализованы три ступени, каждая из которых включает две независимые

контрольные зоны:

Релейная защита и автоматика энергосистем

• первая ступень – селективное выявление АР в контролируемом зоне на первом цикле кача-

ний;

• вторая ступень – селективное выявление АР в контролируемой зоне после заданного числа ци-

клов;

• третья ступень – селективное выявление АР в контролируемой зоне после срабатывания второй

ступени и фиксации заданного числа циклов (ликвидация АР после мероприятий по ресинхрониза-

ции) или после фиксации заданного числа циклов АР, считая от начала АР.

Модули PSP вводятся в работу:

• на весь период работы основного комплекта АЛАР;

• по факту срабатывания функции PSD (контроль скорости изменения сопротивления);

• по факту анализа сигналов от реле сопротивлений Zin и Zout функции PSD.

В первом случае характеристика срабатывания ступеней основного комплекта соответствует харак-

теристике срабатывания функций PSP (см. рис.1). Во втором случае пуск функции PSP происходит

по факту фиксации качаний функцией PSD (рис. 3). В третьем случае функция PSP запускается по

факту входа годографа полного сопротивления в зону характеристики срабатывания Zout (PSD) с

последующим подтверждением пуска от реле сопротивления Zin (PSD) (рис. 4).

Первая ступень срабатывает при пересечении годографом сопротивления прямой последователь-

ности линии ZB-ZA, что соответствует переходу угла δ между эквивалентными ЭДС через значение

180° и нахождения ЭЦК в защищаемой зоне. Выходной сигнал срабатывания первой ступени функции

может формироваться:

• мгновенно, после фиксации первого цикла асинхронного хода;

Рис. 1. Характеристика срабатывания функции PSP

Москва, 1–4 июня 2010 г.

Рис.2. Схема функции АЛАР

Рис. 3. Характеристика срабатывания при пуске по скорости

Релейная защита и автоматика энергосистем

Рис. 4. Характеристика срабатывания при пуске по Zout

• по факту выхода годографа сопротивления прямой последовательности из зоны Zout функции

PSD.

Вторая и третья ступени срабатывают после отсчета заданного числа циклов при условии сохра-

нения введенного состояния функций PSP1-2 и нахождения ЭЦК в защищаемой зоне.

Для каждой из ступеней основного комплекта предусмотрены контроль знака скольжения, неза-

висимые уставки для каждой из зон и ряд блокировок:

• при фиксации неисправности цепей напряжения;

• при фиксации длительного несимметричного режима по уровню тока или напряжения обратной

последовательности (модуль GF1);

• при фиксации несимметричного режима по состоянию выключателя (выключателей);

• при фиксации действия РЗ на контролируемом сечении.

Управление режимом работы основного комплекта АЛАР и реализация блокировок происходит в

логике управления режимом работы функции АЛАР.

В случае неисправности цепей напряжения и/или фиксации длительного несимметричного ре-

жима (при наличии режимных обоснований) помимо блокировки основного комплекта АЛАР про-

исходит ввод в действие резервирующих токовых АЛАР, контролирующих ток прямой и утроенный

ток нулевой последовательности соответственно. Токовый АЛАР реализован на базе фиксации по-

следовательности событий:

• превышение тока уставки первого пускового органа;

• уменьшение тока ниже величины уставки второго пускового органа;

• превышение тока уставки третьего пускового органа.

Гибкие возможности адаптации рассматриваемой функции позволяют применять различное

функциональное распределение устройств и ступеней АЛАР.

Москва, 1–4 июня 2010 г.

2. ФУНКЦИЯ АВТОМАТИКИ ОГРАНИЧЕНИЯ ПОВЫШЕНИЯ

НАПРЯЖЕНИЯ

Автоматика ограничения повышения напряжения (АОПН) предназначена для защиты электрообо-

рудования энергосистемы от недопустимого повышения напряжения, вызванного односторонним

отключением линии электропередачи (ЛЭП), путем формирования управляющих воздействий за-

данной длительности на включение компенсирующих устройств (шунтирующий реактор (ШР)) и

отключение линии.

При разработке функции АОПН за основу были взяты функций защиты широкого назначения

(GF), контролирующие максимальное фазное напряжение и направление реактивной мощности

прямой последовательности. Общее количество ступеней функции АОПН было увеличено до 4, что

позволяет более гибко использовать функцию АОПН с точки зрения подстройки к вольт-секундной

характеристике или с точки зрения разбиения указанных ступеней на две группы, работающие при

включенном или отключенном присоединении и имеющие различные уровни уставок пусковых ор-

ганов. Схема алгоритма АОПН, разработанного ОАО «ВНИИР», представлена на рис. 5. Структурная

схема включает в себя модули защит широкого назначения (GF2-4), логику управления режимом

работы функции АОПН и логику формирования выходных сигналов.

Логика управления режимом работы функции АОПН формирует управляющие сигналы, направ-

ленные на блокировку соответствующей группы ступеней АОПН. Ввод в действие первой группы

АОПН на стороне включенного конца линии происходит при условии отсутствия блокировки по

уровню тока прямой последовательности, блокировки на время включения ВЛ при оперативном

Рис. 5. Схема функции АОПН