Сборник докладов - Электроэнергетика глазами молодежи 2010

Подождите немного. Документ загружается.

Рисунок 6

Использование современной аппаратной базы для фиксации скорости снижения

частоты и учета схемно-режимных параметров позволит контролировать запуск ЧДА, оп-

ределять зону необходимого действия ЧДА, что в совокупности с оптимальными уставка-

ми АОСЧ в случае возникновения и развития системной аварии обеспечит переход круп-

ного промышленного энергоузла к изолированной работе с минимально возможным

ущербом для наиболее ответственного промышленного производства.

Подводя итог, сформулируем основные выводы:

1. Любой район, даже с надежной схемой энергоснабжения, может отделиться от

Объединенной энергосистемы.

2. Эффективным средством ликвидации дефицитов активной мощности остаются

АЧР и ДАР.

3. В остродефицитных энергорайонах (куда относится и Казанский энергорайон)

частотная разгрузка (АЧР и ДАР) может оказаться неэффективной из-за большо-

го дефицита мощности (более 75 %);

4. Частотная делительная автоматика на современной элементной базе с учетом

схемно-режимных параметров и контролем скорости снижения частоты в сово-

купности с оптимальными выбранными, позволит предотвратить развитие ава-

рийного процесса и исключить крупномасштабный ущерб ряда промышленных

предприятий.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПРОГРАММНОГО

КОМПЛЕКСА RASTRWIN ДЛЯ РАСЧЕТА ШУНТОВ

В.Г. Неуймин, А.С. Александров

Филиал ОАО «НИИПТ» «СУЭ»

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

же во множестве проектных и учебных организаций. Он позволяет рассчитывать устано-

вившиеся режимы, оптимизировать по активной и реактивной мощности, моделировать

динамические переходные процессы, а также обладает мощной графической системой.

В настоящее время ведётся работа по расширению функций программного ком-

плекса в части расчета токов коротких замыканий (ТКЗ) и шунтов. Общая платформа по-

зволяет использовать одни и те же данные для разных расчетов. Например, данные по уз-

лам и ветвям электрической сети применяются в расчёте режима, моделировании динами-

ческих процессов, оптимизации, эквивалентировании, а также в расчете шунтов. Обеспе-

чивается возможность использовать данные, рассчитанные в одном модуле, в качестве ис-

ходных в другом.

Расчет продольных и поперечных шунтов. На рисунке 1 представлена схема, для

которой необходимо рассчитать шунты [1]. Схема замещения прямой последовательности

для данной сети приведена на рисунке 2.

Рисунок 1 – Сеть

Рисунок 2 – Схема замещения для прямой последовательности

Рассчитаем поперечный Нортоновский эквивалент для сети относительно узла 2.

Электрически это можно представить включением единичного источника тока в узел, для

которого необходимо провести расчет, при условии закорачивания на землю всех источ-

ников ЭДС, как это показано на рисунке 3. Получившееся напряжение в узле 2 и даст нам

величину эквивалентного сопротивления всей сети относительно данного узла (рису-

нок 4). Рассчитаем аналитически сопротивление всей схемы относительно узла 2:













0,21  0,132



0,185  0,007  0,08

0,21  0,132  0,185  0,007  0,08



0,342  0,258

0,342  0,258

0,14706 Ом.

При расчете напряжение в узле 2 составило 



0,14706 В, что позволяет опреде-

лить сопротивление как 



 





⁄

0,14706 1

⁄

0,14706 Ом.

Г-1

[176,5 МВА]

[160 МВА]

[145 км]

АТ

[200 МВА]

[510 кВ]

18 кВ

242 кВ

3 4

525 кВ

0,21

2 3 4

0,132 0,185 –0,007 0,08

Рисунок 3 – Расчет Нортоновского эквивалента

Рисунок 4 – Эквивалентное сопротивление схемы относительно узла 2

Расчёт продольного эквивалента для линии 2–3. Проводится аналогично расче-

ту поперечного шунта, за исключением расположения источника тока продольно участку

определения сопротивления, как это представлено на рисунке 5.

Рисунок 5 – Определение продольного сопротивления

Рассчитаем аналитически сопротивление всей схемы относительно узлов 2 и 3:





0,21  0,132  0,007  0,08 0,415 Ом.

При расчете получены напряжения 



0,10545000 В, 



0,02250833 В. В ре-

зультате сопротивление в текущей схеме относительно узлов 2 и 3 составит 























⁄

0,12795833 Ом, электрически это можно представить схемой на рисунке 6.

Рисунок 6 – Электрическое представление расчета

Интересующее нас сопротивление оказалось включено параллельно с сопротивле-

нием линии 2–3 (рисунок 7).

2 3







–

0,21

2 3 4

0,132 0,185 –0,007 0,08





2 







1 2 3 4

0,21 0,132 0,185 –0,007 0,08



–

Рисунок 7 – Схема расчета сопротивления 



Можно провести расчет оставшейся сети относительно узлов 2 и 3:







0,185 · 0,12795833

0,185  0,12795833

0,415 Ом.

Это совпадает с ранее проведенным аналитическим расчетом.

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 потокораспреде-

ления на подстанциях в модуле коммутационных схем. Использование шаблонов С++ по-

зволяет 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 воз-

можности применения и других пользовательских типов данных.

Использование трёхуровневой архитектуры позволило отделить модель электриче-

ской сети от расчетных алгоритмов, что достигается при помощи промежуточного уровня

«Строитель» (рисунок 8).

Рисунок 8 – Передача исходных данных

Для расчета ТКЗ необходимо составить систему линейных алгебраических уравне-

ний (СЛУ), описывающих выбранную несимметрию. Составлять её можно, опираясь на

граф электрической сети и дополнительную информацию. Это приводит к жесткой связи

математической и расчетной моделей. При использовании трёхуровневой модели каждый

модуль формирования работает непосредственно со «Строителем» и не зависит от расчет-

2 3



–



–

0,185

Математическая модель

Электрическая

сеть

Электромагнитные

связи

Повреждения



,,

Строитель





Расчетная модель

ной модели, что позволяет специализировать модуль «Математическая модель» и макси-

мально унифицировать модули «Строитель» и «Расчетная модель».

Математическую модель составляют три модуля: «Электрическая сеть», «Электро-

магнитные связи» и «Повреждения». В расчетной модели они соответственно отвечают за

отдельные области матриц  и :

. (1)

Матрица  может включать в себя до трёх частей, соответствующих элементам

электрической сети 



, магнитным связям линий  и моделированию граничных усло-

вий рассматриваемых повреждений . На рисунке 9 схематично показано их расположение.

Рисунок 9 – Расположение составляющих матрицы

Матрица  состоит из элементов электрической сети 



, магнитных связей линий

нулевой последовательности  и граничных условий рассматриваемых повреждений либо

шунтов .

Решение полученной СЛУ (1) производится методом триангуляции с выбором ве-

дущей строки в текущем исключаемом столбце, что повышает устойчивость решения и

снимает проблему существования нулей на главной диагонали матрицы .

Использование модульной архитектуры особенно полезно в так называемом пакет-

ном 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 за-

траты на формирование расчетной модели. Сама расчетная модель адаптирована к изме-

нению лишь небольшой её части , сосредоточенной в области граничных условий. В ре-

зультате скорость выполнения одного расчета возрастает в десять раз.

Реализация в программном комплексе RastrWin. Данные алгоритмы реализова-

ны в расчетном ядре и доступны как через пользовательский интерфейс, так и через вызо-

вы COM-интерфейсов. Задаются следующие исходные данные:

 сопротивления электрической сети в симметричной системе координат (реали-

зован учёт комплексных 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 за-

мыканий 110–750 кВ [2], приведенная на рисунке 10. Задание всех параметров осуществ-

ляется стандартным для RastrWin методом через систему таблиц.

Имеется возможность использования существующих схем программных комплексов се-

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

конвертер исходных данных из ТКЗ-3000.













Рисунок 10 – Схема примера

Заключение. Набор функций программного комплекса RastrWin был расширен

функциями расчета ТКЗ и шунтов. При разработке была использована новая архитектура

построения расчетного модуля, обеспечивающая универсальность его компонент. Разра-

ботанное программное обеспечение позволяет:

 использовать схемы замещения прямой, обратной и нулевой последовательно-

стей с комплексными коэффициентами трансформации без ограничений размера

схем;

 учитывать в расчете магнитосвязанные линии нулевой последовательности;

 рассчитывать несколько точек одновременного возникновения несимметрии;

 применять пакетный режим работы для эффективного расчета серии поврежде-

ний схемы без изменения её топологии;

 вызывать все функции посредством COM-интерфейсов, что позволяет использо-

вать расчетный модуль из любых приложений и сред разработки;

 использовать данные по схеме, уже существующие в комплексах RastrWin,

Rustab и др.;

 импортировать данные из ТКЗ-3000.

Список использованных источников

1. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах.

Учеб. для электротехнических и энергетических вузов и факультетов. М.: Энергия,

1970.

2. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 11. Расчеты токов короткого замыка-

ния для релейной защиты и системной автоматики в сетях 110–750 кВ. М.: Энергия,

1979. 152 с.

ПРИМЕНЕНИЕ МП РЗАУ ДЛЯ МОНИТОРИНГА И ДИАГНОСТИКИ

ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ

А.А. Жегалов, В.Г. Гарке

КГТУ–КАИ

Эффективность работы электрооборудования (ЭО) электроэнергетических систем

(ЭЭС) связана с его техническим состоянием и во многом зависит от своевременного тех-

нического обслуживания и ремонта. В настоящее время степень износа основного ЭО

ЭЭС крайне высока, следовательно, потребность в обеспечении эксплуатационной надеж-

ности ЭО становится все более острой. В связи с этим возрастает необходимость приме-

нения современных методов по выявлению процессов, приводящих к образованию каких-

либо неисправностей в этом оборудовании.

Высоковольтные выключатели (ВВ) являются ЭО ЭЭС, технический ресурс кото-

рого напрямую зависит от условий эксплуатации. Таким образом, в целях обеспечения

эффективности работы ВВ необходимом применять современные системы диагностики,

способные в автоматическом режиме определять техническое состояние ВВ. Такие систе-

мы должны учитывать основные эксплуатационные факторы, влияющие на состояние ВВ.

Существующие же системы мониторинга и диагностики (СМД) состояния ВВ в

большинстве своем могут применяться лишь на выведенном из работы выключателе, что

является их очевидным недостатком. Учет расхода ресурса ВВ на энергетических объек-

тах ведется оперативным персоналом и основывается на упрощенных методах, дающих

большую погрешность.

В настоящее время существует возможность получать основную часть текущих ди-

агностических параметров под рабочим напряжением. Предлагаемый способ основывает-

ся на использовании в качестве органа мониторинга и диагностики микропроцессорных

устройств релейной защиты, автоматики и управления (МП РЗАУ) с интегрированной

СМД. СМД ВВ базируется на аппаратной части, в которой реализуется работа модели

технического состояния. Модель технического состояния базируется на оценке и учете

текущего коммутационного ресурса ВВ посредством определения энергии, выделяемой в

ВВ в момент коммутации. Также в модель технического состояния ВВ вводятся неэлек-

трические характеристики (такие как температура в дугогасительной камере, давление

масла в масляном ВВ и др.). Алгоритмы СМД при этом решаются непосредственно в тер-

минале РЗАУ.

СМД ВВ на основе МП РЗАУ должна:

 осуществлять функции мониторинга и диагностики технического состояния ВВ,

определять сработанный и остаточный ресурс, определять место (узел) с повреждением;

 осуществлять свои функции, не создавая при этом помех работе МП РЗАУ;

 работать в автоматическом режиме, без вывода ВВ из работы;

 иметь высокую точность вычислений.

Предлагаемая СМД строится на базе МП терминала РЗАУ типа БЭ 2502 производ-

ства НПП «ЭКРА». Порядок работы СМД следующий:

1. Регистрация факта работы контролируемого ВВ (отключение тока короткого за-

мыкания (КЗ), отключение номинального тока, включение ВВ на КЗ, включение

в нормальном режиме и т.д.).

2. Прием осциллограмм коммутационного процесса от основного блока БЭ 2502 по

общей шине данных.

3. Прием сигналов от внешних датчиков.

4. Обработка осциллограмм в блоке СМД.

5. Обработка сигналов от внешних датчиков в блоке СМД.

6. Вычисление сработанного ресурса в результате произошедшей коммутации.

7. Вычисление остаточного ресурса ВВ.

8. Определение коэффициента ресурса 

9. Определение общего диагностического коэффициента 

10. Определение узла ВВ с повреждением (если имеется).

11. Вербальная (словесная) оценка состояния ВВ.

Схема алгоритма работы СМД ВВ на базе терминала БЭ 2502 приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема алгоритма работы СМД ВВ на базе терминала БЭ 2502

Для всех терминалов БЭ 2502 предусмотрена функция осциллографирования ава-

рийных процессов и регистрации всех входных аналоговых

сигналов и до 48 дискретных

сигналов, выбираемых из списка 128 логических сигналов, как внешних, так и формируе-

мых внутри терминала. Регистрация изменений всех логических сигналов и внутренних

событий терминала производится с фиксацией даты и времени события [1].

Терминалы серии БЭ 2502 снабжены портами связи: с ПЭВМ – последовательный

порт RS-232, с АСУ ТП – RS-485. Они могут объединяться по

каналу связи RS-485 в ло-

кальную информационную сеть. Для взаимодействия используется протокол связи МЭК

60870-5-103. С помощью внешнего программного обеспечения (комплекса программ

EKRASMS) имеется возможность наблюдать текущие значения всех входных сигналов

(мониторинг), организовывать базы данных событий и аварийных осциллограмм, изме-

нять уставки, синхронизировать время всех терминалов в сети. По внешним связям тер

миналы серии БЭ 2502 полностью совместимы с терминалами БЭ 2607, используемыми

НПП «ЭКРА» в защитах на стороне высокого напряжения [2].

Наличие данных функций позволяет интегрированной СМД получать набор необ-

ходимых диагностических параметров.

На техническое состояние ВВ существенно влияет режим его работы. Режим рабо-

ты ВВ можно описать как воздействующий эксплуатационный фактор, используя значе-

ние энергии, выделяющейся при включениях и отключениях выключателя.

Полная энергия, выделяемая током на одной фазе контакта, при отключении трех-

фазного ВВ:



откл



откл



откл



, (1)

где 

откл

– фазное напряжение в момент отключения; 

откл

– величина отключаемого тока

в фазе; 

– время расхождения контактов фазы ВВ.

Энергия коммутируемого тока лишь частично расходуется на нагрев контактов вы-

ключателя. Работу по нагреву производит активная ее составляющая.

Активная энергия, затрачиваемая на нагрев контактов фазы выключателя, равна



а откл



пер



откл



откл



cоsφ, (2)

где 

пер

– коэффициент передачи, характеризующий количество активной энергии, расхо-

дуемой на нагрев контактной системы ВВ; φ – угол сдвига фаз между напряжением и то-

ком.

Наиболее сильное выделение энергии происходит при коммутации токов короткого

замыкания. Протекающий ток вызывает нагрев конструктивных элементов ВВ, увеличи-

вая скорость протекания химической реакции окисления контактов. Соответственно уве-

личивается скорость сработки ресурса. Кроме того, при протекании токов короткого за-

мыкания наблюдаются значительные электродинамические усилия, а также большие на-

пряженности электромагнитного поля, приводящие к старению твердой изоляции [3].

Используя модель оценки технического состояния ВВ [3], выражение для срабо-

танного ресурса может быть записано в виде:



















∆





⁄

, (3)

где 





– относительное значение эксплуатационного фактора, учитывающего воздействие

энергии тока, коммутируемого выключателем; ∆





– относительное отклонение фактора







Величину 





можно принять равной 



, где 





а откл







⁄

; 





– активная

энергия, выделяемая на контактах выключателя при отключении номинального тока от-

ключения.

Величину ∆





можно принять равной ∆



, где ∆



∆





⁄

; ∆ – абсолютное

отклонение величины  (при каждом увеличении фактора  на величину ∆



фактиче-

ский сработанный ресурс электрооборудования увеличивается в  раз, а при уменьшении

– уменьшается в  раз).

Таким образом, выражение (3) примет вид:

















∆



⁄

. (4)

Остаточный ресурс определим по формуле:



ост



1 



. (5)

Для перехода к именованным единицам необходимо значение остаточного (срабо-

танного) ресурса в относительных единицах умножить на коммутационный ресурс ВВ 











; (6)



ост



ост







. (7)

Определение сработанного и остаточного коммутационного ресурса является осно-

вой модели СМД. Модель представляет собой функцию степени опасности развивающих-

ся дефектов:











, 





, (8)

где 

– общий диагностический коэффициент состояния ВВ, характеризующий степень

опасности дефектов; 



– коэффициент, характеризующий отношение остаточного ресур-

са ВВ к критическому значению остаточного ресурса ВВ (статический коэффициент);





– коэффициент, характеризующий скорость сработки ресурса ВВ (динамический коэф-

фициент).







ост



ост.кр

⁄

; (9)







ост



⁄

. (10)

Исходя из значения коэффициента 

, определяется текущее техническое состоя-

ние высоковольтного выключателя. Значение коэффициента 

 от 1,0 до 0,9 для зоны хорошего состояния, что соответствует нормальной работе

выключателя;

 от 0,9 до 0,8 для зоны удовлетворительного состояния, что соответствует «тре-

вожному» состоянию выключателя;

 от 0,8 и менее для зоны неудовлетворительного состояния (рекомендовано про-

ведение ремонтных работ).

Использование МП РЗАУ в качестве базы для организации системы диагностики

электрооборудования является наиболее перспективным ввиду их широкого применения

при проектировании новых и реконструкции существующих объектов электроэнергетики.

Список использованных источников

1. Терминалы защиты, автоматики и управления серии БЭ2502. Руководство по эксплуа-

тации. ЭКРА.656122.001 РЭ.

2. Микропроцессорные терминалы серии БЭ2502 для распределительных сетей 6-35 кВ //

Энергослужба предприятия. 2006. № 6(24).

3. Назарычев А.Н., Андреев Д.А., Таджибаев А.И. Справочник инженера по наладке, со-

вершенствованию технологии и эксплуатации электрических станций и сетей. М.:

«Инфра-Инженерия», 2006. 928 с.