Адаптивная релейная защита от продольно-поперечной несимметрии распределительных сетей электроэнергетических систем

Нагай, Владимир Владимирович

Электростанции и электроэнергетические системы

автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Адаптивная релейная защита от продольно-поперечной несимметрии распределительных сетей электроэнергетических систем

кандидата технических наук: Нагай, Владимир Владимирович
город: Новочеркасск
год: 2004
специальность ВАК РФ: 05.14.02

Диссертация по энергетике на тему «Адаптивная релейная защита от продольно-поперечной несимметрии распределительных сетей электроэнергетических систем»

Автореферат диссертации по теме "Адаптивная релейная защита от продольно-поперечной несимметрии распределительных сетей электроэнергетических систем"

На правах рукописи

}

НАГАЙ Владимир Владимирович

АДАПТИВНАЯ РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ОТ ПРОДОЛЬНО-ПОПЕРЕЧНОЙ НЕСИММЕТРИИ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ

СИСТЕМ

Специальность 05.14.02 - Электростанции и электроэнергетические системы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новочеркасск 2004

Работа выполнена на кафедре «Электрические станции» ЮжноРоссийского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института)

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Быкадоров В.Ф.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Жарков Ю.И.

кандидат технических наук, доцент Арцишевский Я.Л.

Ведущая организация

филиал ОАО «Южный инженерный центр энергетики» «Южэнергосетьпроект» (г. Ростов-на-Дону)

Защита состоится «17» декабря 2004 г. в 10.00 часов в ауд. №107 главного корпуса на заседании диссертационного совета Д212.304.01 в ЮжноРоссийском государственном техническом университете (Новочеркасском политехническом институте) по адресу: 346428, г. Новочеркасск Ростовской области, ул. Просвещения, 132, Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт), гел. (863-52)-55-466, факс (863-52)-55-909

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института).

Автореферат разослан ноября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Н> Г Я. Пятибратов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Широкое распространение в электрических распределительных сетях напряжением 6-110 кВ получили ответвительные и проходные подстанции, капитальные затраты на сооружение которых существенно ниже, чем подстанций с высоковольтными выключателями и полноценной системой оперативного питания. Однако упрощение первичных и вторичных схем этих подстанций породило ряд проблем: увеличение времени ликвидации повреждений; трудность реализации эффективных систем дальнего (ДР) и ближнего (БР) резервирования; необходимость отключения отделителями гоков короткого замыкания (КЗ) при отказе короткозамыкателей и т.д. Проблема ДР обусловлена сопоставимостью токов КЗ и неполнофазных режимов с гоками нагрузочных режимов со стороны питающих подстанций, особенно при наличии электродвигательной нагрузки. Проблема ближнего резервирования обусловлена как недостаточной надежностью системы оперативного тока на подстанциях, так и неэффективностью существующих максимальных токовых защит в режимах продольно-поперечной несимметрии (ППН) (обрывы фазного провода или недовключение одной из фаз коммутационного аппарата, обрывы с одновременным замыканием провода на землю (сетевое замыкание)), когда в последнем случае даже включение короткозамыкателя в поврежденной фазе, как правило, не приводит к существенному увеличению тока и пуску зашиты со стороны питающей подстанции.

С другой стороны бурное развитие микропроцессорной техники предоставляет в настоящее время возможность построения релейных защит (РЗ), в юм числе адаптивных, с практически неограниченной сложностью алгоритмов функционирования и позволяющих повысить техническое совершенство РЗ.

Наличие перечисленных выше проблем построения релейной защиты и автоматики (РЗА) в сетях с ответвигельными и проходными подстанциями и широкие возможности современной микропроцессорной техники предопределили проведение в России исследований, направленных на предотвращение и/или минимизацию последствий повреждений, совершенствование РЗА, а также разработку защит от режимов ППН. Актуальность данной проблемы также подчеркнута в письме департамента науки и техники РАО «ЕЭС России» ИП 1-96(э) от 30.09.96 г. «О совершенствовании ближнего и дальнего резервирования работы устройств РЗА распределительных сетей 6-110 кВ».

Исследования по данной работе выполнялись в соответствии с перечнями НИОКР ОАО «Ростовэнерю», утвержденными департаментом науки и техники РАО ЕЭС России, и при поддержке грантов Минобразования РФ №36Гр-98 «Исследование нормальных, анормальных и аварийных режимов работы распределительных сетей электроэнергетических систем и разработка алгоритмов и устройств адаптивных защит дальнего резервирования воздушных линий с от-% ветвлениями» и «Студенты, аспиранты и молодые ученые малому нау коем-

кому бизнесу «Ползуновские гранты»» №28-2.20 «Релейная защита от аварийных режимов с продольно-поперечной несимметрией в распределительных сетях напряжением 6-110 кВ».

Целью работы является создание и внедрение адаптивных устройств релейной защиты электрических распределительных сетей 6-110 кВ электроэнергетических систем с повышенным техническим и информационным совершенством за счет учета возможных режимов работы защищаемых объектов и выявления новых информационных прлщаков.

Научное обоснование разр

[бВФвк заключается, ^¡Определении режимных Ь' гкл '

т бг

Л'»

факторов работы электрических сетей и анализе их влияния на области существования информационных признаков; разработанных алгоритмах функционирования, сравнительной оценке признаков по нескольким критериям; успешной разработке схемотехнических решений устройств релейной защиты, опытных образцов, проверке их работоспособности в лабораторных условиях, проведении натурных испытаний; разработке и внедрении методики расчета их параметров.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

- анализ нормальных, анормальных и аварийных режимов работы распределительных сетей при наличии ответвительных и проходных подстанций;

- определение областей существования параметров традиционных и новых информационных признаков коротких замыканий, неполнофазных режимов и режимов продольно-поперечной несимметрии для релейных защит ближнего и дальнего резервирования;

- разработка алгоритмов функционирования адаптивных защит дальнего резервирования и защит от режимов продольно-поперечной несимметрии с повышенной селективностью и чувствительностью;

- сопоставительный анализ по критериям стабильности, чувствительности, селективности алгоритмов функционирования измерительных органов защит дальнего резервирования и защит от продольно-поперечной несимметрии и оценка области их применения в сетях различной конфигурации с учетом применяемых в микропроцессорных устройствах схемотехнических и про1раммных решений;

- разработка высокоэффективных микропроцессорных устройств релейной защиты распределительных электрических сетей;

- внедрение в эксплуатацию разработанных устройств дальнего и ближнего резервирования.

Для решения поставленных задач использованы методы теоретической электротехники, математического анализа, математического моделирования и натурного эксперимента, распознавания образов, логического анализа и синтеза схем, автоматического управления, микропроцессорных средств управления, схемотехники.

Научная новизна и основные научные результаты. В диссертации получены новые научные результаты:

1. критерии оценки распознаваемости режимов продольно-поперечной несимметрии в электрических распределительных сетях при наличии в них ответвительных и проходных подстанций;

2. методика определения нестабильности контролируемых параметров сигналов измерительных органов релейной защиты от продольно-поперечной несимметрии с учетом влияния мешающих факторов: предшествующего нагрузочного режима, переходного сопротивления в месте повреждения, коммутаций в сети в нормальном и послеаварийном режимах, аппаратных погрешностей;

3. алгоритмы функционирования адаптивных защит от продольно-поперечной несимметрии при повреждениях в электрических распределительных сетях, учитывающие предшествующий нагрузочный и существующий аварийный режимы, группы соединения обмоток резервируемых трансформаторов;

4. структурные схемы адаптивных устройств релейной защиты ближны о и дальнего резервирования трансформаторов ответвительных и проходных под-

станций;

5. новые устройства дальнего резервирования, защищенные патентами

РФ.

Достоверность результатов подтверждена лабораторными и натурными испытаниями, а также опытом эксплуатации разработанных устройств защиты.

Практическая ценность и внедрение результатов. Практическая ценность работы состоит в том, что созданы:

- алгоритмы функционирования защит дальнего резервирования и адаптивных измерительных органов, реагирующих на приращения входных сигналов, ортогональные составляющие токов, с тормозными сигналами, их взаимодействия, обеспечивающие повышение технического совершенства релейной защиты электрических распределительных сетей;

- методики оценки чувствительности и расчета уставок измерительных органов защит дальнего резервирования и защит от продольно-поперечной несимметрии распределительных сетей различной конфигурации, учитывающие параметры нагрузочных режимов, электродвигательную нагрузку и емкостную проводимость, позволяющие правильно выбрать параметры срабатывания разработанных устройств.

Разработаны и внедрены устройства релейной защиты дальнего резервирования с неизменными и адаптивными алгоритмами функционирования, защита ближнего резервирования трансформаторов. Разработан вариант распределенной микропроцессорной защиты подстанции напряжением 6(10)/35/110 кВ, обеспечивающей ближнее и дальнее резервирование в режимах продольно-поперечной несимметрии.

Автор принимал участие в освоении выпуска устройств релейной защиты дальнего и ближнего резервирования типа КЕДР-03Р2, КЕДР-07, БРУТ-03 и их внедрении в эксплуатацию в энергосистемах РФ ОАО «Ростовэнерго» и «Калм-энерго». Устройства дальнего резервирования типа КЕДР-07 также переданы для эксплуатации в ОАО «Астраханьэнерго».

Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе при подготовке инженеров и магистров (в лекционных курсах, лабораторных занятиях, курсовом и дипломном проектировании).

Апробация работы и публикации. Основные положения и научные результаты диссертации докладывались на 31 научно-технических конгрессах, конференциях, семинарах и совещаниях. В том числе на ежегодных семинарах АН России «Кибернетика электрических систем» (г. Новочеркасск, 1997-2004 г.г.); конференции молодых специалистов электроэнергетики РАО «ЕЭС России» - 2000 и 2003 (г. Москва), седьмой и восьмой Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», проводимых в МЭИ (ТУ) (г. Москва), семинаре-совещании начальников служб РЗА АО-энерго, начальников электролабораторий электрических станций, ведущих специалистов РЗА ОЭС Северного Кавказа, РАО «ЕЭС России», РП «Южэнерготехнадзор» в 1999 и 2001 г.г. (г. Пятигорск), Международной научно-технической конференции «Рациональное использование электроэнергии в строительстве и на транспорте» (г. Ростов-на-Дону), XIV и XV научно-технических конференциях «Релейная защита и авто-

матика энергосистем 2002, 2004» (г. Москва), Всероссийской научно-технической конференции «Энергосистема: управление, качество, безопасность» (г. Екатеринбург), УГ и VII симпозиуме «Электротехника 2010. Перспективные виды электротехнического оборудования для передачи и распределения электроэнергии» (г. Москва), научно-практической конференции «Электротехника и энергетика Поволжья на рубеже тысячелетий» (г. Чебоксары), II и III Международной научно-технической конференции «Керування режимами работа об'ектив електричних систем» (г. Донецк, Украина), Международной научно-технической конференции «Электроэнергетика, электротехнические системы и комплексы» (г. Томск).

Устройства релейной защиты, разработанные при непосредственном участии автора, неоднократно демонстрировались на ВВЦ РФ (г. Москва) и отмечены 3 дипломами.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Алгоритмы функционирования адаптивных релейных защит дальнего резервирования и защит от режимов продольно-поперечной несимметрии с повышенным техническим и информационным совершенством.

2. Методики оценки нестабильности контролируемых сигналов измерительными органами резервных защит, методики оценки области применения измерительных органов в зависимости от схемных и режимных факторов, методики расчета их параметров с учетом влияющих факторов (нагрузочные режимы, переходное сопротивление, пуски (самозапуски) электродвигательной нагрузки, коммутации батарей конденсаторов).

3. Критерии оценки распознаваемости режимов продольно-поперечной несимметрии в электрических распределительных сетях при наличии в них ответвительных и проходных подстанций.

4. Схемы и алгоритмы функционирования устройств дальнего и ближнего резервирования, защит от продольно-поперечной несимметрии.

Публикации. Основные научные результаты диссертации и результаты внедрения изложены в 25 публикациях, в том числе в 6 статьях в реферируемых и рецензируемых журналах, 1 патенте на изобретение и 1 патенте на полезную модель, 17 статьях в сборниках международных и всероссийских конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и приложения и включает основной текст с 86 рисунками на 212 стр., список использованной литературы из 116 источников и 5 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель и задачи исследования и показана структура диссертации, выделены наиболее значимые результаты исследования нормальных и аварийных режимов элементов распределительных сетей напряжением 6-110 кВ, определения информационных признаков для распознавания аварийных режимов при продольно-поперечной несимметрии за электрически удаленными объектами, разработки алгоритмов функционирования адаптивной релейной защиты. Отмечен вклад ученых, и специалистов по теме исследования- A.M. Авербуха, A.B. Богдана, В.К. Ванина,

Я.С. Гельфанда, А.Д. Дроздова, Ю.И. Жаркова, A.C. Засыпкина, М.Я. Клецедя. Ю.С. Кузника, А.Н. Кожина, C.J1. Кужекова, А.И. Левиуша, С.Б. Лосева, Ю.Я. Лямца. Б.К. Максимова, И.Ф. Маруды, К.И. Никитина, Г.С. Нудельмана, В.В. Платонова, Э.В. Подгорного, В.Е. Полякова, В.А. Рубинчика, A.M. Федосеева, Е.П. Фигурнова, А.Б. Чернина, М.А. Шабада и других, а также учебных, научно-исследовательских организаций и производственных предприятий: МЭИ (ТУ), ЧГУ, ИГЭУ, ЮРГТУ(НПИ), УГТУ, РГУПС, ВНИИЭ, Энергосеть проект, ВНИИР, НПП «ЭКРА», НПП «Бреслер», «АВВ-Автоматизация» и других организаций.

В первой главе выполнен анализ проблем построения защит дальнего резервирования и защиты от продольно-поперечной несимметрии распределительных сетей с ответвительными и проходными подстанциями, рассмотрены основные схемы выполнения данных сетей с радиальными, транзитными и кольцевыми ВЛ. Классифицированы информационные признаки, позволяющие разделить различные режимы работы линий распределительных сетей между собой, найдены зависимости различных параметров аварийных режимов работы сети от парамегров предшествующих нагрузочных режимов, в том числе с учетом критических факторов: пусков (самозапусков) электродвигателей (ЭД) на рассматриваемых подстанциях, комплексной нагрузки, емкостной проводимости, обусловленной как собственной проводимостью линий, гак и установленными на подстанциях с целью регулирования напряжения багареями конденсаторов. Проверка теоретических исследований режимов ППН выполнена путем натурного эксперимента в распределительной сети напряжением 110 кВ.

На основании исследований выполнено заключение о наименьшей зависимости от модуля /*ш и аргумента фж тока нагрузки при трехфазных КЗ за трансформаторами ответвительных подстанций сигналов защит, контролирующих приращение реактивной составляющей тока Д/»р кз и разности реактивной

/.ркз и части активной /»акз составляющих или их приращений

А/.рт кз, как показано для токовых ИО на рис.1 для трехфазного КЗ на радиальной линии за трансформатором 2,5 МВА. Зависимости построены в относительных единицах для максимального сопротивления трансформатора (в качестве базового принят ток КЗ за трансформатором мощностью 2,5 МВА /кзт(>1, аргумент тока нагрузки равен <рнг = -30° (рис. 1 ,а) и модуль тока нагрузки -(рис. 1,6)).

Отмечено, что при использовании защит, контролирующих реактивную составляющую или разность реактивной и активной составляющих необходима коррекция параметров срабатывания в зависимости от текущего значения аргумента тока нагрузки. Для адаптивных защит дальнего резервирования, контролирующих приращения ортогональных составляющих А/»ркэ, Д/*ак1 с целью

отстройки от режимов коммутации нагрузки с активно-емкостным характером предложено использовать блокировку от снижения величины тока прямой последовательности при трехфазном КЗ и учитывающую шунтирующее влияние емкостной нагрузки.

Параметры срабатывания блокировки можно определить на основании

изменения тока прямой последовательности А1

А/ = \^пфнгГ/нг - 1тл) + /^¡пфкз.т)2 + (сойфнгГ/щ- - /нг.т ^ + 431 со^кз.т)2 - А. где /нг, фнг, фкзт - модули и аргументы тока нагрузки и юка трехфазного КЗ за трансформатором; /нг т - ток нагрузки поврежденного трансформатора.

1 _ I __ .

7, 1 - ч

1. Ч ' рт к» ■ч \ ----

\ ■ \ -ч-\

Д \ N Ч К'гт.,.

а) Рис.

41) •

б)

--- __—

'•в

/ /

Л'м-Д

N. ^

Выполнен анализ возможности распознавания режимов продольно-поперечной несимметрии в сетях с эффективно заземленной нейтралью. На рис.2, в качестве примера показаны зависимости фазных токов

1*А(В,С) = 1Л(В,С>/1 нг и их векторных А1В*А(В,С)=А1ВА(В,С)/Л)Г и арифметических Ы^Л(В,С)=Ь1иА(ВС)/111[ приращений при непол-

нофазном режиме (обрыве фазы А) между ответви-тельными подстанциями от тока нагрузки линии = /нг //Нг.тах- Контроль фазных токов и их приращений наряду с токами симметричных составляющих позволяют распознать режимы ППН и увеличить 0,2 04 м '-„г чувствительность в режимах с малой нагрузкой ВЛ.

Рис.2 Достоверность полученных результатов проверена

путем проведения натурного эксперимента режима ППН в распределительной сети 110 кВ ОАО «Ростовэнерго».

Для увеличения достоверности распознавания режимов ППН, переходящих из одного вида в другой, например обрыв провода ВЛ с последующим его падением на землю (сетевое замыкание) предлагается контролировать временные параметры режимов. Минимальная продолжительность режима обрыва на ВЛ, переходящего в сетевое замыкание, т.е. промежуточного режима равна:

минимальное время существования

(об ~ РК, тт ~ Ьпр тах)/8 > гДе (об режима обрыва; Нвл тт - минимальная высота провеса фазных проводов над

землей; hnp тах - максимальный пробивной воздушный промежуток для данного класса напряжения; g - ускорение свободного падения.

Во второй главе выполнен сопоставительный анализ чувствительности ИО резервных защит к междуфазным КЗ за трансформаторами ответвительных и проходных подстанций, как с учетом, так и без учета шунтирующего влияния на1рузки, переходного сопротивления в месте повреждения по разработанной методике для защит с неизменными и изменяющимися параметрами срабатывания: максимальных токовых защит (МТЗ), дистанционных защит (ДЗ), защит, контролирующих ортогональные и симметричные составляющие токов и их приращения при наличии торможения и при его отсутствии, приращения модулей и приращения векторов тока, сформулированы возможные пути совершенствования измерительных органов, выполнен обзор существующих технических решений защит дальнего резервирования и классифицированы защиты от режимов ППН.

Примером оценки области применения защит с контролем приращения реактивной составляющей тока и торможением от приращения активной составляющей являются зависимости коэффициента чувствительности кч от модуля (рис.3,а) и аргумента (рис.3,б) тока нагрузки при подключении к BJT трансформаторов мощностью от 2,5 МВА до 16 МВА. Снижение чувствительности подобной защиты в области ф^, <-(30° +60°) можег быть скомпенсировано адаптивным изменением коэффициента торможения, оптимальное значение которого равно кТМ = -tgf.рнг. При пуске защиты от органов тока обратной последовательности возможно снижение коэффициента торможения, а при включении линии в цикле АПВ - возможно автоматическое увеличение коэффициента кш по условиям отстройки от режима самозапуска мощной электродвигательной нагрузки.

Ограничивающим условием применения органов контролирующих приращения сигналов (аварийные составляющие) являются пуски (самозапуски) электродвигателей в цикле АПВ и при АВР, отключение батарей конденсаторов и т.д.

Рис. 3

Исследованы условия работы измерительных органов защит от ППН при обрывах фазного провода на параллельных линиях с двусторонним питанием и радиальных линиях с ответвлениями. Предложено использовать суммарный сигнал модулей токов обратной и нулевой последовательностей Iр = Лг0+ ' где Iр ~ полезный сигнал; к0,к2 - коэффициенты, принимающие значения от 0 до 1; 3Ïq - ток нулевой последовательности; /2 - ток обратной последовательности.

Для адаптивного измерительного органа разности модулей фазных токов в неполнофазных режимах уставку предлагается выбирать по условию Icp - ki(r-n(Iп)Ifi + Ел+1 (In+1 )I/1+1 + кнес^нг)+ ^пор^пор( ^ ) > где £n(In)>Brnl(In+\ ) ~ относительные погрешности измерения фазных токов; Iп, !пл\ - токи контролируемых фаз в нормальном режиме; кнес - коэффициент несиммстрии; кпор(1) -коэффициент, принимающий значения 0, если первое слагаемое не менее, чем минимальный порог срабатывания ИО 1пор и 1 в противном случае.

В третьей главе определены критерии выбора измерительных органов резервных защит, выполнен их сопоставительный анализ по степени влияния тока нагрузки, переходного сопротивления на стабильность контролируемых параметров сигналов, синтезированы алгоритмы функционирования адаптивных ИО, контролирующих аварийные составляющие и ИО с торможением защит от продольно-поперечной несимметрии, предложены алгоритмы селективных защит от междуфазных коротких замыканий за трансформаторами ответви-тельных (проходных) подстанций с группами соединения обмоток «звезда-треугольник» и алгоритмы селекции сложных видов повреждения при наличии обрыва на стороне высшего напряжения (ВН) и КЗ на сторонах ВН и низшего напряжений (НН).

Для построения эффективной защиты предлагается формирование в N -мерном пространстве признаков вектора x = (xi,jc2,...,xw), координаты которого характеризуют свойства защищаемого объекта и при этом будет справедливо

I 1 ** кя ,

соотношение R(Clp,Ciq) = ——(apk>(ùpl ) ^ 'пах> где

V р у к=\Ы

p,q = \,2,...,т\ к = 1,2,..., кр; 1 = \,2,...,kq,xJpk - значения у-го признака к -го

режима р -го класса арк ; xq{ - значения j -го признака / -го режима q -го клас-

2 " 2 са сор/', d (, iûq[)= Yj(хрк ~хф) - эвклидова метрика; Пр и fiq -объек-

У=1

ты распознаваемых классов.

В качестве примера для ИО приращения модулей тока (А/м), векторного приращения токов ( Д/в), реактивной составляющей тока с торможением от его активной составляющей (/ра1 ), приращения сопротивления (AZ) и полного сопротивления (Z) приведены среднеквадратичные расстояния между распозна-

ваемыми областями аварийных режимов (междуфазные КЗ на стороне НН трансформаторов) и максимальных нагрузочных режимов (рис.4,а). За базу приняты параметры аварийного режима за трансформатором минимальной мощности, подключенного к данной сети. Для этих же измерительных органов, а также для ряда их модификаций определены коэффициенты нестабильности, определяемые &нст - {(¡Г/(112) 12{) /,Р0, где 12,12 0 - параметр, характеризующий состояние защищаемого объекта при наличии возмущающих факторов и при их отсутствии, соответственно, и в качестве которого могут выступать токи, напряжения, сопротивления (проводимости); - входной сигнал ИО при отсутствии возмущающих факторов. Наилучшие результаты по данному критерию получены для ИО, контролирующих векторное приращение токов А/в и приращения сопротивления ЬХ (кнст<0,05) (рис.4,б). Подобные результаты получены и для токовых измерительных органов с торможением, контролирующих реактивную и скорректированную активную составляющие суммарного сигнала, состоящего из полного тока и его приращения. При этом коэффициент нестабильности данных измерительных органов не превышает 4% для переходного сопротивления электрической дуга Лд =(0 + §,6)\2л\, где 2Т - сопротивление трансформатора.

б)

Рис.4

Формирование информационного пространства защищаемого объекта на основе многих признаков позволило разработать алгоритмы распознавания междуфазных КЗ за трансформаторами с разными группами соединений, в частности, «звезда-звезда» и «звезда-треугольник», что дает возможность построить селективную защиту и в некоторых случаях снизить время ликвидации аварии при действии резервных защит. Для этого предложен контроль фазовых соотношений токов прямой и обратной последовательностей, токов фаз со стороны питающих подстанций. При этом возможно разделение областей существования режимов для разных групп соединений обмоток трансформатора (рис.5,а), т.е. проведение решающих границ фуст^, Фуств. ФустС •

Для реализации защиты от ППН рассмотрены следующие их виды: обрыв и замыкание на землю фазы А первого участка ВЛ Ш с КЗ со стороны трансформатора Т\ (1-режим А У), обрыв фазы Л и КЗ фаз АВ (2-АВУ), СА (3-САГ), обрыв фазы А и короткое замыкание на стороне низшего напряжения трансформа-

тора 71 с группой соединения обмоток «звезда-треугольник» фаз АВ (4-АВА), ВС (5-BCà), СА (6-СЛД), ABC (7-АВСА). Первые три вида сложных повреждений являются развитием одного простого повреждения: 1 - падение оборвавшегося провода на землю. 2 и 3 - схлестывание (или пробой воздушной изоляции) оборвавшегося фазного провода с другим фазным проводом. Последние четыре режима могут возникать при работе BJI в неполнофазном режиме, что практикуется в некоторых энергосистемах, недовключении одного из полюсов коммутационного аппарата питающей, ответвительной или гфоходной подстанций, обрыве фазного провода, например шлейфа на анкерной опоре и т.д. Контроль информационных параметров в плоскости «модуль-модуль» позволяет разделить рассматриваемые режимы, проведя решающие границы М, 1Ъ2, 1ЬЗ, 1Ь4, Ici, Ici (рис.5,б).

В данной главе также предложена реализация специальной защиты ближнего резервирования трансформаторов ответвительных (проходных) подстанций от режимов сетевого замыкания в сети с эффективно заземленной нейтралью, контролирующей фазные токи или токи нулевой последовал ельности, т.к. включение максимальных токовых защит на разность токов недостаточно эффективно.

В четвертой главе на основе анализа схемотехнических решений, а также методов и алгоритмов цифровой обработки сигналов были рассмотрены ограничения, накладываемые аппаратно-логической частью цифровых РЗА, на чувствительность измерительных органов, что имеет важное значение для защит дальнего резервирования с повышенной чувствительностью и защит о г продольно-поперечной несимметрии.

Для измерительных органов, контролирующих разность модулей фазных токов определена абсолютная максимальная возможная погрешность А1т ~ са1 а где еа, еь - относительная погрешность измерения перво-

го и второго сигналов; Iа, ¡¡, - действующее значение первого и второго сигналов. Сопоставлены измерительные органы тока обратной последовательности (ТОП), приращения модуля ТОП и векторного приращения ТОП на основе анализа составляющих небаланса и погрешностей. Измерительный орган векторного приращения тока обратной последовательности имеет преимущество

Рис.5

над традиционным органом тока обратной последовательности при выполнении условия еф/нг <]Д/фсс - А/фсст +/„б.к - /Нб.кт!' 'Де еф - относительная погрешность измерения фазных токов, А/фсс и А/фссг - векторные слагаемые небаланса в нормальном и аварийном режимах, обусловленные разновременностью аналогово-цифрового преобразования токов разных фаз, /нб к, /нб.кх - составляющие выходного сигнала фильтра ТОП в нормальном и аварийном режимах, обусловленные неравенством коэффициентов передачи токов разных фаз.

Определено, что для ИО, контролирующих приращения модуля тока уставка должна быть не ниже чем А1ср > 1к3Ъф1нг, а у ИО приращения реактивной составляющей тока с торможением от активной составляющей А/Ср >к31НГ{фнг + ф; - ф фУ - С05(фнг + §)]} .

Для органов относительного замера, уставка должна быть не ниже чемА/ср >к3(е^1ъ] + гдс е1 ~ максимальная погрешность измерения

первого сравниваемого сигнала; I^ - измеренная величина первого сигнала; е2 - максимальная погрешность измерения второго сравниваемого сигнала; /з2 - измеренная величина второго сигнала.

Произведено сравнение выполнения защиты дальнего резервирования на основе токовых и дистанционных измерительных органов и отдано предпочтение токовым измерительным органам по критериям погрешности измерения и аппаратно-программным ресурсам, необходимым дня их реализации.

Разработаны алгоритмы функционирования защит дальнего резервирования и защит от продольно-поперечной несимметрии. Для распознавания непол-нофазных режимов и КЗ за трансформаторами предлагается использовать разделение всех режимов на группы и перестраивать логику защиты в зависимости от предшествующего режима, а также условий ее пуска. Предложены алгоритмы работы блокирующих ИО, методика расчета их уставок. Для распознавания аварийных режимов предлагается использовать комплекс измерительных органов, в том числе приращений модулей фазных токов и тока прямой последовательности, реактивной составляющей с торможением от приращения активной составляющей тока, адаптивные органы тока обратной и нулевой последовательностей и реактивной составляющей тока с торможением от активной составляющей. Для действия при двухфазных КЗ за фансформаюрами ответви-тельных подстанций вводятся органы тока обратной последовательности, для действия при трехфазных КЗ за трансформаторами - органы реактивной составляющей тока с торможением от активной составляющей и приращения реактивной составляющей тока с торможением от приращения активной составляющей тока. Для действия в неполнофазных режимах предназначаются органы разности модулей фазных токов, токовые обратной и нулевой последовательностей и приращений модулей фазных токов и приращения тока прямой последовательности, а также органы напряжения.

Также в данной главе содержится методика расчета уставок защиты дальнего резервирования и от режимов продольно-поперечной несиммстрии.

В пятой главе выполнена разработка защит дальнего резервирования ти-

па КЕДР-ОЗР2 и КЕДР-07, структурная схема последнего приведена на рис. 6. Также была выполнена разработка защиты ближнего резервирования типа БРУТ-03 и распределенной системы релейной защиты типа КЕДР-08.

Алгоритм функционирования логической части защиты КЕДР-07 может быть представлен

^ср = ^OHl/^'oTMA + %ГМВ +^*OTMC + ^ОТМ1 + FOTW + ^ОТО JfFoTI ^OHMl + + ^ОТфА^ОНМА^ОНфА + ^ОТфВ^ОНМВ^ОНфВ + ^ОГфС^ОНМС^ОНфС + '

+ Р<У12( ^*0H2^0HM2 + ^0Н2^0НМ1 ) + ^ОТРСТ + ^ОПОС )D'

где выходные сигналы: FqHI - органа напряжения прямой последовательности, ^ОТМА ' ^отмв < %гмс - ^ОТМ1 • %ГМ2 > %Г0 ~ блокирующих фазных токовых органов А, В, С, прямой, обратной и нулевой последовательностей;

^ОТ1'^ОТ2' ^отфА > ^01 фв > ^О'ГфС ~ токовых органов прямой, обратной последовательностей, фазных токов А, В и С; /"ohmi- ^ОНШ • ^онм»> ^Ьнмс • ■^онм2' ^OllMi " органов направления мощности прямой последовательности, фазных Л, В к С, обратной последовательности; ^отрст-^ОПОС ~ органов реактивной составляющей тока с торможением и приращения ортогональных составляющих тока с торможением; £>' - органа выдержки времени. В свою очередь Fqxpct = ^РСТ^ОНМЗ' гДе ^РСТ ~ выходной сигнал органа реактивной составляющей тока с торможением от активной составляющей, /"онмз ~ выходной сигнал специального OHM прямой последовательности (четвертый и частично третий квадранты);

^ОПОС = ^ПРСТ^0НМ4(^П0Т0П + ^ПОПМТ + ^ПОПРСТ ^ОСТ ' ^ОПОС = ^ПРСТ^0НМ4('^П0Т0П +^ПОПМТ + ^ПОПРСТ Я^ОСТГ^НБФ +

+ f^hoTon + ^попмт^ где FflPCr ~~ выходной сигнал органа приращения реактивной составляющей тока прямой последовательности с торможением от приращения активной составляющей тока прямой последовательности; ^0FIM4 ~ выходной сигнал специального OHM прямой последовательности (четвертый, частично первый и третий квадранты); ^погоп ~ выходной сигнал пускового органа тока обратной последовательности; ^попмт ~ выходной сигнал пускового органа приращения модуля тока прямой последовательности; /hoiiPCT - выходной сигнал пускового органа приращения реактивной составляющей тока прямой последовательности с торможением от приращения активной составляющей гока прямой последовательности; Fqçj - выходной сигнал блокирующего органа снижения модуля тока прямой последовательности; - выходной сигнал ИО приращения реактивной составляющей тока прямой последовательности с торможением от приращения активной составляющей тока прямой последовательности с уставкой, выбранной по условиям обеспечения автоматической отстройки от максимального возможного небаланса измерения приращений ортогональных составляющих тока.

Микропроцессорное устройство дальнего резервирования типа КЕДР-03Р2 предназначено для использования на радиальных линиях и содержит токовую защиту обратной последовательности и МТЗ, работающую совместно с органом направления мощности с «узкой» угловой характеристикой.

Микропроцессорное устройство типа КЕДР-07 предназначено для использования на радиальных, кольцевых и транзитных линиях. На его основе было разразработано устройство защиты от продольно-поперечной несиммегрии и дальнего резервирования типа КЕДР-07Н, логика которого перестраивается в зависимости от предшествующего режима. В данном варианте выполнения устройства увеличено количество измерительных органов, введены измерительные органы разности модулей фазных токов, приращений фазных токов и адаптивные органы тока обратной и нулевой последовательности. На рис.6, приняты следующие обозначения: ВПТ1-8 и ВПН1-4 - вторичные преобразователи токов и напряжений; ФНЧ1-12 - частотные фильтры; У01-16 - усилители-ограничители; М1-2 - мультиплексоры; ПП1-2 - периферийные процессоры; АЛУ - арифметико-логическое устройство; БЛ, БУ, БИ - блоки логики, управления, индикации; ВО - выходные органы.

Устройство ближнего резервирования БРУТ-03, структурная схема которого приведена на рис.7, представляет собой трехфазную МТЗ с независимой выдержкой времени и устройство заряда накопительного конденсатора, включаемые в цепи трансформаторов тока основных защит. Устройство типа БРУТ-03 обеспечивает подачу сигнала на отключение коммутационного аппарата путем разряда накопительного конденсатора на основную и (или) дополнительную катушку отклюючения, т.е. данная защита должна действовать при отказе в действии основных защит трансформатора или при отказах коммутационных аппаратов из-за потери оперативного питания. На рис. 7 приняты следующие обозначения БПТТ, БПИО, БИЛ, БПНК, ТБ - блоки промежуточных трансформаторов

тока, питания измерительных органов, измерений и логики, заряда накопительных конденсаторов, тестовый, соответственно; ПТ - преобразователь тока; НК -

ВГП5 > "ФНЧ9> «:УОП--ВГ1Г6 » ■¡ФНЧ10' *:У014!

В11Т7 «РНЧ11 > У015 .

ВПТ8 ФНЧ!2> -У016.

Рис.6

накопительный конденсатор.

БПТТ

впио пт БИЛ ТБ

БПНК

НК

Рис. 7

Также была разработана микропроцессорная система распределенной защиты типа КЕДР-08, состоящая из локальных модулей и центрального устройства. Основная идея разработки состоит в том, что часть своих функций, такие как МТЗ, дуговые защиты и некоторые другие, локальные модули и центральное устройство выполняют независимо друг от друга, т.е. как автономные устройства, а часть функций - защиту от замыканий на землю, неполнофазных режимов, в составе системы. Предусматривается ускорение действия резервных защит центрального устройства при отказе в действии защиты в составе локального модуля. Структурные схемы локального модуля и центрального устройства приводятся на рис. 8, на котором приняты обозначения: СС - схемы согласования; ФПИ - формирователи прямоугольных импульсов; МП - микропроцессор; ПМП1-2 и ЦМП - периферийный и центральный микропроцессоры; ПП - приемопередатчик; ИОДЗ - оптический датчик; УВВ - устройства ввода/вывода.

б) Рис.8

Микропроцессорные резервные защиты типа КЕДР-03Р2, КЕДР-07 и БРУТ-03 внедрены в эксплуатацию на подстанциях ОАО «Ростовэнерго» и «Калмэнерго», а также переданы для установки на подстанциях в сети 110 кВ ОАО «Астраханьэнерго». Микропроцессорная резервная система защиты типа КЕДР-08 подготовлена к внедрению в ОАО «Ростовэнерго» на 5 подстанциях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные и практические результаты можно сформулировать в следующем виде:

1. Выполнен анализ влияния на чувствительность резервных защит нагрузки и переходного сопротивления в месте повреждения, определены области применения измерительных органов защит дальнего резервирования (токовых, направления мощности с «узкой» угловой характеристикой, тока

обратной последовательности, разности модулей фазных токов, дистанционных с различными формами характеристик в комплексной плоскости, реактивной составляющей тока, приращения модулей тока, векторного приращения тока и приращения ортогональных составляющих, с тормозными сш налами) по критерию стабильности контролируемых параметров в аварийных режимах.

2. Обосновано применение для построения релейной защиты дальнего резервирования адаптивных измерительных органов реактивной составляющей тока с торможением от активной составляющей, приращения реактивной составляющей тока с торможением от приращения активной составляющей, предложена методика выбора и изменения коэффициента торможения.

3. Предложены критерии оценки распознаваемости режимов продольно-поперечной нссимметрии в электрических распределительных сетях при наличии в них ответвительных и проходных подстанций. Проведен сопоставительный анализ чувствительности и условий работы измерительных органов защит от продольно-поперечной несимметрии с учетом их классификации по информационным признакам и основным алгоритмам функционирования.

4. Определены ограничения, накладываемые схемотехническими и программными средствами цифровых защит дальнего резервирования Сопоставлены погрешности и нестабильности различных измерительных органов. На их основе найдены ограничения чувствительности защит дальнего резервирования и защит от продольно-поперечной несимметрии.

5. Разработаны алгоритмы функционирования устройств дальнего резервирования и защит от режимов продольно-поперечной несимметрии, их измерительных органов, сами устройства, методика расчета их парамефов.

6. Разработана микропроцессорная система распределенной защиты подстанции, обеспечивающей ближнее и дальнее резервирование, защиту от режимов продольно-поперечной несимметрии, замыканий на землю, дуговых коротких замыканий.

7. Выполнена проверка реализуемости разработанных алгоритмов и измерительных органов путем математического и физического моделирования, проведены натурные испытания в электрической сети 110 кВ.

8. Разработаны с участием автора и прошли испытания:

- устройства защиты и сигнализации от неполнофазных режимов в сетях с эффективно заземленной нейтралью УСОФ-02М и КЕДР-07Н;

- микропроцессорная система релейной защиты типа КЕДР-08.

9. Разработаны с участием автора и внедрены:

- защиты дальнего резервирования повышенной чувствительности к коротким замыканиям за трансформаторами ответвительных и проходных подстанций типа КЕДР-03Р2 и КЕДР-07 (в 2002-2004 г.г. в ОАО «Ростов-энерго» и «Калмэнерго», в 2004 г. устройства типа КЕДР-07 переданы для эксплуатации в ОАО «Астраханьэнерго»);

- система ближнего резервирования релейной защиты трансформаторов типа БРУТ-03 (в 2003 г. в ОАО «Ростовэнерго»),

Основные публикации по диссертации

Публикации в периодической печати

1 Нагай В.В. Оценка селекции режимов продольно-поперечной несимметрии в электрических распределительных сетях с эффективно-заземленной нейтралью// Изв. вузов. Электромеханика. -2004.-№3.-С.51-54.

2. Нагай В.В. Критерии выбора измерительных органов резервных защит// Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Технические науки-2004- Прилож. №2. - С.49-54.

3. Нагай В.В. Анализ распознаваемости несимметричных коротких замыканий за трансформаторами ответвительных и проходных подстанций// Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техническиенауки-2003-Спецвыпуск.-С.46-49.

4. Нагай В.И., Нагай В.В. Резервирование в распределительных сетях напряжением 6-110 кВ: проблемы и решения// Электро. - 2002. № 6- С. 29-33.

5. Нагай В.И., Котлов М.М., Нагай В.В. Оценка эффективности дальнего резервирования защит BJ1 с ответвлениями при наличиии двигательной нагрузки: Тез. докл. XXI сессии семинара АН России «Кибернетика электрических систем» по тематике «Электроснабжение промышленных предприятий» 5-8октября 1999 // Изв. вузов. Электромеханика.-2000.- № 3.-С.104-105

6. Чижов К.В., Сарры C.B., Нагай В.В. Построение защит от несимметричных режимов работы электроустановок: Тез. докл. XIX сессии семинара АН России «Кибернетика электрических систем» по тематике «Электроснабжение промышленных предприятий» 7-9 октября 1997 г. // Изв. вузов. Электромеханика,-1998.-№2-3.-С. 121122.

Авторские свидетельства и патенты на изобретение

7. Патент 2162269 РФ. Устройство резервной защиты линии с трансформаторами на ответвлениях/ В И. Нагай, К.В. Чижов, C.B. Сарры, В.В. Нагай. - Опубл. 2001, Бюл. №2.

8. Патент на полезную модель №40689. Устройство резервной защиты с трансформаторами на ответвлениях/ В.В. Нагай. - Опубл. 20.09.2004, Бюл. №26.

Материалы конференций и семинаров

9. Нагай В.В. Адаптивные защиты от продольно-поперечной несимметрии в электрических распределительных сетях// Кибернетика электрических систем: Материалы XXV сессии семинара «Электроснабжение промышленных предприятий», Новочеркасск, 15-16 октября 2003 г./ Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). Новочеркасск: ред. журн. «Изв. вузов. Электромеханика», 2004. С.61-63.

10. Нагай В.В. Ближнее резервирование на ответвительных и проходных подстанциях// Современные энергетические системы и комплексы и управление ими: Материалы IV Междунар. науч.-практ. конф., Новочеркасск, 28 мая 2004 г.: В 2 ч./ Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). Новочеркасск: ЮРГТУ, 2004. - 4.1. С.66-67.

11. Нагай В.В. Распознавание несимметричных коротких замыканий за трансформаторами электрических распределительных сетей// Наукой! npaui Донецького нащонального техшчного ушверситету. Сер1я: «Електротехжка i енергетика». Випуск 79. - Донецк: ДонНТУ, 2004. - С.146-149.

12. Микропроцессорные зашиты ближнего и дальнего резервирования в распределительных сетях с ответвительными и проходными подстанциями /В.В. Нагай, В.И. Нагай, Г Н. Чмыхалов и др.// Релейная защита и автоматика энергосистем 2004: Сб. докл. конф. ВВЦ РФ. ОАО «ФСК ЕЭС» - М„ 2004. - С. 164-167.

13. Нагай В.В. Релейная защита элементов распределительных сетей 6-110 кВ от режимов продольно-поперечной несимметрии// Релейная защита и автоматика энергосистем 2004: Сб. докл. конф. ВВЦ РФ. ОАО «ФСК ЕЭС» - М., 2004. - С. 156-160.

14. Нагай В.В. Проблемы и технические решения распознавания продольно-поперечной несимметрии в распределительных электрических сетях// Вторая научно-техн. конф. Молодых специалистов электроэнергетики - 2003. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003.-С. 212-216.

15. Нагай В.В. Определение области существования несимметричных коротких замыканий за трансформаторами ответвительных подстанций// Современные энергетические системы и комплексы и управление ими: Материалы 1П Международной на-

уч.-практ. конф., Новочеркасск, 30 мая - 10 июня 2003 г.: В 3 ч./ Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). Новочеркасск: ЮРГТУ, 2003. - 4.2. С.42-45.

16. Нагай В.В., Бенц А.Ю. Режимы сетевого замыкания на землю в сетях напряжением 6-35 кВ<7 Современные энергетические системы и комплексы и управление ими: Материалы III Международной науч.-практ. конф., Новочеркасск, 30 мая - 10 июня 2003 г.: В 3 ч./ Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ) Новочеркасск: ЮРГТУ, 2003,-4.2. С.32-35.

17. Нагай В.В. Разработка устройства защиты от продольно-поперечной несимметрии// Материалы 52-й научн.-техн.конф. студентов и асп. ЮРГТУ (НПИ)/ Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2003. -С. 65-67.

18. Нагай В.В. Повышение распознаваемости режимов продольно-поперечной несимметрии за электрически удаленными объектами// Электротехника 2010 год. Перспективные виды электротехнического оборудования для передачи и распределения электроэнергии: Сборник докладов VII симпозиума. В 3 т./ Всерос. электротехн. ин-т, Московская обл., 27-29 мая 2003 г. - М., 2003. - Т.1. - С. 249-251.

19. Повышение эффективности дальнего резервирования в распределительных сетях напряжением 6-110 кВ/ В.И. Нагай, В.В. Нагай// Збфник наукових праць До-нецького нац'юнального техшчного ушверситету. Сер1я: «Електротехнка ¡ енергети-ка». Випуск 50. - Донецк: ДонНТУ, 2002. -С.106-109.

20. Нагай В.В., Нагай В.И. О стабильности контролируемых параметров дистанционных и токовых измерительных органов резервных защит линий// Современные энергетические системы и комплексы и управление ими: Материалы международной науч.-практ. конф., Новочеркасск, 15 июля 2001 г.: В 3 ч./ Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: УПЦ «НАБЛА» ЮРГТУ(НПИ), 2001. - 4.2. -C.32-R7. Нагай В.И. Нагай В.В, Сарры C.B. Релейная защита ближнего и дальнего резервирования элементов распределительных сетей напряжением 6-110 кВ. // Электротехника 2010 год. Перспективные виды электротехнического оборудования для передачи и распределения электроэнергии: Сб. докл. VI симпозиума: В 3 т., Московская обл. 22-25 октября 2001 г./ Всеросс. электротехн. ин-т. - М.: ВЭИ, 2001. - Т.1.- С. 290295.

22. Защита от неполнофазных режимов в распределительных сетях/ В.И. Нагай,

B.В. Нагай, C.B. Сарры, Г Н. Чмыхалов/' Электротехника 2010 год. Перспективные виды электротехнического оборудования для передачи и распределения электроэнергии: Сб. докл. VI симпозиума: В 3 т., Московская обл. 22-25 октября 2001 г./ Всеросс. электротехн. ин-т. - М.: ВЭИ, 2001. - Т.1. - С. 296-299.

23. Нагай В.И., Нагай В.В.Анализ функционирования дистанционных и токовых измерительных органов резервных защит линий// Моделирование. Теория, методы и средства: Материалы международной науч.-практ. конф., Новочеркасск, 11 апреля 2001 г.: В 8 ч./ Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: УПЦ «НАБЛА», 2001. - 4.5.

C.17-19.

24. Релейная защита дальнего и ближнего резервирования трансформаторов на ответвлениях ВЛ распределительных сетей напряжением 6-110 кВ/ В.И. Нагай, C.B. Сарры, В.В. Нагай, М.М. Котлов// Релейная защита и автоматика энергосистем 2000: Тез докл. XIV научно-технической конференции - М.:ЦЦУ ЕЭС России, 2000. - С 4547.

25 Нагай В.И, Сарры С В., Нагай В.В. Адаптивные резервные защиты распределительных сетей электроэнергетических систем// Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики: Материалы международной науч.-практ. конф.: В 10 ч./ Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2000. - 4.10 - С. 31 -36.

Личный вклад. В работах, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежат: в [4-6] - разработка математических моделей, алгоритмы решения; в [7] -идея технических решений, разработка алгоритмов функционирования, методик расчетов и проверка их реализуемости; [12,16,21,22,24,25] - расчетные соотношения и выбор параметров, обоснование схемных решений; [19,20,23] -выбор принципов построения и участие в практической реализации устройств, анализ технических характеристик.

РНБ Русский фонд

2006-4 1189

НАГАЙ Владимир Владимирович

АДАПТИВНАЯ РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ОТ ПРОДОЛЬНО-ПОПЕРЕЧНОЙ НЕСИММЕТРИИ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Подписано в печать 12.11.2004. Формат 60x84 '/м. Бумага офсетная. Печать офсетная. Печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,46. Тираж 100 экз. Заказ 1346.

Типография ЮРГТУ (НПИ) 346428, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132 Тел., факс (863-52) 5-53-03 E-mail: tvpographv@novoch.ru

Автореферат

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Нагай, Владимир Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. АНАЛИЗ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЗАЩИЩАЕМЫХ ОБЪЕКТОВ.

1.1. Описание защищаемых объектов.

1.2. Нормальные режимы работы распределительных сетей.

1.3. Анормальные режимы работы распределительных сетей.

1.4. Повреждения в распределительных сетях, находящиеся вне зоны действия защит от продольно-поперечной несимметрии.

1.5. Повреждения в распределительных сетях, находящиеся в зоне действия защит от продольно-поперечной несимметрии.

Ф 1.6. Неполнофазные режимы в электрических сетях с эффективно-заземленной нейтралью.

1.7. Натурные испытания режимов продольно-поперечной несимметрии в электрической распределительной сети 110 кВ.

1.8. Оценка основных и дополнительных информационных признаков, характеризующих режимы продольно-поперечной несимметрии.

1.9. Выводы.

Глава 2. АНАЛИЗ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ И ТЕХНИЧЕСКИХ

РЕШЕНИЙ РЕЗЕРВНЫХ ЗАЩИТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИ УДАЛЕННЫХ J ОБЪЕКТОВ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ.

2.1. Общие замечания.

2.2. Максимально-токовая защита. 502.3. Дистанционная защита.

2.4. Токовая направленная защита с реле направления мощности с «узкой» угловой характеристикой.

2.5. Токовая защита с контролем реактивной составляющей тока 69 •

2.6. Токовая защита обратной последовательности.

2.7. Измерительные органы с контролем разности модулей фазных токов.

2.8. Измерительные органы с контролем приращения (изменения) токов и сопротивлений (проводимостей).

2.9. Технические решения выполнения релейной защиты для целей дальнего резервирования на воздушных линиях с ответвлениями.

2.10. Защиты от режимов продольно-поперечной несимметрии.

2.11. Выводы.

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПОЗНАВАНИЯ АВАРИЙНЫХ

РЕЖИМОВ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ С ОТВЕТВИТЕЛЬНЫМИ И ПРОХОДНЫМИ ПОДСТАНЦИЯМИ.

3.1. Классификация режимов работы линии.

3.2. Критерии выбора измерительных органов релейной защиты дальнего резервирования.

3.3. Измерительные органы с контролем аварийных составляющих входных сигналов.

3.4. Адаптивные измерительные органы тока с торможением.

3.5. Выявление двухфазных коротких замыканий за трансформаторами.

3.6. Селекция режимов продольно-поперечной несимметрии в электрических распределительных сетях с эффективно-заземленой нейтралью.

3.7. Анализ поведения резервных защит трансформаторов в неполнофазных режимах.

3.8. Выводы.

Глава 4. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ

ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ УСТРОЙСТВ ЗАЩИТЫ ДАЛЬНЕГО РЕЗЕРВИРОВАНИЯ С УЧЕТОМ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ.

4.1. Учет погрешностей и нестабильности измерительных органов цифровых защит дальнего резервирования.

4.2. Алгоритмы проверки качества входной информации.

4.3. Алгоритмы функционирования устройства при КЗ на линии, обрывах фазного провода, неполнофазных режимах на параллельных линиях.

4.4. Алгоритмы распознавания режимов электрически удаленных КЗ за трансформаторами.

4.5. Выводы.

Глава 5. РАЗРАБОТКА МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ

УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ С ПОВЫШЕННОЙ ЭФФЕКТИВНОСТЬЮ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ ЭНЕРГОСИСТЕМ.

5.1. Общие замечания.

5.2. Релейная защита дальнего резервирования трансформаторов на ответвлениях воздушных линий.

5.3. Разработка устройства защиты и сигнализации от продольно-поперечной несимметрии.

5.4. Устройство защиты ближнего резервирования трансформаторов.

5.5. Разработка многофункциональной системы распределенной защиты типа КЕДР-08.

5.6. Выводы.

Введение 2004 год, диссертация по энергетике, Нагай, Владимир Владимирович

Релейная защита и автоматика (РЗА) является одной из важнейших частей энергетических систем, без которой невозможна надежная работа электроэнергетики. Усложнение схем электрических сетей и разнообразие режимов их работы, значительное количество старого и изношенного оборудования, находящегося в эксплуатации, требует дальнейшего совершенствования, особенно повышения быстродействия и чувствительности, релейной защиты и автоматики, обеспечивающих защиту электрооборудования в аварийных режимах. Проходящие в настоящее время процессы реформирования электроэнергетики обуславливают повышение роли РЗА в обеспечении управляемости и надежности работы, как энергосистем, так и отдельных энергетических объектов. В связи с этим наблюдаются процессы пересмотра идеологии построения системы РЗЛ, что во многом объясняется широким внедрением микропроцессорной техники, расширяющей возможности ее совершенствования и использования новых алгоритмов функционирования, почти неограниченной сложности.

В настоящее время основная доля находящихся в эксплуатации устройств релейной защиты в Российской Федерации и странах СНГ выполнена на электромеханической и микроэлектронной основе. По оценкам специалистов по релейной защите парк технических средств РЗА морально и физически стареет, что требует постоянного увеличения трудозатрат на их эксплуатацию. Серийными защитами линий в большинстве случаев не удается обеспечивать надежное дальнее резервирование трансформаторов ответвительных подстанций и селективное распознавание режимов продольно-поперечной несимметрии. Последним режимам уделялось особенно незначительное внимание при разработке средств РЗА, так как ущерб от неполнофазных режимов значительно меньше, чем от коротких замыканий. С учетом недостаточного объема работ по реконструкции технических средств РЗА за последние годы увеличивается ее доля с практически выработанным ресурсом. С учетом сказанного можно сделать вывод о необходимости пересмотра подходов к РЗА, сложившихся не только при ее эксплуатации, но и при разработке, проектировании, монтаже и наладке. Поэтому, например, на XV научно технической конференции «Релейная защита и автоматика энергосистем 2002», проводимой ЦЦУ ЕЭС России в 21-23 мая 2002 г. в Москве, департаментом стратегии развития и научно-технической политики была представлена такая концепция технического переоснащения систем РЗА, которая должна выполняться по двум направлениям:

1. Реконструкция и техническое перевооружение в рамках аналогичных работ, проводимых для всего энергообъекта в целом. При этом необходима полная замена устройств РЗА и цепей вторичной коммутации на современные микропроцессорные устройства и системы РЗА с возможностью их интегрирования в систему АСУ энергообъекта и максимальной возможностью применения во вторичных цепях волоконно-оптических кабелей.

2. Замена в плановом порядке вне зависимости от реконструкции и технического перевооружения энергообъекта в следующей последовательности:

- замена физически и морально устаревших устройств РЗА;

- замена устройств, пониженная надежность которых, в случае аварийной ситуации может привести к развитию крупной аварии;

- замена устройств РЗА, улучшение характеристик которых позволяет реализовать условия ближнего и дальнего резервирования.

В данном случае допускается применение не только новых микропроцессорных устройств РЗА, но и устройств на электромеханической и микроэлектронной элементной базе. В 2004 г. на конференции «Релейная защита и автоматика энергосистем 2004» проводимой ОАО «ФСК ЕЭС» в ВВЦ РФ г. Москва с учетом анализа системной аварии в августе 2003 г. в США данная концепция была дополнена рекомендацией оснащения энергообъектов простыми электромеханическими резервными защитами.

При разработке новых цифровых устройств релейной защиты целесообразно использовать как новые алгоритмы, применение которых сдерживалось существующей электромеханической и микроэлектронной элементной базой, так и тра диционные алгоритмы, испытанные многолетней практикой, что психологически хорошо воспринимается специалистами по релейной защите энергосистем. Такие тенденции отмечаются в настоящее время, что, например, подтверждается упомянутыми выше конференциями, проводимыми на базе Всероссийского выставочного центра РФ (ВВЦ РФ).

Построение в распределительных электрических сетях напряжением 6-110 кВ подстанций с упрощенными схемами первичных соединений снизили капитальные затраты на их сооружение и обслуживание, однако данные подстанции имеют низкую надежность работы первичного оборудования и релейной защиты. На подобных подстанциях вместо высоковольтных выключателей на стороне высшего напряжения (ВЫ) используются короткозамыкатели и отделители, предназначенные для создания искусственного короткого замыкания и последующего отключения линии, к которой подключена данная подстанция, со стороны источников питания. Как известно, отключение отделителя производится в бестоковую паузу после отключения линии релейной защитой на питающих подстанциях. Но недостаточно высокая надежность короткозамыкателей и релейной защиты ответ-вительных и проходных подстанций, не имеющих источника оперативного постоянного тока, потребовали проведения ряда схемотехнических мероприятий повышающих их живучесть. Так, например, во многих энергосистемах применяется отключение короткого замыкания отделителем в случае отказа в действии коротко-замыкателя. Отмечается достаточно высокая экономическая эффективность такого мероприятия, т.к. стоимость отделителя значительно ниже, чем трансформатора или комплектного распределительного устройства. Отказ в срабатывании релейной защиты или потеря цепей источника оперативного тока, выполняемого часто, от блоков питания, подключаемых к трансформаторам собственных нужд (или трансформаторам напряжения), трансформаторам тока, не позволяет выполнить как включение короткозамыкателя, так и, как следствие, отделителя. Питание цепей отключения отделителя осуществляется, как правило, от блоков предварительно заряженных конденсаторов, надежность которых тоже вызывает нарекания специалистов по релейной защите.

На стороне низшего напряжения (НН) таких подстанций, работающих зачастую без обслуживающего персонала, защиты отходящих линий выполнены, как правило, на основе электромеханических реле, в том числе и на реле тока прямого действия, типа РТМ и РТВ, имеющих недостаточную надежность и имеют нестабильные параметры срабатывания, что тоже во многих случаях вызывает отказ их срабатывания из-за загрубления или замедление в отключении коротких замыканий. Применение микропроцессорной техники затруднено отсутствием стабильного и надежного источника оперативного постоянного тока, а также высокой стоимостью цифровых устройств релейной защиты и большим количеством присоединений 6-35 кВ.

Одним из мероприятий по снижению ущерба при повреждениях на таких подстанциях распределительных сетей является внедрение дополнительной защиты ближнего резервирования, имеющей автономное питание от цепей измерительных трансформаторов тока стороны высшего напряжения силового трансформатора и воздействующей на штатные или на дополнительные соленоиды короткозамыкателя или отделителя. Это мероприятие увеличивает надежность отключения коротких замыканий за трансформаторами, но не позволяет полностью отказаться от мероприятий по дальнему резервированию, потому что требуется резервировать и отказы механической части короткозамыкателей и отделителей.

Также в распределительных сетях нередки неполнофазные режимы, как с коротким замыканием, так и без него. При этом, если обрыв фазы сопровождается падением провода поврежденной фазы на землю со стороны питаемой подстанций, то величина токов может не превышать суммарный максимальный нагрузочный ток линии, но в то же время токи, протекающие через трансформатор, могут превысить его номинальный ток в 2-4 раза, что вызывает его перегрев при длительном существовании данного режима, максимальная токовая защита (МТЗ) трансформатора в силу своего включения на разность фазных токов к подобным режимам может быть нечувствительна. Такая ситуация осложняется тем, что при сетевом замыкании фазы, в которой установлен короткозамыкатель, даже его включение не вызывает существенного увеличения тока. Существуют также значительные сложности в выявлении режима обрыва фазы без короткого замыкания, так как токи в таких режимах сопоставимы с токами нагрузки. Попытки реализации защиты от неполнофазных режимов на основе установки дополнительной (пятом) ступени направленной токовой защиты нулевой последовательности не всегда эффективны, по той причине, что ее чувствительность ограничена, а применение реле тока типа РТ-40 с малыми токами срабатывания вызывает перегрузку измерительных трансформаторов тока. Существование неполнофазных режимов может приводить к неселективному отключению смежных присоединений, особенно параллельных линий.

Из всего изложенного выше следует, что требуется не только повышение технического совершенства релейной защиты ответвительных и проходных подстанций, в том числе и изменения концепции их ближнего резервирования, но и совершенствование защиты дальнего резервирования, которая должна иметь высокую чувствительность не только к коротким замыканиям за трансформаторами, но и к разным видам неполнофазных режимов.

Наметившиеся тенденция проектирования подстанций с выключателями на стороне высшего напряжения и замена отделителей и короткозамыкателей на выключатели не означает отказа от мероприятий направленных на повышение надежности подстанций данного типа. Об этом свидетельствуют материалы технической печати, нормативные и директивные материалы РАО ЕЭС России, решения, принимаемые на многочисленных конференциях и совещаниях, проводимых службой релейной защиты ЦДУ ЕЭС России. Таким образом, проблема совершенствования РЗА данных подстанций является актуальной и в настоящее время.

Проблемам построения релейной защиты воздушных линий с ответвлениями и вопросам резервирования отключения коротких замыканий в электрических сетях посвящены работы А.Н. Кожина, В.А. Рубинчика [1,2], которые имеют прикладное и научное значение. Системный подход в построении РЗА распределительных сетей содержится в работах Я.С. Гельфанда [3,4], М.А. Шабада [5-8], В.А. Андреева [9], Ю.Я. Лямца [10-14], Г.С. Нудельмана [10-14], A.M. Федосеева [ 1517], А.И. Левиуша [18], В.К. Ванина [19] и ряда других специалистов. Повышению технического совершенства резервных защит посвящены работы В.Е. Полякова [20,21], А.В. Богдана [22,23], М.Я. Клецеля [20-26], К.И. Никитина [20-27], И.Ф. Маруды [28-30], Ю.С. Кузника [31-35] и других авторов.

Изучению функционирования релейной защиты линий, питающих ответви-тельные и проходные подстанции, при включении их на холостой ход посвящены работы А.Д. Дроздова [36-38], А.С. Засыпкина [36, 39-47], С.Л. Кужекова [36], В.В. Платонова [36], Э.В. Подгорного [48,49], Г.В. Бердова [39-41, 43-46], М.М Середина [39,43,45] и других.

Созданию теоретических основ расчетов сложных видов несимметрии, в том числе и режимов продольно-поперечной несимметрии, посвящены работы Н.Н. Щедрина [50], С.А. Ульянова [51], А.Б. Чернина [52-56], С.Б. Лосева [53,56], A.M. Авербуха [57] и других.

Функционирование устройств защиты и автоматики представляет широкое поле для самодиагностирования, функционального и тестового контроля, теоретические основы которого разработаны в работах Е.П. Фигурнова [58], Ю.И. Жаркова [59,60], В.Е. Полякова [61], С.Ф. Жукова [61] и др.

Научное обоснование разработок заключается в: определении режимных факторов работы электрических сетей и анализе их влияния на области существования информационных признаков; разработанных алгоритмах функционирования, сравнительной оценке признаков по нескольким критериям; успешной разработке схемотехнических решений устройств релейной защиты, опытных образцов, проверке их работоспособности в лабораторных условиях, проведении натурных испытаний; разработке и внедрении методики расчета их параметров.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

- внедрение в эксплуатацию разработанных устройств дальнего и ближнего резервирования.

Для решения поставленных задач использованы методы теоретической электротехники, математического анализа, математического моделирования и и натурного эксперимента, распознавания образов, логического анализа и синтеза схем, автоматического управления, микропроцессорных средств управления, схемотехники.

Научная новизна и основные научные результаты. В диссертации получены новые научные результаты:

1. критерии оценки распознаваемости режимов продольно-поперечной несимметрии электрических распределительных сетей при наличии в них ответвительных и проходных подстанций;

3. алгоритмы функционирования адаптивных защит от продольно-поперечной несимметрии при повреждениях за электрически удаленными объектами электрических распределительных сетей, учитывающие предшествующий нагрузочный и существующий аварийный режимы, группы соединения обмоток резервируемых трансформаторов;

4. структурные схемы адаптивных устройств релейной защиты ближнего и дальнего резервирования трансформаторов ответвительных и проходных подстанций;

5. новые устройства дальнего резервирования, защищенные патентом РФ и патентом на полезную модель.

Практическая ценность и внедрение результатов. Практическая ценность работы состоит в том, что созданы:

- методика оценки чувствительности и расчета уставок измерительных органов защит дальнего резервирования и защит от продольно-поперечной несимметрии распределительных сетей различной конфигурации, учитывающая параметры нагрузочных режимов, электродвигательную нагрузку и емкостную проводимость, позволяющая правильно выбрать параметры срабатывания разработанных устройств.

Апробация работы н публикации. Основные научные результаты диссертации и результаты внедрения изложены в 25 публикациях, в том числе в 6 статьях в реферируемых и рецензируемых журналах, 1 патенте на изобретение и 1 патенте на полезную модель, 17 статьях в сборниках международных и всероссийских конференций. Результаты диссертации докладывались на 31 научно-технических конгрессах, конференциях, семинарах и совещаниях. В том числе на ежегодных семинарах АН России «Кибернетика электрических систем» (г. Новочеркасск, 1997-2004 г.г.); конференции молодых специалистов электроэнергетики РАО «ЕЭС России» - 2000 и 2003 (г. Москва), седьмой и восьмой Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», проводимых в МЭИ (ТУ) (г. Москва), семинаре-совещании начальников служб РЗА АО-энерго, начальников электролабораторий электрических станций, ведущих специалистов РЗА ОЭС Северного Кавказа, РАО «ЕЭС России», РП «Южэнерготехнадзор» в 1999 и 2001гг. (г. Пятигорск), Международной научно-технической конференции «Рациональное использование электроэнергии в строительстве и на транспорте» (г. Ростов-на-Дону), XIV и XV научно-технических конференциях «Релейная защита и автоматика энергосистем 2002, 2004» (г. Москва), Всероссийской научно-технической конференции «Энергосистема: управление, качество, безопасность» (г. Екатеринбург), VI и VII симпозиуме «Электротехника 2010. Перспективные виды электротехнического оборудования для передачи и распределения электроэнергии» (г. Москва), научно-практической конференции «Электротехника и энергетика Поволжья на рубеже тысячелетий» (г. Чебоксары), II и III Международной научно-технической конференции «Керування режимами работа об'ектив електричних систем» (г. Донецк, Украина), Международной научно-технической конференции «Электроэнергетика, электротехнические системы и комплексы» (г. Томск).

Основные научные положения, выносимые па защиту:

3. Критерии оценки распознаваемости режимов продольно-поперечной несимметрии за электрически удаленными объектами распределительных сетей при наличии в них ответвительных и проходных подстанций.

Структура и содержание диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и приложения.

Заключение диссертация на тему "Адаптивная релейная защита от продольно-поперечной несимметрии распределительных сетей электроэнергетических систем"

5.6. Выводы

1. Областью применения защиты дальнего резервирования типа КЕДР-03Р(Р1, Р2) на основе измерительных органов тока и направления мощности с регулируемой угловой характеристикой являются радиальные BJI с малой долей двигательной нагрузки, и они чувствительны к междуфазным КЗ за трансформаторами мощностью 6,3-10 MB А и выше.

2. Областью применения защиты дальнего резервирования типа КЕДР-07, включающей в свой состав органы тока, направления мощности, органы тока ортогональных составляющих, органы тока их приращений, параметры срабатывания которых изменяются в зависимости от предшествующего нагрузочного режима являются BJI любого типа без ограничения характера нагрузки и которые чувствительны к междуфазным КЗ за трансформаторами мощностью 2,5 МВА и выше.

3. Областью применения защиты от неполнофазных режимов типа УСОФ-2 (М), обеспечивающей выявление режимов обрыва фазного провода в сети 110 кВ при нагрузке в предшествующем режиме не менее 10% от номинальной и при возникновении сетевого замыкания и заземленной нейтрали трансформатора мощностью 6,3 МВА и выше, являются электрические распределительные электрические сети 110 кВ с ответвительными и проходными подстанциями.

4. Областью применения защиты ближнего резервирования трансформаторов типа БРУТ-03, включающей в свой состав максимальную токовую защиту с независимым источником питания, являются электрические распределительные электрические сети 6-110 кВ. Для повышения эффективности функционирования данная защита должна включать в свой состав модуль от неполнофазных режимов.

5. Областью применения многофункциональной системы распределенной защиты типа КЕДР-08, созданной на основе апробированных алгоритмов микропроцессорных устройств защиты типа КЕДР, БРУТ, находящихся в эксплуатации в энергосистемах «Ростовэнерго» и «Калмэнерго» и сочетающей свойства локальных и централизованных систем, являются подстанции электрических распределительных сетей напряжением 6-110 кВ. Объединение отдельных локальных устройств защиты в систему позволяет повысить информационное совершенство защиты и сохранить высокую надежность даже при выходе из строя одного из компонентов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные выводы и практические результаты на основе анализа существующих проблем, теоретического рассмотрения факторов, затрудняющих решение . поставленных задач, выявления новых информационных признаков и проверки полученных результатов экспериментальными и натурными испытаниями в сетях напряжением 110 кВ, опыта эксплуатации разработанных устройств релейной защиты, можно сформулировать в следующем виде:

1. Выполнен анализ чувствительности с влияния нагрузки и переходного сопротивления, определены области применения измерительных органов защит дальнего резервирования (токовые органы, органы направления мощности с «узкой» угловой характеристикой, органы тока обратной и нулевой последовательности, разности модулей фазных токов, дистанционные с различными формами характеристик в комплексной плоскости, реактивной составляющей тока, приращения модулей тока, векторного приращения тока и приращения ортогональных составляющих, органов с тормозным сигналом) по критерию стабильности контролируемых параметров в аварийных режимах.

2. Обосновано применение для построения релейной защиты дальнего резервирования адаптивных измерительных органов реактивной составляющей тока с торможением от активной составляющей, приращения реактивной составляющей тока с торможением от приращения активной, предложена методика выбора и изменения коэффициента торможения.

3. Проведен сопоставительный анализ чувствительности и условий работы измерительных органов защит от продольно-поперечной несимметрии с учетом их классификации по информационным признакам и основным алгоритмам функционирования.

4. Определены минимальные требования к аппаратной части цифровых защит дальнего резервирования, ограничения, накладываемые схемотехническими и программными средствами. Сопоставлены погрешности и нестабильности различных измерительных органов. На их основе найдены ограничения чувствительности защит дальнего резервирования и защит от продольно-поперечной несимметрии.

5. Разработаны алгоритмы функционирования устройств дальнего резервирования и защит от режимов продольно-поперечной несимметрии их измерительных органов, сами устройства, методика расчета их параметров.

6. Разработана микропроцессорная система распределенной защиты подстанции, обеспечивающей ближнее и дальнее резервирование, защиту от режимов продольно поперечной несимметрии, замыканий на землю, дуговых коротких замыканий.

7. Выполнена проверка реализуемости разработанных алгоритмов и измерительных органов путем математического и физического моделирования, натурные испытания в электрической сети 110 кВ.

8. Разработаны, внедрены и прошли испытания:

- резервные защиты дальнего резервирования повышенной чувствительности к коротким замыканиям за трансформаторами отистиитсльпых и проходных подстанций типа КЕДР-03Р2 и КЕДР-07 (в 20022004 г.г. в ОАО «Ростовэнерго» и «Калмэнерго», в 2004 г. устройства типа КЕДР-07 переданы для эксплуатации в ОАО «Астраханьэнерго»);

- система ближнего резервирования релейной защиты трансформаторов типа БРУТ-03 (в 2003 г. в ОАО «Ростовэнерго»).

9. Разработаны и прошли испытания:

-устройства защиты и сигнализации от неполнофазных режимов в сетях с эффективно заземленной нейтралью УСОФ-02М и КЕДР-07Н;

- микропроцессорная система релейной защиты типа КЕДР-08.

Библиография Нагай, Владимир Владимирович, диссертация по теме Электростанции и электроэнергетические системы

1. Кожин А.Н., Рубинчик В.А. Релейная защита линий с ответвлениями. М.: Энергия, 1967. - 264 с.

2. Рубинчик В.А. Резервирование отключения коротких замыканий в электрических сетях. -М.: Энергоатомиздат, 1985. 120 с.

3. Гельфанд Я.С. Релейная защита распределительных сетей. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 368 с.

4. Гельфанд Я.С. О взаимосвязи между надежностью релейной защиты и надежностью защищаемой распределительной сети// Электричество. -1984. -№3. С. 47-49.

5. Шабад М.А. Защита трансформаторов распределительных сетей.-Л.: Энергоатомиздат, 1981. 136 с.

6. Шабад М.А. Релейная защита и автоматика на электроподстанциях, питающих синхронные электродвигатели. Л: Энергоатомиздат. Ленигр. отд-ние, 1984.-64 с.

7. Шабад М.А. Максимальная токовая защита Л.: Энергоатомиздат, 1991.-96 с.

8. Шабад М.А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. Л.: Энергоатомиздат, 1985. - 296 с.

9. Андреев А.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учебник для вузов по спец. «Электроснабжение». — М.: Высш. шк., 1991.-496 с.

10. Лямец Ю.Я., Подшивалин И.Н., Нудельман Г.С. и др. Универсальное реле: Сб. докл. конф. ВВЦ РФ. ОАО «ФСК ЕЭС» «Релейная защита и автоматика энергосистем 2004» М.: ОАО «ФСК ЕЭС», 2004. т С.63-68.

11. Принцип информационного совершенства релейной защиты/ Ю.Я. Лямец, Е.Б. Ефимов, Г.С. Нудельман, Я. Законьшек// Электротехника. 2001. -№2.-С. 30-34.

12. Распознаваемость повреждений электропердачи. 41. Распознаваемость места повреждения/ Ю.Я. Лямец, Г.С. Нудельман, А.О. Павлов, Е.Б. Ефимов, Я. Законьшек// Электричество. 2001. - №2. - С. 16-23.

13. Распознаваемость повреждений электропердачи. 42. Общие вопросы распознаваемости поврежденных фаз/ Ю.Я. Лямец, Г.С. Нудельман, А.О. Павлов, Е.Б. Ефимов, Я. Законьшек// Электричество. 2001. №3. С. 16-24.

14. Распознаваемость повреждений электропердачи. 43. Распознаваемость междуфазных коротких замыканий/ Ю.Я. Лямец, Г.С. Нудельман, А.О. Павлов, Е.Б. Ефимов, Я. Законьшек// Электричество 2001. - №12. - С. 9-22.

15. Федосеев A.M. Релейная защита электрических систем: Учебник для вузов. М.: Энергия, 1976. - 560 с.

16. Федосеев A.M. Релейная защита электрических систем: Учебное пособие для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 520 с.

17. Федосеев A.M., Федосеев М.А. Релейная защита электрических систем: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1992. - 528 с.

18. Левиуш А.И., Медведева Л.И., Сапир Е.Д Быстродействующее реле направления мощности обратной последовательности// Электричество. 1972. -№6.-С. 32-36.

19. Ванин В.К., Павлов Г.М. Релейная защита на элементах вычислительной техники. 2-е изд., перераб. и доп. — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1991. - 336 с.: ил. .

20. А.с. №1361668 СССР. Устройство для резервной токовой защиты тупиковой линии с ответвлениями от междуфазного короткого замыкания /М.Я. Клецель, М.А. Копбаев, К.И. Никитин., В.Е. Поляков. Опубл. Б.И. 1987, №47. •

21. Поляков В.Е., Клецель М.Я., Никитин К.И. Самонастраивающаяся токовая защита// Изв. вузов. Энергетика. 1989. -№9. — С. 44-46.

22. Богдан А.В., Клецель М.Я., Никитин К.И. Адаптивная резервная токовая защита тупиковых линий с ответвлениями// Электричество. —1991. -№2. -С.51-54.

23. А.с. №1116488 СССР. Устройство для токовой защиты от междуфазного короткого замыкания трехфазной электроустановки с автоматическим повторным включением/ А.В. Богдан, М.Я. Клецель, К.И. Никитин. Опубл. 1984, Бюл. №36.

24. Клецель М.Я., Никитин К.И. Анализ чувствительности резервных защит распределительных сетей энергосистем// Электричество. 1992. - №2. -С. 19-23.

25. Клецель М.Я., Никитин К.И. Резервная защита линий, реагирующая на разность модулей токов фаз и их приращений// Электричество. 1993. -№10. - С.23-26.

26. Патент № 1808160 СССР. Устройство токовой защиты электроустановки от коротких замыканий/ М.Я. Клецель, А.Г. Кошель, А.Н. Метельский, К.И. Никитин и В.В. Челпаченко. Опубл. 1993, Бюл. №13.

27. А.с. № 1728914 СССР. Устройство для резервной токовой защиты тупиковой линии с ответвлениями от междуфазного короткого замыкании/ К.И. Никитин и М.А. Копбаев Опубл. 1992, Бюл. №15.

28. Маруда И.Ф. Релейная защита линий 110-220 кВ при разрывах фаз// Электрические станции. 2002. - № 1. — С. 40-42.

29. Маруда И.Ф. Повышение эффективности релейной защиты электрических распределительных сетей 110-220 кВ при несимметричных повреждениях: Автореф. дисс. канд. техн. наук/ Южно-Росс. Гос. тех ун-т (Новочеркасский политех. ин-т).Новочеркасск 2003. - 19 с.

30. Маруда И.Ф. Релейная защита понижающих трансформаторов от коротких замыканий на линии при разрывах фаз// Электрические станции. -2003. №2. - С.44-46.

31. А.с. №1134082 СССР. Устройство для резервной защиты линии с отпаечными трансформаторами/ Ю.С. Кузник. Опубл. БИ, 1992, №3.

32. А.с. №1737611 СССР. Устройство для резервной защиты линии с отпаечными трансформаторами / Ю.С. Кузник. Опубл. в Б.И., 1992, №20.

33. А.с. №1814137 СССР. Устройство для защиты линий электропередач/ Кузник Ю.С. Опубл. в Б.И., 1993, Бюл. №17.

34. Кузник Ю.С. Использование фильтровых реле. Электрические станции, 1975, №7.

35. А.с. №1319144 СССР. Способ резервной защиты отпаечного трансформатора/ Ю.С. Кузник. Опубл. 1987, Бюл. №23.

36. Электрические цепи с ферромагнитными элементами в релейной защите/ А.Д. Дроздов, А.С Засыпкин, C.JI. Кужеков и др.; под общ. ред. В.В. Платонова. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 256 с.

37. Дроздов А.Д. Несимметричные переходные режимы в электрических системах и цепях релейной защиты. Новочеркасск: Изд-во НПИ, 1977. -76 с.

38. Дроздов А.Д., Борисов В.А. Методы расчета броска намагничивающего тока силовых трансформаторов в энергосистемах// Электричество. -1968. № 10. - С.72-76.

39. Засыпкин А.С., Бердов Г.В., Середин М.М. Применение обобщенной кривой затухания для расчета токов включения силовых трансформаторов// Электричество. 1978.-№ 5. -С.32-35.

40. Засыпкин А.С., Бердов Г.В. Количественная оценка "помогающего эффекта" для расчета броска намагничивающего тока трехфазных силовых трансформаторов// Изв. вузов. Электромеханика. 1970. - № 7. - С.759-765.

41. Засыпкин А.С., Бердов Г.В. К вопросу о броске намагничивающего тока в цепи заземленных нейтралей силовых трансформаторов при их включении на холостой ход// Изв. вузов. Энергетика. 1970. - № 7. - С.5-9.

42. Засыпкин А.С. Остаточная индукция в ненагруженных силовых трансформаторах после отключения от сети// Изв. вузов. Электромеханика. -1977.-№ 2.-СЛ 68-172.

43. Засыпкин А.С., Бердов Г.В., Середин М.М. Определение параметров силового трансформатора с насыщенным магнитопроводом// Электричество.- 1975.-№ 12. -С.24-28.

44. Засыпкин А.С., Бердов Г.В. Предотвращение ложной работы ускоряемых ступеней релейной защиты линий с ответвлениями и трансформаторов// Электрические станции. 1971. - № 4. - С.57-61

45. Засыпкин А.С., Бердов Г.В., Середин М.М. Расчетные кривые для определения вторичных токов в реле при включениях силовых трансформаторов на холостой ход// Изв. вузов. Электромеханика. 1971. - № 4. - С.390-396.

46. Засыпкин А.С., Бердов Г.В., Синегубов А.П. Формирование бросков намагничивающего тока силовых трансформаторов для исследования релейной защиты// Изв. вузов. Электромеханика. — 1973. № 8. — С.877-883.

47. Засыпкин А.С., Баев А.В., Люткевич В.И. Измерение остаточных индукций в сердечниках силовых трансформаторов// Электрические станции. -1969. № 5. - С.52-55. .

48. Подгорный Э.В., Нудельман Г.Г. Расчет тока включения силового трансформатора с учетом затухания// Энергетика 1982. - № 12. - С.78-81.

49. Подгорный Э.В., Ксюнин А.Г., Люткевич В.И. Типовые кривые для расчета тока включения силовых трансформаторов// Изв. вузов. Электромеханика. 1969.-№ 4. - С.376-379.

50. Щедрин Н.Н. К теории сложных несимметричных режимов электрических систем// Электричество. 1946. - №5. - С.66-76.

51. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. М.: Энергия, 1964. - 703 с.

52. Чернин А.Б. Вычисление электрических величин и поведение релейной защиты при неполнофазных режимах в электрических системах. М.: Госэнергоиздат, 1963. - 416 с.

53. Лосев С.Б., Чернин А.Б. Вычисление электрических величин в несимметричных режимах электрических систем. М.: Энергоатомиздат, 1983. -528 с.

54. Чернин А.Б. Оценка действия релейной защиты линий 110-220 кВ, питающих трансформаторы с короткозамыкателями. М.: Энергия, 1966. - 144 с.

55. Чернин А.Б. Короткие замыкания при неполнофазных режимах в электрических системах. М.: Госэнергоиздат, 1952. - 167 с.

56. Чернин А.Б., Лосев С.Б. Основы вычислений электрических величин для релейной защиты при сложных повреждениях в электрических системах. М.: Энергия, 1971.

57. Авербух A.M. Примеры расчетов неполнофазных режимов и коротких замыканий. Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1979. - 184 с.

58. Фигурнов Е.П. Релейная защита устройств электроснабжения железных дорог: Учебник для вузов ж.д. трансп. М.: Транспорт, 1981. - 215 с.

59. Жарков Ю.И. Автоматический контроль технического состояния релейной защиты и противоаварийной автоматики// Электричество. — 1980. — №9.-С. 4-9.

60. Теоретические основы построения логической части релейной защиты и автоматики энергосистем/ В.Е. Поляков, С.Ф. Жуков, Г.М. Проскурин и др. М.: Энергия, 1979. - 240 с.

61. Горелик А.Л., Скрипкин В.А. Методы распознавания: Учеб. пособие. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1984. - 208 е., ил.

62. Марков Н.А. Электрические цепи и режимы дуговых электропечных установок. М.: Энергия, 1975. - 204 с.

63. Голоднов Ю.М. Самозапуск электродвигателей. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 136 с.

64. Голоднов Ю.М., Хоренян А.Х. Самозапуск электродвигателей. -М.: Энергия, 1976. 144 с.

65. Ойрех Я.А., Сивокобыленко В.Ф. Режимы самозапуска асинхронных электродвигателей. М.: Энергия, 1974. - 95 с

66. Засыпкин А.С. Релейная защита трансформаторов. М.: Энергоатомиздат, 1989. -240 с.

67. Сборник аннотаций информационных писем служб релейной защиты и автоматики ЦЦУ, ОДУ и энергосистем. М.: ИДУ ЕЭС России. 1998. 113 с.

68. Нагай В.В. Проблемы и технические решения распознавания продольно-поперечной несимметрии в распределительных электрических сетях// Вторая научно-техн. конф. Молодых специалистов электроэнергетики 2003. -М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003. - С. 212-216.

69. В.В. Платонов, Г.Н. Чмыхалов. Специальные вопросы проектирования релейной защиты электрических сетей энергосистем: Учеб. Пособие/ Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: ЮРГТУ, 2000. — 124 с.

70. Дьяков А!Ф., Платонов В.В. Основы проектирования релейной защиты электроэнергетических систем: Учебное пособие. М.'.Издательство МЭИ, 2000. - 248 е., ил.

71. Чернобровов Н.В. Релейная защита. Учебное пособие для техникумов. Изд. 5-е, перераб. и доп. М., «Энергия», 1974.

72. Патент на полезную модель №40689 РФ. Устройство резервной защиты с трансформаторами на ответвлениях/ В.В. Нагай. Опубл. 20.09.2004, Бюл. №26.

73. Нагай В.В. Критерии выбора измерительных органов резервных защит// Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Технические науки.-2004.-Приложение №2.-С.49-54.

74. Нагай В.И., Нагай В.В. Резервирование в распределительных сетях напряжением 6-110 кВ: проблемы и решения// Электро. 2002.- № 6.- С. 29-33.

75. Руководящие указания по релейной защите: Вып.13Б. Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110-500 кВ: Расчеты- М.: Энергоатомиздат, 1985. 96 с.

76. Патент 2162269 РФ. Устройство резервной защиты линии с трансформаторами на ответвлениях/ В.И. Нагай, К.В. Чижов, С.В. Сарры, В.В. Нагай. Опубл. 2001, Бюл. № 2.

77. Нагай В.В. Анализ распознаваемости несимметричных коротких замыканий за трансформаторами ответвительных и проходных подстанций// Изв. вузов. Технические науки.-2003.-Спецвыпуск.-С.46-49.

78. Павлов А.О., Григорьев О.Н. Адаптивная защита дальнего резервирования отпаечных трансформаторов «Бреслер-0301»// Релейная защита и автоматика энергосистем 2000: Тез. Докл. XIV науч.-техн. конф. 18-20 апреля 2000 г. М.: ЦДУ ЕЭС России. - С.103-105.

79. Микропроцессорная адаптивная защита дальнего резервирования «Бреслер-0301»// Информационные материалы Hi 111 Бреслер. Чебоксары, 2000.-8 с.

80. Нагай В.В. Релейная защита элементов распределительных сетей 6110 кВ от режимов продольно-поперечной несимметрии// Релейная защита и автоматика энергосистем 2004: Сб. докл. конф. ВВЦ РФ. ОАО «ФСК ЕЭС» -М., 2004. С.156-160.

81. Нагай В.В. Разработка устройства защиты от продольно-поперечной несимметрии// Материалы 52-й научн.-техн.конф. студентов и асп. ЮРГТУ (НПИ)/ Юж.Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2003. - С. 65-67.

82. Нагай В.И. Релейная защита ответвительных подстанций электрических сетей. Энергоатомиздат, 2002. - 312 с.

83. Нагай В.И. Защиты дальнего резервирования промежуточных подстанций радиальных воздушных линий// Электричество. 2002. № 4. С. 2-7.

84. Свидетельство на полезную модель №9099, М. кл. Н02Н 3/08.-Устройство адаптивной резервной защиты радиальной линии с ответвлениями/ В.И. Нагай, С.В. Сарры, К.В. Чижов, М.М. Котлов Опубл. 16.01.99, Бюл. № 1.

85. Нагай В.В. Оценка селекции режимов продольно-поперечной несимметрии в электрических распределительных сетях с эффективно-заземленной нейтралью// Изв. вузов. Электромеханика. -2004.-№3.- С.51-54.

86. Sekine Y. Recent advances in digital protection// Electrical Power and Energy Systems. 1984. Vol. 6. N3. p. 181-191.

87. Data Acquisition Handbook, Intersil, 1980, p. 40.

88. Прянишников B.A. Электроника: Курс лекций. СПб.: КОРОНА принт. 1998.-400 е., ил.

89. Мирский Г.Я. Микропроцессоры в измерительных приборах. М.: Радио и связь, 1984. - 160 е., ил.

90. Микропроцессорные гибкие системы релейной защиты./ Михайлов В.В., Кириевский Е.В., Ульяницкий Е.М. и др.; под ред. Морозкина В.П. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 240 е.: ил.

91. Шляндин В.М. Цифровые измерительные устройства: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Высш. Школа, 1981. - 335 с;, ил.

92. Федорков Б.Г., Телец В.А., Дегтяренко В.П. Микроэлектронные цифро-аналоговые и аналогово-цифровые преобразователи. М.: Радио и связь, 1984. - 120 е., ил. - (Массовая б-ка инженера «Электроника», вып. 41).

93. Хемминг Р.В. Цифровые фильтры: Пер. с англ./ под ред. A.M. Трахтмана. М.: Сов. Радио, 1980. - 224 е., ил.

94. Карташев В.Г. Основы теории дискретных сигналов и цифровых фильтров; Учеб. пособие для вузов. М.: Высш. школа, 1982. - 109 е., ил,

95. Акционерное общестио энергетики н элещрификацнм филиал "Ростовэнсрго"Ф1. Сеперо-Вс

96. Устройства КЕДР-07 установлены на подстанциях Б1 и БЗ, устройство КЕДР-03Р2 и устройства БРУТ-03 на подстанции Б12.

97. Принцип действия защит дальнего резервирования трансформаторов на ответвлениях воздушных линий типа КЕДР-03Р2 основан на контроле модулей и аргументов фазных токов, тока обратной последовательности.

98. Особенностью выполнения данных устройств защиты является применение блокирующих токовых органов фазных и обратной последовательности, органа направления мощности с «узкой угловой характеристикой» и органа тока обратной последовательности.

99. Принцип действия устройства ближнего резервирования типа БРУТ-03 основан на контроле фазных токов, протекающих на стороне высшего напряжения защищаемого трансформатора.

100. Технический уровень разработки реализация устройств защищена патентом ' РФ №2162269 «Устройство резервной защиты линии с трансформаторами на ответвлениях».

101. Устройства реализованы на современной микропроцессорной базе, что обеспечивает малое потребление по цепям ТТ и ТН, удобство настройки и эксплуатации и отмечены дипломами ВВЦ РФ и РАО «ЕЭС России».

102. Рекомендации об использовании устройств защиты типа КЕДР-03Р2, КЕДР-07, ВРУТ-03. .

103. На основе вышеизложенного, отмечая положительный опыт эксплуатации разработанных устройств ЮРГТУ (НПИ), можно рекомендовать их расширенное использование в других энергосистемах Российской Федерации.

104. Начальник СРЗА ~ ' Куксова1. Утверждаю:

105. Директор филиала ОАО "Ростовэнерго" Западные электрические сети Рыбников А.С.1. CM/iUjfij 2004 г.1. АКТо внедрении устройств дальнего резервирования трансформаторов иа ответвлениях воздушных линий напряжением 35 кВ

106. Устройства установлены на воздушных линиях напряжением 35 кВ Новошахтинской группы подстанций.

107. Принцип действия защит дальнего резервирования трансформаторов на ответвлениях воздушных линий основан на контроле модулей и аргументов фазных токов, тока обратной последовательности.

108. Особенностью выполнения данных устройств защиты является применение блокирующих токовых органов фазных и обратной. последовательности, органа направления мощности с «узкой угловой характеристикой» и органа тока обратной последовательности.

109. Технический уровень разработки реализация устройств защищена патентом РФ №2162269 «Устройство резервной защиты линии с трансформаторами на ответвлениях».

110. Устройство реализовано на современной микропроцессорной базе, что обеспечивает малое потребление по цепям ТТ и ТН, удобство настройки и эксплуатации, отмечено дипломом РАО «ЕЭС России».

111. Рекомендации об использовании устройств защиты типа КЕДР-03Р2.

112. При последующих разработках и модернизациях предусмотреть возможность выявления замыканий на землю, обрывов и сетевых замыканий на защищаемой линии.

113. На основе вышеизложенного, отмечая положительный опыт эксплуатации разработанных устройств ЮРГТУ (НПИ), можно рекомендовать их расширенное использование в других энергосистемах Российской Федерации.

114. Начальник СРЗА JI.A. Мисникова

115. Утверждаю: лавный инженер О «Калмэнерго»2003 г.1. АКТо внедрении устройств дальнего резервирования трансформаторов на ответвлениях воздушных лннин напряжением 110 кВ

116. Устройства установлены на воздушных линиях напряжением 110 кВ «Элиста Северная Ленинская» и «Большой Царын - Малые Дербеты».

117. Технический уровень разработки реализация устройств защищена патентом РФ №2162269 .«Устройство резервной защиты линии с трансформаторами на ответвлениях».

118. Устройство реализовано на современной микропроцессорной базе, что обеспечивает малое потребление по цепям ТТ и ТН, удобство настройки и эксплуатации, отмечено дипломами ВВЦ РФ и РАО «ЕЭС России».

119. Рекомендации об использовании устройств защиты типа КЕДР-07.

120. При последующих разработках и модернизациях исключить переводные коэффициент^ при расчете уставок и выводе информации о текущих и аварийных параметров на жидко-кристаллический индикатор.

121. На основе вышеизложенного, отмечая положительный опыт эксплуатации разработанных устройств ЮРГТУ (НПИ), можно рекомендовать их расширенное использование в других энергосистемах Российской Федерации.

122. Начальник СРЗА jJm/L М.И. Трофименко

123. УТВЕРЖДАЮ: Проректор по образовательной1. АКТ

124. Деятельности ЮРГТУ (НПИ) . Ковалев О.Ф.1. JoXi 2004 г.о внедрении в учебный процесс научных разработок и результатов исследований кандидатской диссертации аспиранта кафедры "Электрические станции" Нагая В.В.

125. Методика расчета параметров микропроцессорной релейной защиты дальнего резервирования трансформаторов ответвительных подстанций типа КЕДР-07 и КЕДР-03Р2 (дипломное проектирование).

126. Схемотехническая реализация и алгоритмы функционирования адаптивных устройств релейной защиты (курсовое проектирование и лабораторный практикум по дисциплине «Элементы автоматических устройств», «Релейная защита электроэнергетических систем»).

127. Программа расчетов режимов продольно-поперечной несимметрии в электрических распределительных сетях 6-1 ЮкВ (дипломное проектирование).1. Председатель комиссии1. Члены комиссии:

128. В. Ф. Быкадоров Г. И. Чмыхалов1. И. Ф. Бураков

Похожие работы

Энергетика
05.14.00