автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Автоматизированная система управления эксплуатационной надежностью воздушных линий электропередачи

Введение

Глава 1. Эксплуатационная надежность воздушных линий 11 электропередачи и постановка задачи

1.1. Показатели эксплуатационной надежности воздуш- 11 ных линий электропередачи

1.2. Организация управления эксплуатационной надежно- 17 стью элементов электрических сетей

1.3. Постановка задачи по автоматизированному управле- 19 нию эксплуатационной надежностью воздушных линий электропередачи

Выводы к главе

Глава 2. Методическое и программное обеспечение определе- 28 ния вида и места повреждения на воздушных линиях электропередачи

2.1. Обоснование выбора методики для автоматического 28 определения места повреждения на воздушной линии электропередачи

2.2 Алгоритмическое и программное обеспечение опреде- 39 ления вида повреждения на воздушной линии

2.3. Алгоритмическое и программное обеспечение опре- 45 деления расстояния до места повреждения на воздушной линии

Выводы к главе

Глава 3. Тензорный анализ электрических цепей (сетей)

3.1 Матрицы неподвижных сетей с сосредоточенными параметрами

3.2 Тензорное описание сети

3.3 Простейшая система координат

3.4 Тензорный подход при анализе переходных процес- 72 сов в системе электроснабжения

3.5 Короткое замыкание в одной точке системы 84 Выводы к главе

Глава 4. Основы построения автоматизированной системы 91 управления эксплуатационной надежностью электропередачи

4.1 .Назначение и структура автоматизированной системы 91 управления эксплуатационной надежностью воздушных линий

4.2 Работа блока предварительной обработки информации БПОИ

4.3 Звено передачи данных

4.4. Результаты внедрения автоматизированной системы 116 управления эксплуатационной надежностью воздушных линий

Выводы к главе

Актуальность проблемы.

Проблема создания автоматизированной системы управления эксплуатационной надежностью воздушных линий электропередачи возникла в результате резкого повышения требований к качеству электрической энергии и непрерывности электроснабжения.

Решение задач наращивания энергетических мощностей и распределения вырабатываемой электрической энергии промышленным, сельскохозяйственным и коммунальным потребителям предопределяет постоянное развитие электрических сетей, в том числе и увеличение общей протяженности и разветвленности воздушных линий электропередачи (ВЛ).

Несмотря на непрерывное улучшение качества строительства, и технического обслуживания электрических сетей, происходят и неизбежно будут происходить повреждения ВЛ по причине того, что они расположены на открытом воздухе, т.е. подвержены климатическим воздействиям (гололедно-ветровые нагрузки, атмосферные перенапряжения и др.) и «доступны» посторонним вмешательствам (наезды на опоры, обрывы проводов высокогабаритными механизмами и т.п.).

Устойчивые повреждения ВЛ приводят к аварийному отключению, а в результате - к недовыпуску или браку продукции, дезорганизации работы транспорта, а также к нарушению нормальных условий жизни и быта людей.

При аварийном отключении ВЛ происходит изменение перетока мощности в сети, которое практически всегда сопровождается увеличением потерь и ухудшением качества электроэнергии.

Значительную, а иногда большую часть времени восстановления поврежденной ВЛ составляет процесс определения места и вида повреждения. Особенную сложность с точки зрения отыскания места неисправности представляют ВЛ напряжением 6-35 кВ, имеющие древовидный, разветвленный характер.

Большая протяженность ВЛ напряжением 110 кВ и выше, сильная разветвленность ВЛ напряжением 6-35 кВ, прохождение В Л часто по труднодоступным трассам предопределяют необходимость создания специальной системы диагностики отказов и прогнозирования преда-варийных состояний.

Большинство повреждений ВЛ электропередачи являются неустойчивыми, т.е. самоустраняющимися. В этих случаях успешное автоматическое повторное включение (АПВ) позволяет линии оставаться в рабочем состоянии. Но неустойчивые повреждения являются предвестниками устойчивых повреждений, т.к. развитие аварийных ситуаций на В Л часто носит постепенный характер.

Своевременное фиксирование места и вида неустойчивых повреждений позволит принять эффективные меры по своевременному устранению дефекта и предотвращению устойчивого повреждения.

Таким образом, диагностика и прогнозирование отказов позволяет уменьшить вероятность аварийных отключений воздушных линий электропередачи, а в случае устойчивости повреждений быстрее отыскать место повреждения, повысив тем самым надежность электрической сети.

Цель работы.

Целью данной работы является разработка методов и средств, позволяющих уменьшить число отказов воздушных линий электропередачи и сократить время поиска места повреждения на ВЛ.

Поставленная цель определила круг решаемых задач:

1. Разработка операторной схемы системы управления эксплуатационной надежностью воздушных линий электропередачи.

2. Разработка методического и программного обеспечения определения вида и места повреждения на воздушных линиях электропередачи.

3. Создание методики расчета токов и напряжений короткого замыкания, основанной на тензорном подходе к анализу электрических сетей.

4. Разработка системы сбора и передачи информации для автоматического контроля состояния воздушных линий электропередачи

Научная новизна работы:

1. Разработано обеспечение автоматизированной системы управления эксплуатационной надежностью ВЛ, которое включает персональную ЭВМ и систему сбора и передачи информации. Автоматизированная система сбора и передачи информации предназначена для дистанционного измерения и передачи параметров электропередачи, распознавания видов повреждений и указания места повреждения.

2. Создание методики автоматического определения места повреждения на ВЛ.

3. Разработано методическое и алгоритмическое обеспечение для моделирования режимов коротких замыканий и (или) обрывов фаз в системах электроснабжения, основанное на тензорном подходе, который позволяет упростить разработку программ для расчета токов и напряжений при аварийных ситуациях для любого вида короткого замыкания, что имеет большое значение при составлении программ для ЭВМ.

Практическая ценность работы:

1. Решение задачи управления эксплуатационной надежностью В Л представляется как создание системы сбора, передачи и обработки информации, характеризующей состояние ВЛ. В период между авариями эта система осуществляет измерения токов, напряжений, активной и реактивной энергии, частоты, коэффициента мощности, т.к. все данные для этого поступают на ЭВМ.

В момент возникновения повреждения на линии система сбора информации через звено передачи данных передает на ЭВМ дополнительный пакет информации, на основе которого и определяется вид повреждения, номер ВЛ, на которой произошло повреждение, и расстояние до места повреждения.

Персональная ЭВМ устанавливается в помещении диспетчера районной подстанции и используется обслуживающим персоналом электрических сетей для обнаружения и прогнозирования технологических и механических отказов линии электропередачи, установления предаварийных состояний, вычисления управляющих воздействий для вывода линии из предаварийных состояний и составления гибких графиков ремонта.

Выводы к главе 4

1. Разработана система автоматического контроля состояния воздушной линии электропередачи.

2. Разработана система сбора информации, предназначенная для управления сетью датчиков, контроля работоспособности датчиков и непосредственно передачи информации от датчиков в ядро системы для дальнейшего преобразования, отображения и регистрации.

3. Разработана аппаратная часть системы, включающая датчики (трансформаторы тока и один трансформатор напряжения на каждую цепь электропередачи), блок предварительной обработки информации, звено передачи информации и персональный компьютер.

4. Разработан алгоритм и программа работы блока предварительной обработки информации в период безаварийной работы линии электропередачи и в случае появления короткого замыкания на линии.

5. Разработана структура звена передачи данных как протокол связи станций.

6. Приведены результаты внедрения методики автоматического определения места повреждения на ВЛ. Произведен расчет коэффициент готовности линии до внедрения и после внедрения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Автоматизированная система управления эксплуатационной надежностью воздушных линий электропередачи входит в состав АСУ ТП электрических сетей. Техническое обеспечение автоматизированной системы управления эксплуатационной надежностью включает персональную ЭВМ и систему сбора и передачи информации.

Персональная ЭВМ устанавливается в помещении диспетчера районной подстанции и используется обслуживающим персоналом электрических сетей для обнаружения и прогнозирования технологических и механических отказов линии электропередачи, установления предаварийных состояний, вычисления управляющих воздействий для вывода линии из предаварийных состояний и составления гибких графиков ремонта.

В работе основное внимание уделено автоматизации определения места повреждения воздушной линии как фактору, прямо влияющему на эксплуатационную надежность.

В целях наиболее точного определения расстояния до места повреждения воздушной линии электропередачи по параметрам аварийного режима при одностороннем измерении для расчётов использованы мгновенные значения фазных токов и напряжений. За счет многократного измерения мгновенных значений параметров аварийного режима при КЗ удалось существенно уменьшить погрешность метода

В работе решение задачи управления эксплуатационной надежностью ВЛ представляется как создание системы сбора, передачи и обработки информации, характеризующей состояние ВЛ. В период между авариями эта система осуществляет измерения токов, напряжений, активной и реактивной энергии, частоты, коэффициента мощности, т.к. все данные для этого поступают на ЭВМ. В момент возникновения повреждения на линии система сбора информации через звено передачи данных передаёт на ЭВМ дополнительный пакет информации, на основе которого и определяется вид повреждения, номер ВЛ, на которой произошло повреждение, и расстояние до места повреждения.

Для настройки системы автоматического контроля состояния электропередачи необходимо предварительное определение зависимостей фазных токов и напряжений и токов обратной и нулевой последовательности от расстояния до места повреждения. Для определения этих зависимостей разработано математическое, алгоритмическое и программное обеспечение на основе тензорного представления электрической сети ситуационной модели состояния.

Я 2

АКТ о внедрении результатов диссертационной работы Бугровой Влады Васильевны на тему:" Автоматизированная система управления эксплуатационной надежностью воздушных линий электропередач. ы, нижеподписавшиеся, начальник службы РЗА ОАО Тверьэнерго Ким Е.М., кенер 1 категории службы РЗА ОАО Тверьэнерго Юруш Е.С., начальник 'РЗАИТ Тверских эл. сеггей(ОАО Тверьэнерго) Чилингарян Г.А. составили тоящий акт о том, что разработанная в диссертационной работе Бугровой В.В. юдика диагностики состояния воздушных линий электропередачи может быть шята с целью совершенствования имеющейся на предприятии системы по ¡ышению надежности элетроснабжения потребителей. сновные положения диссертационной работы, принимаемые к использованию:

1. Алгоритмическое и программное обеспечение блока предварительной обработки информации, получаемой от датчиков ( трансформаторов тока и напряжения).

2. Алгоритмическое и программное обеспечение звена передачи данных от БПОИ до компьютора

3. Программа определения расстояния до места двухфазного короткого замыкания по мгновенным значениям параметров аварийного режима. здрение перечисленных положений позволит уменьшить продолжительность рийных отключений и сократить недоотпуск электроэнергии потребителям.

1. Шалыт Г.М. Определение мест повреждения в электрических сетях. - М.: Энергоиздат, 1982. - 312 с.

2. Шалыт Г.М., Айзенфельд А.И., Малый A.C. Определение мест повреждения линий электропередачи по параметрам аварийного режима. М.: Энергоатомиздат,1983. - 208 с.

3. Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC: Пер. с англ./ Под ред. У. Томпкинса, Дж. Уэбстера. М.: Мир, 1992.- 592 с.

4. Винославский В.Н., Ливняк Г.Г., Несен Л.И., Рыбалко А.Я., Прокопенко В.В. Переходные процессы в системах электроснабжения. -Выща шк. Головное изд-во,1989. 422 с.

5. Пат. 1532591 (Франция). Compagnie des compteurs.

6. Пат. 3474333 (США). Line fault locator in electrical system.

7. Веников В. А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. М.: Высшая школа, 1970. - 444 с.

8. Крон Г. Тензорный анализ сетей. Пер. с англ./Под ред. Л.Т. Кузина и П.Г. Кузнецова . М.: Сов. радио, 1978.

9. Крон Г. Применение тензорного анализа в электротехнике. Пер. с англ. /Под ред. Э.А. Мееровича. М.; Л.: Госэнергоиздат, 1955.

10. Ю.Мак-Коннел А. Дж. Введение в тензорный анализ. С приложениями к геометрии, механике и физике. Пер. с англ./Под ред. В.Г. Коренева. М.: ГИФМЛ, 1963.

11. П.Головина Л.И. Линейная алгебра и некоторые ее приложения. М.: Наука, 1979.

12. Бугров В.Г., Стихарев А.Л. Преобразование тензорных моделей при автоматизированном проектировании технических систем сетевой структуры //Вопросы электроснабжения и автоматизации проектирования промышленных предприятий. Калинин: КГУ, 1988.

13. Ефимов Н.В., Розендорн Э.Р. Линейная алгебра и многомерная геометрия. -М.: Наука, 1974.

14. Хэпп X. Диакоптика и электрические цепи. Пер. с англ./Под ред. В.Г. Миронова. М.: Мир, 1974.

15. Методические указания по использованию различных способов определения мест повреждения воздушных линий электропередачи напряжением 110 кВ и выше с помощью фиксирующих приборов. Решение №Э-18/75-М.: СПО ОРГРЭС, 1976.

16. Беллман Р. Ведение в теорию матриц / Пер. С англ. М.: Наука, 1969.

17. Мельников H.A. Матричный метод анализа электрических цепей,-М. Энергия, 1972.

18. Зеленский В.А. Параметры аварийных режимов линий электропередачи при автоматическом определении мест повреждения. -В кн.: Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем. -Киев.: Наукова думка, 1968.

19. Жданов П.С. Вопросы устойчивости энергетических систем. М.: Энергия, 1979.

20. Айзенфельд А.И. Методы определения мест короткого замыкания на воздушных линиях электропередачи при помощи фиксирующих приборов. -М.: Энергия, 1974.

21. Баранаускас Л.П. Определение мест короткого замыкания на линиях электропередачи, связанных взаимной индукцией. Электрические станции, 1972.

22. Костатян Г.Г., Гиоргобиани В.Ф. Определение места повреждения на воздушных линиях 110-220 кВ с ответвлениями. Электрические станции, 1972.

23. Шалыт Г.М. Повышение надёжности и точности отыскания места повреждения воздушных линий электропередачи фиксирующими приборами. Труды ВНИИЭ.- М.: Энергия, 1967.

24. Малый A.C. Определение мест повреждения параллельных воздушных линий электропередачи. М.: Энергия,!977.

25. Руководящие указания и нормативы по проектированию развития энергосистем. М.: СЦНТН ОРГРЭС, 1973.

26. Айзенфельд А.И., Шалыт Г.М. Определение мест короткого замыкания на линиях с ответвлениями. М.: Энергия, 1977.

27. Розенкноп М.П. Определение мест замыкания на землю по токам и напряжениям нулевой последовательности на линиях электропередачи с ответвлениями. Электричество, 1966.

28. Клейнер В.М. Метод отыскания замыкания на землю на линиях с ответвлениями. Электричество, 1966.

29. Бехтин В.И., Кондратюк С.Ф. Определение мест однофазных КЗ в воздушных распределительных сетях. М.: Энергия, 1974.

30. Биркенфелдс Э.Я., Янаус А.Я. Фиксирующие приборы для определения места короткого замыкания. Электрические станции, 1973.

31. Брауде Л.И., Григораш В.И., Шалыт Г.М. Экономическая эффективность внедрения средств определения мест повреждения линий электропередачи. Электрические станции, 1978.

32. Силаев Ю.М. Способы и средства поиска повреждений в электросетях 6-10 kB. М.: Информэнерго, 1973.

33. Справочник по проектированию электроснабжения/Под ред. Ю.Г. Барыбина и др. М.: Энергоатомиздат, 1990.

34. Способ определения расстояния до места однофазного КЗ и устройство для его осуществления : A.C. 1661687 СССР, МКИ G 01 R 31/08 Саухатас А.С.С., Шабанов В.А., Федотов И.А., Аропсон В.Н., Рижский политехнический институт № 403248921.

35. Руководство о анализу данных о повреждениях линий электропередачи Guide pour 1 analyse dedes donnes de defaill anees concernant les lignes acriennes // Electra.- 1989.

36. Рывлин A.A., Ильясов A.M. Опыт эксплуатации и характеристики программного комплекса для определения программного комплекса для определения мест повреждения с помощью ЭВМ М., 1991.

37. Беляков Ю.С., Ройтман A.B. Программа ОМП на базе программы расчёта токов КЗ.-М.: Электрические станции, 1991.

38. Верин-Галицкая Т.В. Об использовании ЭВМ при оперативном определении мест повреждения. М., 1991.

39. Габедаева Э.В. Особенности определения мест повреждения в электрических сетях 6-500 кВ. М., 1991.

40. Айзенфельд А.И. Результаты внедрения и эксплуатации фиксирующих приборов для определения мест повреждения ВЛ торное исчисление 110-750 кВ, М., 1991.

41. Мелюхов И. А. Опыт определения мест повреждения В Л 110-500 кВ-М., 1991.

42. Кончин Н.Е. Векторное исчисление и начала тензорного исчисления. М.: Наука, 1965.

43. Веников В.А. Теория подобия и моделирования. М.: Высшая школа. 1978.

44. Переходные процесс источники информации для функционирования релейной защиты линий передачи СВН В.Ф. Лачугин , И.Н. Попов , Г.В. Соколов, А.Д.Зейкалов. - Электричество, 1983.

45. В.Е. Казанский . Измерительные преобразователи тока в релейной защите. -М.: Энергоатомиздат, 1988.

46. Протоколы информационно-вычислительных сетей: справочник С.А. Аничкин, С.А. Белов, A.B. Бернштейн и др./ под ред. A.M. Ми-зина и А.П. Кулешова. М.: Радио и связь, 1990.51.i83c52: Application Sheet Intel, 1993.

47. Власенко В.A., JIanna Ю.М., Ярославский Л.П. Методы синтеза быстрых алгоритмов свёртки и спектрального анализа. М.: Наука, 1990.

48. Попов H.H., Лачугин В.Ф., Соколова. Г.В. Релейная защита, основанная на контроле переходных процессов. М.: Энергоатомиздат, 1986.

49. Ванин В.К., Павлов Г.М. Релейная защита на элементах вычислительной техники. Л.: Энергоатомиздат, 1991.

50. Арцишевский Я.Л. Определение мест повреждения линий электропередачи в сетях с изолированной нейтралью. М.: Высшая школа, 1989.

51. Арцишевский Я.Л. Определение мест повреждения линий электропередачи в сетях с заземлённой нейтралью. М.: Высшая школа, 1988.

52. Кузнецов А.П. Определение мест повреждения на воздушных линиях электропередачи. М.: Энергоатомиздат, 1989.

53. Розанов М.Н. Надёжность электроэнергетических систем,- М: Энергоатомиздат, 1984.

54. Волков Г.А. Оптимизация надёжности электроэнергетических систем. М.: Наука, 1986.

55. Руденко Ю.Н., Ушаков И.А. Надёжность систем энергетики. М: Наука, 1986.

56. Барг И.Г., Эдельман В.И. Воздушные линии электропередачи: Вопросы эксплуатации и надёжности. М: Энергоатомиздат, 1985.

57. Рой Биллинтон, Рональд Аллан. Оценка надёжности электроэнергетических систем / Перевод с англ. В.А.Туфанова; Под ред. Ю.А.Фокина. М.: Энергоатомиздат, 1988.

58. Гук Ю.Б. Теория надёжности в электроэнергетике .- Л.: Энергоатомиздат, 1990.

59. Фокин Ю.А., Туфанов В.А. Оценка надёжности систем электроснабжения. М.: Энергоиздат, 1981.

60. Палюх Б.В., Петров В.Л. и др. Надёжность систем управления химическими производствами. М.: Химия, 1987.

61. Федосенко Р.Я., Мельников А.Я. Эксплуатационная надёжность энергосетей сельскохозяйственного назначения. М.: Энергия, 1977.

62. Надёжность системы энергетики. Терминология. Сборник рекомендуемых терминов. М.: Наука,1980. Вып.95.

63. Нейман В.Г. Решение научных, инженерных и экономических задач с помощью ППП ЗТАТСКАРШСБ М.: МП Память, 1993.

64. Афифи А., Эйзен С. Статистический анализ. Подход с использованием ЭВМ. М.: Мир, 1992.

65. Крамер Г. Математические методы статистики. М.: Мир, 1975.

66. Бугрова В.В., Корнеев К.Б. Программное обеспечение определения расстояния до места короткого замыкания в линиях электропередачи. Межвузовский сборник научных трудов энергосбережения в промышленности. Тверь, 1998.

67. Бугров В.Г., Бугрова В.В., Стихарев А.Л. Об автоматическом определении вида и места аварии в электрических сетях/ Межвузовский сборник научных трудов. Тверь, 1995.

68. Бугрова В.В. Система автоматического контроля повреждений воздушных линий электропередачи. Тезисы доклада Международнойнаучной конференции «Математические модели нелинейных возбуждений, переноса в конденсированных средах». Тверь, 1996.

69. Бугров В.Г., Бугрова В.В., Енин А.С. Об одном подходе к разработке новых информационных технологий для преподавания специальных дисциплин. Тезисы доклада Внутривузовский научно-практической конференции ТГТУ. Тверь, 1998.

70. High-speed micro: user's guide. Version 1.3 january 1994. Dallas Semiconductor, 1994.

71. New releases Data Book Volume 4, 1995. Maxim Semiconductor, 1995

72. Design in reference manual. - Analog Devices, 1994

73. Isolated RS-485 differential bus transceiver. Burr-Brown Corporation, ©1994

74. MCS®51 Microcontroller Family User's Manual. Intel, 1994

75. Гуртовцев А.Л., Гудыменко C.B. Программы для микропроцессоров: справочное пособие. Минск, «Вышэйшая школа», 1989.

76. Цифровые фильтры и устройства обработки сигналов на интегральных микросхемах. П/р Высоцкого Б.Ф. М., Радио и связь, 1984.

77. Бугров В.Г., Бугрова В.В., Михайлов Д.А. Система сбора информации для автоматического контроля электрических сетей // Энергосбережение в промышленности, сб. тр. / Тверь: ТГТУ, 1999

78. Калабеков Б.Л. Микропроцессоры и их применение в системах передачи и обработки сигналов. М., Радио и связь, 1988.

79. Бугрова В.В., Корнеев К.Б. Программное обеспечение определения места короткого замыкания в линиях электропередачи.

80. Understanding and Using Cyclic Reundancy Check with Dallas /Button™ Product. Dallas Semiconductor, application note #27,1995.

81. Теория надежности радиоэлектронных систем в примерах и задачах . Под ред. В. Г. Дружинина.- М.: Энергия, 1976.

82. ГОСТ 27.002-89 Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения.

83. Коган Л.М. Оптимизация надежности АСУ ТП при проектировании,- М.: Энергоатомиздат, 1983.

84. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности,- М.: Наука, 1965.

85. Дружинин Г.В. Надежность систем автоматики-.М.: Энергия, 1967.177

86. ГОСТ 27.001-81 Система стандартов в технике. Основные положения.

87. Половко A.M. Основы теории надежности.-М.: Наука, 1964.

88. Горский JI.K. Статистические алгоритмы исследований надежности,- М.: Наука, 1970.

89. ЮО.Барлоу Р., Прошан Ф., Статистическая теория надежности и испытания на безотказность.- М.: Наука, 1984.

90. Ю1.Ястребенецкий М.А. Надежность технических средств в АСУ технологическими процессами.- М.: Энергия, 1982. 102.Пустыльник Е.И. Статистические методы анализа и обработки на-блюдений.-М.: Наука, 1968.

91. ЮЗ.Райкин A.JI. Элементы теории надежности для проектирования технических систем.-М.: Советское радио, 1967. Ю4.Клыков Ю.Н., Горьков JI.H. Банки данных для принятых решений,- М.: Сов. радио, 1980.