автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Информационные аспекты распознавания коротких замыканий в линиях электропередачи в приложении к защите дальнего резервирования

Введение.

Глава 1. Имитационное моделирование электроэнергетических систем.

1.1. Задачи и принципы имитационного моделирования.

1.2. Синтез модели ЛЭП в базисе симметричных составляющих.

1.3. Реализация ИМО в базисе фазных координат.

1.4. Моделирование переходных процессов ЭЭС.

1.5. Показатели неадекватности имитационной модели.

1.6. Выводы.

Глава 2. Распознавание аварийных ситуаций в линии электропередачи.

2.1. Типы сопротивлений в задаче распознавания места повреждения.

2.2. Годографы напряжения и тока.

2.3. Годограф сопротивления.

2.4. Характерные точки годографа сопротивления.

2.5. Двухпроводная модель.

2.6. Труднораспознаваемые аварийные ситуации в линиях электропередачи.

2.7. Простейшая интерпретация явления нераспознаваемости.

2.8. Выводы.

Глава 3. Алгоритмическое моделирование электроэнергетических систем - информационные аспекты теории распознавания.

3.1. Информационные аспекты имитационного моделирования.

3.2. Алгоритмические модели.

3.3. Структура адаптивного реле сопротивления.

3.4. Алгоритмическая модель в базисе фазных координат.

3.5. Алгоритмическая модель в базисе симметричных составляющих.

3.6. Неявная алгоритмическая модель.

3.7. Информационные сопротивления.

3.8. выводы.

Глава 4. Информационные аспекты распознавания в

Переход на микропроцессорную платформу привел к концептуальным изменениям в теоретических основах релейной защиты [1]. В них обозначались два принципиально важных раздела: имитационное и алгоритмическое моделирование контролируемых объектов. На стыке двух разделов находятся вопросы, связанные с информационной базой релейной защиты. Предполагается эффективное использование всей доступной информации: априорной, текущей и апостериорной. Интеллектуализация алгоритмов заключается в придании им способности к адаптации, оптимизации и обучению [2]. Изменилась и сама интерпретация дистанционного принципа, что позволяет говорить об эволюции его концепций, задач и понятий. Новые алгоритмы, обобщаемые ниже, обладают способностью привлекать для распознавания аварийных ситуаций всю доступную информацию о контролируемом объекте, используя её не только полно, но и оптимально. Вводятся понятия о мере информации и ее ценности, исчисляемых количеством и сложностью оцениваемых параметров имитационной модели объекта (ИМО), а также о функционалах и критериях качества алгоритмической модели объекта (АМО).

Качество имитационных моделей определяется количеством ограничений, накладываемых при моделировании энергообъекта. Например, метод симметричных составляющих предполагает полную симметрию линии электропередачи (ЛЭП), что не выполняется на практике. В информационном плане более точным является базис фазных координат позволяющий учесть реальную несимметрию ЛЭП, и такие ее особенности как транспозиция, редкозаземленные грозозащитные тросы и т.д. Предлагаемый инструментарий имитационного моделирования использует базис фазных координат и теорию многополюсников для создания компактных моделей элементов энергосистемы и их эквивалентирования.

Кроме моделирования установившихся режимов энергосистем, для РЗА остается актуальным вопрос о влиянии составляющих переходных процессов на устойчивость алгоритмов фильтрации и защиты в целом. Традиционно существуют два принципиальных подхода к построению динамических имитационных моделей: методы численного интегрирования дифференциальных уравнений («ЕМТР», «ARENE»), которыми описывается каждый элемент модели [3, 4] и метод, использующий базис компонентов свободного процесса («Большая модель» - ЭКРА[5], Динамика, «MEMPhlS -Model of Multi Phase Imitation System» - ЧувГу). Последние методы более информативны, так как позволяют оценить спектральный состав сигналов имитационной модели [6]. Точно зная спектральный состав сигнала, поступающего от ИМО, можно оценить качество алгоритмов цифровой обработки электротехнических сигналов.

Алгоритмическая модель, являясь системой обработки информации, ассоциируется с релейной защитой и автоматикой. В отличие от имитационной модели ее вряд ли стоит уподоблять физическому объекту хотя бы по той причине, что на ее зажимах могут быть известны одновременно и ток, и напряжение, между тем как их невозможно подать совместно на одни и те же зажимы испытуемого объекта. Информационное обеспечение алгоритмической модели создается из априорных сведений о структуре и параметрах имитационной модели [7]. Алгоритмической модели возможно потребуются не все пассивные нормальные параметры имитационной модели, а только определенная их часть. Назовем ее информационной. К остающейся неинформационной части относятся, например, параметры системы "за спиной" при отсутствии обходных связей между сторонами линии электропередачи. Будучи наделена интеллектом, алгоритмическая модель объективно заинтересована (как оптимальная система, стремящаяся доставить минимум целевой функции) в знании всех без исключения информационных параметров, но вправе, однако, рассчитывать лишь на ограниченную их часть [8].

Взаимодействие двух моделей имитационной и алгоритмической открывает широкие возможности развития одного из основных принципов РЗА - дистанционного, центральное место в обновленной теории занимает оптимальное использование информации. Владея априорной информацией о защищаемом объекте, используя принципы адаптации и новые возможности, предоставляемые микропроцессорной техникой в плане получения и хранения текущей информации, можно существенно улучшить качество существующих дистанционных защит.

Одной из них является защита дальнего резервирования защит трансформаторов на отпайках. Для обеспечения дальнего резервирования в настоящее время считается обязательной установка на линиях 110 кВ и выше с двух- и многосторонним питанием трехступенчатых дистанционных защит от междуфазных замыканий независимо от полноты ближнего резервирования защиты. Осуществить защитами линий дальнее резервирование при КЗ в трансформаторе отпайки (в случае отказа срабатывания его защиты или выключателя со стороны высшего напряжения, а при отсутствии последнего - отказа короткозамыкателя или устройства передачи отключающего сигнала) в общем случае еще более затруднительно, чем при КЗ на линиях. Это связано с ограниченными возможностями достижения необходимой чувствительности защит линий и обусловлено тем, что нагрузка линии, определяющая параметры срабатывания последних ступеней защиты линий 110-220 кВ, в большинстве случаев значительно превышает номинальную мощность трансформатора отпайки.

Из информационного письма департамента науки и техники РАО "ЕЭС России'* ИП-1-96(Э):

В последние годы увеличилось количество отказов основных защит или коммутационных аппаратов (короткозамыкателей, отделителей), особенно на тупиковых подстанциях напряжением 6-110 кВ, и, как следствие, число повреждений силовых трансформаторов.

Существующие типовые проектные решения не обеспечивают в полной мере дальнее резервирование действия устройств РЗА ВЛ 6-110 кВ и питающихся от них силовых трансформаторов в случае присоединения к линии двух трансформаторов и более. Даже в случае присоединения к тупиковой линии одного трансформатора невозможно обеспечить чувствительность защиты линии к возникшему короткому замыканию за трансформатором (в том числе для трансформаторов большой мощности) при наличии реактирования линий на стороне низшего напряжения.

Следует отметить, что типовые проектные решения прошлых лет в ряде случаев не позволяют обеспечить в полной мере надежное ближнее резервирование действия защит при коротких замыканиях на стороне низшего напряжения силовых трансформаторов 110/6-10 кВ ."

В дополнение к цитированному необходимо заметить, что наличие ближнего резервирования не исключает необходимости в дальнем резервировании на случай отказа коммутационной аппаратуры отпаек. К тому же дальнее резервирование может быть экономически выгоднее ближнего, особенно для линий с большим числом отпаек.

На данный момент этот вопрос стоит особенно остро, т.к. характеристики срабатывания реле сопротивления дистанционных защит рассматриваемых линий, выпускаемых до последнего времени, имеют сравнительно невысокие максимальные уставки и не могут смещаться в первый квадрант комплексной плоскости; возможности охвата этими характеристиками, имеющими вид окружности или эллипса, КЗ за трансформаторами, особенно двухфазных на стороне треугольника, невелики; на линиях с двухсторонним питанием и в кольцевых сетях с одной точкой питания влияние подпитки приводит к снижению чувствительности традиционных защит [9].

Для проведения сравнительного анализа разработанной защиты и уже существующих технических решений необходимо проанализировать и сопоставить их чувствительность. Следует отметить, что анализ проводится между комплексами защит и отдельным устройством, конкретно предназначенным для резервирования защит отпаечных трансформаторов, традиционно же эта проблема решается в комплексе с общими задачами дальнего резервирования ЛЭП, как правило, с помощью высших ступеней различных защит, предназначенных для резервирования не только защит отпаечных трансформаторов, но и защит смежных подстанций.

В настоящее время предложен ряд технических решений, эффективность которых можно оценить по коэффициенту равному

К эф = Зтранэ. 1 Smp. > ГДе ^транз. " МОЩНОСТЬ ПврвТОКа ПО ЗаЩШЦавМОЙ ЛИНИИ,

Snip - мощность защищаемого трансформатора, при котором обеспечивается выявление режима КЗ за трансформатора (распознаваемость) [10]. Рассмотрим возможность осуществления дальнего резервирования защит отпаечных трансформаторов с помощью высших ступеней следующих защит: максимально - токовые защиты (МТЗ), дистанционные защиты с круговыми (ДЗк), эллиптическими (ДЭэл) и многоугольными (ДЗмн) характеристиками в комплексной плоскости традиционного замера сопротивления, реле тока обратной последовательности. Кроме перечисленных защит, существуют технические решения, не получившие в настоящее время широкого практического применения, например: реле тока реактивной составляющей (РТРС), реле направления мощности с "узкой" угловой характеристикой (РНМу). Т.к. данные варианты защит не получили широкого распространения, то они не рассматриваются при анализе эффективности.

Максимально-токовая защита должна выполнятся, как правило, в трехфазном исполнении, так как в противном случае возможно снижение ее чувствительности при трехфазном КЗ за трансформатором с группами соединений "звезда-треугольник". Ток срабатывания данной защиты определяется по условию отстройки от максимально-нагрузочного режима. Из этих же соображений выбирается устава реле сопротивления дистанционной защиты.

Применение фильтровых защит на основе реле тока обратной последовательности имеет ограничение из-за их неработоспособности при переходе двухфазного КЗ в трехфазное. Поэтому данная защита должна применятся совместно с другой защитой, работающей при симметричных КЗ. Ток срабатывания реле тока обратной последовательности определяется несколькими составляющими, а именно погрешностью трансформатора тока, погрешностями фильтра обратной последовательности, несимметрией защищаемой сети.

При анализе чувствительности указанных выше защит принято допущение, что при КЗ за трансформатором на ответвлениях ЛЭП напряжение со стороны питающей подстанции снижается не более чем на 5-10%, т.е. сопротивление системы составляет не более 10% сопротивления трансформатора максимальной мощности данной линии. Для первичного анализа традиционных защит дальнего резервирования выберем на простом примере линии с односторонним питанием наиболее чувствительную защиту по обозначенному выше критерию отношения мощностей. Значение тока при трехфазном КЗ за трансформатором минимальной мощности Sxp^n для линии с односторонним питанием равно: где Sjpmin - минимальная мощность трансформатора подстанции на ответвлении рассматриваемой линии; Ц^тах - максимальное напряжение короткого замыкания трансформатора в относительных единицах; U -номинальное линейное напряжение на шинах подстанции в месте установки защиты.

Расчетные выражения для определения параметров срабатывания перечисленных выше защит следующие:

1. МТЗ ICP =KOTCK3Sz/( l3U).

2. ДЗкр Zcp = -JbU1 l{szK3KOTCKBM3 cosA^,).

3. ДЗэл ZCP = -JbU2isJf2 + S2 / J32)/(K0TCKM3C).

4.РТОП I1CP = K3KOTC(s/3 + KfAf / / + ЛФ + KCT)/1нг max.

5. ДЗмн ZCP = JbU2 /Sz{-sinpMn#(90-y) + cos<pHr min)l{K3K0TCKBm\ где Коте, Кз, Кв - коэффициенты отстройки, запаса и возврата, равные соответственно 1.2; 1.5-1.7 и 0.8 (по данным [9, И, 12]); 5Х - мощность нагрузки (перетока) в максимальном режиме; А<рх = <рК{Ч - (рнгт[Г1; <Рмч - угол максимальной чувствительности; <рНГ Ып - минимальный угол нагрузки; КВдз = 1.05 - коэффициент возврата дистанционной защиты; fi = b/c, b - малая полуось эллипса, с - большая полуось эллипса (Р изменяется от 0.5 до 1.0); С = cos{(pKf4 -<рнг.шп)> S = sin((pA{4 -^яг.^); у - угол наклона правой стороны многоугольной характеристики дистанционного органа; <pTP min -угол между током и напряжением при КЗ за трансформатором минимальной мощности; б - полная погрешность трансформатора тока; Kf ~ частотный коэффициент фильтра тока обратной последовательности; Af - отклонение частоты сети от номинальной частоты; КСт - коэффициент учитывающий несимметрию в токе; Кч - коэффициент чувствительности защиты; 1нгт&х ~ максимальное значение тока нагрузки ЛЭП.

Коэффициент эффективности можно определить по выражению КЭФ = S^/ STP m^n, и он должен быть больше единицы для надежного выявления КЗ за трансформатором. Данное соотношение показывает кратность максимальной суммарной нагрузки (перетока) защищаемой линии к минимальной мощности трансформатора при КЗ, за которым резервная защита чувствительна. Расчетные выражения и численные значения коэффициентов эффективности приведены в таблице.

Численные значения коэффициента эффективности определено при углах токов нагрузки, изменяющихся от 0 до -30°. Таким образом, наиболее эффективными для целей дальнего резервирования линий с односторонним питанием являются защиты, построенные с использованием реле сопротивления в виде многоугольников и реле тока обратной последовательности. Однако реле сопротивления не лишены недостатков, заключающихся в значительном падении КЭф при нагрузках с малыми углами, что зачастую присутствует в линиях с двухсторонним питанием (транзитных линиях). При этом коэффициент эффективности резко падает и становится сопоставим с КЭф реле тока обратной последовательности, но при этом сохраняет существенное преимущество по сравнению с последним, т.к. сохраняет чувствительность к симметричным КЗ,

Тип защиты ФОРМУЛА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ коэффициента эффективности Численное значение мтз Кв^ТР.min ^ К.тагх^Ъ^Ч^ОТС ) 2.4-5.1

ДЗкр cosA^2 /(ик шхкчкзк0тсквдз cosA^j * 2.9-8.2

ДЗэл (с2 + S2 / р2)/(кчкзк0тсквдзсиА'.тах) 7.5-12.2

ДЗмн 1 !{КчК3КотсКвдзЬиктах Xcos <рнг - sin <^#(90 - у)) 5.2-36

РТОП 1/((0.028-0.033)6^,таД3Когс) 2,8-53,5 - Д<Р2=<РтР.тт-<Рмч

Из всех рассмотренных защит для более подробного анализа выберем дистанционную защиту с многоугольной характеристикой. Проведенная выше оценка эффективности существующих технических решений дальнего резервирования защит отпаечных трансформаторов была проведена для тупиковых линий с заранее наложенными ограничениями, где условия проведения данных мероприятий заведомо благоприятнее, нежели на транзитных линиях. Анализ поведения защит дальнего резервирования для транзитных ЛЭП представляет собой сложную задачу, неразрывно связанную с самими режимами электропередачи. Подобный подробный анализ освещен в отдельном параграфе четвертой главы с привлечением методики объектных характеристик, позволяющих более полно оценить качество новой защиты дальнего резервирования "Бреслер-ОЗОГ' [13] и традиционной, реализованной на базе дистанционной защиты ШДЭ, третья ступень которой имеет треугольную характеристику, которая по проведенному первичному анализу является наиболее конкурентоспособной.

Целью диссертационной работы является исследование информационных аспектов распознавания замыканий в линиях электропередачи (ЛЭП) и разработка на этой основе защиты дальнего резервирования отпаечных трансформаторов.

Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 93 наименований, 6 приложений. Общий объем работы 203 страницы включает: текст диссертации - 155 стр., список литературы - 10 стр., приложения - 38 стр.

§ 4.8. Выводы.

1. Задача дальнего резервирования отпаечных трансформаторов представлена в предлагаемом информационном аспекте, как задача взаиморасположения двух режимов: отслеживаемого а - КЗ в трансформаторе или за ним и альтернативного Р - рабочий ток линии. Приводится аналитическое описание области альтернативных режимов на плоскости традиционного замера сопротивления Z = USI ts, которая определяет уставочную характеристику традиционной защиты. Приводится расчет уставок третьей ступени дистанционной защиты, выполняющей функции дальнего резервирования для линии "Катраси - ТЭЦ2" на базе шкафов типа ЩЦЭ.

2. В свете представлений о взаимодействии двух моделей имитационной и алгоритмической, отдельно проработаны вопросы имитационного и алгоритмического моделирования таких объектов как линии электропередачи с ответвлениями. Проанализированы особенности таких линий, предложена единая эквивалентная модель замещения для различных типов ответвительных подстанций. Разработана методика расчета матриц предаварийного и чистоаварийного режимов, определяющих алгоритмическую модель объекта. Разработаны алгоритмы формирования замера с учетом специфики защищаемого объекта.

3. Поставлена и решена задача синтеза уставочной характеристики адаптивной защиты линий электропередачи с отпаечными трансформаторами. Подход к построению уставочных характеристик для адаптивной защиты так же строится на представлениях об отслеживаемых и альтернативных ситуациях на плоскости алгоритмического реле сопротивления. В данном случае альтернативными режимами являются оперативные переключения на линии электропередачи. Рассмотрены и классифицированы основные виды рабочих коммутаций, которые оказывают существенное влияние на область альтернативных режимов. Выведены аналитические кривые, описывающие области альтернативных режимов для различных коммутаций и сделано заключение о крайних режимах, которые ограничивают области отслеживаемой ситуации а. Разработана методика расчета уставок для адаптивной защиты дальнего резервирования с помощью алгоритмических (виртуальных) реле сопротивления и программа расчета уставок "Xaple"

4. Проведен сравнительный анализ существующей защиты дальнего резервирования на базе шкафов ШДЭ и новой защиты по методике объектных характеристик. Доказано повышения качества защиты при использовании принципов адаптации и объединения информации с помощью алгоритмического наблюдения. Отмечена стабильность объектной характеристики новой защиты.

5. Защита дальнего резервирования "Бреслер-ОЗОГ' реализована в виде резидентного программного обеспечения микропроцессорного контроллера. Разработаны ее функциональная и логические схемы, определены технические требования и алгоритмы тестирования данной защиты. Программное обеспечение включает в себя программный комплекс для построения уставочных и объектных характеристик защиты, инструментарий моделирования и тестирования защиты.

6. Защита установлена в опытную эксплуатацию. Проведены натурные испытания в различных режимах линии электропередачи: транзита и тупика. Отмечено корректная работа при появлении альтернативной ситуации -разрыва транзита. Защита по результатам натурных испытаний была признана работоспособной и внедрена в производства на НПП "Бреслер".

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Предложено обобщение дистанционного принципа релейной защиты и автоматики, отвечающее возможностям микропроцессорной техники. Новая интерпретация опирается на методы объединения информации при распознавании аварийных ситуаций в электрической системе. Произведена классификация имитационных и алгоритмических моделей, определены их функциональные особенности. Информационные аспекты распознавания рассматриваются как взаимодействие двух основных моделей: имитационной, ассоциируемой с реальным объектом и алгоритмической, представляющей собой систему распознавания.

Инструментарий имитационного моделирования развит как в направлении повышения точности и универсальности моделей энергообъектов, так и в направлении создания специализированных имитационных систем для задач дальнего резервирования. По первому направлению разработаны статические и динамические имитационные модели многопроводных систем различных классов напряжений (от 6 до 500 кВ) для анализа процессов, сопровождающих короткие замыкания в линиях электропередачи и их отключение. Модели, реализованные в виде многополюсников в базисе фазных координат и алгоритмы их эквивалентирования, позволяют более полно учесть всю доступную информацию о защищаемом объекте при построении его имитационной модели. Использование теории многополюсников позволило создать компактные модели отдельных элементов энергосистемы, которые затем эквивалентируются относительно информационных зажимов - зажимы многополюсника с которых снимается информация о токах и напряжения для целей РЗА, где нет необходимости в информации о токах и напряжениях во всей система, достаточно знать токи и напряжения в месте установки защиты. Это как раз и позволяет реализовать теория многополюсников.

Для расчета переходных процессов предложен оптимизационный алгоритм поиска собственных частот имитационных моделей электрических систем по методу Нелдера-Мида. Базис спектральных компонент является альтернативой методам численного интегрирования при расчете переходных процессов в энергосистемах и более информативен, т.к. позволяет спектральный состав полученного сигнала. Применение оптимизационного алгоритма поиска собственных частот позволяет избежать некорректных результатов в случае, когда не обеспечивается чередование нулей и полюсов операторного сопротивления.

Непосредственно модель ЛЭП может быть реализована как в базисе симметричных составляющих, так и в базисе фазных координат. Базис симметричных составляющих имеет методическую погрешность в следствии несимметрии ЛЭП, которая оценивается по критерию ОМП и может достигать до 2.5%. Основываясь на проведенных исследования, разработана имитационная программная модель "MEMPhlS", которая нашла применение в разработке микропроцессорных защит.

Отдельно проработаны вопросы имитационного моделирования таких объектов как линии электропередачи с ответвлениями. Проанализированы особенности таких линий, предложена единая эквивалентная модель замещения для различных типов ответвительных подстанций, реализованная в программном комплексе расчета уставок адаптивной защиты дальнего резервирования.

Поставлены задачи распознаваемости и распознавания зоны и места повреждения линии электропередачи. Получены аналитические решения для элементарной электропередачи, где центральное место занимает аппарат годографов, который развит применительно к решению задачи распознаваемости. Годографы сопротивлений представляют результаты наблюдения электропередачи в базисах имитационных и алгоритмических моделей. Годографам присущи два типа описаний, по-разному отражающих зависимость от аварийных параметров - переходного сопротивления и координаты короткого замыкания. Описание в форме дробно-линейного преобразования переходного сопротивления удобно для выявления характерных точек совокупности годографов, образующих семейство в функции координаты повреждения. Описание в полярной форме удобно для определения точек пересечения, означающих в информационном плане неоднозначность распознавания места повреждения.

Аналитически исследована распознаваемость короткого замыкания в элементарной электропередаче. Труднораспознаваемые ситуации, возникающие при наблюдении электропередачи с приемной стороны, объясняются явлением резистивного резонанса тока - взаимной компенсации положительного переходного сопротивления короткого замыкания и эквивалентного отрицательного активного сопротивления передающей системы. В базисе имитационных моделей подобные ситуации отображаются кривыми нераспознаваемости, устанавливающими предел распознаваемости короткого замыкания при максимально полном использовании той информации, что доставляет одностороннее наблюдение электропередачи в текущем и предшествующем режимах. Плоскость базиса имитационной модели, точнее ее аварийных параметров: места повреждения и переходного сопротивления, представляет собой плоскость объектной характеристики, которая определяет качество распознавания аварийных ситуаций. Получены предельные объектные характеристики распознавания места короткого замыкания для элементарной электропередачи.

Перспективными методами достижения предельной распознаваемости являются методы объединения и использования всей доступной информации о защищаемом объекте. В приложении к задачам дальнего резервирования особое внимание уделено развитию информационного аспекта дистанционного принципа релейной защиты. Адаптивные алгоритмы дистанционной защиты развиты в направлении максимального использования всей доступной информации как о защищаемом объекте, так и о его режимах. Релейная защита оперирует вектором наблюдения, который может быть сформирован либо с использованием информации о предшествующем режиме наряду с информацией о текущем режиме - полная информационная база, либо в усеченном варианте, при котором вектор наблюдения ограничивается только информацией о текущем режиме, но вектор повреждения имеет заведомо пониженный порядок.

Предложен вариант объединения всей доступной информации, как априорной, так и информации, собираемой и накапливаемой микропроцессорными устройствами РЗА, с использованием алгоритмической модели объекта. Параметры алгоритмической модели объекта принадлежит пространству параметров множества имитационных моделей среди которых выделяются: адекватная - параметры АМО адекватны параметрам АМО, и экстремальные - АМО параметры которых адекватны крайним состояниям ИМО по определенному параметру. В рамках представлений о взаимодействии имитационных и алгоритмических моделей энергообъектов определены понятия об алгоритмическом (виртуальном) реле сопротивления и его уставочных характеристиках. Введена классификация алгоритмических реле в зависимости от месторасположения, где основными являются реле начала зоны (НАРС) и конца зоны (КАРС).

Предложены способы реализации алгоритмических моделей в различных базисах: симметричных составляющих и фазных координат. Подобный поход явно определяет матрицы параметров АМО и синтезирует алгоритмическую модель адекватную одному из множества состояний моделируемого объекта, при этом для всех других состояний ИМО полученная модель не адекватна в той или иной степени. Альтернативой подобной методики является синтез неявной алгоритмической модели, параметры которой задаются в неявном виде, например в виде нейроной сети, и в общем случае могут быть неадекватны ни одному из множеств состояний объекта. Но при соответствующем обучении позволяет свести погрешность АМО вызванную ее неадекватности к минимуму во всем диапазоне изменения параметров. Подобный подход так же является незаменимым для случая, когда отсутствует априорная информация о защищаемом объекте, и мы наблюдаем только текущие величины.

Задача дальнего резервирования отпаечных трансформаторов представлена в предлагаемом информационном аспекте, как задача взаиморасположения двух режимов: отслеживаемого а - КЗ в трансформаторе или за ним и альтернативного р - рабочий ток линии. Приводится аналитическое описание области альтернативных режимов на плоскости традиционного замера сопротивления Z = Os/Is, которая определяет уставочную характеристику традиционной защиты. Приводится расчет уставок третьей ступени дистанционной защиты, выполняющей функции дальнего резервирования для линии "Катраси - ТЭЦ2" на базе шкафов типа ШДЭ.

В свете представлений о взаимодействии двух моделей имитационной и алгоритмической, отдельно проработаны вопросы алгоритмического моделирования таких объектов как линии электропередачи с ответвлениями. Проанализированы особенности таких линий, предложена единая эквивалентная модель замещения для различных типов ответвительных подстанций. Разработана методика расчета матриц предаварийного и чистоаварийного режимов, определяющих алгоритмическую модель объекта. Разработаны алгоритмы формирования замера с учетом специфики защищаемого объекта.

Поставлена и решена задача синтеза уставочной характеристики адаптивной защиты линий электропередачи с отпаечными трансформаторами. Подход к построению уставочных характеристик для адаптивной защиты так же строится на представлениях об отслеживаемых и альтернативных ситуациях на плоскости алгоритмического реле сопротивления. В данном случае альтернативными режимами являются оперативные переключения на линии электропередачи. Рассмотрены и классифицированы основные виды рабочих коммутаций, которые оказывают существенное влияние на область альтернативных режимов. Выведены аналитические кривые, описывающие области альтернативных режимов для различных коммутаций и сделано заключение о крайних режимах, которые ограничивают области отслеживаемой ситуации а. Разработана методика расчета уставок для адаптивной защиты дальнего резервирования с помощью алгоритмических (виртуальных) реле сопротивления и программа расчета уставок "Xaple"

Проведен сравнительный анализ существующей защиты дальнего резервирования на базе шкафов ТНДЭ и новой защиты по методике объектных характеристик. Доказано повышения качества защиты при использовании принципов адаптации и объединения информации с помощью алгоритмического наблюдения. Отмечена стабильность объектной характеристики новой защиты.

Защита дальнего резервирования "Бреслер-0301" реализована в виде резидентного программного обеспечения микропроцессорного контроллера. Разработаны ее функциональная и логические схемы, определены технические требования и алгоритмы тестирования данной защиты. Программное обеспечение включает в себя программный комплекс для построения уставочных и объектных характеристик защиты, инструментарий моделирования и тестирования защиты.

Защита установлена в опытную эксплуатацию. Проведены натурные испытания в различных режимах линии электропередачи: транзита и тупика. Отмечено корректная работа при появлении альтернативной ситуации -разрыва транзита. Защита по результатам натурных испытаний была признана работоспособной и внедрена в производства на HI 111 "Бреслер".

156

1. Liamets Yu. Ya., Ilyin V.A., Podshivalin N.V. Adaptive training relays. Proc 9,h Int. Power Syst. Conf. V. 2. St.-Petersburg 1994. P. 729-739.

2. Чу а Л.О., Пен-Мин Лин. Машинный анализ электронных схем (алгоритмы и вычислительные методы). М.: Энергия 1980г. С.640.

3. Демирчан К.С., Бутырин П.А. Моделирование и машинный расчет электрических цепей. М.: Высш. школа, 1988г. С.335.

4. С.Б. Лосев, А.Б, Чернин Расчет электромагнитных переходных процессов для релейной защиты на линиях большой протяженности. М.: Энергия, 1972.

5. Лямец Ю.Я., Нудельман Г.С., Павлов А.О. Алгоритмические модели электрических систем. Труды АЭН ЧР, 1999, №1-2, С. 10-21.

6. Лямец Ю.Я., Нудельман Г.С., Павлов А.О. Эволюция дистанционной релейной защиты. Электричество. 1999, №3,С. 8-15.

7. В.А. Рубинчик Резервирование отключения коротких замыканий в электрических сетях. М.: Энергоатомиздат, 1985.

8. В.И. Натай, К.В. Чижов, М.М. Котлов, Б.Ф. Мохров Повышение эффективности дальнего резервирования на воздушных линиях с ответвлениями. Известия вузов, Электромеханика. Вып. 1-2,1997.

9. И.Шабад М.А. Защита трансформаторов распределительных сетей. JL: Энергоатомиздат, 1981, С.136.

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

11. А.О. Павлов Оптимизационный метод поиска собственных частот имитационных моделей электрических систем. Тез. докладов 1-ой науч.-техн. конф. "Релейная защита и автоматическое управление электроэнергетическими системами". Чебоксары, ЧЦ РЗА, 1997

12. Ю.Я. Лямец, А.О. Павлов Оценивание несимметрии линии электропередачи. Изв. вузов. Электромеханика. Вып. 1-2. 1997

13. Лямец Ю.Я., Нудельман Г.С., Павлов А.О., Ефимов Е.Б., Законьшек Я. Распознавание повреждений электропередачи 4.1. Распознавание места повреждения // Электричество. 2001. №2. С.16-23.

14. Федосеев A.M. Основы релейной защиты. М.: Госэнергоиздат, 1961.

15. Вагнер К.Ф., Эванс Р.Д. Метод симметричных составляющих. Энергоиздат, 1933г.

16. С.А. Ульянов Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. М.: Энергия, 1970.

17. Н.А. Мельников Матричный, метод анализа электрических цепей. М.: Энергия, 1972.

18. В.А. Ильин, Ю.Я. Лямец, МЮ. Маклаков Методы эквивалентирования и оценивания при распознавании повреждений линий электропередачи. Изв. ИТА ЧР, N3 1996.

19. Г.И. Атабеков Теоретические основы электротехники. М.: 1978

20. Dommel, Н, "Digital Computer Solution of Electromagnetic Transients in Single and Multiple Networks," IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems", Vol PAS-88, No. 4, April 1969

21. Mamis M.S. Steady-state and transient analysis of multi phase power transmission lines by using state-space techniques. University of Gaziantep, Gaziantep, 1997.

22. Гультяев A.K. MATLAB 5.3. Имитационное моделирование в среде Windows. СПб.: Корона принт, 2001. С400.

23. Демирчан К.С. и др. Проблемы численного моделирования процессов в электрических цепях. Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт, 1982г№2.

24. Н.А. Дони, А.А. Шурупов Моделирование переходных процессов в энергосистеме для анализа устройств релейной защиты. Электротехника Вып. 2,1990.

25. Ю.Я. Лямец, А.П. Арсентьев, А.Г. Балясников Метод определения собственных частот электрической системы. Тез. докладов всеросс. межвуз. науч.-техн. конф. "Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике". Чебоксары, ЧувГУ, 1996.

26. Д. Химельблау Прикладное нелинейное программирование. М.: Наука, 1975.

27. Численные методы. Использование MATLAB, 3-е издание.: Пер. с англ. -М.: Издательский дом "Вильяме", 2001. С720.

28. Ю.Я. Лямец, А.О. Павлов Информационные показатели неадекватности модели электроэнергетических систем. Тез. докладов всеросс. межвуз. науч.-техн. конф. "Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике". Чебоксары, ЧувГУ, 1996.

29. Г.М. Шалыт, А.И. Айзенфельд, А.С. Малый Определение мест повреждений линий электропередачи по параметрам аварийного режима. М.: Энергоатомиздат, 1983.

30. Арсентьев А.П., Лямец Ю.Я., Павлов А.О. "Погрешности локации повреждений линии электропередачи". Тез. докладов межвуз. науч.-техн. конф. "Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем". Чебоксары, ЧувГУ, 1995.

31. Лямец Ю.Я., Нудельман Г.С., Павлов А.О. Перспективные методы и средства распознавания аварийных состояний электроэнергетических систем. Тезисы докладов Всеросс. электротех. конгресса с международным участием. М.: 1999,т,1.

32. Лямец Ю.Я., Нудельман Г.С., Павлов А.О., Петров С.Я. Ограничения дистанционного принципа релейной защиты и автоматики. Изв. вузов. Электромеханика, 1999, №1.

33. Лямец Ю.Я., Нудельман Г.С., Павлов А.О. Эволюция дистанционного принципа релейной защиты и автоматики. Тезисы докладов НТК «Релейная защита и автоматика энергосистем -98». М.: Изд. ЦДУ ЕЭС России. 1998.

34. Фейст П.К. Исследование работы дистанционных реле методом круговых диаграмм в комплексной плоскости полных сопротивлений. Труды ЦНИЭЛ. 1953. Вып.1.

35. Атабеков Г.И. Теоретические основы релейной защиты высоковольтных сетей. М.: Госэнергоиздат. 1957.

36. Аржанников Е.А. Дистанционный принцип в релейной защите и автоматике линий при замыканиях на землю. М.: Энергоатомиздат. 1985.

37. Лямец Ю.Я., Ильин В.А., Ефремов В.А. Адаптивное реле сопротивления. -Электротехника. 1993, №9-10.

38. Аржанников Е.А. Применение дистанционного принципа в условиях замыканий на землю для выполнения релейной защиты, автоматики и устройств определения места повреждения электропередачи. Дис.докт, техн. наук. М.: ВНИИЭ. 1996.

39. Лямец Ю.Я., Николаева Н.В., Павлов А. О. Объектные характеристики дистанционной защиты // Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике: Матер. И-ой всерос. межвуз. науч.-техн. конф. Чебоксары: Изд-во Чуваш, ун-та. 1998. С.141-144

40. Айзенфельд А. И., Шалыт Г. М. Определение мест короткого замыкания на линиях с ответвлениями. М.: Энергоатомиздат. 1988.160 с.

41. Лямец Ю. Я., Ильин В. А. Трехфазное адаптивное реле сопротивления // Электротехника. 1994. № 1. С. 36 47.

42. Лямец Ю. Я., Ильин В. А., Подшивалин Н. В. Программный комплекс анализа аварийных процессов и определения места повреждения линии электропередачи //Электричество. 1996, № 12. С, 2-7.

43. Патент РФ № 1775787. МКИ Н02НЗ/40. Способ дистанционной защиты линии электропередачи / Ю, Я. Лямец, В, И. Антонов, Г. С. Нудельман, С. X. Ахметзянов. Опубл. в БИ. 1992. № 42.

44. Патент РФ № 2037246. МКИ Н02НЗ/40, Н02НЗ/26, G01R31/08. Способ определения поврежденных фаз и зоны повреждения линии электропередачи ЯО. Я. Лямец, В. А. Ефремов. Опубл. в БИ. 1995. № 16.

45. Патент РФ № 2035816. МКИ Н02НЗ/40. Способ быстродействующей дистанционной защиты линий электропередачи постоянного или переменного тока по мгновенным токам и напряжениям /ТО. Я. Лямец, Г. С. Нудельман. Опубл. в БИ. 1995. № 14.

46. Патент РФ № 2066511. МКИ Н02НЗ/40, G01R31/08. Дистанционный способ защиты и автоматики линии электропередачи /Ю.Я. Лямец, В. И, Антонов, В. А. Ефремов, Г. С. Нудельман. Опубл. в БИ. 1996. № 25.

47. Патент РФ № 2073876. МКИ Н02НЗ/40, G01R31/08. Способ определения зоны и места замыкания линии электропередачи /Ю. Я. Лямец, В. И. Антонов, Н. А. Дони, В. А. Ефремов, Г. С. Нудельман. Опубл. в БИ. 1997. №5.

48. Лямец Ю.Я., Нудельман Г.С., Павлов А.О. Базисы и характеристики в теории дистанционной защиты // Известия вузов. Электромеханика 1999. т. С.94-95.

49. DillonS.,Т.,NieburD. (Editors): Neural Networks Application in Power Systems. London: CRL Publishing, 1996.

50. Kezunovic M.: A Survey of Neural Net Applications to Protective Relaying and Fault Analysis. Eng. Int. Syst, vol. 5, No. 4, pp. 185-192, 1997

51. Суровцев И.С., Юпокин В.И., Пивоварова Р.П. Нейронные сети. Воронеж: ВГУ, 1994 С224

52. Дорогов А.Ю., Алексеев А.А, Математические модели быстрых нейронных сетей. В сб. научн. тр. СПбГЭТУ «Системы управления и обработки информации». Вып.490, 1996, с.79-84.

53. Краснопрошина А.А., репникова Н.Б., Ильиченко А.А. Современный анализ систем управления с применением MATLAB, Simulink, Control System. К.: "Корнийчук", 1999. С144.

54. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 7. Дистанционная защита линий 35-330 кВ. М.: Энергия. 1966

55. Электротехнический справочник: В 3 т.Т. 3. Производство и распределение электрической энергии. М.: Энергоатомиздат. 1986.

56. Фабрикант B.JI. Дистанционная защита. -М.:Высшая школа, 1979,215 с.

57. Шнеерсон Э.М. "Дистанционные защиты". М.: Энергоатомиздат. 1986

58. Нейман Л.Р., Демирчан К.С. Теоретические основы электротехники. Том 1. Л.: Энергоиздат. 1981. С536.

59. Лямец Ю.Я., Ефимов Е.Б., Нудельман Г.С., Законьшек Я. Принцип информационного совершенства релейной защиты. Электротехника, № 2, 2001. с.ЗО -34.

60. Liamets Yu., Efimov Е., Nudelman G., ZakonjSek J. The principle of relay protection information perfection. Colloquium and meeting, session papers CIGRE, Romania, Sibiu, 2001, Report 112 P. 1 - 6.

61. Лямец Ю.Я., Ефимов Е.Б., Нудельман Г.С. Теория уставок. Тез. докладов НПК "Актуальные проблемы релейной защиты,.", М.: ВНИИЭ, 2001. с. 106 -111.

62. Лямец Ю.Я., Ефимов Е.Б., Нудельман Г.С., Законьшек Я. Распознавание альтернативных ситуаций. Тез. докладов XXII сессии семинара "Диагностика энергооборудования", Новочеркасск, ЮрГТУ, 2000. с. 49-50.

63. Григорьев О.Н., Павлов А.О. Опыт эксплуатации устройства адаптивной защиты // Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем: Матер. П-ой всерос. науч.-техн. конф. Чебоксары: Изд-во Чуваш, ун-та. 1999. С.309-312

64. Лямец Ю.Я., Нудельман Г.С., Павлов А.О. Перспективные методы и средства распознавания аварийных состояний электроэнергетических систем

65. Тез. докладов всероссийского электротехнического конгресса "ВЭЛК-99. На рубеже веков: итоги и перспективы" T.l. М.: 1999. С.48-50

66. Лямец Ю.Я., Нудельман Г.С., Павлов А.О. Комплексные фильтры ортогональных составляющих // Труды АЭН ЧР. 1999. №1-2. С.32-38

67. Панель дистанционной защиты типа ПДЭ 2001. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Чебоксары. ВНИИР, 1982.

68. Ванин В.К., Павлов Г.М. Релейная защита на элементах вы числительной техники. Л.: Энергоатомиздат, Ленинградское отделение, 1983. - 206 с.

69. Антонов В.И., Дони Н.А., Нудельман Г.С., Подшивалин Н.В., Щукин А.Н. Автономный регистратор аварий локатор повреждений: аппаратные средства, алгоритмическое и программное обеспечение. НТК по обмену опытом эксплуатации устр. РЗА. Екатеринбург, 1992

70. Ильин В.А., Нудельман Г.С., Подшивалин Н.В, Цифровая регистрация аварийных процессов как начало нового поколения релейной защиты Межвузовск. НТК "Динамика нели-нейных дискрет.электротехнич. и электронных систем". Чебоксары. 1995.

71. Рекламные материалы Hi 111 Бреслер. 2002г.

72. Кузник Ю.С. Резервирование действия защит подстанций на ответвлениях. Электрические станции. 1984 №9.

73. Кузник Ю.С. Возможности дальнего резервирования защит трансформаторов. Электрические станции. 1994 №10

74. В.А. Ефремов, Арсентьев А.П., Павлов А.О., Николаева Н.в., Маслов В.П. "Наблюдение аварийных процессов в линии электропередачи. Методические указания к курсовой работе". Чебоксары. ЧувГУ, 1997

75. П. Дьяконов Справочник по применению системы PC MatLAB. М.: Физико-математическая литература, 1993.

76. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 7. Дистанционная защита линий 35-330 кВ. М.: Энергия. 1966.

77. Цыгулев Н.И. Анализ основных типов защит линий с односторонним питанием. Электрические станции 2001 №2 С.61-63

78. Страуструп Б. Язык программирования Си++: Пер.с англ. М.: Радио и связь, 1991. С.352

79. Подбельский В.В. Язык Си++: Учеб. пособие. -4-е изд. М.: Финансы и статистика, 1999. С.560

80. Зуев Е., Кротов А. Новые возможности Си++// PC Magazine/Russian Edition, 1994-№7 С. 176-181.

81. Корн Г. Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1980г. С.832.

82. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. Наука. 1966г.166