автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Информационный анализ линий электропередачи и способов их защиты

На правах рукописи

ИВАНОВ Сергей Владимирович

ИНФОРМАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ И СПОСОБОВ ИХ ЗАЩИТЫ

05.14.02 - Электростанции и электроэнергетические системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Чебоксары 2005

Работа выполнена на кафедре ТОЭ и РЗА Чувашского государственного университета имени И.Н. Ульянова и в исследовательском центре «Бреслер».

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Лямец Юрий Яковлевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Дмитренко Александр Михайлович

кандидат технических наук, доцент Арсентьев Андрей Пантелеймонович

Ведущая организация - ОАО «Всероссийский научно-исследовательский институт релестроения (ВНИИР)»

Защита состоится 23 декабря 2005г. в 16® в аудитории 301 корпуса «В» на заседании диссертационного совета Д212.301.02 Чувашского государственного университета им. И.Н. Ульянова (428015, Чебоксары, Московский пр, 15).

Отзывы на автореферат, заверенные печатью учреждения, просим выслать по указанному адресу на имя учёного секретаря диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Чувашского государственного университета.

Автореферат разослан «21» ноября 2005г.

Учёный секретарь диссертационного

совета Д212.301.02 к.т.н., доцент Г.П. Охоткин

¿>0ß{ - ч 3O0<t0

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. С развитием микропроцессорной техники шаг за шагом снимаются ограничения, накладывавшиеся на алгоритмы релейной защиты прежней элементной базой. Появившаяся в последние годы принципиальная возможность повысить информационные свойства микропроцессорных защит до физически достижимого уровня высветила ряд актуальных информационных задач; возникли вопросы, теоретическое и прикладное значение которых неразделимо. Важнейшие из них: какова распознаваемость коротких замыканий в электрических системах; насколько близка к ней распознающая способность известных алгоритмов релейной защиты; как следует объединять всю имеющуюся информацию, чтобы приблизить распознающую способность защиты к распознаваемости повреждений. Перечисленные вопросы и вытекающие из них задачи были поставлены в докладе ИЦ «Бреслер» на семинаре компании «ABB Automation Technologies» (Вестерос, Швеция) в 1995г. Тогда же было решено провести совместные теоретические исследования и прикладные разработки с целью обнаружения перспективных алгоритмов для защит нового поколения. Автор присоединился к исследовательской группе в 2000г. и был вместе с А.Н. Подшивалиным подключён к разработке инструмента решения информационных задач релейной защиты, названного информационным анализом. На всех этапах выполнения автор пользовался консультациями к.т.н., с.н.с. Нудельмана Г.С. ( «АББ Автоматизация»),

В диссертации рассматривается применение информационного анализа к решению ряда актуальных задач релейной защиты. Первая из них - создание дистанционной защиты, чувствительной к замыканиям через большие переходные сопротивления. Существующие алгоритмы не в состоянии использовать всю доступную информацию в полном объёме, отсюда их относительно невысокая распознающая способность. С практической задачей связана теоретическая -анализ распознаваемости зоны замыканий при одностороннем наблюдении линии электропередачи (ЛЭП). Важно знать, насколько близки к распознаваемости распознающие способности известных и разрабатываемых защит. Распознаваемость - физическое свойство объекта. Определить распознаваемость - значит узнать границу между отслеживаемыми режимами, на которые должна реагировать релейная защита, и альтернативными режимами, на которые релейная защита не должна реагировать ни при каких обстоятельствах.

Другой не менее актуальной задачей является создание основной защиты линии электропередачи с мощными ответвлениями. Существующие предложения приспособлены к линиям без ответвлений, а выход из положения путём передачи информации о токах в ответвлениях не всегда возможен. Необходимо располагать такими решениями, которые позволяли бы обходиться информацией, получаемой с двух сторон линии, но не с ответвлений. Из данной технической задачи в свою очередь вытекает общетеоретическая задача определения распознаваемости замыканий на линии с ответвлениями при её двухстороннем наблюдении.

Ещё одна важная задача - исследование распознаваемости неполнофазных режимов в линиях сверхвысокого напряжения (СВН) и разработка

соответствующих распознающих

настоящее

время, не обеспечивают необходимой чувствительности.

С перечисленными задачами связаны проблемы создания информационной базы РЗА. В диссертации преимущественно рассматриваются алгоритмы, использующие ортогональные составляющие электрических величин, в связи с чем исследуются фильтры ортогональных составляющих и предлагается новая структура, работающая на произвольном окне наблюдения и с произвольной моделью входной величины, в том числе и в условиях недоопределённости.

Целью работы является информационный анализ ЛЭП: исследование распознаваемости аварийных ситуаций и разработка алгоритмов их распознавания. Для достижения поставленной цели решались следующие теоретические и прикладные задачи:

1. Исследование распознаваемости зоны замыканий в линии электропередачи при её одностороннем наблюдении. Аналитическое описание объектных характеристик распознаваемости повреждений.

2.Исследование распознаваемости замыканий на ЛЭП с ответвлениями при двухстороннем наблюдении. Аналитическое описание объектных характеристик распознаваемости повреждений.

3.Развитие метода алгоритмических моделей и виртуальных реле. Синтез структурных схем дистанционной и дифференциальной защиты с виртуальными реле.

4.Исследование распознаваемости неполнофазных режимов на линиях СВН и разработка способов их распознавания для целей дифференциально-фазной защиты.

5.Разработка фильтра ортогональных составляющих с произвольным окном наблюдения и с подавлением апериодической слагающей переходного процесса; фильтр предназначен для создания информационной базы релейной защиты.

Методы исследования. Исследования выполнялись с привлечением теоретических основ электротехники и релейной защиты, теории распознавания, вычислительной математики.

Научная новизна. Получены теоретические и прикладные результаты в области информационного анализа линий электропередачи и способов их защиты:

1. Предложен методика информационного анализа ЛЭП по основной частоте, состоящая в исследовании распознаваемости отслеживаемых ситуаций, распознающих свойств существующих алгоритмов защиты и синтезе новых алгоритмов с более высоким распознаванием.

2. С использованием разработанной методики информационного анализа проведено исследование распознаваемости зоны повреждений в ЛЭП, получено аналитическое описание объектных характеристик распознаваемости для различных моделей ЛЭП (однородной, неоднородной, с обходными связями, с установкой продольной ёмкостной компенсации (УПК)). Получено аналитическое описание объектных характеристик распознаваемости повреждений в ЛЭП с ответвлениями при её двухстороннем наблюдении. Исследована зависимость объектных характеристик от размера и типа информационной базы.

3. Предложены алгоритмы дистанционной и дифференциальной защит ЛЭП, основанные на методе алгоритмических моделей и виртуальных реле, распознающие свойства которого приближаются к распознаваемости

повреждений. Разработана методика синтеза уставочных характеристик предложенного алгоритма; исследовано влияние альтернативных режимов.

4. Проведена классификация неполнофазных режимов для задач дифференциально-фазной защиты ЛЭП СВН. Разработаны способы их решения. Исследована распознаваемость погасания дуги в цикле ОАПВ. Предложен алгоритм (орган) контроля погасания дуги (ОКПД).

5. Получена общая структура фильтра ортогональных составляющих, дающая хорошие перспективы для выполнения информационного анализа переходных процессов.

Практическая ценность.

Результаты работы нашли применение на ИЦ «Бреслер» в разработках микропроцессорных защит ЛЭП.

1. Разработан алгоритм дистанционной защиты ЛЭП, обеспечивающий чувствительность к переходным сопротивлениям дуги, которая в два раза превышает распознающую способность классических алгоритмов. Алгоритм реализован в дистанционной защите линии «Бреслер-0601».

2. Принят к исполнению алгоритм основной защиты ЛЭП с ответвительными подстанциями, чувствительность которого ощутимо превосходит чувствительность современных алгоритмов защиты. Разработана методика расчёта уставок для основной защиты ЛЭП.

3. Разработано преобразование входных величин в базисе комплексных опорных сигналов, на произвольном окне наблюдения, с возможностью подавления подавлением апериодической составляющей; преобразование занимает промежуточное положение между гармоническим и спектральным анализом.

4. Разработанный модуль контроля погасания дуги на линиях СВН реализован в модуле ОКПД дифференциально-фазной защиты «Бреслер-0401».

Основные положения, выносимые на защшу.

1. Результаты информационного анализа ЛЭП как объекта наблюдения и наиболее распространённых защит с различными информационными базами.

2. Алгоритм высокочувствительной дистанционной защиты ЛЭП и процедура задания её уставочных характеристик.

3. Алгоритм основной защиты ЛЭП с ответвлениями и метод задания сё уставочных характеристик.

4. Структура фильтрации ортогональных составляющих входных величин.

Апробация работы. Основные положения работы и её результаты были

доложены и обсуждены на конференции PSP-2002 (Словения, Блед, 2002), коллоквиумах СИГРЭ (Австралия, Сидней, 2003; Канада, Калгари, 2005), конференции DPSP-2004 (Нидерланды, Амстердам, 2004), конференции SPPT-2005 (Россия, С.-Петербург, 2005), семинаре компании «ABB Automation Technologies» по итогам стажировки (Швеция, Вестерос, 2003), НТК "РЗА энергосистем 2004" (ЦДУ ЕЭС России, 2004), НТК "Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике" (Чебоксары, ЧГУ, 2002 и 2004), НТК "Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем" (Чебоксары, ЧГУ, 2003, 2005), НТК "Релейная защита, низковольтная аппаратура управления, регулируемый электропривод"

(Чебоксары, ВНИИР. 2001). конференции молодых энергетиков (Чебоксары Труды Академии электротехнических наук Чувашской республики, 2004).

Реализация результатов работы. Основные результаты диссертации были использованы при разработке дифференциально-фазной защиты «Бреслер-0401», дистанционной защиты «Бреслер-0601», а также при выполнении проектов по заданиям компании «ABB Automation Technologies».

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 19 работ.

Объём работы и её структура. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 94 наименований, 3 приложений, 89 рисунков. Общий объём работы 157 стр.: текст диссертации 140 стр., список литературы 10 стр., приложения 7 стр.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение содержит обоснование актуальности темы исследования, обзор работ в области исследования, формулировку целей и задач, раскрывает структуру работы.

В первой главе излагается модификация метода информационного анализа, разработанная при участии автора специально для решения поставленных перед ним задач. Исследуется абсолютная нераспознаваемость зоны повреждения в линии электропередачи при одностороннем наблюдении. Замыкания в зоне отнесены к отслеживаемым ситуациям (а-режимы), а к альтернативным (ß-режимам) отнесены все прочие замыкания. Условие нераспознаваемости а-режима:

Ya = vß, (1)

где п- мерный вектор V включает в себя наблюдаемые токи и напряжения как в предшествующем, так и в текущем режимах. Вектор V генерируется имитационной моделью электропередачи (ИМО). Параметры модели подразделяются на нормальные хнорм (сопротивления и ЭДС систем, угол

передачи 8) и аварийные, к которым относятся координата места повреждения xj-

и вектор переходных сопротивлений R j. Система (1) может быть

недоопределена, определена или, как крайний случай, переопределена. В первых двух случаях из системы (1) исключается (я-Г) варьируемый параметр, в первую очередь из числа параметров ß-режима, а затем, возможно, из числа нормальных параметров а - режима; определяется функция абсолютной нераспознаваемости Кfa(xfa>х'норма>*'ß)> гДе х'норма и *ß сохраняют оставшиеся элементы векторов

хнорма и Xß =lx/ß,/?/ß,xHopMß]1. Описание объектной характеристики

абсолютной нераспознаваемости достигается с помощью минимизации полученной функции по всем параметрам, кроме xja:

Ä/a,sup(*/a)= , min , (Xfa,*норма>хр) -*норм-хр

Систему уравнений П) можно представить в виде подсистем уравнений, отдельно для предшествующего и для чисто аварийного режимов: ¥а,пр (хнорм ) = —р,пр ("норм )'

—а,ав (Х/'Л/' хнорм ) = ¥р,ав (х/>Я/> хнорм ) ■ В линейной имитационной модели аварийная составляющая произвольной величины имеет описание с явной зависимостью от переходного сопротивления -уравнение годографа:

V (г, г, Л- —ав.мкз(х/)

—ав,мет (х/ ) ~ ¥мкз (*/) ~ ¥пр > где индекс "мкз" означает, что величина определяется в режиме металлического короткого замыкания, внутреннее сопротивление электрической сети как

эквивалентного генератора относительно места замыкания. Проблема распознавания коротких замыканий главным образом связана с поведением функции (2), а именно с возможной утратой ею однозначности при Лу > 0.

Крайний случай неоднозначности - неопределённость, проявляющаяся существованием такой зависимости /?у(лу), которая обращает комплексную

функцию (2) в константу - нераспознаваемый замер Хав>нерс. Получено

аналитическое выражение функции неопределённости для трёхфазного замыкания:

4л(*/) _ 2внЫ УмкзЫ

/ \Х/) =-5-= -\ -V-5Шфвн ~ 8Ш ^мкз - Ч/Пр + Фвн

у 3 5Ш\Ч'мкз "Упр Д Упр

где Умкз,\|/мкз; Упр,уПр; 7вн,срвн - модули и, соответственно, аргументы

комплексов УМК1,Упр . При этом в (2) пропадает зависимость от расстояния

до места повреждения, и соотношение превращается в константу:

¥ав,нерс = Хпрзт(умкз-ч/пр)^*™+фв")/зтФвн.

Сопоставлены объектные характеристики неопределенности трёхфазного, междуфазного, однофазного и двухфазного замыканий на землю. В предположении, что параметры прямой и обратной последовательности совпадают {7^ вн =22 вн), функция неопределённости между фазного замыкания

на треть ниже функции неопределённости трёхфазного замыкания, что объясняется вдвое большим внутренним сопротивлением при междуфазном замыкании по сравнению с трёхфазным:

= (3)

где индекс "Д" означает соединение в треугольник.

Оценка функции неопределённости однофазного замыкания, полученная в пренебрежении потерями:

R

(1)

(.V) = ^>(v/)(21/7)/3,

где /? = Х0<т/X, вн , Хт = 1т(2вн).

Двухфазное замыкание на землю представлено как явление, образованное сначала между фазным замыканием (коммутация К1 на рис. 1), а затем переходом междуфазного замыкания в двухфазное замыкание на землю (коммутация К2 на рис. 1). Из наблюдаемых величин предшествующего режима и двухфазного замыкания на землю вычисляются величины при междуфазном замыкании:

-»(1,1)

Rf!2

I

Lv.

Rf/2

I

R

К2

Рис. 1. Модель двухфазного замыкания на землю

vnp->(l,l)_vnp-

уПр->(2) _ _упр->(2) _ —1,ав_— 2,ai

—1,ав —2

где индексы "пр->(2)" и "пр —> (1,1)" означают V

переход предшествующего режима в междуфазное и двухфазное замыкание на землю соответственно.

Таким образом, распознавание двухфазных замыканий на землю может быть сведено сначала к распознаванию междуфазного замыкания, а затем к

распознаванию замыкания на землю. Двухфазное замыкание имеет две функции неопределённости: первая из них соответствуе! (3), а вторая при пренебрежении потерями:

M'/HfM^-i)^.

Рассматривались имитационные модели ЛЭП трёх типов: однородные, неоднородные и линии с обходными связями (рис. 2). Проведен анализ влияния неоднородности и обходных связей на распознаваемость зоны замыканий в линии электропередачи на примере одиночной линии электропередачи и линии с обходными связями, в том числе и с установкой продольной ёмкостной компенсации (рис. 3 и рис. 4). Исследована зависимость распознаваемости от размера объектной области имитационной модели (от диапазонов изменения параметров). Распознаваемость замыканий на двухцепной ЛЭП без УПК несколько выше по сравнению с распознаваемостью замыканий на одиночной ЛЭП, что объясняется появлением дополнительных уравнений в усложнившейся имитационной модели, когда усложнение не сопровождается увеличением числа варьируемых параметров.

Совместно со специалистом компании «ABB Automation Technologies» Янезом Законьшеком (Janez Zakonj §ek) выполнен информационный анализ линий с установкой продольной компенсации (УПК) (длина линии /=269,3 км, длина зоны - 228,9 км). Установлено, что появление УПК отрицательным образом сказывается на распознаваемости, вплоть до того, что междуфазные и трёхфазные замыкания в некоторых случаях становятся нераспознаваемыми. Для двухцепной ЛЭП с УПК наихудшими альтернативными режимами оказываются замыкания на параллельной линии.

о,

Р 1Гй

О.

Обходная связь

V

О О,

Кг

«О

Рис.2. МоделиЛЭП

а - однородная, б - неоднородная, в - с обходными связями

Разработана специальная программа 1п&гтАпа1уз15 для исследования распознаваемости замыканий в линии электропередачи при одностороннем наблюдении. Описаны функциональные возможности программы, область применения, интерфейс.

Л,,Ом

Л,,Ом

Лу,км

50 100 150 200 250

Рис. 3. Объектные характеристики абсолютной нераспознаваемости замыканий в двухцепной линии

1-3 - ЛЭГ1 без компенсации, 4-ЛЭП с компенсацией 1 - трёхфазное замыкание. 2 - междуфазное замыкание, 3 - однофазное замыкание на землю, 4 - однофазное замыкание на землю

Рис. 4. Объектные характеристики абсолютной нераспознаваемости замыканий в одноцепной линии.

1-3 - ЛЭП без компенсации, 4-6 - ЛОП с компенсацией 1 - трехфазное замыкание,

2 - однофазное замыкание на землю,

3 междуфазное замыкание. 4 - однофазное замыкание на землю, 5 - трёхфазное замыкание, 6 - междуфазное замыкание

Во второй главе проводится информационный анализ дистанционного принципа защиты линии. Представлена реализация дистанционной защиты на базе виртуальных реле, объединяющих информацию о предшествующем и

текущем режимах. Проводится сравнение распо-шающих свойств нового алгоритма с показателями традиционного алгоритма дистанционной защиты и с уровнем распознаваемости.

На этот раз предметом информационного анализа помимо ИМО становятся ещё и алгоритмические модели (AMO). ИМО - активная система (рис. 5а), переходящая вследствие коммутации от нормального состояния (предшествующий режим) к аварийному (текущий установившийся режим основной частоты). Наблюдаются векторы напряжений и токов Us, Is, а в месте повреждения действуют векторы Uy , Iу . Связь между обобщенным вектором

повреждения Vy = [Uy,Iy]1 и вектором наблюдения Vs определяется матрицей пассивных параметров многополюсника ИМО: YHMO=KHMO(x/)Ys

Рис. 5. Модели энергообъекта

а - имитационная, б - алгоритмическая AMO предназначены для преобразования известного вектора наблюдения Vs в вектор выходных величин (рис. 56)

у =ги х it = KAM0V

—ВЫХ L—ВЫХ ' -вых -1 — —S

с последующим определением вектора фазных и линейных сопротивлений (замеров виртуальных реле)

ZBbIX (*/) = Квых + /Хвых = фимо>кимо(х/ )КЛМ0)

Формирование уставочных характеристик виртуальных реле (ВР) происходит на плоскостях Z¡,fclx на основе представлений о противостоянии а- и (J-режимов. К a-режимам отнесены замыкания в зоне действия защиты, а к [}-режимам - замыкания вне зоны действия защиты как в полнофазных, так и в неполнофазных режимах.

В структурной схеме дистанционной защиты (рис. 6) принципиальную роль в формировании уставочного пространства играют фильтр ортогональных составляющих (ФОС), фазовый селектор и модуль блокировки при качаниях.

Предусмотрено три различных модуля для распознавания замыканий всех видов. Каждый модуль распознавания зоны замыканий использует пару виртуальных реле (ВР), работа которых объединена логическим И. Реле вводятся в ветви предполагаемых повреждений начала и конца защищаемой зоны.

На примере ЛЭП 500кВ «Амурская - Бурейская» (длина линии /=278,6 км, длина зоны - 236,81 км) рассмотрены объектные характеристики распознаваемости однофазных замыканий (рис 7), характеристики распознающей

способности защиты как для представленного алгоритма, гак и для традиционного реле сопротивления на той и другой стороне линии. Объектные характеристики показывают чувствительность алгоритмов релейной защиты к переходному сопротивлению дуги в месте замыкания. Распознаваемость ассоциируется с границей неразличимости отслеживаемых и альтернативных режимов (1). Установлено, что распознающая способность представленного алгоритма заметно превосходит показатели традиционного реле сопротивления и приближается к распознаваемости. Достигнуто двукратное повышение чувствительности к переходному сопротивлению дуги по сравнению с традиционным реле сопротивления. Посчитали, что на ещё большее увеличение распознающей способности защиты в начале её эксплуатации рассчитывать рискованно, и установили повышенную отстройку от предела, задаваемого распознаваемостью.

Рис. 6. Структурная схема дистанционной защиты

Рис. 7. Объектные характеристики однофазного замыкания

а - п/с «Амурская», б - п/с «Бурейская» 1 - распознаваемости, 2 - распознающей способности алгоритма на базе виртуальных реле, 3 - распознающей способности реле сопротивления

Алгоритм дистанционной защиты на базе виртуальных реле реализован как

опция в качестве первой ступени в зашите «Бреслер-0601». Проведены испытания сигналами осциллограмм замыканий, записанных терминалами ДФЗ «Бреслер-0401» и регистраторами серии «Бреслер». Результаты приведены в таблицах 1 и 2.

В настоящее время терминал проходит опытную эксплуатацию на Чебоксарской ГЭС (ЛЭП-220 «ЧеГЭС - Чигашево»). Рассмотрены результаты работы защиты.

Таблица 1. Работа алгоритма по осциллограммам с п/с Амурская

Дата замыкания Вид замыкания Х(, км1 Щ Ом Факт срабатывания

14.11.04, 16:42 К(1)В 37.6 3.9 +

26.12.04, 13:20 К(1)В 16.5 2.7 +

18.05.05,02:20 К(1)А 62.76 6.4

18.05.05,03:13 К(1)А 61.8 5.6 +

Таблица 2. Работа алгоритма по осциллограммам с п/с Бурейская

Дата замыкания Вид замыкания 1-Х{, км Факт срабатывания

14.11.04, 16:42 К(1)В 241 -

26.12.04, 13:20 К(1)В 262.1 -

18.05.05, 02:20 К(1)А 215.84 +

18.05.05,03:13 К(1)А 216.8 +

В третьей ¡лаве проведен информационный анализ электропередачи с ответвлениями, наблюдаемой с двух сторон. Предполагается, что информация с обеих сторон ЛЭП синхронизирована. Конкретные результаты даны для ЛЭП по рис. 9, где а-режимами являются замыкания на линии (011 и сь), ^-режимы -замыкания на шинах низкого и среднего напряжений трансформаторов ответви-тельных подстанций (РО, а также, разумеется, вне линии (р2 и рз). Замыкания в обмотках трансформатора не отнесены ни к а-, ни к р-режимам, хотя трансформатор обладает собственной быстродействующей защитой. Тем не менее, допускается неселективное отключение линии при высоких уровнях токов короткого замыкания в трансформаторе.

Установлено, что главным альтернативным режимом является замыкание на шинах ответвительного трансформатора. Исследована распознаваемость трёхфазного замыкания только по токам, наблюдаемым на обеих сторонах линии. Оказалось, что с увеличением полной погрешности до 60% при насыщении трансформаторов тока (ИТТ) распознаваемость замыканий снижается до нуля

Рис. 8. Терминал «Бреслер-0601»

1 Место замыкания и переходное сопротивление дуги определялось по одностороннему замеру токов и напряжений при помощи программы 018АГМ.осаЮг

(рис. 10). Привлечение информации о напряжении даже на одной какой-нибудь стороне ЛЭП приводит к значительному повышению распознаваемости

В современных защитах модуль продольной дифференциальной защиты линии (ДЗЛ) объединяется с реле сопротивления логическим И. Для реле сопротивления и ДЗЛ замыкания на линии являются отслеживаемыми режимами (а) и а2 на рис. 9). Различаются альтернативные режимы. Для реле сопротивления - это замыкания за отвствительным трансформатором ((З3 на рис. 9), а для ДЗЛ альтернативные замыкания находятся вне защищаемой линии (рь р2)-

Обмен информацией 15 км / _/15 км~

8транс=63 МВА

Рз

ВР

Рис. 9. Линия с ответвительной подстанцией

Проведён сравнительный анализ распознающих свойств двух известных алгоритмов ДЗЛ на ЛЭП с ответвительными подстанциями. Каждый работает с двумя информационными параметрами: дифференциальным и тормозным токами. У первого: и 1Т

^диф _ ^

'торм =|4| + |^г|' где / = /_!+ к 12 - комбинированный ток, составленный из токов двух последовательностей, а у второго -и

^торм - \ts\l I+ I—ГУ |

(у - индекс фазы). Установлено, что алгоритм, работающий с

комбинированными токами, обладает несколько лучшими распознающими способностями (рис. 11).

Проведено исследование распознающих свойств междуфазного реле сопротивления, реагирующего на отношение линейного напряжения к разности юков соответствующих фаз и

25 30 Х/5КМ

Рис. 10. Объектные характеристики распознаваемости трёхфазного замыкания

1 - 4 без напряжений при полных погрешностях ИТТ 0%, 10%, 40%, 60% соответственно, 5, 6 - с привлечением информации о напряжениях и полных погрешностях ИТТ в 60% и 80%

используемого для отстроики от

замыканий за ответвительной подстанцией (рис. 12). Установлено, что распознающая способность такого реле крайне незначительна.

Вместо традиционного реле сопротивления предложено использовать виртуальное реле сопротивления (ВР), которое размещается в алгоритмической

модели, где включается на выходе ответвитеггьного трансформатора (рис. 9). Установлено, что оно имеет высокие распознающие свойства, приближающиеся к распознаваемости (рис. 12). Предложенный способ принят к реализации в разрабатываемой дифференциальной защите линии серии «Бреслер».

Отметим принципиальное различие объектных характеристик по рис. 11 и рис. 12. Первые иллюстрируют распознающую способность ДЗЛ без учёта режимов р3, а вторые - распознающую способность реле сопротивления без учёта режимов Р| и р2-

Х/,КМ

Рис. 11. Объектные характеристики ДЗЛ

2, 3, 5 - междуфазного, однофазного, трёхфазного алгоритмом ДЗЛ с комбинированным фильтром симметричных составляющих. , 4, 6 - междуфазного, однофазного, трехфазных ДЗЛ по фазным токам соответственно

Л/,КМ

Рис. 12. Объектные характеристики реле сопротивления

1,2- для трёхфазного и междуфазного замыканий виртуального реле сопротивления. 3, 4 - междуфазного и трехфазного замыканий для междуфазного реле сопротивления

В четвертой главе проведён информационный анализ неполнофазного режима линии электропередачи в цикле ОАПВ. Подобран оптимальный состав уставочных величин для распознавания режима неповреждённой отключенной фазы. Здесь же предложена новая структура фильтра ортогональных составляющих, работающего на произвольном окне наблюдения и с произвольной моделью входной величины.

Приведён иерархический ряд неполнофазных режимов по степени их распознаваемости. Проведён информационный анализ распознающих свойств алгоритмов дистанционной защиты. Установлено, что применяемые в настоящее время дистанционные защиты от замыканий на землю не обладают селективное гью в неполнофазных режимах. Главную проблему представляют с этой точки зрения двухфазные замыкания на землю в удалённой системе. Установлено, что дистанционная защита на базе виртуальных реле способна обеспечить селективность в цикле ОАПВ с сохранением необходимой чувствительности.

При погасании дуги орган контроля погасания дуги (ОКПД) ускоряет включение отключенной фазы, в противном случае запрещает включение. Предложена реализация ОКПД на базе виртуальных реле. Отслеживаемым в данном случае является режим погасшей дуги, альтернативным - режим горения

дуги. На примере линии «Амурская-Ьурейская» исследована распознаваемость отслеживаемых ситуаций в режиме асинхронного хода. Установлено, что при угле передачи, близком к противофазе, режимы аир неотличимы даже с привлечением информации с обеих сторон ЛЭП. Выход из положения видится в том, чтобы при выявлении режима асинхронного хода блокировать работу ОКПД.

На рис. 13 приведена осциллограмма напряжения в отключенной фазе в цикле ОАПВ, полученная на модели, имитирующей переходные процессы в линии; чередующиеся режимы перечислены в подрисуночной подписи.

* ю5

ь \

0 -

1 2 3 4 5 6

__' ___ 1____*

0 1 02 0.3 04 05 06 /,С 07

Рис. 13. Осциллограмма напряжения в поврежденной фазе

1 предшествующий режим, 2 - замыкание на линии, 3 - отключение линии и горение дуги, 4 - биения после погасания дуги. 5 - повторное зажигание дуги, 6 - новые биения после погасания дуги

Биения возникают в отключенной фазе, когда дуга погасла и при этом происходит наложение напряжения, наведенного со стороны «здоровых» фаз линии, и затухающего колебания в отключенной фазе. Интенсивные затухающие колебания возникают только в том случае, когда по обоим концам линии к отключенной фазе подсоединены реакторы. Проведено исследование собственных частот имитационной модели ЛЭП в цикле ОАПВ - корней Рк = -Р^ + ]®1С характеристического

уравнения неполнофазной ЛЭП. Для определения корней производилась минимизация модуля входного

сопротивления тос!(2[вх(/?)) по корням р. Так, для линии «Амурская-Бурейская» частота затухающих колебаний находится в районе 57Гц, а изменение параметров систем приводит к её незначительной вариации в пределах 1 Гц.

Разработан способ выявления режима горения дуги исходя из представлений

виртуальных реле. Информационная база - комплексные напряжения и токи на

Цд

1а

1в

Цв,

АМО

гп

ВР

ш

Не

£

Рис. 14. Алгоритмическая модель и виртуальное реле для особой фазы А

об алгоритмических моделях и

одной стороне ЛЭП. Используется одно виртуальное реле, включаемое в ветвь нредпола1аемого повреждения конца отключенной фазы защищаемой линии (ВР на рис. 14). Если AMO и ИМО линии идентичны, в отключенной фазе дуга погасла и нет биений, то замер виртуального реле будет близок к сопротивлению реактора на противоположной стороне линии. Пеидентичность AMO и ИМО учитывается при построении уставочной характеристики.

Реализованы две модификации ОКПД (рис. 15). В первой используется универсальный ФОС, подавляющий свободные составляющие переходного процесса в отключенной фазе. Во второй ФОС без подавления колебаний свободного процесса. Здесь контролируется стабильность напряжения в особой фазе: при горении дуги сигнал на выходе фильтра мал, тогда как при биениях он значительно возрастает. Для контроля используется реле РНАВ, реагирующее на аварийную составляющую напряжения отключенной фазы, определяемую по выходному сигналу ФОС:

Цав(к) = Шк) - 2Щк-N/2) + U(k-N), где к - дискретное время, N-число отсчётов на периоде.

ФОС

г

м-

I .г,

РНдв

Блокировка Качания в фазе В 1

при качаниях Качания в фазе С

и

1 Модуль

Биения ОКПД

Блокировать

Разрешить

включение -

Пунктиром показано реле напряжения для второй модификации

Рис. 15. Структурная схема органа контроля погасания дуги для особой фазы А

Для предотвращения ложного срабатывания при качаниях и асинхронном ходе обе модификации используют блокировку при качаниях, реагирующую на токи и напряжения «здоровых фаз». Модуль ОКПД содержит виртуальное реле и логическую часть. При обнаружении биений блокируется работа реле сопротивления и выдается сигнал на разрешение включения. Работа алгоритма проверена на реальных осциллограммах неполнофазного режима. Разработанный модуль ОКПД реализован в дистанционной и дифференциально-фазной защитах серии «Бреслер».

Предложена структура универсального многоканального ФОС с произвольным окном наблюдения, в общем случае комплексными опорными сигналами / (к) и цифровыми фильтрами (ЦФ); У_р{к) - выходные сигналы

каналов (рис. 16). В частном случае используются те же опорные сигналы, что и в гармоническом анализе: /о=1, /^(£) = 2/<г~7/кй°тЛ:, р = 1...Л72-1,

и

/дг/2(£) = -1 , где т - интервал дискретизации, ш0 - номинальная или реальная частота сети, N12 -относительная частота Найквиста.

Вектор замера

Рнс. 16. Структура многоканального ФОС

формируемый из сигналов у_р{к), преобразуется затем в оценку параметров

имитационной модели входного сигнала Показано, что при окне наблюдения в период с помощью каналов р = 1 и 2 без методической погрешности выполняется разделение гармонической и экспоненциальной слагающей При этом комплекс основной частоты

о*«»)™2*_, т, 9=йот.

соз2Э + а(Аг)8т29-со59 + уэтЭ 4 ' Ке(х2(£)) Иная возможность заключается в использовании трёх отсчётов выходного сигнала ^(А:) •

У1(Аг-2)-2Хз(Аг-1) + у,(Аг) Структура по рис. 16 создаёт весьма благоприятные перспективы для выполнения информационного анализа процессов в электрических системах

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработаны наиболее просто реализуемые модификации метода информационного анализа объектов и средств их защиты. Проведен информационный анализ электропередачи при её одностороннем наблюдении. Предложена методика исследования абсолютной нераспознаваемости зоны повреждения линии электропередачи (однородной, неоднородной, с обходными связями, с ответвлениями, с УПК). Показано, что распознаваемость междуфазного замыкания на треть ниже распознаваемости трёхфазного замыкания Предложен алгоритм двухмодельного распознавания двухфазного замыкания на землю как явления, образованного сначала междуфазным, а затем - двухфазным

замыканием.

2. Разработан алгоритм дистанционной защиты линий электропередачи с использованием алгоритмических моделей и виртуальных реле. Показано, что его распознающая способность приближается к физическому пределу -распознаваемости повреждений электропередачи. Решена задача синтеза уставочных характеристик виртуальных реле. Достигнуто двукратное повышение чувствительности к переходному сопротивлению по сравнению с известными защитами.

3. Проведено аналитическое исследование распознаваемости замыканий на линиях с мощными ответвлениями при двухстороннем наблюдении линии % электропередачи. Показано, что распознавание трёхфазных замыканий без знания напряжений принципиально неосуществимо.

Разработан алгоритм основной защиты ЛЭП с ответвлениями с использованием алгоритмических моделей и виртуальных реле. Показана его высокая распознающая способность, более чем в два раза превышающая распознающие свойства существующей защиты.

4. Исследована распознаваемость неполнофазных режимов линии электропередачи в цикле ОАПВ. Метод информационного анализа применён в разработке ДФЗ с ОАПВ "Бреслер-0401". Построен иерархический ряд режимов по степени распознаваемости. Исследована распознаваемость факта погасания дуги в цикле ОАПВ. Алгоритм распознавания этого события реализован в модуле контроля погасания дуги.

5. Исследованы способы формирования уставочного пространства для защит ЛЭП. Предложено преобразование, занимающее промежуточное положение между гармоническим и спектральным анализом. Разработан многоканальный фильтр ортогональных составляющих с произвольным окном наблюдения.

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях

1. Liamets Y., Ivanov S., Podchivaline A., Nudelman G., Zakonjsek J. Informational analysis new relay protection tool // Proc. 13th Int. Conf. Power System Protection. Bled, Slovenia, 2002. - P. 197-210. '

2. Liamets Y., Pavlov A., Ivanov S.. Nudelman G. Virtual relays: theory and applications to distance protection // CIGRF, Session B5 papers, Colloquium and meeting, Sydney, Australia, 2003, Report 308. P. 1 -6.

3. Liamets Y., Ivanov S., Chcvelev A., Eremeev D., Nudelman G., ZakonjSek J * Algorithmic models and virtual relays in distance protection implementation // Proc 8Ш IFE

Int. Conf Developments in Power System Protection, Amsterdam, Netherlands, 2004. -p. 441-444.

4. Liamets Y., Ivanov S., Nudelman G. The phenomena of un;ertainty and ambiguity in identification of faults in electrical systems // CIGRE, Session B5 papers, Colloquium and meeting, Calgary, Canada, 2005, Report 312. - P. 1-7.

5. Ivanov S., Liamets Y., Zakonjsek J. Informational analysis of series compensated power line // CIGRE, Session B5 papers, Colloquium and meeting, Calgary, Canada, 2005, Report 313.-P. 1-7.

6 Liamets Y.. Podchivaline A., Ivanov S., Nudelman G. Interval transform of information and its applications in relay protection // Proc Int. Conf IEEE St-Petersburg PowerTech, Saint-Petersburg, Russia. 2005. Report 31.

7. Лямец Ю.Я , Иванов СВ., Подшивалин А.П.. Пудельман Г.С.. Zakonjâek J. Информационный анализ энергообъектов и способов их защиты // Релейная защита и автоматика энергосистем 2002: Сб. докладов XV научно-технической конференции. -М„ 2002. - С. 93-97.

8. Лямец Ю.Я., Павлов А.О., Иванов C.B., Нудельман Г.С. Виртуальные реле//Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем: Материалы V всероссийской научно-технической конференции. - Чебоксары: ЧГУ,

2003. - С. 272-274.

9. Еремеев Д.Г., Иванов C.B., Лямец Ю.Я., Подшивалин А.Н., Шевелёв А.В. Информационные задачи релейной защиты // Труды Академии электротехнических наук Чувашской республики, 2003, №2. - С. 79-100.

10. Лямец Ю.Я., Иванов C.B., Подшивалин А.Н. Абсолютная нераспознаваемость однофазного короткого замыкания // Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике: Материалы IV всероссийской научно-технической конференции. -Чебоксары: ЧГУ, 2002. - С. 308-311.

11. Павлов А.О., Иванов C.B. Эволюция дистанционной защиты дальнего резервирования // Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем: Материалы IV всероссийской научно-технической конференции. -Чебоксары: ЧГУ, 2001. - С. 188-190.

12. Иванов C.B., МилицковаИ.В. Распознающая способность дифференциальной защиты линии электропередачи // Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике' Материалы V всероссийской научно-технической конференции. -Чебоксары: ЧГУ, 2004. - С. 232-233.

13. Иванов C.B. Распознаваемость трёхфазных замыканий в линии электропередачи с отпайкой // Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике: Материалы V всероссийской научно-технической конференции. -Чебоксары: ЧГУ, 2004. - С. 235-236.

14. Иванов C.B., Лямец Ю.Я. Интервальные фильтры ортогональных составляющих II Труды Академии электротехнических наук Чувашской республики,

2004, №3.-С. 49-51.

15. Иванов C.B., Лямец Ю.Я. Многоканальный фильтр ортогональных составляющих // Труды Академии электротехнических наук Чувашской республики, 2004, №3. С. 51-53.

16. Маслов А.М., Еремеев Д.Г., Иванов C.B. Фазовый селектор на основе искусственных нейронных сетей // Релейная защита, низковольтная аппаратура управления, регулируемый электропривод: Материалы научно-технической конференции, посвященной 40-летию ОАО «ВНИИР». - Чебоксары: ЧГУ, 2001. -С. 88-90.

17. Зиновьев Д.В., Иванов C.B. Информационный анализ токовой защиты в неполнофазном режиме // Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем: Материалы VI всероссийской научно-технической конференции. -Чебоксары: ЧГУ, 2005. - С. 156-158.

18. Зиновьев Д.В., Иванов C.B. Информационный анализ дистанционной защиты в неполнофазном режиме // Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем: Материалы VI всероссийской научно-технической конференции. -Чебоксары: ЧГУ, 2005. -С. 159-160.

19. Бычков В.П., Иванов C.B. Аппроксимация затухающих колебательных сигналов // Математические модели и их приложения: Сб. науч. тр. Вып. 5. - Чебоксары. ЧГУ, 2003. - С. 46-53.

№26031

РНБ Русский фонд

2006-4 30040

Подписано в печать 17.11.05. Формат 60x84/16. Печать оперативная. Бумага писчая. Усл.-печ.л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № т^у.

Отпечатано в типографии Чувашского государственного университета 428015, г. Чебоксары, Московский пр., 15.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ИНФОРМАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ПРИ ЕЁ НАБЛЮДЕНИИ С ОДНОЙ СТОРОНЫ.

1.1 Условия нераспознаваемости коротких замыканий.

1.2 Явление неопределённости.

1.2.1 Универсальность явления неопределенности.

1.3 Явление неопределённости при несимметричных замыканиях.

1.4 Междуфазное замыкание.

1.5 Однофазное замыкание.

1.6 Двухфазное замыкание на землю.

1.7 Условия неоднозначности.

1.8 Рапознаваемость зоны замыкания в линии электропередачи.

1.8.1 Условия нераспознаваемости в базисе симметричных составляющих.

1.8.2 Эквивалентирование имитационной модели электропередачи.

1.9 Результаты информационного анализа.

1.9.1 Однородная линия электропередачи.

1.9.2 Неоднородная линия электропередачи.

1.9.3 Линия электропередачи с обходными связями.

1.10 Выводы.

2. РАСПОЗНАВАНИЕ ПОВРЕЖДЕНИЙ В ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ПРИ ЕЁ НАБЛЮДЕНИИ С ОДНОЙ СТОРОНЫ.

2.1 Информационный анализ традиционных алгоритмов защиты.

2.1.1 Распознающие свойства фазового селектора.

2.1.2 Информационный анализ реле сопротивления.

2.1.3 Информационный анализ токовой защиты

2.2 Дистанционная защита на базе виртуальных реле.

2.2.1 Имитационные и алгоритмические модели.

2.2.2 Виртуальные реле.

2.2.3 Дистанционная защита.

2.3 Дистанционная защита серии «Бреслер».

2.3.1 Однофазное замыкание.

2.3.2 Двухфазное замыкание на землю.

2.4 Выводы.

3. ОСНОВНАЯ ЗАЩИТА ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ С ОТВЕТВИТЕЛЬНЫМИ ПОДСТАНЦИЯМИ.

3.1 Погрешности при измерении токов.

3.2 Распознаваемость замыканий.

3.2.1 Распознаваемость на основе токовой информации.

3.2.2 Распознаваемость замыканий с привлечением напряжений с одной стороны линии электропередачи.

3.3 Исследование традиционных способов защиты линии с отпайкой

3.3.1 Алгоритмы продольной защиты линии.

3.3.2 Способ отстройки от замыканий за ответвлениями.

3.4 Высокочувствительное реле сопротивления для отстройки от замыканий за ответвлениями.

3.5 Выводы.

4. ИНФОРМАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ В НЕПОЛНОФАЗНОМ РЕЖИМЕ.

4.1 Моделирование линии в неполнофазных режимах.

4.1.1 Моделирование установившихся режимов.

4.1.2 Моделирование переходных процессов.

4.2 Защита линии в неполнофазных режимах.

4.2.1 Токовые защиты.

4.2.2 Дистанционная защита линии.

4.2.3 Защита на базе виртуальных реле.

4.3 Фиксация факта погасшей дуги в цикле ОАПВ.

4.3.1 Отслеживаемы и альтернативные режимы.

4.3.2 Распознаваемость замыканий в неполнофазном режиме.

4.3.3 Орган фиксации погасания дуги в цикле ОАПВ.

4.4 Универсальный фильтр ортогональных составляющих.

4.4.1 Интервальный одноканальный фильтр ортогональных составляющих.

4.4.2 Интервальный многоканальный фильтр ортогональных составляющих.

4.4.3 Подавление экспоненциального сигнала.

4.4.4 Выделения сигнала основной частоты на фоне колебательного переходного процесса.

4.5 Выводы.

Интерес к различным аспектам объединения информации, т.е. к созданию единой информационной базы, возник в релейной защите 60 лет тому назад и привёл к изобретению многофазных (односистемных) реле, которые преобразуют информацию, полученную от различных фаз сети, в одну выходную величину [1-3]. Однако развитие этих идей сдерживалось возможностями прежней элементной базы. Современная микропроцессорная техника снимает прежние ограничения.

Появившаяся принципиальная возможность повысить информационные свойства микропроцессорной защиты до физически достижимого уровня высветила ряд актуальных информационных задач [4-6]; возникли вопросы, теоретическое и прикладное значения которых неразделимы. Важнейшие из них:

• какова распознаваемость коротких замыканий в электрических системах;

• насколько близка к ней распознающая способность известных алгоритмов релейной защиты;

• как следует объединять всю имеющуюся информацию, чтобы приблизить распознающую способность защиты к распознаваемости повреждений.

Перечисленные вопросы и вытекающие из них задачи были поставлены в докладе ИЦ «Бреслер» на семинаре компании «ABB Automation Technologies» (Вестерос, Швеция) в 1995г. Тогда же было решено провести совместные теоретические исследования и прикладные разработки с целью обнаружения перспективных алгоритмов для защит нового поколения [7,8].

Будучи студентом третьего курса, автор присоединился к исследовательской группе в 2000г. и был вместе с А.Н. Подшивалиным подключён к разработке инструмента решения информационных задач релейной защиты, названного информационным анализом [9,10].

Работа выполнялась в рамках совместной исследовательской работы ИЦ

Бреслер» и компании «ABB Automation Technologies» по теме «Высокочувствительная защита коротких линий». В ходе работы было установлено, что распознающие свойства защиты ограничены в первую очередь не погрешностями измерения электрических величин, а физическим свойством самого объекта. Результатом работы явилось создание высокочувствительной дистанционной защиты линий электропередачи с предельно возможной распознающей способностью. Дальнейшие работы были также связаны с информационным анализом линии электропередачи. Автор выражает глубокую признательность научному руководителю профессору, д.т.н. Ю.Я. Лямецу и научным консультантам: главному специалисту ООО «АББ Автоматизация», к.т.н. с.н.с. Г.С Нудельману, ведущему специалисту «ABB Automation Technologies» магистру Люблянского университета Янезу Законынеку (Janez Zakonsek), к.т.н., начальнику отдела РЗА ИЦ «Бреслер» Ефремову В.А.

В первой и второй главах диссертации рассматривается применение информационного анализа к решению ряда актуальных задач релейной защиты. Первая из них - создание дистанционной защиты, чувствительной к замыканиям через большие переходные сопротивления [11-14]. Существующие алгоритмы не в состоянии использовать всю доступную информацию в полном объёме, отсюда их относительно невысокая распознающая способность [15, 16]. С практической задачей связана теоретическая — анализ распознаваемости зоны замыканий при одностороннем наблюдении линии электропередачи (ЛЭП). Важно знать, насколько близка к распознаваемости распознающая способность известных и разрабатываемых защит. Распознаваемость — физическое свойство объекта. Определить распознаваемость - значит узнать границу между отслеживаемыми режимами, на которые должна реагировать релейная защита, и альтернативными режимами, на которые релейная защита не должна реагировать ни при каких обстоятельствах. В третьей главе рассматривается основная защиты линии электропередачи с мощными ответвлениями. Информационный анализ существующих предложений показал, что они приспособлены к линиям без ответвлений, а выход из положения путём передачи информации о токах в ответвлениях не всегда возможен. Добавление реле сопротивления незначительно улучшает ситуацию. Необходимо располагать такими решениями, которые позволяли бы обходиться информацией, получаемой с двух сторон линии, но не с ответвлений. Из данной технической задачи в свою очередь вытекает общетеоретическая задача определения распознаваемости замыканий на линии с ответвлениями при её двухстороннем наблюдении. Автор благодарен ведущему специалисту ООО «АВВ Автоматизация» магистру ЧТУ Шапееву А.А. за проявленный интерес к работе и ценные замечания

В четвёртой главе проводится информационный анализ линии электропередачи и способов её защиты в неполнофазных режимах в цикле однофазного автоматического повторного включения (ОАПВ). Показано, что алгоритмы, используемые в настоящее время, не обеспечивают необходимой чувствительности или селективности. И напротив, предложенный автором алгоритм дистанционной защиты обеспечивает необходимую распознающую способность. Помимо алгоритмов защиты линии рассматриваются задачи ОАПВ. Особое внимание уделено распознаванию погасания дуги в той фазе ЛЭП, которая была отключена после однофазного короткого замыкания.

С перечисленными задачами связаны проблемы создания информационной базы РЗА. В диссертации рассматриваются алгоритмы, использующие ортогональные составляющие электрических величин, в связи с чем исследуются фильтры ортогональных составляющих и предлагается новая структура, работающая на произвольном окне наблюдения и с произвольной моделью входной величины, в том числе и в условиях недоопределённости. Приведены примеры подавления свободного переходного процесса известной частоты и затухающей экспоненциальной составляющей. Тем самым сделан шаг в направлении информационного анализа процессов в электрических системах.

4.5 Выводы

1. Проведён информационный анализ линии электропередачи в неполнофазном режиме. Представлен иерархический ряд режимов и модули их распознавания;

2. Выполнено имитационное моделирование линии в неполнофазном режиме в программе Matlab. Исследовалась зависимость собственных частот линии электропередачи от её параметров. Установлено, сильное влияние параметров линии на частоты свободных составляющих переходного процесса;

3. Проведено исследование распознающих свойств защит линии в неполнофазном режиме. Установлено, что традиционные алгоритмы защиты обладают недостаточно высокой распознающей способностью, а предложенное в диссертации виртуальное реле сопротивления для целей дистанционной защиты — более высокими как трёхфазном, так и в неполнофазном режимах;

4. Проведено исследование способов отстройки от режима биений в особой фазе. Предложен новый алгоритм ОКПД на базе алгоритмических моделей и виртуальных реле с высокими распознающими свойствами. Представленный алгоритм реализован в защитах серии «Бреслер».

5. Рассмотрена структура универсального многоканального ФОС, использующего информацию с выходов каналов различных гармоник. Рассмотрены примеры подавления экспоненциального сигнала и колебательного известной частоты на фоне сигнала номинальной частоты.

5. Заключение

В работе затронуты актуальные теоретические и практические вопросы защиты линий электропередачи.

Проведен информационный анализ распознаваемости зоны короткого замыкания в ЛЭП. Введены представления о неоднозначности и неопределённости как о различных проявлениях нераспознаваемости. Неопределённостью названо явление, когда наблюдаемым токам и напряжениям могут соответствовать замыкания в любом месте защищаемого объекта. А неоднозначностью в ограниченном числе мест. Границу нераспознаваемости определяют объектные характеристики — зависимость величины переходного сопротивления от координаты места повреждения. Получено аналитическое описание объектных характеристик нераспознаваемости различных видов замыкания. Установлено, что распознаваемость трёхфазных замыканий в полтора раза выше распознаваемости междуфазных замыканий. При исследовании двухфазное замыкание на землю представляется двумя коммутациями - переходом от нормального состояния объекта к междуфазному замыканию и уже затем — междуфазного КЗ в двухфазное замыкание на землю. Проведено исследование распознаваемости различных видов ЛЭП: однородной, неоднородной и с обходными связями. Установлено, что УПК отрицательным образом сказывается на распознаваемости, особенно на линиях с обходной связью. Здесь распознаваемость трёхфазного и междуфазного замыканий снижается до нуля.

Рассмотрена модульная структура построения дистанционной защиты. Проведено исследование распознающих свойств традиционных алгоритм дистанционной защиты. Установлено, что их распознающие свойства невелики и значительно уступают распознаваемости. Установлена инвариантность замера традиционного междуфазного реле сопротивления к междуфазным, трёхфазным и двухфазным замыканиям на землю.

Перспективным способом достижения распознающей распознаваемости является объединение и использование всей доступной информации об объекте и предоставляемой объектом.

Одним из таких способов является алгоритмическое моделирование и установка виртуальных реле в алгоритмической модели. Рассмотрен пример построения дистанционной защиты на базе алгоритмических моделей и виртуальных реле. Рассчитаны уставки виртуальных реле для линии «Амурская-Бурейская». Проведено тестирование защиты на осциллограммах замыканий на линии, записанных регистраторами серии «Бреслер». Установлена высокая распознающая способность предложенного алгоритма, которая приближается к распознаваемости.

Дистанционная защита на базе виртуальных реле реализована в защите линий «Бреслер-0601», установленной в опытную эксплуатацию на линии ЧеГЭС - Чигашево. В диссертации проведён анализ работы терминала при замыканиях на линии.

Рассмотрена основная защита линии электропередачи с мощными ответвительными подстанциями. К отслеживаемым режимам отнесены замыкания на линии, а к альтернативным - замыкания вне линии и за ответвительными подстанциями. Замыкания в трансформаторе не отнесены ни к первым, ни к последним. Проведено аналитическое исследование распознаваемости трёхфазного замыкания в линии. Установлено, что при большой погрешности измерительных трансформаторов тока невозможно осуществить селективную защиту, использующую только токовую информацию. С привлечением дополнительной информации о напряжениях с одной стороны линии распознаваемость замыканий кардинально возрастает.

Рассмотрена модульная структура построения ДЗЛ, когда работа алгоритма ДЗЛ объединяется с работой реле сопротивления, целью которого является отстройка от замыканий за ответвительными трансформаторами. Проведено исследование распознающих алгоритмов ДЗЛ и реле сопротивления. Установлена низкая распознающая способность междуфазного реле сопротивления. Взамен его предложено использовать виртуальное реле сопротивления. Исследование распознающих свойств виртуального реле показало, что его распознающие свойства и здесь приближаются к распознаваемости.

Проведён информационный анализ неполнофазных режимов ЛЭП и способов защиты ЛЭП в этих режимах. Установлено, что в неполнофазном режиме традиционная защита от земляных замыканий не обладает селективностью. Иначе говоря, при её отстройке от альтернативных ситуаций распознающая способность снижается практически до нуля. Исследование дистанционной защиты на базе виртуальных реле показало её высокую распознающую способность даже при отстройке от внешних замыканий в неполнофазном режиме.

Составлена модель линии в неполнофазном режиме в системе Matlab. Установлена её адекватность объекту. Проведён поиск частот свободных колебаний линии в неполнофазном режиме. Проведено исследование распознаваемости режима погасшей дуги в отключенной фазе в цикле ОАПВ. Предложен алгоритм контроля погасания дуги в отключенной фазе. Алгоритм также основан на методе алгоритмических моделей и виртуальных реле. Он был протестирован на сигналах, полученных от модели линии и на осциллограммах, записанных терминалом. Алгоритм принят к реализации в защитах серии «Бреслер».

Предложена структура универсального многоканального фильтра ортогональных составляющих. Дано его применение к разделению синусоидального и экспоненциального сигналов, а также двух синусоидальных сигналов известных частот без методической погрешности.

1. Атабеков Г.И. Теоретические основы релейной защиты высоковольтных сетей. М.: Госэнергоиздат, 1957. - 344 с.

2. Шнеерсон Э.М. Дистанционные защиты. М.: Энергоатомиздат, 1986.-448 с.

3. Фабрикант B.JI. Дистанционная защита. — М.: Высшая школа, 1979. — 215 с.

4. Лямец Ю.Я., Ефимов Е.Б., Нудельман Г.С. Теория уставок. // В сб. докладов научно-практической конференции, посвященной 70-летию ОРЗАУМ института «Энергосетьпроект»: Актуальные проблемы релейной защиты. М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2001.

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

6. Liamets Y.Y., Efimov Е.В., Efremov V.A., Iljin V.A., Pavlov A.O., Podshivalin N.V., Nudelman G.S., Zakonjsek J. Relay protection with extreme fault identification // Proceeding of the 12'л International

7. Conference on Power System Protection. Bled, Slovenia, 2000.

8. Liamets Y., Ivanov S., Podchivaline A., Nudelman G., Zakonjsek J. Informational analysis new relay protection tool. // Proc. 13th Int. Conf. PSP, Bled, Slovenia, 2002. - P. 197-210.

9. Ю.Лямец Ю.Я., Иванов C.B., Подшивалин A.H., Нудельман Г.С., Zakonjsek J. Информационный анализ энергообъектов и способов их защиты // Релейная защита и автоматика энергосистем 2002: Сб. докладов XV научно-технической конференции. М., 2002. — С. 93-97.

10. Лямец Ю.Я., Нудельман Г.С., Павлов А.О. Базисы и характеристики в теории дистанционной защиты. // Изв. вузов, Электромеханика, 1999, №1. С.94-95.

11. Лямец Ю.Я., Нудельман Г.С., Павлов А.О. Метод объектных характеристик для анализа и синтеза дистанционной защиты. // Изв. вузов, Электромеханика, 1999, №1. — С.95-96.

12. 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.

13. Н.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.

14. Лямец Ю.Я., Николаева Н.В., Павлов А.О. Объектные характеристики дистанционной защиты // Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике: Материалы II всероссийской научно-технической конференции. Чебоксары: ЧТУ, 1998.-С. 141-144.

15. Распознавание замыканий в электрической системе: Задания и методические указания к курсовой работе // Сост. А.Н. Подшивалин,

16. А.В. Шевелёв. Чуваш. Ун-т, Чебоксары 2002. - 44с.

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

18. Efremov V., Liamets Y., Podchivaline N., Iljin V., Nudelman G. Program set for analysis of disturbances and fault location in transmission lines DISAN/LOCATOR. // CIGRE, Paper 205, Florence, Italy. 1999.

19. Liamets Y., Efimov V., Nudelman G., Zakonjsek J. The principle of relay protection information protection. // CIGRE, Paper 112, Sibiu, Romania, 2001.

20. Liamets Y., Ivanov S., Nudelman G. The phenomena of uncertainty and ambiguity in identification of faults in electrical systems // CIGRE, Session B5 papers, Colloquium and meeting, Calgary, Canada, 2005, Report 312.-P. 1-7.

21. Ivanov S., Liamets Y., Zakonjsek J. Informational analysis of series compensted power line // CIGRE, Session B5 papers, Colloquium and meeting, Calgary, Canada, 2005, Report 313. P. 1-7.

22. Еремеев Д.Г., Иванов C.B., Лямец Ю.Я., Подшивалин А.Н., Шевелёв А.В. Информационные задачи релейной защиты // Труды Академии электротехнических наук Чувашской республики, 2003, №2. — С.79-100.

23. Павлов А.О., Иванов С.В. Эволюция дистанционной защиты дальнего резервирования // Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем: Материалы IV всероссийской научно-технической конференции. Чебоксары: ЧТУ,2001.-С. 188-190.

24. Лямец Ю.Я., Павлов А.О., Иванов С.В., Нудельман Г.С. Виртуальные реле // Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем: Материалы V всероссийской научно-технической конференции. Чебоксары: ЧТУ, 2003. - С. 272-274.

25. Liamets Y., Podchivaline A., Chevelev A., Nudelman G., Zakonjsek J. Informational tasks of relay protection. // CIGRE, Paper 213, Sydney, Australia, 2003.

26. Liamets Y., Podchivaline A., Nudelman G., Zakonjsek J. Universal relay. // Proc. 14th Int. Conf. PSP, Bled, Slovenia, 2004. P. 1-12.

27. Атабеков Г.И. Теоретические основы электротехники. М.: 1978. -432с.

28. Liamets Y., Podchivaline A., Chevelev A., Nudelman G., Zakonjsek J. Equivalent transform of models, conditions and measurements in relay protection. // 8th IEE Int. Conf. DPSP, Amsterdam, Netherlands, 2004, Vol. l.-P. 76-79.

29. CIGRE WG B5-10. Protection, Control, and Monitoring of Series Compensated Networks // Colloquium and meeting, Session papers, CIGRE, Calgary, Canada, 2005, Report 301. P. 1-10.

30. Шабад M.A. Расчёты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. Л.:, Энергия, 1972.

31. Федосеев A.M. Релейная защита электрических систем. Учебник для вузов. — М.: Энергия, 1976г.

32. Чернобровов Н.В., Семёнов В.А. Релейная защита энергетических систем: Учёб, пособие для техникумов. Изд. 5-е, перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1988. —800с.

33. Topham G.H., Bower M.H.L. Eskom's envisaged future requirements for distance protection. // Colloquium and meeting, Session papers, CIGRE, Sydney, Australia, 2003, Report 311. P. 1-5.

34. Sachdev M.S., Sidhu T.S., Ghorta D.S. A variable window distance relay -design, implementation and testing. // Colloquium and meeting, Session papers, CIGRE, Sydney, Australia, 2003, Report 301. P. 1-6.

35. Benmouyal G., Fischer N, Guzman A.,Mooney J., Tziouvaras D. Advanced transmission line protection system. // Colloquium and meeting, Session papers, CIGRE, Sydney, Australia, 2003, Report 312. P. 1-8.

36. Venkatesan R., Balamurugan В., A real-time hardware fault detector using an artificial neural network for distance protection. // Power Delivery, IEEE Transactions on, Jan 2001, Volume: 16, Issue: 1.

37. Уоссермен Ф. Нейрокомпьютерная техника: теория и практика. // Пер. с англ. Ю.А. Зуева, В.А. Точенова. М.: Мир, 1992. - 240 С.

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

39. Technical reference manual: REL 521*2.3 Line distance protection terminal. 2001

40. Лямец Ю.Я., Антонов В.И., Ефремов B.A., Нудельман Г.С., Подшивалин Н.В. Способ определения места и характераповреждения линии электропередачи с использованием её моделей. Патент Российской Федерации №2033622, G01R31/11,1989.

41. Лямец Ю.Я, Антонов В.И, Нудельман Г.С., Ахметзянов С.Х. Способ дистанционной защиты линии электропередачи. Патент RF №1775787, Н02НЗ/40, 1992.

42. Liamets Y., Pavlov A., Ivanov S., Nudelman G. Virtual relays: theory and applications to distance protection. // Colloquium and meeting, Session papers, CIGRE, Sydney, Australia, 2003, Report 213. P. 1-6.

43. Павлов А.О. Информационные аспекты распознавания коротких замыканий в линиях электропередачи в приложении к задаче дальнего резервирования. // Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Чебоксары, Чуваш. Ун-т, 2002.

44. Павлов А.О., Григорьев О.Н. Адаптивная защита дальнего резервирования отпаечных трансформаторов "Бреслер-0301" // Тез. докладов всероссийской научно-технической конф. "Релейная защита и автоматика энергосистем 2000". - М.: Изд-во ЦДУ ЕЭС России 2000.

45. Григорьев О.Н., Павлов А.О. Опыт эксплуатации устройства адаптивной защиты // Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем: Материалы II всероссийской научно-технической конференции. Чебоксары: ЧТУ, 1999.-С. 309-312.

46. Нагай В.И. Релейная защита ответвительных подстанций электрических сетей. Москва, Энергоатомиздат, 2002.

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

48. Лямец Ю.Я., Нудельман Г.С., Павлов А.О. Алгоритмические модели электрических систем. // Труды Академии электротехнических наук Чувашской республики, 1999, №1-2. - С. 10-21.

49. Аржаников Е.А., Лукоянов В.Ю., Мисриханов М.Ш. Определение места короткого замыкания на высоковольтных линиях электропередачи / Под. Ред. В.А. Шуина М: Энергоатомиздат, 2003. - 272с.

50. Кесаев И.Г. Катодные процессы электрической дуги. — М.: Наука, 1968.

51. Шалыт Г.М. Определение мест повреждения линий электропередачи по параметрам аварийного режима. М.: Энергоатомиздат, 1983.

52. Борисов В.А., Орехов Л.М. Продольные дифференциальные защиты линий с проводными каналами связи. М.: Энергоатомиздат, 1988. — 168 с.

53. Иванов С.В. Распознаваемость трёхфазных замыканий в линии электропередачи с отпайкой // Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике: Материалы V всероссийской научно-технической конференции. Чебоксары: ЧТУ, 2004. — С. 235-236.

54. Дьяконов В. MATLAB: учебный курс. СПб: Питер, 2001. - 560с.

55. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. М. Наука. 1966г.

56. Лосев С.Б., Чернин А.Б. Вычисление электрических величин в несимметричных режимах электрических систем. —1. М. Энергоатомздат, 1983.

57. Королёв Е.П., Либерзон Э.М. Расчёты допустимых нагрузок в токовых цепях релейной защиты. М.: Энергия, 1980. - 208с.

58. Xin Ai, Hai Bao, Song Y.H., Novel method of error current compensation for Hall-effect-based high-accuracy current transformer. // Power Delivery, IEEE Transactions on, Jan 2005, Volume: 20, Issue: 1.

59. Technical reference manual. REL 551*2.3. Line differential protection terminal. ABB Automation Products AB 2001.

60. Аржанников E.A. Дистанционный принцип в релейной защите и автоматике линий при замыкний на землю. М: Энергоатомиздат, 1985.- 176 с.

61. Зиновьев Д.В., Иванов С.В. Информационный анализ токовой защиты в неполнофазном режиме // ДНДС: Материалы VI Всеросс. науч.-техн. конф. Чебоксары, изд-во ЧТУ, 2005. - С. 156-158.

62. Зиновьев Д.В., Иванов С.В. Информационный анализ дистанционной защиты в неполнофазном режиме // ДНДС: Материалы VI Всеросс. науч.-техн. конф. Чебоксары, изд-во ЧТУ, 2005. - С. 159-160.

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

64. Фейст П.К. Комплексные схемы для неполнофазных режимов при отключении напряжения с одной или двух фаз линию Труды ВНИИЭ. - М.: 1963, вып. 16.

65. Лямец Ю.Я., Еремеев Д.Г., Нудельман Г.С. Эквивалентирование многопроводных систем при замыканиях и обрывах части проводов. // Электричество 2003, № 11. С. 17-27.

66. Арсентьев А.П., Лямец Ю.Я., Павлов А.О. Имитационное моделирование многопроводных систем. Тез. докл. Науч.-техн. Конф. «Технические науки: сегодня и завтра». Чебоксары: Изд-во КЛИО, 1997.-С. 38

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

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

69. Атабеков Г.И. Релейная защита высоковольтных сетей. -М. ГЭИ, 1949.

70. Коржецкая Т.А., Левиуш А.И. Некоторые принципы резервной защиты линии в цикле ОАПВ. // Электричество, №8, 1978. С.81-84.

71. Еженедельная электронная газета РАО «ЕЭС РОССИИ» Энергопресс N 56 (180) от 1 сентября 1998 года (специальный выпуск).

72. Романов Ю.В., Зиновьев Д.В. Орган контроля погасания дуги подпитки. // Труды Академии электротехнических наук Чувашской республики, 2003, №3. С. 46-47.

73. Лямец Ю.Я., Ильин В.А. Фильтры информационных составляющих тока и напряжения электрической сети. Изв. РАН. Энергетика,1995, №3.- С. 174-189.

74. Марпл C.JI. Цифровой спектральный анализ и его приложения. — М.:Мир, 1990.-584с.

75. Антонов В.И., Лазарева Н.М., Пуляев В.И. Методы обработки цифровых сигналов энергосистем. М.: НТФ Энергопрогресс, 2000. -84с.

76. Бычков В.П., Иванов С.В. Аппроксимация затухающих колебательных сигналов // Математические модели и их приложения: Сб. науч. тр. Вып. 5. Чебоксары: ЧТУ, 2003. - С. 46-53.

77. LiametsY., Podchivaline A., Ivanov S., Nudelman G. Interval transform of information and its applications in relay protection // Proc. Int. Conf. IEEE St-Petersburg PowerTech, Saint-Petersburg, Russia, 2005, Report 31.

78. Иванов C.B., Лямец Ю.Я. Интервальные фильтры ортогональных составляющих // Труды Академии электротехнических наук Чувашской республики, 2004, №3. С. 49-51.

79. Иванов С.В., Лямец Ю.Я. Многоканальный фильтр ортогональных составляющих // Труды Академии электротехнических наук Чувашской республики, 2004, №3. С. 51-53.

80. Лямец Ю.Я., Подшивалин А.Н. Информационный принцип систематизации задач релейной защиты // Труды Академии электротехнических наук Чувашской республики, 2004, №3. -С. 33-35.

81. Лямец Ю.Я., Подшивалин А.Н. Интервальные фильтры // Труды Академии электротехнических наук Чувашской республики, 2004, №3. С. 47-49.

82. Таубес И.Р. Устройство резервирования при отказе выключателя (УРОВ) в сетях 110-220кВ М.: Энергоатомиздат, 1988. - 88с.

83. Программа автоматического расчёта уставок защиты дальнего резервирования «Бреслер-0301» CSC-BP. Руководство пользователя.