автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Оптимальная фазовая селекция коротких замыканий в линиях электропередачи

Введение.

Глава 1. Устройства и способы выбора поврежденных фаз и вида повреждения. Современное состояние.

1.1 Классификация устройств выбора поврежденных особых) фаз.

1.2. Устройства определения вида повреждения при КЗ на землю.

1.3. Способы выбора поврежденных фаз и вида повреждения на основе аварийных составляющих переходного процесса.

1.4. Выводы и тенденции развития устройств выбора фазы и вида повреждения.

Глава 2. Теория уставок и принцип информационного совершенства релейной защиты.

2.1. Информационные базисы теории уставок и основные определения.

2.2. Распознаваемость.

2.3. Функция распознаваемости. Распознаваемость в точке и области.

2.4. Распознавание.

2.5. Уставочные характеристики.

2.6. Синтез уставочных характеристик.

2.7. Распознавание альтернативных ситуаций.

2.8. Оценки распознающей способности: чувствительность к ситуации а и отстройка от альтернативных ситуаций.

2.9. Теория уставок - информационное приложение теории релейной защиты.

2.9.1. Определение объектной характеристики защиты.

2.9.2. Информационная ценность текущего наблюдения.

2.10. Выводы.

Глава 3. Аналитическое исследование распознаваемости поврежденных фаз.

3.1. Электрическая система как эквивалентный генератор относительно повреждения.

3.2. Отношения составляющих.

3.3. Распознавание особой фазы при замыканиях на землю.

3.4. Металлические междуфазные замыкания.

3.5. Предельная распознаваемость междуфазного металлического замыкания в любых режимах.

3.6. Этапы исследования предельной распознаваемости.

3.7. Зависимость алгоритмических параметров от состояния имитационной модели.

3.8. Годографы элементарной электропередачи.

3.9. Зависимость от уровня тока обратной последовательности . 77 3. 10. Область состояния.

3.11. Пограничные состояния.

3.12. Взаимное положение областей альтернативных режимов

3.13. Аппроксимация области металлических коротких замыканий.

3.14. Метод определения критического уровня контролируемой величины.

3.15. Предельные объектные характеристики фазового селектора.

3.16. Выводы.

Глава 4. Фильтрация входных электрических сигналов.

4.1. Определения и обозначения.

4.2. Первичная обработка входных электрических величин.

4.3. Фильтры ортогональных составляющих (ФОС).

4.4. Частотные характеристики фильтра с комплексными коэффициентами.

4.5. Частотные характеристики фильтра ортогональных составляющих.

4.6. Синтез фильтров ортогональных составляющих.

4.7. Элементарный фильтр ортогональных составляющих (ЭФОС).

4.8. Структура стационарного фильтра ортогональных составляющих (СФОС).

4.9. Особенности СФОС: структура заграждающего фильтра; частотная характеристика.

4.10. Анализатор стабильности сигналов.

4.11. Фильтры аварийных составляющих.

4.12. Полиноминальный ЗФОС (ПЗФОС).

4.13. Выводы.

Глава 5. Универсальный алгоритм фазовой селекции повреждений электропередачи.

5.1. Структура избирателя поврежденных фаз.

5.2. Фильтрация входных величин.

5. 2. 1. Фильтр ортогональных составляющих.

5.2.2. Фильтр аварийных составляющих.

5.3. Модификации избирателя поврежденных фаз.

5.3.1. Модификация избирателя поврежденных фаз с широкой информационной базой.

5.3.2. Модификация избирателя поврежденных фаз с узкой информационной базой.

5.4. Блок определения земляных коротких замыканий.

5.5. Задание уставочных областей алгоритмического пространства.

5.5.1. Представление уставочных характеристик алгоритмических коэффициентов.

5.5.2. Проверка попадания замера алгоритмического коэффициента в многомерную уставочную область.

5.5.3. Запретные комбинации кода многомерного уставочного пространства.

5.6. Работа базовой функции.

5.7. Блок-схема универсального алгоритма фазовой селекции

5.8. Синтез многомерных уставочных характеристик.

5.9. Испытания и реализация алгоритма фазовой селекции поврежденных фаз.

5.10. Выводы.

Развитие единой энергосистемы, сопровождающееся увеличением единичных мощностей и расширением сети генерирующих и энергопотребляющих объектов, предусматривает наряду с ее количественным ростом и качественные изменения, заключающиеся, в первую очередь, в повышении надежности функционирования. Основными условиями надежной и безаварийной работы электроэнергетических систем являются безотказность и селективность функционирования устройств релейной защиты и автоматики (РЗА) [1-4]. Надежность самих устройств РЗА, зависит от используемых в защитах алгоритмов, эффективность которых в известной мере определяется уровнем существующей элементной базы.

Переход на микропроцессорную элементную базу практически снял ограничения, накладываемые на сложность используемых алгоритмов РЗА. Благодаря неограниченным вычислительным возможностям микропроцессорной техники, можно получить сколь угодно высокую точность алгоритмов. В данной ситуации все большую актуальность приобретает принципиальный вопрос - как оптимально распорядиться имеющимися ресурсами и информационной базой для достижения максимальной чувствительности алгоритма. Теория уставок, основывающаяся на принципе информационного совершенства и являющаяся информационным приложением теории релейной защиты, ставит перед собой задачу ответить на данный вопрос. Основная цель -разработка методики создания алгоритмов, не изменяющих своей структуры в зависимости от объема используемой информационной базы, оптимально использующих предоставленный объем информации.

Опыт эксплуатации высоковольтных ЛЭП свидетельствует о том, что в подавляющем большинстве случаев коротких замыканий на воздушных линиях отключение поврежденного участка и автоматическое повторное включение (АПВ) его обеспечивают сохранение линии в работе: электрическая дуга в месте короткого замыкания гаснет в результате отключения линии и при повторном включении обычно вновь не возникает [1]. Для воздушных линий всех напряжений применение АПВ признано обязательным. Преимущественно применяется трехфазное однократное АПВ (ТАПВ). На ответственных транзитных и тупиковых линиях 110 кВ и выше применяется однофазное автоматическое повторное включение (ОАПВ). Во всех случаях осуществления пофазных отключений наряду с пофазным управлением выключателей требуется применение устройств, производящих выбор поврежденных фаз - избирателей (селекторов) поврежденных фаз. Еще одной важной областью применения избирателей поврежденных фаз является их совместное использование с устройствами дистанционной защиты. Располагая информацией о виде повреждения и о поврежденном фазном канале, дистанционная защита может использовать для своей работы различные характеристики срабатывания, адаптированные к данному в виду повреждения.

Диссертационная работа посвящена разработке алгоритма универсального избирателя поврежденных фаз от всех видов замыканий, не критичного к объему используемой информационной базы и обладающего максимально возможной чувствительностью. Избиратель строится на базе основных положений теории уставок. Еще одна проблема, затронутая в диссертации, связана с аналитическим исследованием пределов распознаваемости, как свойства объекта наблюдения. На примере элементарной электропередачи исследуется методика получения характеристик распознаваемости, строящихся на плоскости аварийных параметров наблюдаемого объекта.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 74 наименований, 4 приложений, 54 рисунков. Общий объем работы в 180 стр. включает: текст диссертации - 158 стр., список литературы - 7 стр. и приложения - 13 стр.

5.10. Выводы.

1. Алгоритмы фазовой селекции классифицированы по размеру их информационной базы. Разработан и исследован алгоритм с широкой информационной базой, включающей в себя величины предшествующего режима.

2. Рассмотрены его свойства в условиях наложения режима короткого замыкания на качания, включая несимметрию предшествующего режима. Рассмотрены и оценены способы усиления блока фильтрации алгоритма в вышеуказанных режимах с применением "арбитра".

3. Разработан и исследован алгоритм фазовой селекции с узкой информационной базой - без привлечения информации о предшествующем режиме. Предложен способ реализации многомерной уставочной области в виде характеристик на плоскостях уставочного пространства.

4. Разработана программа автоматического построения уставочных характеристик для алгоритма с узкой информационной базой, позволяющая воспринимать разные объемы информации.

5. Разработанный алгоритм внедрен в микропроцессорном устройстве - избирателе поврежденных фаз типа "Бреслер 0501".

159

Заключение.

Основные научные и практические результаты, полученные в работе, заключаются в следующем:

1. Проведен анализ современного состояния и тенденции развития алгоритмов фазовой селекции в ЛЭП. Установлено, что существующие алгоритмы используют информацию о наблюдаемом объекте не в полной мере.

2. Алгоритмы фазовой селекции классифицированы по размеру их информационной базы. Разработан и исследован алгоритм с широкой информационной базой, включающей в себя величины предшествующего режима, рассмотрены его свойства в условиях наложения режима короткого замыкания на качания, включая несимметрию предшествующего режима.

3. Рассмотрены и оценены способы усиления блока фильтрации алгоритма в вышеуказанных режимах с применением "арбитра".

4. Исследованы фильтры информационных составляющих (ортогональных, аварийных, симметричных), подходящие для создания информационной базы фазовой селекции.

5. Теория уставок развита применительно к задачам фазовой селекции. Поставлена общая задача - синтез алгоритма фазовой селекции с оптимальным при любом размере информационной базы распознаванием. Алгоритмы фазовой селекции разработаны на основе положений теории уставок с ее основной концепцией - принципом информационного совершенства релейной защиты. Классифицированы задачи теории уставок, подходы и методы

6. Получено аналитическое решение задачи оценивания распознаваемости поврежденных фаз электропередачи как физического свойства.

7. Разработан и исследован алгоритм фазовой селекции с узкой информационной базой - без привлечения информации о предшествующем режиме.

8. Предложен способ реализации уставочной области в виде характеристик на плоскостях уставочного пространства.

9. Инструмент объектных характеристик использован для сравнительного анализа алгоритмов фазовой селекции, а также с характеристикой распознаваемости повреждений наблюдаемого объекта.

10. Разработана программа автоматического построения уставочных характеристик для алгоритма с узкой информационной базой, позволяющая воспринимать разные объемы информации.

И. Разработано внешнее программное обеспечение микропроцессорного устройства выбора поврежденных фаз "Бреслер - 0501".

161

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

2. Фабрикант В.Л. Дистанционная защита. М.:Высшая школа, 1 979,215 с.

3. Федосеев А.М. Релейная защита электроэнергетических систем. -М.:Энергоатомиздат, 1984,51с.

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

5. Аржанников Е.А. Дистанционный принцип в релейной защите и автоматике линий при замыканиях на землю. М.:Энергоатомиздат, 1985, 175 с.

6. Ульянов С. А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. М.:Энегия, 1970, 520 с.

7. Современная релейная защита. Переводы докладов Международной конференции по большим электрическим системам. (СИГРЭ-68).-М. Энергия, 1970.

8. Врублевский Ю. Патент № 45593 (ПНР). Способ получения многофазных непереключаемых реле.

9. Ермоленко В.М. Принципы выполнения избирательных органов для пофазного отклонения в защитах. В кн.:Сборник "Автоматика и телемеханика в энергосистемах." - М.:Госэнергоиздат, 1980.

10. Дони И.А., Шурупов А.А. Моделирование переходных процессов в энергосистеме для анализа устройств релейной защиты. Электротехника, 1980 г., &N 2, с. 13-18.

11. S.L.Goldborough, A.W.Hill. Relays and Dreakers for Highspeed Signle-Pole Tripping and Reclosing, El. Eng., № 2,1942.

12. А.С. СССР &N 1005237. Саухатас А-С. С. и др. устройство для определения поврежденной фазы. Опуб. Б.И. № 10 1983.

13. Аржанников Е.А. Анализ функционирования фильтровых органов определения особой фазы и вида замыкания на линиях с двусторонним питанием. Изв. Вузов, Энергетика, 1982, № 7,с. 19-24.

14. А.С. СССР № 610224. Жанаев Ц.Т., Заславская Т.Б. Способ выбора поврежденной фазы при несимметричных коротких замыканиях на землю. Опубл. Б.И. № 21, 1978.

15. А.С. СССР № 534824. Зисман Л.С., Левиуш А.И. устройство для выбора поврежденной фазы в многофазной электрической сети переменного тока. Опубл. Б.И. № 41, 1976.

16. А.С. СССР № 1001276. Чарова Н.Е. и др. Устройство для выбора поврежденной фазы. Опуб. Б.И. № 8,1983.

17. А.С. СССР № 1417094. Лосев С.Б. и др. Устройство для выбора поврежденной фазы при несимметричных коротких замыканиях в сетях с заземленной нейтралью. Опубл. Б.И. № 30,1988.

18. Лосев С.Б., Онучин В. А., Плотников В.Г. Фильтровый избирательный орган, реагирующий на соотношение аварийных значений симметричных составляющих. Изв. вузов. Электромеханика, 1988, № 10,- с. 57-64.

19. А.С. СССР № 1148071. Ермоленко В.М., Любарский Д.Р. Устройство для выбора поврежденной фазы для защиты воздушной линии электропередачи от короткого замыкания. Опубл. Б.И. № 12, 1985.

20. А.С. СССР № 1374324. Петров С.Я. Любарский Д.Р. Устройство для выбора поврежденных фаз в трехфазной электрической сети переменного тока. Опубл. Б.И. № 6, 1988.

21. Лямец Ю.Я. К анализу переходных процессов в трехфазных цепях методом симметричных составляющих. Электричество, -1988, № 12, с. 57-60.

22. Liamets Y.Y., Iljin V.A., Podshivalin N.V., Adaptive training relays. -Proceedings of the 9th International Power System Conference. Vol.2. St.-Petersburg. Juli 1994. P. 729-739.

23. Лямец Ю.Я., Нудельман Г.С., Павлов A.O. Эволюция дистанционной релейной защиты. Электричество, 1999, №3, с. 8-15.

24. Efremov V.A., Liamets Y.Y., Podshivalin N.V., Iljin V.A., Nudelman V.A. Program set for the analysis of disturbances and fault location in transmission lines DISAN/LOCATOR. CIGRE SC 34-205, Florence, Italy, October 1999. P. 1-7.

25. Liamets Yu., Efimov E., Efremov V., Iljin V., Pavlov A., Nudelman G., ZakonjSek J. Relay protection with extreme fault identification. Conf., PSP2000, Slovenia, Bled, 2000. P. 1 12.

26. Liamets Yu., Efimov E., Nudelman G., ZakonjSek J. The principle of relay protection information perfection. Colloquium and meeting, Session papers, CIGRE, Romania, Sibiu, 2001, Report 112, P.l - 6.

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

28. Лямец Ю.Я., Нудельман Г.С., Павлов А.О., Ефимов Е.Б., Законьшек Я. Релейная защита с экстремальным распознаванием аварийных ситуаций. -Тез. докладов XIV НТК "РЗА энергосистем 2000", ЦДУ ЕЭС России, 2000. с. 208-212.

29. 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.

30. Лямец Ю.Я., Еремеев Д.Г., Ефимов Е.Б., Нудельман Г.С. Информационное совершенство фазовой селекции. Тез. докладов НТК "Релейная защита, низковольтная аппаратура управления, регулируемый электропривод", ВНИИР, 2001. с. 54 - 56.

31. Гультяев А.К. MatLab 5.3. Имитационное моделирование в среде Windows. Санкт-Петербург, "КОРОНА принт", 2001,400 с.

32. Лазарев Ю.Ф. MatLab 5.x. Киев, "Ирина", 2000,384 с.

33. Потемкин В.Г. Система MatLab 5. М.: "Диалог - МИФИ", 1998,320 с.

34. Мэтьюз Д.Г., Финк К,Д. Численные методы. Использование MatLab. М.: "Вильяме", 2001, 721 с.

35. Еремеев Д.Г., Ефимов Е.Б. Синтез уставочной характеристики релейной защиты в алгоритмическом пространстве. Тез. докладов НТК "Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике", Чебоксары, ЧТУ, 2000.

36. Лямец Ю.Я., Ефимов Е.Б., Нудельман Г.С., Законыпек Я. Информационное совершенство релейной защиты. Тез. докладов НТК "Релейная защита, низковольтная аппаратура управления, регулируемый электропривод", ВНИИР, 2001. с. 30 - 33.

37. Лямец Ю.Я., Ефимов Е.Б., Нудельман Г.С. Теория уставок. Тез. докладов НТК "Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем", Чебоксары, ЧТУ, 2001. с. 169 - 172.

38. Лямец Ю.Я., Ефимов Е.Б., Шевелев А.В. Информационная ценность текущего наблюдения электрической системы. Тез. докладов НТК "Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем", Чебоксары, ЧТУ, 2001. с. 172 - 174.

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

40. Лямец Ю.Я., Нудельман Г.С., Павлов А.О., Ефимов Е.Б., Законыпек Я. Распознаваемость повреждений электропередачи, ч. 1. Распознаваемость места повреждения. Электричество, № 2,2001. с.16 - 23.

41. Лямец Ю.Я., Нудельман Г.С., Павлов А.О., Ефимов Е.Б., Законыпек Я. Распознаваемость повреждений электропередачи, ч. 2. Общие вопросы распознаваемости поврежденных фаз. Электричество, № 3,2001. с. 16 - 24.

42. Лямец Ю.Я., Нудельман Г.С., Павлов А.О., Ефимов Е.Б., Законыпек Я. Распознаваемость повреждений электропередачи, ч. 3. Распознаваемость междуфазных коротких замыканий. Электричество, № 12,2001. с. 9 - 22.

43. Патент РФ № 2006124. Способ определения поврежденных фаз и вида повреждения линии электропередачи. Лямец Ю.Я., Антонов В.И., Нудельман Г.С. Опубл. в БИ. 1994, №1.

44. Патент РФ № 1820974. Способ определения поврежденных фаз и вида повреждения линии электропередачи /Ю.Я. Лямец, В.И. Антонов, В.А. Ефремов, Г.С. Нудельман. Опубл. в БИ, 1993, № 21.

45. Лямец Ю.Я. К анализу переходных процессов в трехфазных цепях методом симметричных составляющих. Электричество, 1988, № 12.

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

47. Girgis A.A., Makram Е.В. Application of adaptife Kalman filtering in fault classification, distance protection, and fault location using microprocessor. -Power Ind. Comput. Appl. Conf. PICA. Montreal. 1987. P. 436-445.

48. Справочник по теории автоматического управления. Под ред. А.А. Красовского. М.: Наука, 1987.

49. Ефимов Е.Б., Лямец Ю.Я. Разрешающая способность метода производящих уравнений при оценке двухчастотного процесса. Тез. докладов НТК Чебоксарского центра РЗА, 1997. с. 94 - 96.

50. Ramamoorthy М. A note on impedance measurement using digital computers. Proc. IEE - IERE (India). V.9.1 6. 1971. P. 243 - 247.

51. Laycock G. K., McLaren P. G. Filtering applications in static distance relays. Proc. IEE. V.119.1 3. 1972. P. 313-317.

52. McLaren P. G., Redfern M. A. Fourier- series techniques applied to distance protection. Proc. IEE. V. 122. № 11.1975. P. 1301 - 1305.

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

54. Ильин В. А., Лямец Ю. Я. Задачи и методы спектрального анализа переходных процессов в электрических сетях. Изв. РАН. Энергетика. 1997. № 6. С. 46-62.

55. 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.

56. Шкаф ШЭ 2702. Устройство однофазного автоматического повторного включения. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. -Чебоксары, ВНИИР, 1992.

57. Ефремов В.А. Логико-временная модель устройства однофазного автоматического повторного включения. Электротехнические микропроцессорные устройства и системы: Межвуз. сб. науч. тр. -Чебоксары: Изд. ЧТУ, 1992.-С.82-87.

58. А.с. 1379856 СССР, Кл. Н02Н 3/ 06 Устройство однофазного автоматического повторного включения линии электропередачи. Ефремов В.А., Нудельман Г.С., Поляков В.Г. - Опубл. Б.И. № 19, 1988.

59. Темников Ф.Е., Афонин В.А., Дмитриев В.И. Теоретические основы информационной техники. М.: Энергия, 1979, 512 с.

60. Гольденберг JI.M., Матюшкин Б.Д., Поляк М.Н. Цифровая обработка сигналов. М.: Радио и связь, 1985, 312 с.

61. Изерман Р. Цифровые системы управления. М.: Мир, 1984, 544 с.

62. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1983, 832 с.

63. Рабинер JL, Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М.: Мир, 1978, 848 с.

64. Цикин И.А. Дискретно-аналоговая обработка сигналов. М.: Радио и связь, 1982, 160 с.

65. Оппенгейм А.В., Шафер Р.В. Цифровая обработка сигналов. М.: Связь, 1979,416 с.

66. Верешкин А.Е., Катковник В.Я. Линейные цифровые фильтры и методы их реализации. М.: Сов. радио, 1973, 152 с.

67. Антонью А. Цифровые фильтры: анализ и проектирование. М.: Радио и связь, 1983,320 с.

68. Фридландер Б. Методы спектрального оценивания на основе решетчатой структуры. ТИИЭР, 1982, т.70, №9, с. 95-125.

69. Бендат Д., Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов. -М.: Мир, 1974,464 с.

70. Подбельский В.В. Язык С++. М.: Финансы и статистика, 1999, 560с.

71. Архангельский А.Я. Программирование в С++ Builder 5. М.: Бином, 2000, 1152 с.