автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Повышение эффективности функционирования средств мест повреждения линий электропередачи, релейной защиты и автоматики энергосистем

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА ПЕРВАЯ

АЛГОРИТМЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ УСТРОЙСТВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ.

1.1. Методы и технические средства определения мест повреждения воздушных линий электропередачи в сетях с заземленной нейтралью

1.2. Методы и алгоритмы определения мест повреждения по параметрам аварийного режима.

1.3. Оценка погрешности одностороннего измерения расстояния до места короткого замыкания.

1.4. Основные направления совершенствования микропроцессорных устройств одностороннего замера мест повреждения с учетом особенностей отечественных энергосистем.

ГЛАВА ВТОРАЯ

РЕАЛИЗАЦИЯ ЗАДАЧ ПРОТИВО АВАРИЙНОГО УПРАВЛЕНИЯ В ЭНЕРГОСИСТЕМАХ.

2.1. Основные задачи противоаварийного управления в энергосистемах

2.2. Программно-технический комплекс автоматической дозировки управляющих воздействий.

2.3. Автоматическое повторное включение в сетях высокого напряжения эффективное средство сохранения устойчивости энергосистем.

ГЛАВА ТРЕТЬЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ.

3.1. Эксплуатационная надежность релейной защиты и автоматики

3.2. Опыт эксплуатации микроэлектронных устройств РЗА.

3.3. Обеспечение надежности функционирования микропроцессорных устройств РЗА.

ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ

ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К МИКРОПРОЦЕССОРНЫМ УСТРОЙСТВАМ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ С УЧЕТОМ ОСОБЕННОСТЕЙ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЕЭС РОССИИ.

Одним из основных направлений, способствующих сохранению управляемости и надежности работы энергосистем и энергообъединений, является проведение единой технической политики в области разработки и эксплуатации релейной защиты и автоматики (РЗА), а также средств определения места повреждения (ОМП) линий электропередачи.

Определение мест повреждений (ОМП) в электрических сетях 110-750 кВ является одним из важных факторов повышения надежности электроснабжения потребителей, обеспечения экономичности эксплуатации и безопасности обслуживания электросетей. Наиболее повреждаемым элементом электрических сетей являются воздушные линии электропередачи (ВЛ). Основной вид повреждения (65%) - однофазные короткие замыкания (КЗ), двухфазные на землю (включая двойные замыкания на землю) составляют 20%, двухфазные замыкания без земли - 10%, трехфазные замыкания - 5% [1]. Применение фиксирующих индикаторов существенно сокращает время отыскания повреждений на ВЛ, в ряде случаев позволяет предотвратить аварийные отключения ВЛ за счет своевременного определения мест неустойчивых коротких замыканий (КЗ) [2]. Помимо этого применение средств ОМП позволяет косвенным путем оценить правильность выбора уставок срабатывания устройств релейной защиты и автоматики данного присоединения. Учитывая схожесть элементной базы и алгоритмов функционирования устройств РЗА и средств ОМП по параметрам аварийного режима, последние в части обслуживания и эксплуатации отнесены к устройствам РЗА [3, 4]. Во всех разработках микропроцессорных терминалов релейных защит ВЛ присутствует функция ОМП, как неотъемлемая часть устройства РЗА.

В настоящее время вопросы формирования единых и согласованных технических требований к РЗА электроэнергетических систем являются особенно актуальными в связи с нарушением традиционных связей между изготовителями и эксплуатационниками устройств РЗА, а также нарастающим использованием в мировой практике в качестве элементной базы РЗА микропроцессорных систем. 6

В Российских энергосистемах основную долю находящихся в эксплуатации устройств РЗА составляют электромеханические устройства, и незначительную долю (около 2%) - микроэлектронные или с частичным использованием микроэлектроники, тогда как ведущие зарубежные фирмы (АББ, Сименс и др.) еще в конце 80-х годов освоили серийное производство микропроцессорных устройств РЗА для энергосистем напряжением 6-500 кВ. Накопленный за рубежом опыт эксплуатации микропроцессорных устройств показывает, что построенные на этой основе системы защиты, контроля и управления имеют равные или лучшие показатели надежности и значительно меньшие трудозатраты на техобслуживание, чем традиционные системы.

В России ведутся разработки по отдельным микропроцессорным устройствам РЗА, но массового внедрения их в эксплуатацию пока не произошло. Имеется незначительный опыт внедрения и эксплуатации единичных экземпляров микропроцессорных устройств РЗА, в основном производства инофирм, а также устройств определения мест повреждения на BJI, регистраторов аварийных событий (осциллографов), комплекса автоматической дозировки управляющих воздействий энергосистем отечественного производства. В связи с этим важной задачей явилось формирование на основе отечественного опыта разработки, проектирования и эксплуатации устройств РЗА общих технических требований к микропроцессорным устройствам и системам РЗА, что позволило принимать квалифицированные решения при проведение тендеров по проектам РЗА и разрабатывать отечественную продукцию, конкурентную на мировом рынке.

Решение рассматриваемой задачи требует исследования алгоритмов и программ функционирования, обобщения опыта эксплуатации устройств РЗА и ОМП как отечественных, так и зарубежных, а также особенностей их реализации на базе микропроцессорной техники. Объектами исследований и разработок в частности стали микропроцессорные устройства определения мест повреждения BJI, программно-технический комплекс автоматической дозировки управляющих воз7 действий энергосистем, устройства (терминалы) с функциями защиты, автоматики, измерения, осциллографирования, регистрации, управления и контроля.

Выполнявшиеся в АО «Фирма ОРГРЭС» и в РАО «ЕЭС России» под руководством и непосредственном участие автора исследования и разработки для решения главной задачи повышения эффективности функционирования РЗА и ОМП легли в основу настоящей диссертации.

Целью работы явилось исследование алгоритмов и программ функционирования, обобщение опыта эксплуатации микропроцессорных устройств РЗА и ОМП и разработка общих технических требований к системам релейной защиты и автоматики, обеспечивающих повышение эффективности и надежности их работы в ЕЭС России.

В работах, выполненных автором самостоятельно или при его непосредственном участии, получены следующие новые научные результаты:

1. Предложен способ оценки точности алгоритмов расчета места повреждения линий электропередачи, базирующийся на универсальном представлении о балансе мощностей различных последовательностей в месте аварии.

2. Сформулированы и обоснованы основные направления совершенствования методов одностороннего замера мест повреждения микропроцессорными устройствами, учитывающие особенности функционирования отечественных энергосистем.

3. Исследованы и решены задачи аналого-цифрового преобразования контролируемых параметров тока и напряжения в требуемый набор технологических параметров программно-технического комплекса автоматической дозировки управляющих воздействий (НТК АДВ).

4. Проведено исследование эффективности различных видов АПВ и даны рекомендации по преимущественному применению комбинированных АПВ.

5. На основе обобщения опыта эксплуатации разработаны основные положения по техническому обслуживанию устройств РЗА, впоследствии используемые при разработке нормативно-технических документов [5, 6]. 8

6. Разработаны основные требования к микропроцессорным устройствам и системам РЗА, учитывающие специфику выполнения, проектирования и эксплуатации их в энергосистемах России [7].

Практическая значимость и реализация результатов

1. Усовершенствованные алгоритмы определения места повреждения BJI используются в серийно выпускаемых и широко распространенных в энергосистемах России и стран СНГ микропроцессорных устройствах ОМП типа МИР-1, ИМФ-3.

2. Основные положения по повышению эффективности функционирования устройств противоаварийного управления (ПТК АДВ, АПВ) учтены при разработке технических требований указанных устройств.

3. Основные положения по техническому обслуживанию устройств РЗА положены в основу отраслевых нормативно-технических документов [3,4]. С развитием техники релейной защиты и автоматики и переходе на микропроцессорную элементную базу актуальность разработанных, при участии автора, основных положений сохраняется.

4. Разработанный и введенный в действие под руководством и непосредственном участие автора отраслевой нормативный документ «Общие технические требования к микропроцессорным устройствам защиты и автоматики энергосистем» [7], широко используемый в настоящее время разработчиками и изготовителями микропроцессорных устройств РЗА, а также организациями проводящими экспертизу микропроцессорных устройств РЗА зарубежного производства.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Способы и результаты оценки точности алгоритмов расчета расстояния до места повреждения линии электропередачи с двухсторонним питанием на основе односторонних замеров параметров аварийного режима.

2. Требования к расчетным алгоритмам микропроцессорных устройств определения места повреждения линий электропередачи, учитывающие особенности функционирования отечественных энергосистем. 9

3. Способы аналого-цифрового преобразования контролируемых параметров тока и напряжения в требуемый набор технологических параметров, реализуемые в программно-техническом комплексе автоматической дозировки управляющих воздействий.

4. Рекомендации и усовершенствованные алгоритмы устройств противоава-рийного управления в энергосистемах, в частности, автоматического повторного включения воздушных линий электропередачи, направленные на повышение надежности и эффективности их функционирования

5. Основные положения по техническому обслуживанию устройств релейной защиты и автоматики энергетических систем.

6. Научно обоснованные основные технические требования к микропроцессорным устройствам и системам релейной защиты и автоматики для энергосистем России.

Публикация и апробация работы

Основное содержание диссертации опубликовано в 25 печатных работах и двух авторских свидетельствах на изобретение.

Результаты работы докладывались и обсуждались на заседании О (ЖЕ и на 4-х Всероссийских конференциях «Релейная защита и автоматика энергосистем» и нашли применение как в разработках устройств РЗА и ОМП, так и в отраслевых нормативно-технических документах.

10

Выводы к четвертой главе

1. Принципы разработки современных конкурентоспособных отечественных микропроцессорных устройств РЗА представлены в разработанных при участии автора «Общих технических требованиях к микропроцессорным устройствам защиты и автоматики энергосистем».

2. Сопряжение и интеграция микропроцессорных систем РЗА с традиционными устройствами возможны на основе принятой в России и странах СНГ практике проектирования и стремления существенного снижения трудозатрат на эксплуатацию.

137

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

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

1. На основе исследования алгоритмов и программ функционирования ОМП, обобщения опыта эксплуатации устройств определения места повреждения:

- Предложен способ оценки точности алгоритмов расчета места повреждения линий электропередачи, базирующийся на универсальном представлении о балансе мощностей различных последовательностей в месте аварии.

- Предложен способ и результаты оценки точности алгоритмов расчета расстояния до места повреждения линии электропередачи с двухсторонним питанием на основе односторонних замеров параметров аварийного режима. Сформулированы и обоснованы основные направления совершенствования методов одностороннего замера мест повреждения микропроцессорными устройствами, а также требования к расчетным алгоритмам микропроцессорных устройств определения места повреждения линий электропередачи, учитывающих особенности функционирования отечественных энергосистем.

- Усовершенствованные алгоритмы определения места повреждения BJI используются в серийно выпускаемых и широко распространенных в энергосистемах России и стран СНГ микропроцессорных устройствах ОМП типа МИР-1, ИМФ-3.

2. На основе исследования методов, технических решений и обобщения опыта эксплуатации в области противоаварийного управления электроэнергетическими системами:

- Разработаны теоретически обоснованные методы и технические решения в области противоаварийного управления электроэнергетиче

138 скими системами, и в частности в обеспечении надежности функционирования локальных систем противоаварийного управления, релейной защиты и автоматики энергосистем.

- Решены задачи аналого-цифрового преобразования контролируемых параметров тока и напряжения в требуемый набор технологических параметров программно-технического комплекса автоматической дозировки управляющих воздействий (ПТК АДВ).

- При разработке технических требований на устройства противоаварийного управления (ПТК АДВ, АПВ) были учтены основные положения по повышению эффективности функционирования указанных устройств.

- Проведен анализ эффективности различных видов АПВ и даны рекомендации и усовершенствованные алгоритмы направленные на повышение надежности и эффективности функционирования устройств противоаварийного управления в энергосистемах, в частности, автоматического повторного включения воздушных линиях электропередачи. Даны рекомендации по преимущественному применению комбинированных АПВ.

3. На основе обобщения опыта эксплуатации и анализа функционирования устройств РЗА сформулированы основные положения по техническому обслуживанию устройств РЗА, положенные в основу отраслевых нормативно-технических документов. С развитием техники релейной защиты и автоматики и переходе на микропроцессорную элементную базу актуальность разработанных, при участии автора, основных положений сохраняется.

4. Разработаны основные требования к микропроцессорным устройствам и системам РЗА, учитывающие специфику выполнения, проектирования и эксплуатации их в энергосистемах России. Под руководством и непосредственном участии автора разработан и введен в дейст

139 вие отраслевой нормативный документ РД 34.35.310-97 «Общие технические требования к микропроцессорным устройствам защиты и автоматики энергосистем» (OTT). Настоящий документ распространяется на микропроцессорные устройства и системы РЗА, применяемые ЕЭС России, и является обязательным для разработчиков и изготовителей устройств РЗА, а также для организаций проводящих экспертизу микропроцессорных устройств РЗА зарубежного производства. Как показала практика, разработанные OTT применяются также разработчиками и изготовителями регистраторов аварийных событий, микропроцессорных устройств ОМП на BJI, систем контроля и управления энергообъектами.

140

1. Федосеев А.М., Федосеев М.А. Релейная защита электроэнергетических систем,- М.: Энергшоатомиздат, 1992.-528с.

2. Шалыт Г.М. Определение мест повреждения в электрических сетях,- М.: Энергоатомиздат, 1982.

3. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации, РД 34.20.501-95,- М.: СПО ОРГРЭС, 1996.

4. Типовое положение о службах релейной защиты и электроавтоматики РД 153-34.0-04.418-98,- М.: СПО ОРГРЭС, 1998.

5. Правила технического обслуживания устройств релейной защиты, электроавтоматики, дистанционного управления и сигнализации электростанций и подстанций 110 750 кВ. РД 34.35.617-89,- М.: СПО Союзтехэнерго, 1989.

6. Правила технического обслуживания устройств релейной защиты и электроавтоматики электрических сетей 0,4-35 кВ. РД 34.35.61389,- М.: СПО Союзтехэнерго, 1989.

7. Андриевский В.Н. Ремонтно-восстановительные работы в электрических сетях. —М.: Энергоатомиздат, 1984.

8. Шалыт Г.М., Айзенфельд А.И., Малый A.C. Определение мест повреждения линий электропередачи по параметрам аварийного режима." 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1983.

9. Белотелов А.К., Бровкин А.Г., Кузнецов А.П., Чутчев Н.М. Переносные приборы серии «Квант» для распределительных электросетей. Энергетик, 1998, №9, с.17-19.

10. Кузнецов А.П., Белотелов А.К., Опыт эксплуатации средств автоматизации в сельских электрических сетях Энергетик , 1985, №11, с.4-5.

11. A.C. 168803 (СССР), Устройство для фиксации электрических величин аварийного режима / В.Г. Гловацкий, А.К. Белотелов, В.Н. Аронсон и Э.Й. Гяджис Опубл. Б.И. 1991, №40.

12. Белотелов А.К., Иванов И.А., Любарский Д.Р., Саухатас А-С.С., Алгоритмы функционирования и опыт эксплуатации микропроцессорных устройств определения места повреждения линий электропере-дачи.-Электрические станции, 1997, N12, с. 7-12.

13. Белотелов А.К., Кузнецов А.П., Лукоянов В.Ю.,Кузина Р.В. Фиксирующие индикаторы серий ИМФ для определения мест повреждений в электрических сетях 6-750 кВ. Электрические станции, 1998, N 5, с.65-71.

14. Арцишевский Я.Л. Определение мест повреждения линий электропередачи в сетях с изолированной нейтралью. —М.: Высш.шк., 1989. —87 с.

15. Якимец И.В., Наровлянский A.B., Иванов И.А., Определение места повреждения в линиях электропередачи на основе измерения потоков мощности,- Электричество, №5, 1999, с.5-9.

16. Саухатас А.-С,С. Синтез и оптимизация измерительных органов микропроцессорных устройств релейной защиты и противоаварий-ной автоматики линий электропередачи. Дисс. на соиск. учен. степ, д.т.н., Р., 1991.142

17. Айзенфельд А.И., Шалыт Г.М. Определение мест короткого замыкания на линиях с ответвлениями. М.: Энергоатомиздат, 1988.

18. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. М.: Энергия, 1964.

19. Иофьев Б.И., Семенов В.А. Развитие противоаварийной автоматики энергосистем на базе цифровой вычислительной техники. Сер. "Энергетические системы и их автоматизация" (Итоги науки и техники). М., ВИНИТИ.-1989-том 5, 104с.

20. Белотелов А.К., Россовский Е.Л., Глускин И.З., Дмитриев К.С., Иванов И.А., Любарский Д.Р. Программно-технический комплекс автоматической дозировки управляющих воздействий энергосистем,- Электрические станции, №10, 1997, с. 18-28.

21. Хемминг Р.В. Цифровые фильтры. -М.: Сов. радио, 1980, 218с.

22. Блейхут Р. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов: Пер. с англ. -М: Мир, 1989, 448с.

23. Application of automatic reclosing in high voltage networks of the UPG of Russia under new conditions. A.K. BELOTELOV (RAO UPG), A.F. DYAKOV (MEU), V.V. ILYNICHNIN (Elektrosetservis), G.G. FOKIN, A.I. LEVIUSH, V.M. STRELKOV (VNIIE).

24. Дьяков А.Ф., Белотелов A.K., Ильиничнин B.B, Фокин Г.Г., Леви-уш А.И., Стрелков В.М. Особенности применения АПВ в энергосистемах с различными формами собственности,- Доклад CIGRE 34-203, 1998.143

25. М.А. Беркович, А.Н. Комаров, В.А. Семенов. Основы автоматики энергосистем, Москва, Энергоиздат, 1981.

26. A.M. Богорад, Ю Г. Назаров. Автоматическое повторное включение в энергосистемах, Москва, Энергия, 1969.

27. В.М. Стрелков, Г.Г. Фокин, Г.Г. Якубсон. Многофункциональное устройство АПВ для BJI 500-750 кВ на интегральных микросхемах. Электрические станции, 1985, № 9.

28. Г.Г. Фокин Повышение эффективности трехфазного АПВ линий электропередачи 330-750 кВ Электрические станции, 1982, №11, с.56-59.

29. В.М. Стрелков, Г.Г. Фокин, Г.Г. Якубсон Принципы выполнения устройств АПВ для сетей 330-750 кВ // Релейная защита и автоматика линий сверхвысоких напряжений и мощных генераторов. Сборник научных трудов ВНИИЭ. 1988.

30. Б.А.Козлов, И.А. Ушаков Справочник по расчету надежности аппаратуры радиоэлектроники и автоматики Москва, Советское радио, 1975.

31. Белотелов А.К., Пути повышения надежности функционирования устройств релейной защиты и автоматики. Электричество, 1999, № 5, с.2-4.

32. Белотелов А.К., Иоэльсон В.И., Обзор существующего положения и рекомендации по разработке методов и средств технического обслуживания устройств релейной защиты высоковольтных сетей. -ОРГРЭС, 1976г.144

33. Белотелов А.К., Иоэльсон В.И., Разработка рекомендаций по методам эксплуатации устройств РЗА на ИМС для КРУ 6-10 кВ и BJI 110-330 кВ. ПО Союзтехэнерго, 1979г.

34. Белотелов А.К., Иоэльсон В.И., Разработка технического решения по устройству для профилактического контроля дистанционных защит. ПО Союзтехэнерго, 1979г.

35. Белотелов А.К., Иоэльсон В.И., Вопросы обеспечения эксплуатационной надежности статических устройств релейной защиты на ИМС (краткий обзор) ПО Союзтехэнерго, 1981г.

36. Белотелов А.К., Писаревич Э.Б., Основные положения по техническому обслуживанию устройств РЗА на новой элементной базе с использованием микроэлектроники. ПО Союзтехэнерго, 1986г.

37. Белотелов А.К.,Кудрявцев A.A., Особенности технического обслуживания устройств РЗА на микроэлектронной базе. Электрические станции, 1984, N6, с.68-70.

38. A.C. 1675964 (СССР). Способ проверки уставки срабатывания релейной защиты высоковольтных присоединений / А.П. Кузнецов., В.Г. Гловацкий и А.К.Белотелов Опубл. Б.И., 1991, N33.

39. Белотелов А.К., Пудиков С.П., Методические указания по техническому обслуживанию шкафов дистанционной и токовой защит ШДЭ 2801, ШДЭ 2802. СПО ОРГРЭС, 1998г.

40. Белотелов А.К., Коковин В.Е., Типовая инструкция для оперативного персонала по обслуживанию устройств РЗА, СПО ОРГРЭС 1997г.

41. Белотелов А К., Кузнецов А.П., Лукоянов В.Ю., О применении комплектных испытательных устройств "Сатурн-М" и "Сатурн-МГ\ -Энергетик, 1998, N5, с. 18-20.

42. Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита электроэнергетических систем.- М.: Энергоатомиздат, 1998, 800с.145

43. Белотелов А.К., Нудельман Г.С., Петров С.Я., Усачев Ю.В., Чутчев Н.М., Защита линий электропередач на базе шкафов СП АББ Реле-Чебоксары с использованием терминалов серии 500,- Энергетик, 1997, N6, с.13,14.

44. Белотелов А.К., Горохов A.B., Чесноков В.Ф., Особенности выполнения приемопередатчика ПВЗУ для высокочастотных защит.-Электрические станции, 1997, №10, с.63-65.

45. Белотелов А.К., Современное состояние и перспективы развития релейной защиты и автоматики // Релейная защита и автоматика энергосистем-96: Тезисы докладов на научно-технической конференции -Москва, 1996, с.11-13.

46. Белотелов А.К., Некоторые аспекты разработки и внедрения микропроцессорных устройств РЗА // Релейная защита и автоматическое управление электроэнергетическими системами: Тезисы доклада на научно-технической конференции,- Чебоксары, 1997,- с.7-9.

47. Белотелов А.К., Современное состояние и перспективы развития релейной защиты и автоматики // Релейная защита и автоматика энергосистем-98 Тезисы докладов на научно-технической конференции -Москва, 1998, с. 7-11.

48. Белотелов А.К., Орлов Ю.Н. Об основных направлениях совершенствования устройств РЗА электрических станций и подстанций // Релейная защита и автоматика энергосистем-98 Тезисы докладов на научно-технической конференции Москва, 1998, с. 22-25.