автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Совершенствование методов, алгоритмов и устройств для одностороннего определения места короткого замыкания на линиях электропередачи

РГ в од_

На правах рукописи

АРЖАННИКОВА Александра Евгеньевна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ, АЛГОРИТМОВ

И УСТРОЙСТВ ДЛЯ ОДНОСТОРОННЕГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Специальность 05.14.02 -"Электрические станции (электрическая часть), сети, электроэнергетические системы и управление ими"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иваново -1998

Работа выполнена в Ивановском государственном энергетическ университете

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор, чл.корр. АЭН РФ Савельев В.А

Научный консультант:

кандидат технических наук, доцент Чухин А.М

Официальные оппоненты:

доктор технических наук,- профессор Папков Б.В. кандидат технических наук, доцент Арцишевский Я.Л

Ведущая организация: Ш И НИИ Энергосетьпроект

Защита состоится 5 марта 1998 г. в 11 часов на заседай диссертационного совета по защите кандидатских диссертац К-063.10.01 при Ивановском государственном энергетическ университете по адресу: г. Иваново, ул. Рабфаковская, д. 34, кор Б. ауд. 237.

Отзывы (в двух экземплярах, заверенные печатью) прос отсылать по адресу: 153003, г Иваново, ул. Рабфаковская, д. 3 Ученый Совет ИГЭУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГЭУ.

Автореферат разослан 5 февраля 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессо

А.В. Мошкар

ОБВДЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУалЬНОСТЬ тепы • По статистическим данным линии электропередачи (ЛЭ11) являются наиболее повреждаемым элементом электрической системы. Так, удельное количество повреждений для ЛЭП 110 и 220 кВ равно 1.1 и 0,6 повреждений на 100 км длины линиии в год соответственно. Причем преобладающим видом повреждений в сетях высокого напряжения являются короткие замыкания (1(3) на землю. Необходимым звеном обеспечения живучести и надежности работы электроэнергетических систем является система определения места короткого замыкания (ОМКЗ) на ЛЭП. Она способствует ускорению выявления и ликвидации замыканий во всех видах сетей и сокращению недоотпуска электроэнергии за счет уменьшения времени ремонта линии.

Методы и средства ОМКЗ в отечественную электроэнергетику начали внедряться более 30 лет назад. До последнего времени для ОМКЗ в сетях 110-220 кВ использовались преимущественно приборы, фиксирующие параметры аварийного режима на обоих концах поврежденной линии независимо друг от друга для производства последующих вычислений. Необходимость сбора информации с двух концов линии является существенным недостатком способов ОМКЗ по данным двустороннего замера. Известны попытки создания систем передачи показаний приборов двустороннего замера по каналам телемеханики. Однако широкого практического применения такие системы в эксплуатации не нашли.

Способы выявления места КЗ, использующие результаты односторонних замеров, реализуют гораздо более сложные вычисления и алгоритмы. Но им достаточно информации, имеющейся на входе одного прибора. Появление возможности использования компьютеров и микропроцессоров как элементной базы ОМКЗ привело к созданию нового поколения фиксирующих приборов типа ФПМ, МФИ, ИМФ, МИР, в которые закладывается алгоритм расчета расстояния по электрическим величинам, измеренным на одном конце линии, с выдачей результатов непосредственно в километрах. Приборы такого типа являются сложными микропроцессорными системами, реализующими наиболее перспективный из известных на сегодняшний момент способов одностороннего ОМКЗ (00МКЗ). В них удается уменьшить совместное влияние доаварийного тока нагрузки линии и переходного сопротивления в месте КЗ. Преимуществами таких приборов являются их большая точность, удобство считывания информации и возможность размещения приборов только в крупных узлах электрических сетей, что обеспечивает более высокий уровень их обслуживания и ремонта.

За последние 10 дет большинство энергосистем России осуществляет замену приборов двустороннего замера микропроцессорными фиксирующими приЗорами (МФП> одностороннего замера. Динамика внедрения МФП в трех энергосистемах отражена на рис 1. Однако, внедрение приборов сталкивается со значительными трудностями, вызванными конструктивными недоработками, недостатками, связанными с несовершенством алгоритма функционирования, а также с недостатками, обусловленными неточностью учета конфигурации конкретной линии, особенно при наличии у линии ответвления или взаимоиндукций в схеме нулевой последовательности. Поэтому актуальными являются задачи совершенствования расчетных методов и разработки алгоритмического и программного обеспечения устройств и систем ОМКЗ. Данная диссертационная работа и посвящена решению этих задач.

1992 г 1993 г 1994 г 1995 г 1998 г 1987 г годы

Рис.1. Динамика внедрения МФП в АО энергосистем центральной части России

Работа проводилась в Ивановском государственном энергетическом университете в соответствии с Межвузовской научно-технической программой 406.1 "Повышение надежности, экономичности и экологич-ности энергосистем России" (1994-1996 г.) и "Новые метода и средства экономии энергоресурсов и экологические проблемы энергетики" (1996-1998 г.), а также по хоздоговорам с АО "Ивэнерго" и "Ярэнерго".

Целью работы является совершенствование методов ООМКЗ на ЛЭП, алгоритмов функционирования приборов ООМКЗ, а также реализация возможностей использования информации от указанных приборов в составе АСУ ТП знергообъектов.

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:

- исследовать причины методической погрешности существующих

МФП;

- проанализировать используемый в МФП способ распознавания вида замыкания на землю как один из источников погрешности;

- разработать способ более точного, по сравнению с используемым в МФП, учета конфигурации контролируемой ЛЭП;

- разработать новое программно-математическое обеспечение определения расстояния до места КЗ;

- разработать критерии определения поврежденного участка ЛЭП и более точные методы расчета расстояния до места КЗ на участке, входящем в состав ответвления от линии;

- исследовать влияние токов нагрузки в смежных с поврежденным присоединениях на погрешность определения расстояния до места КЗ в сетях 6-35 кВ при установке прибора на питающем вводе в распред-устройство и разработать методику ООМКЗ, исключающую влияние такой нагрузки;

- исследовать и определить условия использования полученных от МФП электрических величин в АСУ ТП.

Теоретическое результаты а научная новизна:

1. Предложен более совершенный, по сравнению с используемым в МФП, способ распознавания вида короткого замыкания на землю, реализующий сочетание алгоритмов органа выбора особой фазы и органа замера электрического сопротивления петли двух неособых фаз с четырехугольной характеристикой в комплексной плоскости сопротивления. Доказана большая эффективность указанного способа по сравнению с применяемым в существующих приборах за счет исключения возможности алгоритмических отказов, более точного выбора особой фазы при замыканиях двух фаз на землю и повышения эффективности работы в тяжелых нагрузочных режимах.

2. Разработан способ выявления поврежденного участка на линиях с ответвлениями и обходными связями, учитывающий особенности токораспределения на них при КЗ на землю.

3. Предложены критерии, позволяющие при различных конфигурациях контролируемой ЛЭП с ответвлением по показаниям фикифующих

приборов на питающих концах определить расстояние до места КЗ на линии, входящей в состав ответвления.

4. Сформулированы и обоснованы требования к условиям функционирования МФП в составе АСУ ТП энергообъекта, в частности (при использовании МФП в качестве датчика), необходимость передачи информации об электрических величинах в АСУ независимо от возможности расчета по ней расстояния до места замыкания.

5. Для сетей 6-35 кВ разработаны вопросы использования прибора одностороннего замера при установке его только на питающем вводе в распределительное устройство. Для предложенного способа включения прибора разработан адаптивный алгоритм ООМКЗ, позволяющий исключить влияние на замер токов нагрузки неповрежденных присоединений.

Практическая ценность работы:

1. Разработано математическое и программное обеспечение МФП, позволяющее снизить погрешность их работа за счет более точного учета у контролируемой ЛЭП ответвления с подключенным к нему трансформатором с заземленной нейтралью.

2. Разработано математическое и программное обеспечение, учитывающее при одностороннем ОМКЗ многочисленные взаимоиндукции контролируемой ЛЭП с другими линиями, отходящими от данного энергообъекта в общем коридоре.

3. Создан и внедрен комплекс программных средств, позволяющий службам релейной защиты энергосистем или предприятиям электрических сетей проводить анализ работы и оценку методической погрешности установленных МФП и выполнять более точное ООМКЗ по данным, полученным от МФП нескольких присоединений.

Реализация результатов работы:

В центральных службах релейной защиты Ивановской и Ярославской энергосистем внедрено программное обеспечение, позволяющее анализировать методические погрешности выпускаемых фиксирующих приборов, уточнять их настройку и связывать их с компьютером для уточняющих расчетов расстояния до места КЗ, в том числе для линий со сложной конфигурацией.

На Ивановской ТЭЦ-3 внедрена автоматическая система сбора, хранения и обработки информации от МФП линий 110 кВ с автоматической передачей ее в АСУ ТП.

Разработанные в диссертации теоретические вопросы ОМКЗ используются в учебном процессе при изучении дисциплины "Автоматизация электроэнергетических систем" для подготовки и пе-

реподготовки инженеров по специальности 210400 "Автоматическое управление электроэнергетическими системами".

Достоверность И обоснованность научных положений, результатов и выводов обеспечивается применением современных математических методов теорий электромагнитных переходных процессов в электроэнергетических системах, электрических цепей, математического моделирования, метода статистических испытаний. Средства вычислительной техники позволили создать достаточно полное математическое описание объекта исследования. Достоверность результатов, получаемых цри использовании разработанных программных комплексов, подтверждена практикой проверки на примере линий электропередачи двух реальных энергосистем.

Основные положения, зыносшше на защиту:

1. Способ распознавания вида короткого замыкания на землю, основанный на сочетании алгоритмов органа выбора особой фазы и органа замера сопротивления петли двух неособых фаз с четырехугольной характеристикой в плоскости сопротивления.

2. Алгоритмы и программное обеспечение для более точного учета наличия ответвления и сложной взаимоиндукции в конфигурации поврежденной линии.

3. Усовершенствованные расчетные алгоритмы для приборов ООМКЗ.

4. Критерии зыбора поврежденной ветви и методы определения расстояния до места замыкания на линии, входящей в состав ответвления.

5. Методика адаптивного ООМКЗ на присоединениях 6435 кВ по параметрам аварийного режима, измеренным на вводе понижающего трансформатора, исключающая влияние токов нагрузки неповрежденных присоединений.

6. Требования к условиям функционирования МФП в качестве датчиков аналоговой информации об электрических величинах для АСУ ТП энергообъектов.

Апробация работы- Основные положения диссертации докладывались на научных семинарах "Управление режимами электроэнергетических систем" (Иваново, 1995) и "Аппаратура регистрации и анализа аварийных ситуаций в электроэнергетике" учебно-исследовательского центра "АСУ в энергетике" (Иваново, 1995); на научно-технических конференциях "Релейная защита и автоматика энергосистем-96" (Москва, 1996) и"7111 Бенардосовские чтения" (Иваново, 1997).

Публикации ■ По результатам исследований опубликовано 6 печатных работ, в их числе 3 статьи и 3 тезиса по докладам.

Структура В Объем диссертации • Диссертация включает введение, 5 глав, заключение, список литературы из 81 наименования и 4 приложения. Основной материал изложен на 154 страницах машинописного текста. Работа содержит 35 иллюстраций и 9 таблиц.

ОСНОВНОЕ С0ДЕР1АНИЕ РАБОТЫ

ВО введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы ее цели, отражена научная новизна и практическая ценность полученных результатов, дается общая характеристика работы.

В первой Главе приведен обзор методов и технических средств определения мест повреждения воздушных линий электропередачи в сетях с заземленной нейтралью. Проведен анализ известных методов одностороннего ОМКЗ по параметрам аварийного режима. Он подтвердил, что наиболее перспективным является метод фиксации токов и напряжений всех фаз в комплексной форме с последующим расчетом сопротивления до места КЗ, реализованный в существующих МФП.

С помощью разработанного автором программного обеспечения проведен анализ функционирования приборов на реальных линиях 110220 кВ двух энергосистем. Он позволил выявить ряд методических недоработок и погрешностей серийно выпускаемых приборов при определении ими расстояния до места КЗ, а именно:

- неучет сложной взаимоиндукции с линиями, отходящими от шин данной подстанции;

- неточный учет влияния на ООМКЗ ответвления (с заземленной нейтралью трансформатора) от обслуживаемой прибором линии;

- неучет ответвления от линии, связанной взаимоиндукцией с обслуживаемой;

- несовершенство способа определения, является КЗ междуфазным или замыканием на землю;

- возможность отказов работы алгоритма функционирования прибора и сброса прибором всех показаний из-за несовершенства способа распознавания вида замыкания на землю.

Показано, что измеряемые МФП в рабочем режиме и при аварии электрические величины можно использовать для постановки и решения новых задач в АСУ ТП энергообъекта. Например, дая анализа аварийных ситуаций в реальном времени, для анализа функционирования системы защиты и автоматики, для ведения суточной ведомости, для определения ресурса работы оборудования. Сбор показаний приборов со

всех линий, отходящих от энергообъекта в одном коридоре и имеющих взаимоиндукцию в схеме нулевой последовательности, позволяет исключить погрешность ООМКЗ, обусловленную неспособностью одного прибора учесть сложную взаимоиндукцию поврежденной линиии у подстанции измерения. Испытания существующих приборов позволили выявить ряд недостатков, которые препятствуют включению их в АСУ ТП:

- ряд приборов (МФИ, ФПМ) ведут отсчет фаз электрических величин от момента пуска прибора. Это не позволяет (без дополнительной обработки) использовать показания отдельных приборов в дальнейших расчетах;

- приборы имеют нестандартный интерфейс - несовместимый аппаратно и по временной диаграмме передач с компьютером;

- нет возможности осуществления внешнего дистанционного пуска прибора;

- прибор выдает отфильтрованные значения измеренных электрических величин; между тем в ряда задач АСУ ТП более ценна информация о мгновенных значениях.

Показано, что для более эффективного использования приборов одностороннего ОМКЗ требуется разработка более совершенных методов ООМКЗ и программного обеспечения, позволяющих более точно учитывать конфигурацию линий и обрабатывать информацию об электрических величинах во всех ЛЭП, отходящих от энергообъекта. Реализация их часто возможна только с помощью ЭВМ, что требует специальных устройств и программ для связи МФП с ЭВМ.

ВО ВТОРОЙ Главе разработан новый способ распознавания вида замыкания на землю, исключающий возможность алгоритмических отказов, обеспечивающий боже точный выбор особой фазы как при однофазных КЗ, так и при замыканиях двух фаз на землю и эффективно работающий цри различных доаварийных режимах.

Способ, заложенный в существующие приборы, использует фазные соотношения между токами различных последовательностей, то есть является модернизированным вариантом известного фильтрового органа выбора особой фазы, иногда использовавшегося ранее в устройствах ОАПВ. Он имеет мертвые зоны в характеристике срабатывания, что является частой причиной алгоритмических отказов. В главе проведен сравнительный анализ функционирования алгоритмов различных дистанционных и фильтровых избирательных органов для оценки возможности их применения при ООМКЗ.

Анализ показал, что лучшие результаты дает сочетание алгоритмов фильтрового органа выбора особой фазы с дистанционным органом,

имитирующим реле сопротивления, включенное на петлю двух неособых фаз. Идея такого включения при выборе фазы в устройствах ОАПВ известна, но, по нашим сведениям, практически прежде не применялась. При однофазном КЗ сопротивление петли неособых (двух неповрежденных) фаз равно сопротивлению линии в нагрузочном режиме. При двухфазном КЗ на землю сопротивление петли неособых (двух поврежденных) фаз близко к сопротивлению линии до места КЗ. Правильным выбором характеристики срабатывания можно обеспечить достаточно стабильное распознавание вида замыкания. Для улучшения работы алгоритма на линиях с большими токами нагрузки в работе предлагается использовать математический аналог четырехугольной характеристики реле сопротивления.

Методом статистических испытаний, заключающимся в многократном повторении однотипных расчетов с исходными данными, получаемыми от генератора случайных чисел, были исследованы два алгоритма выбора особой фазы и четыре алгоритма определения вида замыкания на землю в различных точках линии с различным переходным сопротивлением и расхождением фаз эквивалентных ЭДС. Испытания показали, что наиболее устойчивым при однофазных КЗ является алгоритм определения вида КЗ, моделирующий четырехугольную характеристику реле сопротивления, включенного на петлю двух неособых фаз. Сочетание его с алгоритмом выбора особой фазы при замыканиях на землю с условием выбора особой фазы А: -105° € ш^02А/10) < 15° , образует оптимальный способ распознавания вида замыкания на землю.

Результаты испытаний на моделях одиночных линий приведены в таблице 1. В предпоследнем столбце таблицы нижняя цифра отражает число алгоритмических отказов применяемого в МФП алгоритма оцреде-ления вида КЗ. При таком отказе прибор из-за невозможности продолжения расчетов сбрасывает все показания, хотя они могли бы быть использованы в некоторых из задач АСУ ТП. В предлагаемом алгоритме принципиально исключена возможность алгоритмических отказов.

Из таблицы видно, что используемый в существующих МФП алгоритм определения вида КЗ отказывает более чем в 30% испытаний (причем при малых значениях ^иб алгоритмические отказы составляют до 90% испытаний с неуспешным исходом). Тогда как предлагаемый алгоритм правильно срабатывает в 100% случаев однофазного КЗ даже при качаниях в пределах ±120°. При замыканиях двух фаз на землю его эффективность превышает В3%. Предлагаемый алгоритм выбора особой фазы точен во всех режимах КЗ на одиночной линии, в то время как используемый в МФП дает сбои при двухфазных КЗ на землю.

и

Таблица 1. Результаты статистических испытаний алгоритмов выбора особой фазы и определения вида КЗ

Диапазоны изменения Число правильных срабатываний на 1000 испытаний алгоритмов (сраб,/отказы)

йп.Ом б,град выбора особой фазы определения вида КЗ

используемый предлагаемый используемый предлагаемый

при однофазном КЗ

0-10 300+60 1000 1000 698/ 299 1000

60+120 240+300 1000 1000 286/ 650 1000

120+240 1000 1000 362/ 323 805

10-20 300+60 1000 1000 663/ 282 1000

60+120 240+300 1000 1000 320/ 532 1000

120+240 1000 1000 355/ 349 805

20-30 300+60 1000 1000 646/ 263 1000

60+120 240+300 1000 1000 367/ 399 1000

120+240 1000 1000 342/ 359 805

при замыкании двух фаз на землю

0-10 300+60 996 1000 955/ 42 970

60+120 240+300 996 1000 504/ 481 986

120+240 996 1000 396/ 292 932

10-20 300+60 952 1000 901/ 67 970

60+120 240+300 952 1000 464/ 431 986

120+240 952 1000 375/ 308 932

20-30 300+60 832 1000 787/ 108 970

60+120 240+300 832 1000 409/ 453 986

120+240 832 1000 337/ 327 932

В третьей главе приведены результаты усовершенствования метода расчета расстояния до места однофазного КЗ за счет более точного учета влияния на 00MK3 на параллельных линиях ответвления с заземленной нейтралью трансформатора, изменяющего токораопределение в схеме нулевой последовательности.

Показано, что влияние ответвления имеет место в случаях однофазных КЗ за уровнем точки ответвления, причем не только на самой ЛЭП с ответвлением, но и на параллельной ей линии. На линии с ответвлением при определенном соотношении между сопротивлениями трансформатора ответвления и эквивалентных систем при удаленном КЗ ток нулевой последовательности в месте измерения может уменьшаться до нуля или даже менять свою фазу на 180°. Это приводит к неправильному определению вида КЗ, что вызовет недопустимые погрешности расчета расстояния, или к сбросу показаний (см.рис.2,в). На параллельной ей линии результат расчета расстояния до КЗ за уровнем точки ответвления будет завышенным (см.рис.2,б) из-за невозможности измерить прибором ток в смежной линии за точкой подключения ответвления и правильно учесть влияние взаимоиндукции на этом участке (на реальных линиях возможна ГО1решность до 20-25% длины линии).

Исследования алгоритма ООМКЗ, заложенного в существующие приборы, в условиях наложения асинхронного режима на режим однофазного КЗ за уровнем точки ответвления от одной из параллельных линий (см. рис.2,г,д) показали целесообразность ввода в него следующих изменений:

- для линий с ответвлениями предлагается проверка соотношения тока нулевой последовательности в месте установки прибора и полученного расчетным путем тока после ответвления еще до определения вида замыкания. Если второй из них значительно больше, что свидетельствует о подпитке тока КЗ током от нейтрали трансформатора, то устройство ОМКЗ (МФП) следует условно (путем пересчета электрических величин) перенести в точку ответвления. Тогда ответвление уже не повлияет на ОМКЗ;

- для линии, параллельной линии с ответвлением, необходимо повторное выполнение всего алгоритма ООМКЗ уже от уровня ответвления, если первый расчет показал место КЗ дальше этого уровня;

- в качестве поляризующего тока при однофазном КЗ предлагается использовать ток не нулевой, а обратной последовательности особой фазы. Объясняется это тем, что влияние ответвления на токораспре-деление в схеме обратной последовательности гораздо меньшее, чем в схеме нулевой последовательности.

Е1

Ш

4

ш

Чт

- >

ЮТ1

Н<1)

Е2

а)

I М ■ < Ч ' I ■ < ■ М|-(

О 60 120 180 ¿град

-по алгоритму существ,

приборов -по новому алгоритму

Рис.2. Погрешности ОМКЗ при однофазных КЗ на параллельных пиниях с ответвлением:

а) конфигурация линии;

б) погрешности МОП N1 при КЗ едопь пинии;

в) тоже для МФП N2;

г) определяемые МФП N1 погрешности и вид замыкания при КЗ АО за ответвлением в тяжелых нагрузочных режимах;

д) тоже для МФП N2.

о

Испытания нового алгоритма ООМКЗ, реализованного в виде программы, в столь же тяжелом режиме при металлическом КЗ показали точное определение места замыкания двух фаз на землю при любом размахе качаний. При однофазных КЗ и максимальном размахе качаний (угол б между эквивалентными ЭДС превышает ±160°) при некоторых конфигурациях параллельных линий остается вероятность определения вида КЗ как трехфазного (пунктир на рис.2,г). Предложенный алгоритм может быть положен в основу новых, более совершенных микропроцессорных устройств одностороннего замера.

В главе предложены и разработаны методы расчета расстояния до места КЗ на линии, входящей в состав ответвления от линии, обслуживаемой МФП на питающих концах (см.рис.3). При КЗ на ней по результатам одностороннего или двустороннего замера на основной линии нельзя определить поврежденный участок, а, следовательно, и расстояние до места КЗ.

Для различных конфигураций линий предложены способы расчета расстояния до места КЗ на линии ответвления, которые не требуют измерений на самой линии ответвления, а используют показания приборов одностороннего замера на питающих концах основной линии и программу, реализующую алгоритм ООМКЗ, заложенный в эти приборы.

Разработаны критерии определения поврежденного участка при КЗ за ответвлением. Для ЛЭП с односторонним питанием (рис.3) в качестве признака расположения КЗ на участке предложено использовать уровень напряжения нулевой последовательности, измеренный на одной из приемных подстанций (табл.2). Признаком того, что КЗ произошло на линии ответвления от ЛЭП с двусторонним питанием предлагается считать выполнение двух условий: несовпадение показаний приборов одностороннего замера на питающих концах линии (Ькз>1от) и получение расстояния до места КЗ равным расстоянию до точки ответвления (1лсз=Ьот) по результатам ОМКЗ методом двустороннего замера параметров обратной последовательности, взятых от тех же приборов.

Четвертая глава посвящена определению расстояния до места однофазного КЗ с учетом у контролируемой ЛЭП взаимных индукций с линиями, отходящими с ней от подстанции измерения в одном коридоре.

Анализ высоковольтных сетей Ярославской и Ивановской энергосистем показал, что около 40% линий 110-220 кВ имеют сложную взаимоиндукцию в схеме нулевой последовательности.

Учет сложной взаимоиндукции возможен с помощью уточняющих расчетов в ЭВМ с привлечением информации о токах нулевой последовательности всех связанных взаимоиндукцией линий. Такую информацию

Рис.3. Пример конфигурации ЛЭП с односторонним питанием с

ответвлением с заземленной нейтралью на приемном конце

Таблица 2. Критерии определения поврежденного участка при КЗ на ответвлении от ЛЭП с односторонним питанием

Заземление нейтрали Место КЗ Критерий выбора поврежд. ветви

п/ст 1 п/ст 2

- - К1 и0 ОТ = иО

- - К2 ио ОТ < ио

+ - К1 иО от = иО

+ - К2 иО от < иО

— + К1 иО от.л= иО от.п

- + К2 иО от.л< иО от.п

+ + К1 иО от.л= иО от.п

+ + К2 иО от.л< иО от.п

Здесь и0 отд -напряжение нулевой последовательности в точке ответвления, полученное расчетом по показаниям МФП на левом (питающем) конце ЛЭП; и0 0Т-П- то же, но по показаниям МФП на правом конце ЛЭП.

предлагается получить при помощи автоматизированной системы сбора информации со всех фиксирующих приборов данной подстанции или путем сбора показаний приборов одностороннего замера по телефону.

Оба способа реализованы на практике с помощью программы, созданной на основе усовершенствованного алгоритма ООМКЗ. Он дополнен способом учета взаимоиндукций неограниченного количества линий.

При однофазном КЗ расчет сопротивления участка линии до места КЗ с учетом п взаимоиндукций реализуется по формуле

1 =

ги С иф / 1_о1 )

1т

~ 1=1 }

где 1т - реактивная составляющая электрических величин; 1)ф, 1фр 101 - напряжение поврежденной фазы, ток этой фазы в поврежденной линии I и ток нулевой последовательности в той же линии; К » < 2 оуд- 21уд>/ - коэффициент компенсации по току нулевой последовательности, определяемый соотношением удельных сопротивлений линии в схемах прямой и нулевой последовательностей; К_ и 1п - коэффициент компенсации и ток нулевой последовательности для 1 -ой взаимоиндукции,

Фд- угол сопротивления линии в схеме прямой последовательности.

Если участок сближения трасс некоторых линий заканчивается ближе места предполагаемого КЗ, производится условный перенос прибора в конец участка и расчет повторяется с учетом меньшего числа взаимоиндукций. То же происходит и при переходе предполагаемой точки КЗ за ответвление от одной из линий. При разной длине участков сближения расчет может повторяться с многократным условным переносом прибора.

Программа, реализующая такой алгоритм, позволяет учесть до 10 линий, связанных взаимоиндукцией в схеме замещения нулевой последовательности. Она стала составной частью математического обеспечения автоматической системы сбора информации об электрических величинах от микропроцессорных приборов, установленных на всех линиях, отходящих в одном коридоре от распределительного устройства 110 кВ Ивановской ТЭЦ-3. Для устранения ряда технических недостатков приборов и недостатков алгоритма, препятствующих организации связи их с другими устройствами (см.гл.1>, разработаны специальные контроллеры и программное обеспечение. В главе дано описание автоматической системы, которая обеспечивает не только повышение точности ОМКЗ за счет использования усовершенствованного алгоритма, корректно учитывающего сложную конфигурацию схемы, но и увеличение достоверности результатов, исключение вероятности потери информа-

ции, сокращение времени ОМКЗ за счет автоматизации. Обеспечивается также архивирование информации об авариях.

Принцип работы существующих приборов предполагает сброс показаний, когда не удалось определить вид КЗ на землю или получены явно нереальные результаты определения места КЗ. Если для прибора поврежденной ЛЭП при малых токах нагрузки такой сброс маловероятен, то для приборов неповрежденных линий, которые пускаются из-за кратковременной несимметрии, он вполне возможен. Эти приборы не передадут в систему сбора информацию об электрических величинах при КЗ, что снижает эффективность последующих уточняющих расчетов и не позволит проводить полноценный анализ аварийной ситуации. Предложенные в работе алгоритмы 00МКЗ исключают возможность алгоритмических отказов.

Для использования при ООМКЗ информации от многих приборов требуется привязка показаний приборов к единой оси отсчета фаз электрических величин. Для такой привязки использован вектор напряжения нулевой последовательности, который для всех приборов, подключенных к одной системе шин, должен быть одинаков.

В ПЯТОЙ главе рассмотрены вопросы использования МФП в сетях с изолированной нейтралью напряжением 6-35 кВ.

Для оценки расстояния при междуфазных КЗ на любом из отходящих присоединений предложено подключать один фиксирующий прибор к трансформаторам тока ввода низкого напряжения (НН> понижающего трансформатора и к трансформаторам напряжения шин НН. Это позволяет отказаться от установки своего устройства ОМКЗ на каждом из присоединений. Погрешность замера электрических величин, обусловленная насыщением трансформаторов тока, на вводе в распредустройс-тво будет тоже значительно меньше и может быть исключена полностью. Однако, при таком подключении результаты ОМКЗ будут зависеть от токов нагрузки неповрежденных присоединений. Разработана методика уточнения влияния нагрузки с использованием электрических величин, измеренных прибором в доаварийном режиме. Она реализуется формулой, расчет по которой не зависит от активного переходного сопротивления в точке КЗ и не имеет причин для погрешности:

I = ы

-»2

' ХУД

_1нагр 12нахр

Алгоритм расчета по такой методике приобретает адаптивный ха-

рактер в случае автоматической подстройки под текущий режим работы сети. То есть по замерам прибора в доаварийном режиме подсчитыва-ются сопротивления нагрузки неповрежденных присоединений в схемах прямой и обратной последовательностей г1наГр и 22наГр- Реализация такого адаптивного алгоритма требует организаций системы сбора информации, в которую кроме приборов одностороннего замера предлагается включить указатели поврежденного присоединения и ЭВМ, рассчитывающую текущие значения сопротивлений нагрузки неповрежденных присоединений с использованием весовых коэффициентов, учитывающих долю каждого присоединения в обвей нагрузке системы шин:

и2

р « - айЗ>_______+ 3__________0 <* - ЬЙЗ>

1(Р(1-акз))2+(0(1-Ьйз))2 (Р(1-акз)>2+(0(1-Ьдз))^ Ьнагр= 1/ р -7 '

V (Р (1 " а^))^ (О (1 - Ьдд)^

где Р, О - активная и реактивная нагрузки распределительного устройства 6-10 кВ;

ащ> ь^ - весовые коэффициенты активной и реактивной нагрузок поврежденного присоединения;

^2нагр * <0Л8 + 3 0.24) 21нагр . Кроме сбора информации такая система на понизительных подстанциях может осуществлять и оперативный автоматизированный анализ аварийных ситуаций в темпе процесса на основе:

- дискретной информации от контактных датчиков;

- аналоговой информации от фиксирующих приборов, установленных на стороне 6-10 кВ силовых трансформаторов;

- базы данных о составе и уставках защит и автоматики.

В приложения! приведены принципы функциошфования существующих МФП; структура программы, реализующей используемый в МФП алгоритм ООМКЗ, разработанной для проведения исследований методических погрешностей приборов; основные соотношения между симметричными составляющими токов и напряжений при КЗ на землю; акты внедрения результатов научно исследовательских работ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные теоретические и практические результаты работы могут быть сведены к следующему.

1. На основе проведенного анализа методических погрешностей существующих МФП показано, что приборы такого типа правильно рабо-

тают менее чем на 603! линий реальных энергосистем, основными недостатками алгоритма ООМКЗ являются несовершенство способа распознавания вида замыкания на землю, неучет наличия ответвления от параллельной линии, неправильный учет ответвления от поврежденной ЛЭП, неполный учет сложной взаимной индукции, неприспособленность приборов к работе в составе АСУ ТП.

2. Проведение исследования работы алгоритмов выбора особой фазы и определения вида КЗ показали, что алгоритм определения вида замыкания на землю в существующих приборах не исключает возможности алгоритмических отказов и имеет мертвые зоны в характеристике срабатывания, что является причиной отказа срабатывания (сброса показаний прибором).

3. Разработан способ распознавания вида замыкания на землю, реализующий сочетание усовершенствованного алгоритма выбора особой фазы с математической моделью реле сопротивления с четырехугольной характеристикой срабатывания, включенного на петлю двух неособых фаз. Он сводит в минимуму возможность алгоритмических отказов и повышает эффективность ООМКЗ при тяжелых нагрузочных режимах.

4. Усовершенствован алгоритм одностороннего ОМКЗ на линиях с ответвлением. Его основные отличия состоят в следующем:

- разработан алгоритм учета ответвления от линии, параллельной контролируемой;

- заменен способ распознавания вида замыкания на землю;

- разработан новый способ устранения влияния ответвления на результат расчета расстояния до места однофазного КЗ на линии с ответвлением;

- за опорный ток для линий с ответвлением принят ток обратной, а не нулевой последовательности.

5. Предложены критерии определения поврежденного участка и методы расчета расстояния до места КЗ на линии, входящей в состав ответвления от ЛЭП с односторонним или двусторонним питанием, обслуживаемой приборами одностороннего замера на питающих концах.

6. Разработана методика учета три ОМКЗ многочисленных взаимоиндукций с поврежденной линией у подстанции измерения. Разработана программа, учитывающая до десяти взаимоиндукций, которая внедрена в составе автоматической системы сбора и хранения информации от МФП, установленных на всех линиях, идущих от подстанции в одном коридоре. Программа внедрена в ЦС РЗ двух энергосистем и исильзу-ется в учебном процессе в ИГЭУ.

7. Предложено устанавливать фиксирующие приборы сетях в 6-35

кВ не на каждом присоединении, а на питающих вводах в распредуст-ройство. Показано, что в таком случае приборы смогут производить оценку расстояния до места КЗ на присоединениях 6-35 кВ, если в их алгоритм ввести учет влияния токов нагрузки смежных с поврежденным присоединений. Система ОМКЗ в таком случае приобретает свойство адаптации к текущему режиму работы сети.

8. Показана возможность использования микропроцессорных приборов определения места КЗ для оперативного автоматизщгаванного анализа аварийных и некоторых других ситуаций в теше процесса на понизительных подстанциях и в сетях промышленных предприятий в составе системы регистрации и анализа аварийных ситуаций в качестве источников аналоговой информации о токах и напряжениях при коротких замыканиях.

Основные положения диссертации отра;кены в следующих публикациях:

1. Аржанников Е.А., Чухин A.M., Марков М.Г., Аржанникова А.Е. Использование микропроцессорных устройств для анализа аварийных ситуаций на главных понизительных подстанциях и в сетях промышленных предприятий// "Промышленная энергетика" Ы 12, 1996, с.32-35.

2. Аржанникова А.Е. Определение расстояния до места короткого замыкания в сетях 6-10 кВ// "Энергетик" N 12, 1997, с.22.

3. Аржанникова А.Е. Программа проверки алгоритма функционирования микропроцессорных фиксирующих приборов// Тезисы докладов научного семинара "Управление режимами электроэнергетических систем".- Иваново, 1995, с.32.

4. Аржанникова А.Е., Аржанников Е.А. Оценка расстояния до места короткого замыкания в сетях 6-35 кВ по показаниям приборов типа МИР (ФПМ)// Тезисы докладов науч.-техн. конф. "Релейная защита и автоматика энергосистем-96".- Москва, 1996, с.51.

5. Аржанникова А.Е. Пути совершенствования методов одностороннего определения места короткого замыкания на линиях// Повышение эффективности работы ТЭС и энергосистем: Труда ИГЭУ. Выпуск 1/ - Иваново, 1997, с.231-234.

6. Аржанникова А.Е. Исследование особенностей применения микропроцессорных фиксирующих приборов для одностороннего определения места короткого замыкания на воздушных линиях// Тезисы докладов междунар. науч.-техн. конф. "VIII Бенардосовские чтения". Иваново, 1997, с.116.