автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Совершенствование систем технологического управления сетями сверхвысокого напряжения энергообъединений

На правах рукописи

163665

ЖУКОВ АНДРЕИ ВАСИЛЬЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ СЕТЯМИ СВЕРХВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ ЭНЕРГООБЪЕДИНЕНИЙ

специальность 05 14 02 - Электростанции и электроэнер! етические системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

О 1 о и ГЗ

О 1 -----' „и и

Москва 2008 г

003163665

Работа выполнена на кафедре Релейной защиты и автоматизации энергосистем Московского Энергетического Института (Технического Университета)

Научный руководитель — член-корреспондент РАН

доктор технических наук профессор Дьяков Анатолий Федорович

Официальные оппоненты — доктор технических наук

профессор Кощеев Лев Ананьевич

доктор технических наук

профессор Платонов Василий Васлиьеъич

Ведущая организация — ОАО «Институт «Энергосетьпроекг»

Защита состоится «22» февраля 2008 года в 16 час 30 мин в аудитории N° Г-200 на заседании диссертационного совета 0 212 15 7 03 при Московском Энергетическом Институте (Техническом Университете) по адресу г Москва. Красчоказарменная ул , д 11

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ (ТУ)

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организация, просим направлять по адресу 111250, Москва, Красноказарменная ул, д. 14, Ученый совет МЭИ (ТУ)

Автореферат разослан '< » января 2008 г

Ученый секретарь

Диссертационного совета В 212 157 03 Доцент кандитат технических наук

Ьердник Е Г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Эффективное функционирование энергосистем в значительной мере определяется развитием системообразующих сетей сверхвысокого напряжения (СВН) и уровнем технического совершенства систем технологического управления сетей СВН Обеспечение надежного функционирования энергосистем требует непрерывного анализа режимов работы сетей, решения возникающих в эксплуатации технических проблем, разработки перспективных вопросов развития энергосисгем и их систем управления

Снижение уровня электропотребления в стране в период 1990-2000 гг и соответственно ослабление тяжести электрических режимов в сетях СВН ЕЭС России привело к проблеме повышенных напряжений в сетях СВН Компенсация избыточной реактивной мощности в сетях СВН с помощью установки шунтирующих реакторов (ШР) выявило проблему резонансных перенапряжений в сети Исследование аномальных режимов и анализ возможных технических решений по их предотвращению явилось необходимым условием обеспечения надежности функционирования сетей СВН и энергообъединений

Широкомасштабное внедрение микропроцессорных усгройств релейной зашиты и автоматики (МП РЗА) в электрических сетях потребовало проведения исследований по адаптации зарубежных МП РЗА в российские сети, выявило необходимость разработки вопросов обеспечения на энергообъектах электромагнитной совхместимости (ЭМС) МП РЗА, создания интегрированных систем управления (ИСУ) объектов СВН

Достигнутые успехи в области информационных технологий и цифровых систем управления определили необходимость решения вопросов совершенствования и развития современных автоматических и автоматизированных систем технологического управления (АСТУ) сетями СВН энергообъединешш

Модернизация систем технологического управления потребовала разработки нормативно-технических документов, определяющих возможность широкомасштабного внедрения цифровых систем и аппаратуры управления на действующих и вновь сооружаемых энергообъектах

Результаты анализа состояния сетей СВН и систем технологического управления позволили сформулировать цель и задачи диссертационной работы

Основанием для выполнения настоящей работы явились приказы ОАО РАО «ЕЭС России» от 17 11 1995 г №520 «О мерах по повышению уровня эксплуатации устройств релейной защиты и автоматики и подготовки персонала по их обслуживанию», от 06 05 1999 г №178 <чОб утверждении технико-экономического обоснования «Система технологического управления ОЭС Центра в нормальных и аварийных режимах Реконструкция»

Цель работы. Совершенствование систем технологического управления сетями СВН энергообъединений на основе исследований аномальных режимов в сетях СВН, разработки мероприятий по предотвращению и минимизации последствий аномальных режимов, решения технических проблем внедрения

цифровых систем управчения на объектах СВН, разработки принципов построения и совершенствования современных систем технологического управления сетями СВН энергообъединений

Основные задачи исследования.

1 Исследование условий возникновения резонансных режимов в цикле ОАПВ на линии СВН с ШР, исследование условий возникновения феррорезонанса в блочных схемах «автотрансформатор-линия СВН» разработка способов их предотвращения

2 Экспериментальное исследование условий возникновения перенапряжений в неполнофазных режимах на ВЛ 750 кВ Качининская АЭС - Владимирская

3 Экспериментальное исследование функционирования МП РЗА линий электропередачи СВН, разработка рекомендаций по обеспечению помехоустойчивости МП РЗА на основе расчетно-эксиериментальных исследований электромагнитной совместимости на действующем энергообъекте

4 Разработка принципов построения и совершенствования современных автоматических и автоматизированных систем технотогического управления сетями СВН эиергообъединений

Объектом исследования являются электрические сети СВН энергообъединений, МП РЗА и АСТУ сетей СВН энергообъединений

Методы научных исследований базируются на теории электрических цепей, теории электромагнитных и электромеханических переходных процессов в ЭЭС, теоретических основах релейной защиты и автоматики, на расчетных и экспериментальных методах исследования процессов в ЭЭС

Научная новизна работы.

1 Разработана методика и почучены результаты оценки уровней перенапряжений и токов подпитки дуги КЗ в бестоковой паузе ОАПВ на линиях СВН, оборудованных ШР и КР

2 По результатам натурных исследований на ВЛ 750 кВ с ШР и КР выявлены зависимости, позволяющие обоснованно моделировать переходные процессы при исследованиях функционирования и настройке устройств РЗА сетей СВН

3 Экспериментально выявлены виды и уровни электромагнитных помех (ЭМП) в цепях РЗА на Костромской ГРЭС Разработаны мероприятия по обеспечению ЭМС МП РЗА

4 Сформулированы принципы построения и совершенствования АСТУ сетями СВН энергообъединений, базирующиеся на современных информационных технологиях, принципах функциональной и аппаратной интеграции систем управления

Достоверность результатов диссертационной работы подтверждена совпадением результатов расчетных и экспериментальных исследований аномальных режимов в сетях СВН, положительным опытом эксплуатации МП РЗА на объектах СВН, в том числе, в части обеспечения электромагнитной

совместимости

Практическая ценность работы.

1 Предложены мероприятия по предотвращению резонансных и феррорезонансных перенапряжений в цикле ОАПВ на линиях СВН

2 Во время натурных исследований на BJI 750 кВ получена значительная база данных, позволяющая проводить необходимые исследования цифровых систем РЗА, внедряемых в электрических сетях СВН ЕЭС России

3 Результаты нагурных экспериментов подтвердили возможность применения цифровых защит фирмы ABB в системе РЗА линий электропередачи СВН ЕЭС России, в том числе, для линий с ШР и КР

4 Разработаны «Методические указания по определению электромагнитных обстановки и совместимости на электрических станциях и подстанциях Стандарт организации (СО-34 35 311-2004)» и «Требования по выполнению условий электромагнитной совместимости на объектах электроэнергетики / Методические указания« (2005 г)

5 Принципы построения и совершенствования АСТУ сетей СВН энергообъединений использованы в разработках ОАО «Институт «Энергосетьпроект» ТЭО «Система технологическою управления ОЭС Цетра в нормальных и аварийных режимах Реконструкция» (1997 г), утвержденного приказом РАО «ЕЭС России» от 06 05 99 г № 178 (на основании Заключения Главгосэкспертизы России от 24 декабря 1998 г, №2-1/17-688) и «Концепция технического перевооружения обьектов автоматических и автоматизированных систем технологического управления (АСТУ), а также объектов электросвязи ЕЭС России и АО-энерго на период до 2015 года» (2002 г), утвержденной НТС РАО «ЕЭС России»

Реализация результатов работы. Разработанные в диссертации основные научные и практические результаты использованы при проектировании АСТУ ОЭС Центра, регионального комплекса АСТУ Северо-Восточной зоны ОЭС Центра, комплекса противоаварийной автоматики узла Костромской ГРЭС, сетевых объектов СВН, в том числе, реконструируемых ПС 500 кВ Московского кольца

Результаты натурных экспериментов обеспечили внедрение современных МП РЗА в сетях СВН

Основные положения, выносимые на защиту:

1 Методика и результаты расчетных и натурных исследований перенапряжений в цикле ОАПВ на линиях СВН и блочных схемах «автотрансформатор-линия СВН» и мероприятия по их предотвращению

2 Результаты натурных исследований аномальных режимов на BJI 750 кВ и оценка работоспособности МП РЗА в эгих режимах

3 Экспериментально выявленные уровни электромагнитных помех в цепях P'JA сетей ВН и СВН Костромской ГРЭС и мероприятия по обеспечению электромагнитной совместимости МП РЗА

4 Основные принципы построения и совершенствования АСТУ сетей СВН

энергообъединений

Личный вклад соискателя. Постановка и формализация задач, разработка теоретических и методических положений, математических моделей и методов, участие в экспериментах, обобщение и анализ результатов и рекомендации по их применению

Автор выражает благодарность коллегам ОАО «СО - ЦДУ ЕЭС», МЭС Центра, ОАО «Институт «Энергосетьпроект», МЭИ (ТУ), ООО «НТФ ЭЛНАП», Костромской ГРЭС, участвовавшим в проведении сложных натурных и расчетных экспериментов

Апробация работы. Доклады на научно - технических конференциях «ВЭЛК - 99» (г Москва 1999 г), «Релейная защита и автоматика энергосистем» (ВВЦ, г Москва 1998, 2000, 2002, 2004 гг), IV симпозиум «Электротехника 2010 год» (г Москва 2001 г), «СЮЯЕ - 2000» (г Париж, 2000 г), II НТК «Безопасность, эффективность и экономичность атомной энергетики» (г Москва, 2003 г), на заседании секций «Проблем надежности и эффективности РЗ и средств автоматического системного управления в ЕЭС России» и «Управтение режимами энерюсистем, РЗ и А» НТС ОАО РАО «ЕЭС России» (г Москва 2006 г)

Опубликованныеработы По теме диссертации опубликовано 35 работ

Структура и объём работы Диссертация состоит из введения, четырех глав, ¡аклгочения, списка использованной литературы из 103 наименований и четырех приложений Работа изложена на 183 страницах основного текста и 55 страницах приложений, иллюстрирована 36 рисунками и 20 таблицами

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, формулируются цели и задачи исследования, приводятся основные положения диссертации, отражающие научную новизну и практическую значимость

В первой главе «Исследование аномальных режимов линии электропередачи СВН» разработана методика и исследованы условия возникновения резонансных режимов в цикле ОАПВ на линиях СВН с ШР, исследованы условия возникновения феррорезонанса в блочных схемах «автотрансформатор - линкя СВН», предложены способы их устранения

Методика позвотяет оценивать уровни перенапряжений и токов подпитки дуги КЗ е бестсковой паузе ОАПВ на одноцепных линиях СВН, эффективность мероприятий по ограничению перенапряжений и выбору длительности бестоковой паузы ОАПВ

Методика базируется на анализе напряжений и токов в васчетной схеме э тектропередачи СВН с тремя группами ШР, приведенной на рис 1 в основу рассмотрены* которой положены уравнения длинной линии

БЛСВН

Рис 1 Раочетнгя схема электропередачи СВН с тремя группами ШР

и2

- эЬ'у/ -Ь/гсЬт^

О)

1де 7 — а -+■ 1р — ниыоинная распространения вохны напрял\.сния (тока) вдоль линии длиной ', Яд — волновое сопротивление линии, и\,1\ Ь'2, к — напряжения и токи в начале и конце линии

Рассматривая линию и ШР как четырехполюсники можно получить параметры эквивалентного (для всей электропередачи) четырехполюсника, соотношение между напряжениями и токами которого в матричной форме имеет вид

'А Д! ги2

_ I, .С, д] . к .

(2)

где

А

А + УгВ, В,-В, Д = £> + У\В,

= С + У! Л1- У2В + УгУ2В

У — проводимость ШР (Ух = 0> если ШР включен только в конце и У2 = О, ссли только в начале ВЛ)

Для расчетов напряжений и токов при ОАПВ использован метод представления рассматриваемой линии в виде т-канальных независимых линий с характеристическими параметрами и и получены соотношения, которые являются исходными для формулирования аналитической методики определения условий возникновения резонансных перенапряжений в неполнофазных режимах, например в цикле ОАПВ линий, оснащенных ШР

При отключении одной фазы (например фазы А) с обеих сгорон линии {кл = ^24 = 0) имеем

ЬЧ А =

ихл =

зСи{Ц2в + Цъс) + Рч{кз + кс) зС,

Ли - (1'2В + и2С) + {3ВЪ - ^ ] (кв + кс)

С3

ЗЪ

Резонанс напряжений возникает, если соотношение параметров линии и ШР таково, что С3 = О

Значение проводимости ШР Уг, при котором возникает резонансное повышение напряжения на отключенной в цикле ОАПВ фазе линии

у р« = р

-А(щ + п2) + V {А(щ 4- П2))2 - 4СВТЦП2

-v--(4)

2£?щП2

Если в результате расчета Урр" превышает значение Ур, то возникает режим недокомпенсашга, при Ур > YrJ" — перекомпенсация В обоих случаях перенапряжения снижаются

После упрощения уравнения (3) могут быть записаны в виде

и2А

IIя

а

UlA

ТТЛ

О-,

ЛСь)

(5)

Соотношения (5) могут быть использованы для оценки уровней установившихся напряжений на подстанциях в цикле ОАПВ на отключенной фазе после устранения повреждения Если коэффициент С\,/С, > 0,5, это означает, что линия находится в режиме, близком к резонансному, и необходимо проводить более полный анализ по соотношениям (3) и искать пути устранения резонансного режима, например путем установки компенсационных реакторов (КР)

Приведена оценка напряжения на отключенной фазе А ВЛ 750 кВ Калининская АЭС - Владимирская, длиной 396 км, оснащенной тремя группами ШР типа РОДЦ-110000/750У1, установленных на КАЭС (одна группа) и ПС Владимирская (две группы) Напряжение на отключенной фазе в цикле ОАПВ после погасания дуги, рассчитанное по выражению (3), составляет = 1043,6 кВ

Резонансное значение проводимости ШР равняется

У/-' = 0,5 мОм-1 или Ц" = 6,35 Гн (рис 2)

Из сопоставления резонансной проводимости и проводимости реактора видно, что линия работает в режиме небольшой перекомпенсации реактивной мощности При этом кратность перенапряжений составляет Ктр — 1,95

Учет включения КР в нейтрали трехфазных групп ШР осуществим посредством изменений в матрице проводимостей ШР

~иА-

ив —

.Uc

Хг + ХкР А'кр

X,

X„

кр

■ Акр

Хж.

Xip

Хкэ

Xv + А'кр

г М

h

J С.

(6)

При изложенном подходе структура всех соотношений, полученных при отсутствии КР сохраняется, меняются лишь значения коэффициентов многополюсников Поскольку КР выпускаются с огпайками, это дает возможность изменять Хкр ступенями (90, 120, 150, 180 Ом)

Если на линии с ШР условия близки к резонансным (в режиме недокомпенсации), включение КР приводит к улучшению ситуации и снижает напряжение на отключенной фазе Если же линия находилась в режиме перекомпенсации, то включение КР может спровоцировать повышение напряжения на отключенной фазе В этом мучае требуется проведение более точных расчетов

Влияние КР на уровни перенапряжений было исследовано на BJI 750 кВ Калининская АЭС - Владимирская для LKp = 0,593 Гн При этом напряжение на отключенной фазе после погасания дуги не представляет опасности для изоляции оборудования и равно U\a — 698,7 кВ, Uia = 656,6 кВ

При L*.р = 0,5 Гн наблюдается резонансное повышение напряжения на отключенной фазе При LKp < 0,5 Гн Кжр > 1, что представляй опасность для оборудования При Lsp > 0,5 Гн зависимость К„,р имеет минимум, равный 0,17, соответствующий 1™п = 0,64 Гн Кривая в диапазоне значений от Ц" до Цj,n обладает высоким градиентом и выбор значения индуктивности КР в этом диапазоне может привести к возникновению больших перенапряжений при случайном откчоьении параметров линии и реакторов от расчетных значений Таким образом, предпочтительнее выбирать L„ ? 3> — в этом случае Кжр < 1

Другой важной функцией испочьзования КР на линиях СВН с ШР, является функция снижения тока подпитки дуги КЗ в бестоков) ю паузу ОАПВ Настоящая методика позволяет провести оценку эффективности использования КР для сокращения времени снижения до нуля токов подпитки при минкмальном количестве КР Это можно сделать используя приведенные в рабоге соотношения с заменой проводимости ШР на сопротивление в месте КЗ поврежденной фазы

В работе ноказано, что достаточно иметь один-два (не более) КР на любом из ШР, чтобы снизить ток подпитки и решить проблему выбора необходимого времени ОАПВ

Зависимость тока подпитки в месте короткого замыкания при Ккз = 0 от индуктивности КР для ВЛ750 кВ КАЭС - ПС Владимирская показана на рис 3 Зависимость имеет ярко выраженный минимум при значении 1тп = 2,8 А при

о

02

06 ¿.».Гн

о 2 4 i 8 h Гк

Рис 2 Зависимости крап'ости перена^тряженчь от индуктивности ШР

Рис 3 Зависимость тока подпиъш от иадуктивьости КР

I™ = 0,64 Гн Точка минимума тока подпитки соответствует наименьшим значениям перенапряжений в паузе ОАПВ Ток подпитки без КР /шр = 79,9 А Таким образом, правильная настройка КР = 0,64 Гн) значительно снижает ток подпитки что облегчает условия гашения дуги в цикле ОАПВ и позволяет уменьшить время паузы ОАПВ

Исследование условий возникновения феррорезронанса и способов его предотвращения в блочных схемах «автотрансформатор - линия СВН» проводилось для схемы, представленной на рис 4, при коммутациях ненагруженного блока «автотрансформатор - линия СВН» в условиях неполнофазного режима

и» ur50<Uß BJU00 вв<0°

с

BB730

О.___I—и ...

к/уг ^ Ы \J J

11,-750 KB гГ

TMOvB

О}—

Рис 4 Блочная схема «автотрансформатор - ишия СВН»

С целью выявления режимов, приводящих к возникновению переходного феррорезонанса, на математической модели были проведены расчеты следующих процессов

• однофазное включение блока AT-BJI под напряжение на холостом ходу линии,

• неполнофазное включение блока AT-BJI под напряжение двумя фазами (отказ выключателя в одной из фаз) на холостом ходу линии и под нагрузкой,

• неполнофазное отключение блока AT-BJI двумя фазами (отказ выключателя в одной из фаз) на холостом ходу линии

Так как режим работы обмотки НН автотрансформатора втияет на условия развития феррорезонгнса, были произведены рас-че.ы различных видов коммутаций блочной линии пр« номинальной нагрузке обмотки НН

Выводы:

1 Разработанная методика определения условий возникновения резонансных перенапряжений на линиях СВН, оборудованных ШР и KP, позволяет оценивать уровни перенапряжений и токов подпитки в бестоковой паузе ОАПВ при однофазных КЗ на одчоцепных BJI, что дает возможность определить параметры реакторов, предотвращающие возникновение перенапряжений и улучшающие условия погашения дуги юка подпитки, а также сформировав требования у функционированию системы РЗА линий СВН с ШР и KP

2 Для ВЛ 750 кВ Кааиньнская АЭС - Владимирская установлены целесообразные значения индуктышостей ШР и KP, обеспечивающие

режим недокомпенсации зарядной мощности чинии, предотвращающие перенапряжения на отключенной фазе линии и снижающие ток подпитки в паузе ОАПВ

3 Выявлены наиболее опасные аварийные режимы с точки зрения условий возникновения феррорезонансных явлений в блочных схемах (двухфазные отключения/включения ненагруженной линии (отказ третьей фазы))

4 Рассмотрены методы защигы от переходного феррорезонанса (размыкание треугольника обмотки НН автотрансформатора, соединение этих обмоток в звезду, включение в рассечку треугольника обмоток НН резистора) Показано, что первые два метода защиты являются наиболее эффективными, однако подключение резистора к обмоткам НН автотрансформатора является более предпочтительным

5 Показано, что, используя средства управления углами включения фаз выключателей, можно ограничите феррорезонансные перенапряжения до безопасного уровня

Во второй главе «Натурные исследования аномальных режимов на BJI750 кВ Калининская АЭС - Владимирская» представлены результаты экспериментального исследования условий возникновения резонансных перенапряжений на линиях СВН с ШР в неполнофазных режимах и оценки эффективности мероприятий по предотвращению возникновения перенапряжений или снижению их уровней, проверки эффективности функционирования цифровых устройств релейной защиты и ОМ11 при реальных коротких замыканиях на ВЛ СВН

Для проведения натурных экспериментов была выбрана ВЛ 750 кВ Калининская АЭС - Владимирская

Программа работ включала в себя следующие основные этапы

• определение перенапряжений и токов подпитки дуги КЗ в неполнофазном режиме линии электропередачи в зависимости от числа и мощности подключенных реакторов и времени работы линии в неполнофазном режиме,

• определение токов КЗ в фазе А, суммарного тока в грозозащитных гросах и напряжения на поврежденной фазе в цикле ОАПВ при различных видах КЗ,

• испытания микропроцессорных устройств РЗА (REL 521 и REB 551 фирмы ABB) и устройств ОМП в условиях реальных КЗ на линии СВН

В данной главе приведены экспериментальные осциллограммы токов и напряжений на ВЛ 750 кВ, снятые в ходе испытаний, выпочнен анализ возникающих перенапряжений (амплитудные значения, частоты, постоянные времени затухания) По результатам испытаний сделаны выводы о влиянии шунтирующих и компенсационных реакторов на процесс возникновения резонансных перенапряжений и проведена оценка мероприятий по их предотвращению

Приведены результаты натурных испытаний цифровых защит ВЛ СВН и устройств ОМП

Аначиз осциллограмм показывает, что ВЛ750 кВ К АЭС-Владимирская

при наличии 3-х ШР находится в режиме незначительной перекомпенсации реактивной мощности и близка к резонансу (С/пер = 1,92Ура6шкс) При включении одного KP линия переводится в режим незначительной недокомпенсации, практически без снижения напряжения (Г7пср — 1,78 Ьт?Лткс) на отключенной фазе Включение второго KP еще более усиливает режим недокомпенсации, снижая наведенное напряжение, но не устраняя перенапряженки (DTncp — 1,27 [/ps5 ,,ж.)

Поскольку ЮР оказались недостаточно эффективны в снижении уровней напряжений в неполнофазных режимах ВЛ 750 кВ, необходимо было определить комплексное решение задачи обеспечения успешности ОАПВ (погашение тока подпитки КЗ и исключение опасных перенапряжений) Огсоединение одной из групп ШР от схемы линии электропередачи и перенос точки ее включения на шины ПС оказалось наиболее эффективным способом расстройки резонанса в неполнофазном режиме, который был реализован на практике

Целью серии экспериментов с имитацией коротких замыканий (КЗ) была оценка эффективности функционирования современных МП РЗА фирмы ABB и устройств ОМП в условиях реальных КЗ на линии СВН

Проводили опыты однофазных дуювых КЗ, однофазного КЗ через переходное сопротивление, двухфазного КЗ на расстоянии 379, 215, 142 и 140 км от ПС Владимирская Был проведен опыт однофазного КЗ на контур заземления ОРУ 750 кВ ПС Владимирская в целях создания электромагнитных помех непосредственно на объекте, где установлены испытуемые защиты

В натурных испытаниях проверяли основные характеристики функционирования МП защит фирмы ABB чувствительность, быстродействие и селективность Во время испытаний была получена значительная экспериментальная база данных подтвердивших возможность применения МП РЗА фирмы ABB в электрических сетчх СВН ЕЭС России

Лыведы:

1 Анализ результатов экспериментов в неполнофазном режиме ВЛ показывает необходимость отключения одной группы ШР для предотвращения опасных перенапряжении на ВЛ, что корреяируется с расчетными данными

2 Анализ результатов экспериментов с имитацией коротких замыканий на линии показал следующее

(a) частота биений напряжения на отключаемой фазе А во время паузы АПВ составляла 3,5-9,8 Гц в зависимости от числа и мощности подключаемых реакторов Амплитуда биений составляла 127-264 кВ,

(b) ток короткого замыкания поврежденной фазы лежал в диапазоне от 3 до 6 кА в зависимости от места короткого замыкания, что соответствует расчетным данным,

(c) в большинстве экспериментов суммарный ток грозозащитных тросов превышал 50% от тока КЗ поврежденной фазы и достигал максимального значения (3,4 кА) при близком КЗ В момент паузы АПВ по грозозащитным тросам протекал ток не более 300 А

3 Анализ осциллограмм токов и напряжений показывает возможность фиксации волновых процессов в линии электропередачи при коммутациях выключателями и в режиме КЗ Наиболее отчетливо волновые процессы видны в цепях трансформаторов тока (ТТ поврежденной фазы А и ТТ грозозащитных тросов) Это позволяет сделать вывод о принципиальной возможности использования данных первичных преобразователей для подключения аппаратуры ОМП на волновом принципе

4 Проведенные испытания показали, что испытуемые МП РЗА обеспечивают

• чувствительность — не наблюдались случаи резкого сокращения зоны действия или значительного увеличения времени срабатывания при изменении переходных сопротивлений в месте КЗ,

• быстродействие — время действия защит ЛЕЬ 521 на отключение выключателей не превышает 30-35 мс,

в селективность — измерительные органы зон дистанционной защиты надежно не срабатывали при отстройке их усавок от Л'^,, с К-ТС1} = Л 92

5 Сопоставление результатов точности измерений расстояния до места повреждения по данным устройств ОМП и регистраторов аварийных процессов показывает, что более точные результаты дают регистраторы аварийных процессов и ВОМП МЭИ, погрешность которых не превышает 1%

6 Результаты экспериментов подтвердили, что комплекс защит и автоматики Р_ЕЬ 521, ИЕВ 551 фирмы АВВ может быть использован в системе РЗА линий электропередачи СВН, в том числе, для линий с ШР

7 Во время испытаний получена значительная экспериментальная база данных, которая позволяет проводить исследования функционирования МП РЗА, внедряемых в сети СВН

В третьей главе «Исследование электромагнитной совместимости микропроцессорных систем РЗА на объектах СВН» на основе полученных результатов комплексных исследований электромагнитной обстановки и совместимости разработаны мероприятия по обеспечению ЭМС МП РЗА

Проведен анализ электромагнитной обстановки на объектах, систематизированы источники к виды электромагнитных воздействий, оказывающих влияние на функционирование систем технологического управления

Рассмотрены функции систем РЗА и управления и возможные нарушения в их работе при электромагнитном воздействии (ЭМВ) Приведенные примеры влияния ЭМВ на функционирование устройств свидегельствуют о допустимости дифференцированного подхода к оценке уровня помехоустойчивости для отдельных функций При этом для функций защиты, автоматики, регулирования параметров оборудования помехоустойчивость должна обеспечиваться при всех видах ЭМВ

Приведены результаты исследований электромагнитной обстановки и совместимости на Костромской ГРЭС и предложены мероприятия по снижению уровня электромагнитных помех во вторичных цепях на этапе технического

перевооружения систем РЗА ГРЭС Эти мероприятия касаются вопросов снижения ЭМП при воздействии высокочастотных импульсных помех, при воздействии токов КЗ и напряжений промышленной частоты, при воздействии электромагнитных полей, при возмущениях в цепях оперативного тока, при электромагнитном воздействии молнии, при воздействии электростатических разрядов

Основные принципы определения электромагнитной обстановки на действующих объектах и решение вопросов обеспечения электромагнитной совместимости устройств АСТУ для целей технического перевооружения объектов, вошедшие впоследствии в стандарт организации CO-34 35 3I1-2004, были в полном объеме апробированы при исследовании уровней электромагнитных помех и разработке мероприятий но защите от них на Костромской ГРЭС, ПС 750 кВ Владимирская и др

Кроме того, приведены общие рекомендации по обеспечению помехоустойчивость МП устройств РЗА и управления на энергопйъектах и нормативные документы, разработанные с участием автора

Выводы:

1 Системно рассмотрены вопросы влияния ЭМВ на качество функционирования МП РЗА и управления Показано, что возможен дифференцированный подход к допустимому уровню помехоустойчивое ги отдельных функций устройств Для функций релейной защиты и автоматики должна обеспечиваться абсолютная помехозащищенность

2 Показано на примере крупной ГРЭС, что на этапе технического перевооружения, сопровождающегося внедрением МП систем зашиты и управления, необходимо комплексное исследование электромагнитной обстановки объекта и разработка мероприятий по обеспечению электромагнитной совместимости

3 Приведены рекомендации и конкретные мероприятия по обеспечению помехоустойчивости МП систем защити и управления на обстедованной электростанции

4 По результатам исследований ЭМС с участием автора разработаны и опубликованы «Методические указания по определению электромагнитных обстановки и совместимости на электрических станциях и подстанциях (СО-34 35 311-2004)» (утверждены в качестве стандарта организации) и ^Требования по выполнению условий электромагнитной совместимости на объектах электроэнергетики/Методические указания» (2005 г)

В четвертой главе «Основные направления совершенствования систем технологического управления сетями СВН энергообъединений» изложено состояние вопроса и сформулированы направления совершенствования систем технологпче^ого управления сетями СВН энергообъединений, разработаны принципы построения ИСУ вновь сооружаемых и модернизируемых ПС СВН и информационно-экспертной системы аварийных режимов, предложены основные направления совершенствования АСТУ сегей СВН энергообъединений

на примере ОЭС Центра

В настоящее время все энергообъединения ЕЭС России в той или иной мере оснащены системами технологического управления в нормальных и аварийных режимах При создании этих систем была неизбежной функциональная, аппаратная, информационная декомпозиция проблемы Перечисленные системы, как правило, создаются и внедряются практически независимо друг от друга и функционируют в значительной мере автономно Основным негативным следствием этого является фактическое недоиспользование операгивной и ретроспективной информации, накапливаемой и используемой в каждой из технологических систем, для смежных задач управления

При автономной реализации каждая из систем управления использует различные упрощения при расчетах, обладает значительным количеством самостоятельных, дублирующих друг друга средств сбора и обработки информации, а также средств формирования и ведения локальных баз данных что существенно удорожает и усложняет внедрение и эксплуатацию систем управления энергообъединений в целом

На основе анализа уровня технического совершенства систем управления, находящихся в эксплуатации, определена целесообразность и возможность реализации общего подхода к развитию систем техноло1ического управления ЕЭС России, исходя из следующих предпосылок

- общность объектов управления и размещения центров управления отдельных систем,

- развитие принципов иерархического построения систем управления, обеспечивающего наиболее эффективное управление ЕЭС,

- единство информационного пространства систем управления общая информация о схеме и параметрах режима объекта управления, наличие международных стандартов (в тч МЭК 61S50),

- использование общих каналов связи, систем сбора и передачи информации для обслуживания различных систем управления,

- необходимость скоординированного взаимодействия отдельных систем управления

Разработаны основные принципы построения ACT У энергообъединений, объединяющие на критериях интеграции автоматические и автоматизированные системы технологического управления АСДУ, АРЧМ, АРН, РЗА, ПА, ИСУ и ССПИ, обеспечивающие надежность и управляемость единого процесса производства, передачи, распределения и потребления энергии и мощности

Сформулированы три основных направления дальнейшего развития систем технологического управления знергообъединений, являющиеся необходимым устовием их модернизации и определяющие основные признаки качественного отличия создаваемой системы технологического управления от существующих • знгчитетгьное расширение состава задач автоматизации, в том числе внедрение

ряда новых, ранее не решавшлхся в энергообъединенич задач управления, в реализация принципов координированного управления на всех уровнях

иерархии управления энергообъединения;

• интеграция автономных систем технологического управления энергообъединения в нормальных и аварийных режимах с перспективой создания единой интегрированной системы технологического управления (АСТУ)

Рассматриваемые системы технологического управления необходимо совершенствовать путем реконструкции или нового строительства в соответствии со следующими принципами

- АСТУ энергообъединения — единая эшелонированная система управления в нормальных, аварийных и послеаварийных режимах

- интеграция и функциональная декомпозиция

- централизация и координация управления

- функциональная самостоятельность отдельных систем технологического управления

- информационное единство АСТУ

- информационная избыточность для совершенствования методов и принципов управления

- открытость построения технологических систем управления

- этапность совершенствования АСТУ энергообъединений Совершенствование отдельных систем управления и создание единой АСТУ

ОЭС позволит существенно повысить технико-экономическую эффективность функционирования энергообъединения Основными предпосылками этого являются

• повышение надежности функционирования энергообъединения, а также снижение аварийности и сокращение времени устранения последствий аварийных ситуаций за счет

- оперативного и ретроспективного анализа аварийных, предаварийных и послеаварийных ситуаций,

- внедрения информационно-экспертной системы оценки состояния энергосбъединения и его элементов,

• формирование рекомендаций персоналу по оптимальному ведению режимов в условиях функционирования оптового рынка электроэнергии и мощности с соблюдением ограничений по режимной надежности, снижение уровня потерь электроэнергии в сетях, обусловленных отклонениями режимов от оптимальных,

• внедрение программно-технических комплексов управления, обеспечивающих анализ и выработку управляющих воздействий в режиме реального времени,

• внедрение в системах автомагического управления адаптивных алгоритмов управления, обеспечивающих минимизацию объемов управляющих воздействий и использование ресурсов управления соседних peí ионов,

в сокращение эксплуатационных расходов при интеграции отдельных подсистем АСТУ за счет использования единого информационного пространства, программно-технических средств, каналов и средств связи и т п

ИСУ подстанций СВН строится как многоуровневая система управления, обеспечивающая реализацию функции управления в нормальных и аварийных режимах, функцию сбора технологической информации о параметрах релсима состоянии оборудования, функционировании систем управления, единый подход к управлению коммутационными аппаратами, а также устройствами автоматики, реализацию принципа распределения задач по системе — все задачи автоматического управления решаются в контроллерах нижнего уровня, а оперативного управления — с АРМ верхнего уровня

Комплексы технических средств РЗА, ПА, АРН, АРЧМ на объектах должны выполняться как автономные системы и интегрироваться с ИСУ на информационном уровне

Показано, что в процессе широкомасштабного технического перевооружения и модернизации подстанций СВН естественна многовариантность технических решений создаваемых ИСУ однородной и гетерогенной структуры

В диссертации значительное внимание уделено вопросам функциональной и аппаратной интеграции систем технологического управления

Разработанные в диссертации положения бьши использованы автором при разработке вопросов модернизации систем технологического управления ОЭС Центра, в частности предложена и обоснована четырехуровневая иерархическая структура АСТУ ОЭС Центра, дополнительно введен региональный уровень управления Структура АСТУ ОЭС Центра предполагает выделение шести регионов управления Выделение регионов диктуется сложностью сети ОЭС Центра и необходимостью проведения параллельных расчетов устойчивости и выбора управляющих воздействий комплексами ПА для удовлетворения требований режима on-line Каждый из регионов ПА охватывает от двух до четырех районов управления (всего 17) Планируется разместить локальные комплексы ПА на 22 объектах ОЭС Центра (ПС СВН, ГРЭС, АЭС) Модернизация АСТУ ОЭС Центра охватывает 58 объектов (12 электростанций и 46 ПС СВН)

С целью отработки основных технических решений по внедрению на энергообъектах ОЭС Центра технического комплекса АСТУ, в состав работ первого этапа включены работы по модернизации комплекса АПНУ на Костромской ГРЭС

Выводы:

1 Сформулированы принципы совершенствования и развития систем технологического управления энергообъединений, базирующиеся на современных информационных технологиях, принципах функциональной и аппаратной интеграции систем управления, позволяющих реализовывать комплексное адаптивное управление в нормальных и аварийных режимах энергообъединений

2 Обоснована необходимость четырехуровневой иерархической структуры системы противоаваринного управления крупными энергообъединениями Классифицированы основные функциональные задачи и взаимные связи каждого уровня

3 Сформулированы принципы построения интегрированных систем управления подстанций СВН

4 Разработанные принципы совершенствования и развития систем технологического управления энергообъединений были использованы при разработке проекта модернизации АСТУ ОЭС Центра

В заключении приведены основные научные и практические результаты, представляющие законченную работу, решающие актуальную научно-техническую задачу совершенствования систем техно toi нческою управления сетями СВН энергообъединений на основе разработки и внедрения мероприятий по предотвращению и минимизации последствий проявления аномальных режимов сетей СВН, решения технических проблем внедрения современных цифровых систем технологического управления на объектах СВН, разработки принципов построения и развития современных систем технологического управления сетями СВН энергообъединений

Обобщенно результаты работы состоят в следующем

1 Разработана методика комплексной оценки уровней перенапряжений и токов подпитки дуги КЗ в бестоковой паузе ОАПВ на линиях СВН, оборудованных IIIP и КР, для принятия обоснованных решений по настройке и функционированию системы РЗА BJI СВН

2 По результатам целевых натурных исследований на ВЛ 750 кВ с ШР и КР выявлен ряд зависимостей условия возникновения и уровни перенапряжений на отключенной в цикле OAIIB фазе линии, токи подпитки дуги КЗ, частоты колебаний напряжения на отключенной фазе и времена их затухания, позволяющих обоснованно моделировать переходные процессы на линиях СВН при исследованиях и настройке устройств РЗА

3 Экспериментально выявлены уровни и виды электромагнитных помех в цепях РЗА на примере Костромской ГРЭС Разработаны научно обоснованные мероприятия по обеспечению условий электромагнитной совместимости систем РЗА Костромской ГРЭС на этапе технического перевооружения

4 Сформулированы принципы совершенствования и развития АСТУ сетей СВН энергообьединений, а также пути их интеграции с использованием современных информационных технологий, принципов функциональной интеграции систем управления, позволяющих реализовать комплексное адаптивное управление энергообъединениями в нормальных и аварийных режимах

5 Во время натурных исследований на ВТ 750 кВ получена значительная база данных, позволяющая проводить необходимые исследования цифровых систем РЗА, внедряемых в электрические сети СВН ЕЭС России,

6 Результаты натурных экспериментов подтвердили возможность применения цифровых защит фирмы ABB в системе РЗА линий электропередач СВН ЕЭС России, в том числе, для линий с ШР и КР,

7 Разработаны «Методические указания по определению электромагнитных обстановки и совместимости на электрических станциях и подстанциях

Стандарт организации (СО-34 35 311-2004)» и «Требования по выполнению условий электромагнитной совместимости на объектах электроэнергетики / Методические указания» (2005 г),

8 Принципы совершенствования и развития АСТУ энергообъединений использованы в разработках ОАО «Институт «Энергосетьпроект», в том числе ТЭО «Система технологического управления ОЭС Центра в нормальных и аварийных режимах Реконструкция» (1997 г), утвержденного приказом РАО «ЕЭС России» от 06 05 99 г № 178 (на основании Заключения Главгосэкспертизы России от 24 декабря 1998 г, №2-1/17-688) и «Концепция технического перевооружения объектов автоматических и автоматизированных систем технологического управления (АСТУ), а также объектов электросвязи ЕЭС России и АО-энерго на период до 2015 года» (2002 г), утвержденной НТС РАО «ЕЭС России», реконструкции комплекса АПНУ Костромской ГРЭС

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Итьгничиин В В , Жуков А В , Максимов Б К , Аношин О А , Юркий П Л Методика определения условий возникновения резонансных пере ипряжечий иа линиях сверхвысокого напряжения в цикле ОАПВ // Вестпик МЭИ - 1998 - Л«5 - С 43-51

2 Аношин О А , Жуков А В , Максимов Б К , Матвеев Д А, Юркик П Л Перенапряжения и токи подпитки в цикле ОАПВ на тнни и75Ок0 /.'Известия вузов Электромеханика — 1999 — Л"«1 — С 76

3 Дьяков А Ф, Жуков А В, Маьсииоп Б К Юркин П Л Переходный феррорезонанс и его предотвращение в блочных схемах сверхвысокого нагряжения «автотрансформатор - линия» // Вестник МЭИ — 2002 — №3 — С 27-34

4 Ж} коп АВ, А»01вкн Оа, Максимов БК, Барсучов АИ и др Методика расчета распределения токов и потенциалов по конт\ ру заземления подстанции при коротком замыкании или пряд ом ударе молнии // Вестник МЭИ - 1998 — Л"1 — С 53-67

5 Дьяков А Ф, Жуков А В Стратегия интеграции систем защиты, ьонтротя и управления 1! Известия вузов Электромеханика - 1999 - Л>1 - С 78

6 Дьяков АФ, Жуков А В Перспективы развития автоматизированных систем технологического управления (АСТУ) энергобьединения // Известия вузов Этектромеханика — 1999— >«1 — С 80

7 Дьяков А Ф, Арцишевский Я Л, Жуков А В, Максимов Б К и др Методика обеспечения этектромагниг"ой совместимости релейной заицты с энергетическими объектами /' Вестник МЭИ — 2001 — .>25 — С 12-16

8 Аношин О А, Жуков А В , Ильииичнин В В , Матвеев Д А , Юрким П Л Влияние грозозащитных тросов линий СОН на условия функционирования релейной защиты в режиме однофазных КЗ // Известия вузов Электромеханика — 1999 — Лг1 — С 84

9 Аиокин О А , Жуков А В, Максимов Б К, Матвеев Д А, Юркин П Л Перенапряжения и токи подпитки в цикте ОАПВ на тиьии 750 кВ // Известия вузов Электромеханика — 1999 — №1 — С 85

10 Дьяков АФ, Максимов БК, Борисов РК, Кужекик ИП, Жуков А Б Электромагнитная совместимость в электроэнергетике и зтектротехнике Под редакцией Л О Дьяков —М Энергоатомиздат— 2003 — 768 с

11 Элекгрсуагнгтгая совместимость электрической части атомных электростанций Э В Вершков АЗ Жуков, И П Ку-кекин, О В Саоьпов, Л В Ярных и др — М Знак - 2006 - 280 с

12 Методические указания по определению электромагнитных обстановки и совместимости на электрических станциях и подстанциях (Стандарт организации СО 34 35 311-2004 г) Дьчков А Ф , Борисов РК , Жуков А В , Макси лов Б К — М Изд-во МЭИ - 2004 - 76 с

13 Требования го выполнению устсвий этектро^агштной совместимости на объектах электроэнергетики Методические указания Дьяков АФ, Мачсимв БК, Борисов РК, Жуков АВ, и др— М НГФ «Энер^прогресс», ><Знер;ст!'к», прилол енис к журналу «Энергетик» — 2005 — 55 с

14 Дьякоз А Ф, Жуков А В Перспективы развития отечественной релейной защиты и гвтематики нового поколения Л «ВЭЛК 99,> - М - 1999 - Т1

15 Дьяков А Ф, Жуков А В , Сюткиь С Б , Глускгн И 3 Раоьитие автоматизированной систел!Ы технологического управления объединенной эпергосисге\'гл Центра // сВЭЛК^э» — М — 1999 — Т1

J

16 Сюткин С Б, Жуков А В, Гтускин И 3, Брухис ГЛ, Голодное Ю М Состояние и перспективы развития систем технологического управления ОЭС Центра в нормальных и аварийных режимах // Вестник электроэнергетики —

1997-№4-С 48-57

17 Жуков А В , ИтьиннчшшВ В , Нудельман ГС, Седунов В Н , Усачев Ю В Натурные испытания цифровых защит линий электропередач СВН '/ IV Симпозиум «Электротехника 2010 год» — М - 1997

18 Жуков А В Концептуальные аспекты внедрения микропроцессорных систем P3A // Семинар-совещание начальников служб РЗА, АО-энерго Сб докл — Пятигорск - Изд-во Южэнерготечнадзор — 1997

19 Жуков АВ, Сюткин СБ, Максимов Б К Принципы и преимущества применения интегрированных микропроцессорных систем защиты, управления и контроля лектросетевых объектов // Вестник Электроэнергетики — 1997 — №3

20 Жуков \ В Требования к разработке ИСУ в условиях массового технического перевооружения энергообьектов // «Семинар-совещгние начальников служб РЗА АО-ЭНЕРГО — Пятигорск — Изд-во Южэнерготечнадзор — 1999

21 Жуков А В , Сюткин С Б, Максимов Б К Принципы и преимущества применения интегрированных МП систем защиты, управления и контроля элеюросетевых объектов Ц Вестник электроэнергетики — 1997 — №3 — С 19-29

22 Жуков А В , Родин В В , Русаков С В , Федотов А 3 Проблемы внедрения (МП) систем РЗА в сстях СВН ОЭС Центра // НТК «Релейная защита и автоматика энергосистем - 98» Тезисы докладов — 1998 — С 27-31

23 Гтусют И 3, Гельфанд А М, Брухис ГЛ, Рожкова А В , Жуков А В Концепция техперевооружеьия систем технологического угравления // НТК «Релейная защита и автоматика энергосистем - 98» Тезисы докладов -

1998-С 14-18

24 Рожкова А В, Петров С Я, Жуков А В, Рудман А А и др Опыт проектирования в ОАО «Институт «Энергосетьпроект» (Россия) и перспективы использования микропроцессорных защит российского и зарубежного производства // VI Симпозиум «Электротехника 2010» — 1999 — Т1 — N»3 16 — С 272-276

25 Дьяков А Ф, Жуков А В Перспективы развития отечественной релейной защиты и автоматики нового поколения /,' ОНПК «Оцеька технического состояния электрооборудования энергосистем и определения перспектив надежной работы ЕЭС России» - M НЦ ЭНАС - i999

26 Жуков А В, Гельфанд A M, Арпииезский Я Л Проблемы интеграцьи систем защигы контроля и угравления при лехперевооружении подстанций СВН // XIV НТК «Ретейная за!гита и автоматика энергосистем 2000» Тезисы докладов - 2000 - С 167-168

27 Родин В В, Прокогович А А, Федотов А 3, Жуков А В Проблемы создания информационно-эьспептной системы аварийного режима сетей СВН ОЭС Центра // XIV НТК «Релейная защита и автоматика энергосистем 2000» — 2000-С 185-186

28 Djakov AF, Zhoukov А V, Gelfand А М , Glouskin I Z Improvement of the efficiency of a b>stem for technological control of a power pool /•' Cigre, 2003 session papers - 2000 - №39-212 - P1-5

29 Djakov A F, Artzishevsky J L, Zhodlcov A V, Gelfard A M The problem of communications m the integrated control systems of E4V substations in russ.a // Cigre, 2000 session Papers - 2000 - №34-108 - P1-5

30 Гельфанд A M , Жуков А В Вопросы создания интегрированных АСУ ТП подстанций СВН // VI симпозиум «Эле-сгротехгика 20i0» - 2001 - С 245-249

31 Арцишевский ЯЛ, Борисов РК, Жуков АВ, Максимов Б К Комплексный подход при оценке ЭМС микропроцессорной аппаратуры РЗА в условиях техперевооружеьия объектов // XV НТК «Релейная защита и автоматика энергосистем» Сб докладов — М Изд-во ВВЦ — 2002

32 Дьяков АФ, Борисов РК, Жуков АВ, Максимов Б К и др Обеспечение ЭМС релейной защиты и электроавтоматики электрических станций и распределительных устройств высокого напряжения // НТК «Ретейная защита и электооавтоматика электрических станций» — М Изд-во OPIРЭС — 2004

33 Ж>ков АВ, Маркун АИ, Семин А А, Хвощинская ЗГ, Ометьчекко ВП Исследования алгоритмов выбора управляющих воздействий верхнего уровня ОЭС Центра ¡1 НТК «Релейная защита и автоматика энергосистем 2004 г» Сб докладов — М ВВЦ-2004 - С 281-284

34 Жуков А В, Федотов А 3, Родин В В Сопоставительный анализ исследования микропроцессорных комплексов РЗА ВЛ СВН на базе терминалов фирм ALSTOM SIEMENS И НТК «Ретейная защита и автоматика энергосистем 2004» Сб докладов - М ВВЦ - 2004

35 Седунов В Н , Жуков А В , Гельфанд A M Основные технические решения по созданию АСУТП ПС 750 кВ Белозерская '/ НТК «Релейная защита и автоматика энергосистем 2004» Сб докладов — M ВВЦ — 2004 — С 289-290

Подписано п печать 01 г Зак. % Тир. 100 iM

Полиграфический центр МЭИ (ТУ), Красноказарменная ул., д. 13

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I

ИССЛЕДОВАНИЕ АНОМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ СВН

1.1 Исследование условий возникновения резонансных режимов в цикле ОАПВ на линии СВН с шунтирующими реакторами и способов их устранения.

1.1.1 Характеристика объекта исследования и математическая основа методики.

1.1.2 Определение условий возникновения резонансных перенапряжений в цикле ОАПВ на линиях СВН с ШР.

1.1.3 Оценка эффективности применения КР для ликвидации резонансных перенапряжений на линиях СВН.

1.1.4 Оценка влияния КР на снижение тока подпитки электрической дуги короткого замыкания в цикле ОАПВ

1.2 Исследование условий возникновения феррорезонанса и способов его предотвращения в блочных схемах «автотрансформатор -линия СВН».

1.2.1 Характеристика объекта исследования и методика решения задачи.

1.2.2 Количественный анализ переходного феррорезонанса.

1.2.3 Способы предотвращения переходного феррорезонанса

1.3 Выводы.

ГЛАВА II

НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АНОМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ НА ВЛ 750 KB КАЛИНИНСКАЯ АЭС - ВЛАДИМИРСКАЯ

2.1 Цель и задачи исследования.

2.2 Анализ результатов экспериментальных исследований.

2.2.1 Опыты измерения токов и напряжений на поврежденной фазе в цикле ОАПВ BJI 750 кВ.

2.2.2 Эксперименты с имитацией коротких замыканий.

2.2.3 Натурные испытания цифровых защит линии электропередачи СВН.

2.2.4 Определение мест повреждения на BJI 750 кВ средствами ОМП и регистраторов аварийных событий.

2.3 Выводы.

ГЛАВА III

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ РЗА НА ОБЪЕКТАХ СВН

3.1 Источники электромагнитных воздействий и каналы передачи электромагнитных помех на энергообъектах

3.1.1 Электромагнитная обстановка и источники электромагнитных воздействий.

3.1.2 Влияние электромагнитных помех на функционирование микропроцессорных устройств защиты и управления.

3.2 Методика исследования ЭМС микропроцессорных устройств защиты и управления

3.3 Исследование уровней электромагнитных помех и мероприятий по их снижению на Костромской ГРЭС.

3.3.1 Программа исследований, характеристика энергообъекта

3.3.2 Результаты исследований электромагнитной совместимости

3.3.3 Рекомендации по обеспечению помехоустойчивости микропроцессорных устройств защиты и управления.

3.4 Общие рекомендации по обеспечению помехоустойчивости микропроцессорных систем защиты и управления.

3.5 Выводы.

ГЛАВА IV

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СИСТЕМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ СЕТЕЙ СВН ЭНЕРГООБЪЕДИНЕНИЙ

4.1 Состояние вопроса и направление совершенствования систем технологического управления.

4.2 Совершенствование систем управления подстанций СВН

4.2.1 Основные требования к интегрируемым системам управления вновь сооружаемых и модернизируемых подстанций СВН.

4.2.2 Разработка принципов построения ИСУ подстанций СВН

4.2.3 Принципы построения информационно-экспертной системы аварийных режимов (ИЭС АР).

4.3 Разработка основных направлений совершенствования АСТУ энергообъединений на примере ОЭС Центра.

4.3.1 Предпосылки реконструкции систем технологического управления ОЭС Центра.

4.3.2 Основные направления модернизации АСТУ ОЭС Центра

4.4 Выводы.

Актуальность темы. Эффективное функционирование энергосистем в значительной мере определяется развитием системообразующих сетей сверхвысокого напряжения (СВН) и уровнем технического совершенства систем технологического управления сетей СВН. Обеспечение надежного функционирования энергосистем требует непрерывного анализа режимов работы сетей, решения возникающих в эксплуатации технических проблем, разработки перспективных вопросов развития энергосистем и их систем управления.

Снижение уровня электропотребления в стране в период 1990-2000 гг. и соответственно ослабление тяжести электрических режимов в сетях СВН ЕЭС России привело к проблеме повышенных напряжений в сетях СВН. Компенсация избыточной реактивной мощности в сетях СВН с помощью установки шунтирующих реакторов (ШР) выявило проблему резонансных перенапряжений в сети. Исследование аномальных режимов и анализ возможных технических решений по их предотвращению явилось необходимым условием обеспечения надежности функционирования сетей СВН и энергообъединений.

Широкомасштабное внедрение микропроцессорных устройств релейной защиты и автоматики (МП РЗА) в электрических сетях потребовало проведения исследований по адаптации зарубежных МП РЗА в российские с.сти, выявило необходимость разработки вопросов обеспечения на энергообъектах электромагнитной совместимости (ЭМС) МП РЗА, создания интегрированных систем управления (ИСУ) объектов СВН.

Достигнутые успехи в области информационных технологий и цифровых систем управления определили необходимость решения вопросов совершенствования и развития современных автоматических и автоматизированных систем технологического управления (АСТУ) сетями СВН энергообъединений.

Модернизация систем технологического управления потребовала разработки нормативно-технических документов, определяющих возможность широкомасштабного внедрения цифровых систем и аппаратуры управления на действующих и вновь сооружаемых энергообъектах.

Результаты анализа состояния сетей СВН и систем технологического управления позволили сформулировать цель и задачи диссертационной работы.

Основанием для выполнения настоящей работы явились приказы ОАО РАО «ЕЭС России»: от 17.11.1995 г. №520 «О мерах по повышению уровня эксплуатации устройств релейной защиты и автоматики и подготовки персонала по их обслуживанию»; от 06.05.1999 г. №178 «Об утверждении технико-экономического обоснования «Система технологического управления ОЭС Центра в нормальных и аварийных режимах. Реконструкция».

Цель работы. Совершенствование систем технологического управления сетями СВН энергообъединений на основе исследований аномальных режимов в сетях СВН, разработки мероприятий по предотвращению и минимизации последствий аномальных режимов, решения технических проблем внедрения цифровых систем управления на объектах СВН, разработки принципов построения и совершенствования современных систем технологического управления сетями СВН энергообъединений.

Основные задачи исследования.

1. Исследование условий возникновения резонансных режимов в цикле ОАПВ на линии СВН с ШР; исследование условий возникновения феррорезонанса в блочных схемах «автотрансформатор-линия СВН»; разработка способов их предотвращения.

2. Экспериментальное исследование условий возникновения перенапряжений в неполнофазных режимах на BJI 750 кВ Калининская АЭС - Владимирская.

3. Экспериментальное исследование функционирования МП РЗА линий электропередачи СВН; разработка рекомендаций по обеспечению помехоустойчивости МП РЗА на основе расчетно-экспериментальных исследований электромагнитной совместимости на действующем энергообъекте.

4. Разработка принципов построения и совершенствования современных автоматических и автоматизированных систем технологического управления сетями СВН энергообъединений.

Объектом исследования являются электрические сети СВН энергообъединений, МП РЗА и АСТУ сетей СВН энергообъединений.

Методы научных исследований базируются на теории электрических цепей, теории электромагнитных и электромеханических переходных процессов в ЭЭС, теоретических основах релейной защиты и автоматики, на расчетных и экспериментальных методах исследования процессов в ЭЭС.

Научная новизна работы.

1. Разработана методика и получены результаты оценки уровней перенапряжений и токов подпитки дуги КЗ в бестоковой паузе ОАПВ на линиях СВН, оборудованных ШР и КР.

2. По результатам натурных исследований на BJI 750 кВ с ШР и КР выявлены зависимости, позволяющие обоснованно моделировать переходные процессы при исследованиях функционирования и настройке устройств РЗА сетей СВН.

3. Экспериментально выявлены виды и уровни электромагнитных помех (ЭМП) в цепях РЗА на Костромской ГРЭС. Разработаны мероприятия по обеспечению ЭМС МП РЗА.

4. Сформулированы принципы построения и совершенствования АСТУ сетями СВН энергообъединений, базирующиеся на современных информационных технологиях, принципах функциональной и аппаратной интеграции систем управления.

Достоверность результатов диссертационной работы подтверждена совпадением результатов расчетных и экспериментальных исследований аномальных режимов в сетях СВН, положительным опытом эксплуатации МП РЗА на объектах СВН, в том числе, в части обеспечения электромагнитной совместимости.

Практическая ценность работы.

1. Предложены мероприятия по предотвращению резонансных и феррорезонансных перенапряжений в цикле ОАПВ на линиях СВН.

2. Во время натурных исследований на BJI 750 кВ получена значительная база данных, позволяющая проводить необходимые исследования цифровых систем РЗА, внедряемых в электрических сетях СВН ЕЭС России.

3. Результаты натурных экспериментов подтвердили возможность применения цифровых защит фирмы ABB в системе РЗА линий электропередачи СВН ЕЭС России, в том числе, для линий с ШР и КР.

4. Разработаны «Методические указания по определению электромагнитных обстановки и совместимости на электрических станциях и подстанциях. Стандарт организации (СО-34.35.311-2004)» и «Требования по выполнению условий электромагнитной совместимости на объектах электроэнергетики / Методические указания» (2005 г.).

5. Принципы построения и совершенствования АСТУ сетей СВН энергообъединений использованы в разработках ОАО «Институт «Энергосетьпроект»: ТЭО «Система технологического управления ОЭС Центра в нормальных и аварийных режимах. Реконструкция» (1997 г), утвержденного приказом РАО «ЕЭС России» от 06.05.99 г № 178 (на основании Заключения Главгосэкспертизы России от 24 декабря 1998 г., №2-1/17-688) и «Концепция технического перевооружения объектов автоматических и автоматизированных систем технологического управления (АСТУ), а также объектов электросвязи ЕЭС России и АОэнерго на период до 2015 года» (2002 г), утвержденной НТС РАО «ЕЭС России».

Реализация результатов работы. Разработанные в диссертации основные научные и практические результаты использованы при проектировании АСТУ ОЭС Центра, регионального комплекса АСТУ Северо-Восточной зоны ОЭС Центра, комплекса противоаварийной автоматики узла Костромской ГРЭС, сетевых объектов СВН, в том числе, реконструируемых ПС 500 кВ Московского кольца.

Результаты натурных экспериментов обеспечили внедрение современных МП РЗА в сетях СВН.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Методика и результаты расчетных и натурных исследований перенапряжений в цикле ОАПВ на линиях СВН и блочных схемах «автотрансформатор-линия СВН» и мероприятия по их предотвращению.

2. Результаты натурных исследований аномальных режимов на ВЛ 750 кВ и оценка работоспособности МП РЗА в этих режимах.

3. Экспериментально выявленные уровни электромагнитных помех в цепях РЗА сетей ВН и СВН Костромской ГРЭС и мероприятия по обеспечению электромагнитной совместимости МП РЗА.

4. Основные принципы построения и совершенствования АСТУ сетей СВН энергообъединений.

Личный вклад соискателя. Постановка и формализация задач, разработка теоретических и методических положений, математических моделей и методов, участие в экспериментах, обобщение и анализ результатов и рекомендации по их применению.

Автор выражает благодарность научному руководителю чл.-корр. РАН А.Ф.Дьякову; коллегам ОАО «СО - ЦДУ ЕЭС», МЭС Центра, ОАО «Институт «Энергосетьпроект», МЭИ (ТУ), ООО «НТФ ЭЛНАП»,

Костромской ГРЭС, участвовавшим в проведении сложных натурных и расчетных экспериментов.

Апробация работы. Доклады на научно - технических конференциях: «ВЭЛК - 99» (г Москва 1999 г.), «Релейная защита и автоматика энергосистем» (ВВЦ, г. Москва 1998, 2000, 2002, 2004 гг.), IV симпозиум «Электротехника 2010 год» (г. Москва 2001 г.), «CIGRE - 2000» (г. Париж, 2000 г.), II НТК «Безопасность, эффективность и экономичность атомной энергетики» (г Москва, 2003 г.); на заседании секций «Проблем надежности и эффективности РЗ и средств автоматического системного управления в ЕЭС России» и «Управление режимами энергосистем, РЗ и А» НТС ОАО РАО «ЕЭС России» (г. Москва 2006 г.).

Опубликованные работы. По теме диссертации опубликовано основных 35 работ.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 103 наименований и четырех приложений. Работа изложена на 183 страницах основного текста и 55 страницах приложений, иллюстрирована 36 рисунками и 20 таблицами.

4.4 Выводы.

1. Сформулированы принципы совершенствования и развития систем технологического управления энергообъединений, базирующиеся на современных информационных технологиях, принципах функциональной и аппаратной интеграции систем управления, позволяющих реализовывать комплексное адаптивное управление в нормальных и аварийных режимах энергообъединений.

2. Обоснована необходимость четырехуровневой иерархической структуры системы противоаварийного управления крупными энергообъединениями. Классифицированы основные функциональные задачи и взаимные связи каждого уровня.

3. Сформулированы принципы построения интегрированных систем управления подстанций СВН.

4. Разработанные принципы совершенствования и развития систем технологического управления энергообъединений были использованы при разработке проекта модернизации АСТУ ОЭС Центра.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные и практические результаты, представляющие законченную работу, решают актуальную научно-техническую задачу совершенствования систем технологического управления сетями СВН энергообъединений на основе разработки и внедрения мероприятий по предотвращению и минимизации последствий проявления аномальных режимов сетей СВН, решения технических проблем внедрения современных цифровых систем технологического управления на объектах СВН, разработки принципов построения и развития современных систем технологического управления сетями СВН энергообъединений. Получены следующие основные результаты.

1. Разработана методика комплексной оценки уровней перенапряжений и токов подпитки дуги КЗ в бестоковой паузе ОАПВ на линиях СВН, оборудованных ШР и КР, для принятия обоснованных решений по настройке и функционированию системы РЗА ВЛ СВН.

2. По результатам целевых натурных исследований на ВЛ 750 кВ с ШР и КР выявлен ряд зависимостей: условия возникновения и уровни перенапряжений на отключенной в цикле ОАПВ фазе линии, токи подпитки дуги КЗ, частоты колебаний напряжения на отключенной фазе и времена их затухания, позволяющих обоснованно моделировать переходные процессы на линиях СВН при исследованиях и настройке устройств РЗА.

3. Экспериментально выявлены уровни и виды электромагнитных- помех в цепях РЗА на примере Костромской ГРЭС. Разработаны научно обоснованные мероприятия по обеспечению условий электромагнитной совместимости систем РЗА Костромской ГРЭС на этапе технического перевооружения.

4. Сформулированы принципы совершенствования и развития АСТУ сетей СВН энергообъединений, а также пути их интеграции с использованием современных информационных технологий, принципов функциональной интеграции систем управления, позволяющих реализовать комплексное адаптивное управление энергообъединениями в нормальных и аварийных режимах.

5. Во время натурных исследований на BJI 750 кВ получена значительная база данных, позволяющая проводить необходимые исследования цифровых систем РЗА, внедряемых в электрические сети СВН ЕЭС России;

6. Результаты натурных экспериментов подтвердили возможность применения цифровых защит фирмы ABB в системе РЗА линий электропередач СВН ЕЭС России, в том числе, для линий с ШР и КР;

7. Разработаны «Методические указания по определению электромагнитных обстановки и совместимости на электрических станциях и подстанциях. Стандарт организации (СО-34.35.311-2004)» и «Требования по выполнению условий электромагнитной совместимости на объектах электроэнергетики / Методические указания» (2005 г.);

8. Принципы совершенствования и развития АСТУ энергообъединений использованы в разработках ОАО «Институт «Энергосетьпроект», в том числе: ТЭО «Система технологического управления ОЭС Центра в нормальных и аварийных режимах. Реконструкция» (1997 г.), утвержденного приказом РАО «ЕЭС России» от 06.05.99 г. № 178 (на основании Заключения Главгосэкспертизы России от 24 декабря 1998 г., №2-1/17-688) и «Концепция технического перевооружения объектов автоматических и автоматизированных систем технологического управления (АСТУ), а также объектов электросвязи ЕЭС России и АО-энерго на период до 2015 года» (2002 г.), утвержденной НТС РАО «ЕЭС России», реконструкции комплекса АПНУ Костромской ГРЭС.

1. 2

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16,

17,

18,

1. Электрические системы. Электрические сети. / В.А. Веников, А.А. Глазунов, JLA. Жуков и др.: Под ред. В.А. Веникова, В.А. Строева 2-е изд. - М. Высш.шк., 1998. - 511 с.

2. Электротехнический справочник: ТЗ. Производство, передача и распределение электрической энергии / Под общ. ред. профессоров МЭИ, В Г. Герасимова и др. 8 изд., испр. и доп - М.: Издательство МЭИ, 2002. - 964 с.

3. Веников В.А., Идельчик В.И., Лисеев М.С. Регулирование напряжения в электроэнергетических системах М.: Энергоатомиздат, 1985. - 216 с.

4. МакаровскиП С.Н., Поздняков А.Ю., Хвощинская З.Г., Жуков А.В., Зимин JI.A., Маркун

5. А.И. Регулирование напряжения в системообразующих сетях ЕЭС России XIV НТК «Релейная защита и автоматика энергосистем 2000». Тезисы докладов, 2000, с. 183-185.

6. Ильиничнин В.В., Жуков А.В., Максимов Б.К., Аношин О.А., Юркии П.Л. Методика определения условий возникновения резонансных перенапряжений на линиях сверхвысокого напряжения в цикле ОАПВ. М., Изд-во МЭИ, Вестник МЭИ №5, 1998.

7. Техника высоких напряжений: Учебник для вузов / И.М. Богатенков, Ю.Н. Бочаров, Н.И. Гушерова, Г.М. Иманов и др.; Под ред. Г.С. Кучинского. СПб. Энергоатомиздат, 2003. - 608 с.

8. Атабеков Г.И. Теоретические основы электротехники. М.: Энергия, 1966.

9. Костенко М.В. Распределение электромагнитных волн вдоль многопроводной линии. // Электричество, 1960,№ 10.

10. Костенко М.В., Перельман Л.С., Шкарин Ю.П. Волновые процессы и электрические помехи в многопроводных линиях высокого напряжения. М.: Энергия, 1973.

11. Ильиничнин В.В., Коробков Н.М., Куликов Ю.А., Дикой В.П. Исследование резонансных перенапряжений в неполнофазных режимах работы электропередач СВН. Труды симпозиума «Электротехника-2010», сборник тезисов. М.: 1997, с. 51.

12. Фотин В.П. Компенсированные (гибкие) электропередачи переменного тока. Труды симпозиума «Электротехника-2010», сборник тезисов. М.: 1997, с. 45.

13. Базуткин В.В., Дмоховская Л.Ф. Расчеты переходных процессов и перенапряжений / М : Энергоатомиздат, 1983.

14. Долгннов А.И. Перенапряжения в электрических системах. М.-Л, Госэнергоиздат, 1962.

15. Дьяков А.Ф., Жуков А.В., Максимов Б.К. Юркин П.Л. Переходный феррорезонанс и его предотвращение в блочных схемах сверхвысокого напряжения «автотрансформатор линия». М., Изд-во МЭИ, Вестник МЭИ № 3, 2002 г.

16. Alternative Transients Program. Rule Book // EEUG (European EMTP-ATP User Groop), 19871992.

17. H.W. Dommel The EMTP Theory book, Second Edition. The University of British Columbia, 1994.

18. Дальние электропередачи 750 кВ. В 2-х ч. Под редакцией A.M. Некрасова и С.С. Рокотяна. М., «Энергия», 1974. 1975.19.20,21.24.