Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

АНАЛИЗ СИСТЕМ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ОСУЩЕСТВЛЯЮЩИХ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ СЕТИ

Ахмедова О.О. 1 Сошинов А.Г. 1 Панасенко М.В. 1
1 Камышинский технологический институт (филиал) Волгоградского государственного технического университета
Быстрое предотвращение развития аварии и восстановление электроэнергетической системы при повреждении отдельных ее элементов становится ключевой проблемой управления ею. Задача обеспечения надежного электроснабжения решается с помощью системы управления сетью, которая создает условия его непрерывности и автоматической локализации поврежденного элемента сети, исключая необходимость ручного отключения с предварительным предупреждением потребителя. Микропроцессорные устройства релейной защиты (МП РЗ) обладают новым принципиально важным свойством, которого так не хватало в полной мере предшественникам (электромеханическим реле), – возможностью запоминать информацию (сигналы) и использовать ее в дальнейших операциях. Поэтому на основе зарегистрированной и обработанной информации цифровые устройства РЗ способны сформировать аргументированное заключение не только о настоящем, но и о будущем состоянии контролируемого объекта. Для классических методов защиты характерна запаздывающая реакция на возникшее повреждение, обусловленная конечным временем измерения и оценивания параметров. Это приводит к необходимости выполнения экстренных операций по локализации повреждений, что неизбежно создает нежелательные возмущения для энергосистемы. К тому же провести детальную диагностику повреждения, как правило, при этом невозможно из-за дефицита времени.
повреждения
прогнозирование
релейная защита
параметры воздушных линий
1. Беляков Ю.С. Распределённые параметры в расчётах режимов электрических систем. – М.: НТФ «Энергопрогресс», 2011. – 96 с.
2. Булычев А.В Защита упреждающего действия для электродвигателей // Новости Электротехники. – 2011. - №5(71)
3. Булычев А.В Релейная защита нового поколения. Требования к первичным преобразователям сигналов // Новости Электротехники. – 2010. - №5(65)
4. Герасименко А.А. Передача и распределение электрической энергии / А.А. Герасименко, В.Т. Федин – Ростов-н/Д.: Феникс, 2006. – 720 с.
5. Мирошник А.А. Уточненные алгоритмы расчёта потерь электроэнергии в сетях 0,38 кВ в реальном времени// Problemele energeticii regionale. 2010.№2(13). с. 35-42

Релейная защита является важнейшей системой, от надежности и правильной работы которой во многом зависит надежность электроснабжения потребителей.  Релейная защита не может защитить от аварийных режимов, то есть не может предотвратить возникший аварийный режим в системе электроснабжения, а может лишь ограничить масштабы его воздействия во времени и в пространстве на эту систему, то есть снизить материальный ущерб от аварии, и не более того [2]. Все вышесказанное относится к исправному реле защиты и к его правильной работе. Но ведь реле защиты, как и любое другое сложное техническое устройство, может выйти из строя. При этом в случае возникновения аварийного режима такое неисправное реле уже не сможет ограничить масштабы его воздействия во времени и в пространстве на энергосистему. 

Управление ЭЭС, сводится к непрерывному контролю параметров, определяющих режимы, и целенаправленному воздействию на отдельные элементы ЭЭС с помощью специальных методов и технических средств.

Функциональная схема такого управления сетью в плане автоматики и защиты от однофазных замыканий представлена на рис. 1.Экстраполирование и прогнозирование явлений в контролируемых объектах, мониторинг их эволюции и раннее (предаварийное) обнаружение потенциальных повреждений объекта позволяют сформировать предупреждение о приближении возможной аварии. В дополнение к симптомам, которые оцениваются количественно, иногда можно сформировать и эвристические, использующие качественную информацию от персонала, наблюдающего за контролируемым объектом. Это служит основой упреждающих функций РЗ.

Контролируемый устройством релейной защиты объект остается в работе до тех пор, пока его параметры находятся в пределах установленных допусков. В случае выхода одного или нескольких контролируемых параметров за пределы допусков объект выводится из работы и принимаются меры для восстановления его рабочего состояния [1].

В устройствах РЗ реализуется общий допусковый принцип текущего контроля, когда обнаружение дефектов производится по результатам сравнения измеренных и вычисленных параметров с допустимыми значениями.

Непрерывный контроль с экстраполяцией и оцениванием параметров для будущего состояния позволяет реализовать упреждающую защиту объекта, которая обеспечивает раннее (предаварийное) обнаружение потенциальных повреждений (развивающихся дефектов) объекта и прогнозирование их эволюции[4].

Цель раннего обнаружения дефектов состоит в том, чтобы выиграть достаточный запас времени для детальной диагностики и выработки упреждающих мер, не требующих применения внезапных воздействий на объект. При этом не создается аварийной ситуации и локализация потенциального повреждения не сопровождается внезапными возмущениями энергосистемы (рис. 1). Формально, если отсчет начинать от момента возникновения повреждения, время срабатывания защиты с упреждающими функциями можно считать отрицательным.

ahmedova1_ris_1.tif

Рис. 1. Функциональная схема АСЦУ

При защитах традиционного типа, обычно контролируются только два параметра – это ток, проходящий по воздушной линии и напряжение сети. Для создание упреждающей защиты предлагается помимо основных контролировать и дополнительные параметры, такие как погодные условия, влияющие на ёмкость линии и сопротивление грунта [3].

ahmedova1_ris_2.tif

Рис. 2. Сравнения действия защиты с прогнозирующими функциями с традиционной защитой

ahmedova1_ris_3.tif

Рис. 3. Обобщенная схема функций системы контроля параметров и защит с прогнозирующими функциями

Современные задачи электроэнергетики предъявляют высокие требования к точности учета параметров многопроводных линий не только на промышленной частоте, но и в значительно более высокой частотной области. Такие требования в первую очередь обосновываются появлением передовых алгоритмов релейной защиты и автоматики, базирующихся на явлении конечной скорости распространения высокочастотных волновых процессов в многопроводных линиях. Электромагнитная волна, распространяясь вдоль линии электропередачи, наводит индуцированные токи (поверхностный эффект) в земле. Потери энергии волны на создание этих токов определяются как геометрическими параметрами системы проводов, так и параметрами грунта. В симметричной системе координат этому явлению (возврату через землю) соответствует нулевая последовательность.

Ток срабатывания РЗ каждой ЛЭП по условию селективности необходимо отстраивать от емкостного тока 3I ол, проходящего по защищаемой ЛЭП при замыкании на землю на других присоединениях, и от тока небаланса, появляющегося в ТНП при внешних междуфазных КЗ. 

Так как ток замыкания при однофазном повреждении на землю протекает по поверхности земли, следовательно для верного функционирования защиты нулевой последовательности необходимо учитывать сопротивления грунта, так как контур протекания тока будет определяться местом повреждения, грунтом и заземленной нейтралью силового трансформатора. Циркуляция токов нулевой последовательности отличается от пути прохождения токов других последовательностей, и определяется соединением обмоток участвующих в схеме трансформаторов. Ток нулевой последовательности является однофазным током, разветвлённым между тремя фазами и возвращающимся через землю и параллельные ей цепи.

Параметры земли имеют сильную зависимость от погодных условий. По этой причине параметры линии не могут приниматься одними и теми же для всех погодных условий. Необходима оперативная корректировка расчетной модели линии при изменении погоды.

Главная трудность точного определения сопротивления нулевой последовательности ВЛЭП связана с учетом распределения тока в земле. Достаточно полное и строгое решение в предположении постоянства электрической проводимости земли выполнено Карсоном. Но в ряде имеющих место на практике случаях (например, линия проходит параллельно водоему или скальному образованию) поверхность земли не может быть представлена однородной полубесконечной плоскостью. Поэтому аналитические методы учета явления конечной проводимости земли не применимы. В данном случае необходимо использовать гораздо более ресурсоёмкие численные методы расчетов (например, метод конечных элементов).

Выводы

На основе выше изложенного предполагается создание многомерной математической модели позволяющей на основании исходных данных о погодных условиях, времени года, сопротивлении грунта, тока, напряжения и т.д. прогнозировать возникновение повреждения и производить переключения таким образом, что время перерыва в питании можно минимизировать до такой степени, что потребитель практически не будет его ощущать, а так же более точный расчет параметров релейной защиты позволит увеличить чувствительность и избежать отказов срабатывания либо ложного срабатывания защиты.


Библиографическая ссылка

Ахмедова О.О., Сошинов А.Г., Панасенко М.В. АНАЛИЗ СИСТЕМ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ОСУЩЕСТВЛЯЮЩИХ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ СЕТИ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2016. – № 12-3. – С. 390-393;
URL: https://www.applied-research.ru/ru/article/view?id=10845 (дата обращения: 24.01.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074