АНАЛИЗ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ
I. ВВЕДЕНИЕ
Повышение уровня развития систем и средств диспет- черского и оперативного автоматического управления базируется на введении технологий реального времени опирающихся на применение устройств синхронизиро- ванных векторных измерений (УСВИ).
Созданная «СО ЕЭС» система мониторинга переход- ных режимов (СМПР) включает в себя регистрацию параметров электроэнергетического режима с помощью УСВИ [1]. СМПР использует синхронные векторные измерения (СВИ) для реализации задач оперативно- диспетчерского управления.
Результат от введения технологии СВИ:
улучшение информации для оперативного и дис- петчерского персонала;
поднятие точности расчетов электроэнергетического режима на основе расчетных моделей оборудования и энергосистемы;
своевременное выявление низкочастотных коле- баний (НЧК), их демпфирование и связанное с этим повышение устойчивости работы генери- рующего оборудования;
сокращение числа нарушений колебательной или динамической устойчивости;
выявление и оценка последствий утяжеления электроэнергетического режима энергосистемы;
применение фазовых углов напряжений в алго- ритмах работы противоаварийной автоматики, приводящее к повышению точности противоава- рийного управления [2].
Технология СВИ позволяет фиксировать параметры в различных точках электроэнергетической системы (ЭЭС) в едином временном поле, благодаря чему появляется возможность решения задач мониторинга, управления, оценки состояния, моделирования и визуализации работы ЭЭС и поиска мест повреждения в режиме реального времени [3].
II. ОПИСАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И ВОЗМОЖНОСТЕЙ УСВИ Использование УСВИ обеспечивает более высокую точность измерений параметров электрического режима в отличие от стандартных средств телеизмерений:
допустимая относительная погрешность измерений тока и напряжения составляет 0,2 %;
точность измерения угла – 0,1;
точность синхронизации – 1 мкс;
абсолютная погрешность измерения частоты – 1 мГц;
дискретизация – 50(200) значений в секунду.
В УСВИ должны быть реализованы следующие функции [4]:
1) выполнение СВИ с нормированными погрешнос- тями измерений в статических и динамических условиях;
2) синхронизация с глобальными навигационными системами;
3) формирование на каждом установленном интервале времени кадра данных СВИ;
4) передача данных СВИ по одному из протоколов, установленных стандартами, с настраиваемым темпом передачи;
5) включение в каждый кадр данных СВИ метки времени UTC;
6) передача данных СВИ двум или более получа- телям;
7) регистрация и передача дискретных сигналов;
8) самодиагностика функционирования.
III. ПЕРЕЧЕНЬ ВОЗМОЖНЫХ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ
И ИХ АНАЛИЗ
Было проведено распознавание опасностей системы на основе качественного и количественного анализа данных. Учёт аварийных ситуаций необходимо начинать с идентификации типа повреждения.
Большинство повреждений в ЭЭС приводит к коротким замыканиям (КЗ) фаза – фаза (междуфазные) или фаза – земля. В ходе данного исследования были рассмотрены однофазные, междуфазные и трехфазные КЗ, включение и отключение выключателя нагрузки; изменение значения уставки напряжения генератора; отключение блока генератор-трансформатор на станции. Для КЗ характерно:
повышение частоты, причем наибольшее наблюда- ется в поврежденной фазе;
снижение напряжения во всех фазах (в большей степени в поврежденной);
увеличение тока во всех фазах (в большей степени в поврежденной).
Для отключения выключателя вместе с повышением частоты и напряжения следует понижение тока во всех трех фазах. Включение же выключателя сопровождается обратными явлениями. Изменение значения уставки напряжения генератора сопровождается изменением только напряжения.
IV. ТЕСТОВАЯ СХЕМА, ПРОВЕРКА РАБОТЫ АЛГОРИТМОВ ИДЕНТИФИКАЦИИ НА ТЕСТОВЫХ СИТУАЦИЯХ
Тестовая схема для измерений собрана в Real-time digital simulator (RTDS). Схема включает следующие эле- менты (рис. 1): генератор; выключатели; шины станции и бесконечной мощности (ШБМ); линии электропередачи с возможностью моделирования перемещающейся точки КЗ;
блоки, позволяющие задать КЗ; нагрузку; синхронный и асинхронный двигатели.
Для данной схемы были смоделированы ближнее однофазное КЗ в месте KZ1, дальнее однофазное КЗ в месте KZ2, дальнее междуфазное металлическое КЗ в месте KZ2, отключение и последующие включение выключателя Q5 управляющего нагрузкой, выключателя Q2 управляющего подключением линии, идущей к шинам бесконечной мощности, изменение значения уставки напряжения генератора.
Исходными данными для исследования были значения времени и пофазные значения токов, напряжений и частоты, полученные из RTDS в виде файла текстового формата, предназначенного для представления табличных данных.
Данный файл был преобразован в файл Excel. Каждому ряду значений I, U и f соответствуют определенные значения времени (измерения параметров производились один раз в 20 мс). Программа считывала данные из файла Excel и работала с ними.
Анализ данных происходил следующим образом:
в исходном файле Excel отмечались отклонения величин, характерные для определенного рода возмущений (силь- ные отклонения фиксировались в одной или нескольких фазах). При возмущениях всегда меняются все режимные параметры: частота (в меньшей степени), фазные напря- жения и токи. Отмечался участок, на котором данные отличались от нормальных и выделялся максимум (рис. 2).
В ходе анализа были выявлены закономерности (таблица) для каждого вида рассматриваемых возмущений, и на их основе был составлен алгоритм.
На рис. 3 представлен возможный алгоритм идентифи- кации (определения типа, времени и места возникновения) аварийных возмущений. Для повышения точности опреде- ления момента возникновения используются значения при- ращений режимных параметров. Максимальное прира- щение наблюдается в УСВИ, установленном максимально близко к точке приложения возмущения, и в режимном параметре, характеризующем повреждение.
АНАЛИЗ ВИДОВ НЕСИММЕТРИИ
Вид f U I
КЗ
К(3) f ↑ U ↓ I ↑
К(1) fa ↑ Ua ↓ Ia ↑
К(2) fab ↑ Uab ↓ Iab ↑
К(1,1) fab ↑ Uab ↓ Iab ↑ + Io
↑ уставки по U f ↑ (в начале) U ↑ I ↑ (в начале)
↓ уставки по U f ↓ (в начале) U ↓ I ↓ (в начале)
Отключение В f ↑ U ↑ I ↓
Включение В f ↓ U ↓ I ↑
Рис. 2 – Осциллограммы снятые в RTDS
Рис. 3 – Алгоритм определения аварийных ситуаций Рис. 1 – Тестовая схема для измерений
Рис.4 – Результаты работы алгоритмов идентификации аварийных ситуаций
Поскольку выходные сигналы УСВИ практически соответствуют входным сигналам терминалов релейной защиты, для определения видов аварийныйх возмущений целесообразно рассмотреть возможность применения алго- ритмов пусковых органов релейной защиты, определяющих тип коротких замыканий и других возмущений.
Пример работы одного из алгоритмов идентификации аварийных ситуаций показан на рис. 4. В результате работы программа выводит окно с сообщением о виде несимметрии, времени начала и времени окончания произошедшего события и осциллограммы измеряемых параметров в этот промежуток времени пофазно, а также показывает номер УСВИ, ближайшего к месту возникно- вения возмущения.
V.ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
В ЕЭС России функционируют СМПР, обеспечиваю- щие возможность применения СВИ для выполнения задач оперативно-диспетчерского управления [2]. Отечественные аппаратные средства СМПР успешно внедряются на объ- ектах России. По данным на 2017 г. уже установлено более восьмидесяти ПТК СМПР и 500 УСВИ, сорок концентраторов синхронизированных векторных данных.
При таком распространении УСВИ по территории РФ возникает интерес проводить идентификацию аварийных ситуаций в энергосистеме на основе данных УСВИ, как архивных, так и получаемых в режиме реального времени.
Точность и частота записи, синхронизация по времени всех данных, фиксируемых УСВИ, позволяют качественно анализировать происходящие события, определять тип, время и место аварийных возмущений.
Все алгоритмы, разработанные и проверенные в тесто- вой схеме (см. рис. 1), с помощью которых получены оценки типа, времени и места возникновения основных, часто встречающихся видов несимметрии и аварийных ситуаций, могут быть использованы и в системах реаль- ного времени.
Список литературы
[1] Жуков А.В., Дубинин Д.М., Опалев О.Л. Развитие систем мониторинга и управления в ЕЭС России на платформе векторных измерений параметров // Электро Энергия. 2014. Т. 23, № 2.
[2] Вопросы применения технологии синхронизирован-ных векторны измерений для задач мониторинга эксплуатацион-ного состояния электрооборудовани / Жуков А.В. [и др.] // Релейная защита и автоматика энергосистем: сб. докл. Междунар. науч.-техн. конф.
«СИГРЭ». СПб., 2017. С. 965–973.
[3] Помазков М.С., Цебровский А.Д. Разработка устройства синхронизированных векторных измерений // Электронный научно- практический журнал «Молодежный научный вестник». 2016. № 5.
[4] СТО 59012820.29.020.011-2016. Стандарт релейная защита и автома- тика. Устройства синхронизированных векторных измерений.
© IX Международная научно-техническая конференция «Электроэнергетика глазами молодежи – 2018»