статья (DOC, 0.2 Мб)

Опыт внедрения и эксплуатации микропроцессорного устройства
автоматической ликвидации асинхронного режима
В.Е. Глазырин, Новосибирский государственный технический университет,
Г.А. Олефиров, ОАО "Таймырэнерго"
Ю.Е. Полозова, Новосибирский государственный технический университет,
Г.П. Попов, Институт автоматизации энергетических систем
Задачи надежного и своевременного распознавания асинхронных режимов в
электрических системах нуждаются в современных методах решения, адекватных
требованиям к защите силового оборудования и сохранению устойчивости параллельной
работы системы. Весьма важным является своевременное, селективное и надежное
выявление асинхронного режима в энергосистеме с целью его быстрейшего прекращения
и восстановления параллельной работы генераторов энергосистемы. Последние годы в
область
релейной
защиты
и
системной
автоматики
интенсивно
внедряются
микропроцессорные устройства, которые дают разработчикам исключительно мощные
средства для применения новых принципов и алгоритмов. К такому виду автоматики
относится устройства для автоматической ликвидации асинхронного режима (АЛАР).
При реализации АЛАР использован принцип действия, основанный на анализе
изменения вектора
P
P U
Z
. Этот принцип применен в типовых панелях АЛАР,
I P
однако в них оказалось невозможным использовать в полной мере его возможности из-за
ограничений накладываемых примененными аппаратными средствами:
 очень низкая эффективность выявления асинхронного режима на первом цикле;
 существенные ограничения при обеспечении требуемой чувствительности и
селективности настраиваемого устройства, обусловленные использованием реле
сопротивления с круговой ( эллиптической ) характеристикой;
 малые значения скольжения отказа устройства ( достигающие 1 - 2 Гц ), вызванные
недостаточной чувствительностью реле сопротивления с круговой (эллиптической)
характеристикой при нахождении ЭЦК при асинхронном режиме вблизи ее
максимального и минимального значения;
 значительные габаритные размеры устройства и потребление мощности от
источников оперативного тока.
Применение
цифровой
вычислительной
техники
позволяет
избавиться
указанных недостатков, а также получить ряд дополнительных преимуществ.
от
Для получения лучших характеристик микропроцессорной системы АЛАР
применены реализованные программно реле сопротивления с характеристиками
срабатывания в виде равнобочных трапеций, смещенных произвольным образом
относительно осей R и X. Характеристика реле сопротивления задается следующими
параметрами: высота трапеций, длины верхних и нижних оснований, угол наклона высоты
к направлению оси R, величины смещений центров трапеций по осям R и X.
Совокупность двух дистанционных органов (грубого и чувствительного) и органа
направления мощности (ОНМ) является органом выявления асинхронного режима
(ОВАР). Принципиально вид характеристики может быть ограничен только требованиями
селективности выявления асинхронного режима в контролируемом сечении при
проектировании устройств АЛАР.
Такой подход к заданию параметров срабатывания измерительных органов
обеспечивает широкие возможности для выбора параметров срабатывания органов, не
ограниченные
возможностями
измерительных
органов,
что
имеет
место
при
использовании аналоговых органов.
Программная реализация выбранных характеристик срабатывания открывает
возможность выполнения нескольких ОВАР, работающих "параллельно", каждый из
которых контролирует свой годограф или группу годографов. Количество "параллельно"
работающих ОВАР определяется при выборе уставок микропроцессорной АЛАР и
ограничиваться только производительностью микропроцессорных средств.
Для обеспечения селективной работы ОВАР отстраиваются от коротких
замыканий (КЗ). Отстройка ОВАР от КЗ осуществляется по принципу оценки интервала
времени между последовательными срабатываниями чувствительного и грубого органов
сопротивления.
Основой для реализации перечисленных возможностей является формирование
 P и I P , которые формируются на базе выполняемых замеров
комплексных значений U
мгновенных значений токов и напряжений контролируемого объекта. Поскольку
разработанные аппаратные средства позволяют получить одномоментный замер токов и
напряжений,
в
АЛАР
реализовано
мгновенное
"фотографирование"
ситуации.
Использование одномоментного замера позволяет, кроме того, достигнуть независимости
замера тока и напряжения от частоты, что позволяет сделать замеры независимыми от
величины частоты скольжения асинхронного режима.
 P в комплексной
Для выявления АР осуществляется анализ движения вектора Z
плоскости сопротивлений. Выявление асинхронного режима на первом цикле основано на
фиксации перехода угла между ЭДС двух эквивалентных генераторов через значение,
  180  .
близкое к критическому
Этому соответствует прохождение вектора
P
Z
через электрический центр качаний, который находится в зоне действия дистанционных
органов и на характеристике срабатывания ОНМ.
Замеряя текущие значения токов и напряжений в контролируемом сечении, МПАЛАР определяет текущее значение вектора
 P и на основе анализа движения этого
Z
вектора в комплексной плоскости сопротивлений выявляет асинхронные режимы работы.
Устройство выполнено двухступенчатым и обеспечивает, кроме формирования
выходных
сигналов
для
каждой
ступени,
дополнительные
выходные
сигналы,
соответствующие различным знакам скольжения ("торможение" и "ускорение").
Первая ступень осуществляет выявление асинхронного режима на его первом
цикле путем распознавания очередности прохождения вектора
области
комплексной
срабатывания
ОНМ,
плоскости
грубого
сопротивлений,
дистанционного
P
Z
разделяемые
органа
(ГО)
через различные
характеристиками
и
чувствительного
дистанционного органа (ЧО).
 P движется
При возникновении асинхронного режима в энергосистеме вектор Z
из области, соответствующей предаварийному режиму и расположенной вне зон действия
дистанционных органов, проходит через область, в которой ЧО срабатывает, а ГО нет,
затем попадает в зону действия ГО. Таким образом фиксируется плавный подход вектора
 P к положению, соответствующему критическому углу сдвига между ЭДС двух
Z
энергосистем. Срабатывание первой ступени происходит при изменении положения ОНМ,
по направлению переключения которого определяется знак скольжения.
При срабатывании первой ступени АЛАР выдается сигнал о срабатывании
P :
ступени, а также один из сигналов, указывающий направление движения вектора Z
"ускорение" или "торможение".
Принцип действия второй ступени основан на контроле заданного уставкой
количества
полных
циклов
асинхронного
режима.
Завершение
полного
цикла
асинхронного режима фиксируется по изменению состояния ОНМ при нахождении
 P вне зон действия дистанционных органов.
вектора Z
В АЛАР предусмотрен контроль длительности циклов асинхронного режима для
второй ступени. При этом, если длительность цикла превышает заданное уставкой
значение, выполняется возврат АЛАР в исходное состояние.
Описанные принципы определяют работу одного ОВАР. Наличие возможности
одновременной работы нескольких ОВАР с действием на общие выходные органы
позволяет
перекрыть
любые
необходимые
сочетания
областей
срабатывания
дистанционных органов и ОНМ.
Поскольку для обеспечения правильной работы АЛАР необходимо одновременно
контролировать большое количество параметров и реализовать сложную логику с учетом
длительности состояний и очередности их появления, поэтому для определения состояние
органов направления мощности и дистанционных органов были использованы методы
«Теории распознавания образов». Положение зон срабатывания дистанционных органов в
комплексной плоскости сопротивлений выбирается таким образом, чтобы они охватывали
расчетный центр качаний. При таком расположении характеристик срабатывания вся
комплексная плоскость сопротивлений разбита на 6 зон.
Рис. 1. Характеристики срабатывания ОВАР в комплексной области сопротивлений
Если сопротивление Z r попадает в зону действия какого-либо органа, то этому
соответствует "1" в соответствующем разряде регистра состояния органов. В противном
случае в этом разряде устанавливается "0". Таким образом, для полного описания
положения Z r относительно зон действия достаточно иметь три разряда, которые
объединяются в "код состояния измерительных органов" (КСИО). Поскольку для
выявления АР важно не то, в какой зоне в данный момент находится Z r , а в каком
порядке и с какой скоростью он проходит эти зоны, предусматривается формирование 16разрядного слова, в котором поочередно записываются в момент перехода Z r из одной
зоны в другую текущие значения КСИО (при этом перед записью КСИО в младшие
разряды слова осуществляется его логический сдвиг влево на три разряда).
Таким
образом, в одном 16-разрядном слове хранится информация о траектории движения конца
вектора Z r за время прохождения им четырех границ между зонами.
Реально возможным траекториям движения конца вектора Z r при асинхронном
режиме соответствует весьма ограниченный словарь признаков, использование которого
позволяет, кроме факта асинхронного хода, определить и направление относительного
движения векторов ЭДС в асинхронном режиме, что необходимо для определения
характера
управляющих
воздействий
противоаварийной
режимной
автоматики.
Некоторое расширение словаря позволяет надежно выявлять синхронные качания
независимо от их глубины.
Без учета времени нахождения конца вектора Z r в каждой из зон невозможно
выявление асинхронного режима на первом цикле. Поэтому для более полной
характеристики образа переходного процесса в алгоритм введена проверка длительности
нахождения конца вектора Z r в каждой из зон. Если время его пребывания в
соответствующей зоне оказывается больше заданной уставки, то факт ее превышения
фиксируется в дополнительном регистре "кода состояния таймеров" (КСТ). Аналогично с
КСИО значения, формируемые в КСТ в моменты перехода из одной зоны в другую,
заносятся в слово временных состояний (формирование которого осуществляется путем
логического сдвига предыдущего значения и добавления нового).
Введение дополнительной информации позволило расширить словарь, включив в
него сочетания, учитывающие не только траекторию движения, но и время нахождения
конца вектора Z r
в каждой из зон. Для реализации алгоритма работы МП АЛАР
достаточно фиксировать превышения времени нахождения конца вектора Z r в данной
зоне над значением уставки.
Устройство АЛАР прошло лабораторные испытания на электродинамической
модели. Испытания проводились совместно с комиссией, в состав которой входили
представители ОДУ Сибири, МЭС Сибири, ОАО Новосибирскэнерго, ОАО Алтайэнерго,
ОАО Кузбассэнерго, ОАО Таймырэнерго, ОАО Томскэнерго, ОАО Красноярскэнерго,
ОАО Иркутскэнерго. Результаты испытаний показали достаточную надежность и
эффективность функционирования устройства.
С февраля 2001 года и по настоящее время семь комплектов этого устройства
находятся в эксплуатации в энергосистеме Таймырэнерго. За этот период времени
неправильных действий этих устройств не наблюдалось. Один из установленных
комплектов 22 июля 2005г селективно выявил асинхронный ход и ликвидировал его
отключением линии 220кВ. Отключение лини было произведено второй ступенью АЛАР,
так как первая ступень была выведена из работы накладкой. На рисунках 2 и 3
представлены осциллограммы работы АЛАР на первом и втором цикле с торможением
системы.
Рис. 2. Срабатывание первой ступени АЛАР
Рис. 3. Срабатывание второй ступени АЛАР
Выводы:
1. Для реализации алгоритма МП-АЛАР использован метод определения Z P на базе
мгновенных замеров токов и напряжений трех фаз, позволяющий сделать замеры
независимыми от величины частоты скольжения асинхронного режима.
2. Использование для построения ОВАР характеристики в комплексной плоскости в виде
равнобочной трапеции, произвольным образом смещенной относительно осей R и X,
обеспечивает широкие возможности для выбора параметров срабатывания органов.
3. Для выявления АР использованы методы теории распознавания образов, что позволяет
контролировать большее количество параметров и реализовывать сложную логику.
4. Получен положительный опыт промышленной эксплуатации микропроцессорного
устройства АЛАР и подтверждено надежное выявление асинхронных режимов.