Алгоритм дальнего резервирования

Мы публикуем статьи наших сотрудников с молодежной конференции Академии электротехнических наук Чувашской республики (АЭН ЧР) «Электротехника, электроэнергетика, электромеханика – 2018», в ходе которой были рассмотрены актуальные вопросы развития релейной защиты и автоматизации, например, прозвучал доклад на тему «Алгоритм дальнего резервирования». Авторы данной статьи являются сотрудники компании Релематика: Макашкин Ф.А., Мартынов М.В.

Аннотация: В данной работе рассматривается алгоритм защиты дальнего резервирования и способ определения поврежденного ответвления с применением методов алгоритмических моделей.

Линии электропередачи с ответвлениями находят широкое распространение в электрических сетях. Электроснабжение практически всех потребителей осуществляется с использованием распределительных сетей напряжением 35-220 кВ. Эти сети представляют собой достаточно сложную и разветвленную структуру. С целью экономии средств, для питания потребителей сооружались ответвительные и проходные необслуживаемые подстанции, выполненные по упрощенным схемам. Главной особенностью данных подстанций является применение пары высоковольтных коммутационных аппаратов «отделитель-короткозамыкатель» вместо выключателя на стороне высшего напряжения, поэтому для повышения надежности ликвидации аварийных режимов появилась необходимость использования релейных защит дальнего резервирования, устанавливаемых на удаленных подстанциях [1].

Для моделирования процессов, происходящих в электроэнергетических системах, в исследовании используется имитационная модель, реализованная в программном комплексе Matlab/Simulink. В качестве защищаемого объекта рассматривалась модель линии с двухсторонним питанием и тремя ответвлениями. На рис. 1 представлена схема имитационной модели.

При реализации функций дальнего резервирования основными проблемами являются:

• отстройка от нагрузочных (транзитных) токов линии;
• наличие значительной двигательной нагрузки защищаемого участка сети;
• наличие нескольких источников питания;
• включение силовых трансформаторов (отстройка от броска намагничивающего тока).

С целью отстройки от режимов пуска и самозапуска для каждого ответвления доля двигательной нагрузки принимается значительной. Для задания параметров модели асинхронного двигателя используется инструмент Matlab «power_AsynchronousMachineParams».

В основе предлагаемого способа лежат алгоритмические модели, которые связывают наблюдаемые величины с величинами в интересующей нас точке энергосистемы. При использовании алгоритмических моделей появляется возможность не только выявить аварийный режим, но и определить поврежденное ответвление. На рис. 1 представлена схема расположения виртуальных реле.

Рис. 1. Схема имитационной модели и расположения виртуальных реле

Для решения проблемы защиты дальнего резервирования рассматривалось следующие замеры:

• по току: F = I^тек / I^пд = (I^ав +I^пд) / I^пд   (1)

• по напряжению: K = U^ав / U^пд   (2)

где I^ав, U^ав – ток и напряжение аварийного режима;

      I^пд, U^пд – ток и напряжение предшествующего режима;

• комбинированные: Z = U^тек / I^ав = (U^ав + U^пд) / I^ав   (3)

В случае использования одностороннего наблюдения верно определить повреждённое ответвление удаётся только в ограниченном числе повреждений. Это связано с тем, что на комплексной плоскости области отображения коротких замыканий различных режимов пересекаются. Поэтому повреждённое ответвление может быть определено однозначно только в тех режимах, области отображения которых не пересекаются.

Если же использовать информацию с двух сторон, то есть по концам линии, то возможно увеличить количество распознаваемых режимов для каждого ответвления. Поэтому имея информацию только с одного конца пересчитываем величины на другой при помощи алгоритмических моделей объекта, тем самым решая проблему определения поврежденного ответвления. Таким образом определить поврежденное ответвление можно только тогда, когда замер лежит в области КЗ своего ответвления, построенной по значениям в месте наблюдения и по значениям АМО. Но одновременно с этим это условие не должно выполняться для двух других ответвлений. Алгоритм определения поврежденного ответвления представлен на рис. 3, на котором Sα_s1 и Sα_r1 – область отображения коротких замыканий 1-ого ответвления, полученные по значениям в месте наблюдения и от АМО4, аналогично для 2-ого и 3-ого ответвлений соответственно имеем Sα_s2, Sα_r2 и Sα_s3, Sα_r3.

Рис. 3. Алгоритм определения поврежденного ответвления

Рис. 4. Отображение областей КЗ ответвлений замера Z а) сформированного по значениям в месте наблюдения и б) сформированного по значениям, полученным от АМО4

Выводы

• Предложен алгоритм защиты дальнего резервирования и способ определения поврежденного ответвления с применением методов алгоритмических моделей.

• Полученные результаты подтверждают возможность применения данного способа для реализации функций защиты дальнего резервирования.
  

Литература

• Кожин А.Н., Рубинчик В.А. Релейная защита линий с ответвлениями. – М.: издательство «Энергия», 1967. – 264 с. 

• Лямец Ю.Я., Мартынов М.В., Маслов А.Н. Метод алгоритмических моделей. — Релейщик, 2017, №3, с.16-19