Автореферат (Современные средства противоаварийного управления объединенными энергосистемами), страница 6

Отмеченные направления обеспечения селективности,24повышения чувствительности и быстродействия современных микропроцессорныхустройствзащитыипротивоаварийнойавтоматикинеизбежносвязанысмногочисленными численными и натурными экспериментами, которые направленына повышение эффективности методов, функциональных алгоритмов измерения иконтроля параметров режимов работы защищаемого электрооборудования. Из-зазначительной энергоемкости и больших затрат на проведение натурных физическихэкспериментов единственно возможным способом исследования является проведениечисленных экспериментов с использованием строгих математических моделей всехэлементов расчетной схемы электрической сети, включая первичные и вторичныепреобразователи электрических сигналов, которые используются в средствах РЗА.При этом математическое описание уравнений переходных процессов должнообязательноучитыватьреальноеконструктивноеисполнениеисследуемой(защищаемой) электроустановки. С учетом сказанного, автором в главе 3 былиразработаныуточненныематематическиемоделинелинейныхсиловыхтрансформаторов и градиентный параметрический численный метод интегрированиясадаптивнымшагоминтегрирования.Методикаисследованийуравненийнестационарных режимов работы силовых трехфазных трансформаторов в полноймере изложена в диссертации и из-за ограничений объема автореферата здесь неприводится.

Апробация этой методики выполнена при проведении опытнопромышленных испытаний по включению управляемой электропередачи 500 кВ«Житикара – Ульке» с ФПТ на ПС 500 кВ «Ульке». В результате проведенныхиспытаний были выявлены грубые ошибки проектирования и программнойреализации функциональных алгоритмов блокировки серийно выпускаемых средствпродольной токовой дифференциальной защиты силовых трансформаторов.Результаты научно-обоснованного подхода по созданию эффективной системызащиты силового оборудования первой на Евразийском пространстве управляемойэлектропередачи 500 кВ «Житикара - Ульке» (Казахстан) предопределили способы иметоды дальнейшего совершенствования основной (дифференциальной) защитытрансформаторного оборудования.

При создании новой системы токовой продольнойдифференциальной защиты ФПТ необходимо было учитывать особенности схем,групп обмоток автотрансформатора (АТ) и вольтодобавочного трансформатора (ВДТ,рисунок 10),атакжетранспозициюошиновки38,5 кВ.Дляобеспеченияселективности и нормативной чувствительности автором были разработаныметодические указания по расчету параметров срабатывания защиты этойуправляемой межсистемной ЛЭП.25Основная особенность этойметодики заключается в учететоков небаланса при расчететоковой продольной дифференциальнойзащиты,обу-словленных изменением токовнамагничиванияавтотранс-форматора (АТ) и вольтодобавочного (ВДТ) трансформаРисунок 10 – Подключение дифференциальной защитыВДТ к трансформаторам токатораприрегулированииобменной мощности:I нб Σ  I нб ВО  I нб РО ,(7)где I нб ВО , I нб РО - составляющие тока небаланса, обусловленные изменениемтоков намагничивания возбуждающей (ВО) и регулировочной (РО) обмоток,измеряемые в [А].Естественно, что значение отдельно взятой составляющей тока небаланса,обусловлено погрешностью соответствующих трансформаторов тока (рисунок 10) ирегулированием напряжения ВДТ и АТ:U ВО  U ВДТ ;U РО  U АТ    U ВДТ 22,(8)где U ВО , U РО - эквивалентные регулирующие эффекты по напряжению токовРО и ВО, о.

е.; U АТ , U ВДТ - диапазоны регулирования напряжения АТ и ВДТотносительно среднего положения переключающих устройств их регулировочныхобмоток, измеряемые в [о. е.].В результате спектрального анализа цифровых сигналов фазных токоввключения АТ (рисунки 11, 12) на холостой ход была установлена причина ложныхсрабатываний его токовой продольной дифференциальной защиты при учете впрограммном алгоритме пофазного управления выключателями 500 кВ. Ложныесрабатывания защиты были обусловлены относительно быстрым спадом (рисунок 12)токов удвоенной частоты, максимальное значение которых в фазах A и C составилооколо 20-22 %, при заданных параметрах срабатывания органа блокировкидифференциальной защиты были заданы равными 15-17 %.

Для обеспеченияселективной работы защиты потребовалось существенное снижение уставкисрабатывания органа блокировки до уровня 10-12 % и загрубление защиты(IСЗ min = 0,5-0,6 о.е.) в режиме включения автотрансформатора на холостой ход (ХХ).26Рисунок 12 – Изменение усредненныхфазных токов блокировки (100 Гц)дифференциальной защиты АТ при еговключении в режиме XXРисунок 11 – Осциллограмма фазных токоввключения АТ при его включении в режимеХХТакой экспериментальный подход к обеспечению селективности показалнеобходимость совершенствования методов и обоснования способов формированиярабочихсигналовисигналовблокировкивпусковыхрежимахсиловыхтрансформаторов для обеспечения нормативной чувствительности и обеспечениятребуемого быстродействия (не более 20 мс).Учитываявыявленныевпроцессепроведенияопытно-промышленныхиспытаний недостатки в третьей главе всесторонне исследована, научно обоснована ив результате численных и натурных экспериментов эффективно решена актуальнаязадачаповышениябыстродействияичувствительностисовременныхмикропроцессорных систем токовой продольной дифференциальной защиты силовыхтрансформаторов.

Для этого автором синтезирован нелинейный фильтр токовнамагничивания силовых трансформаторов, который применяется для адаптивнойкоррекции рабочих и тормозных сигналов защиты. Его вычислительный процессописывается системой нелинейных дифференциальных (9) и алгебраических (10)уравнений (с учетом нулевых начальных условий в режиме включения на ХХ): μ (t )  μ (t  dt )  Ls1  i1 (t ) t u (t )  i (t  dt )  R  iμ М (t  dt )  R  dt ;(9)f (t, μ ) ; iμ  iμ M  iμ R ,(10)t dt11u1 (t )  i1 (t  dt )  R1  iμ (t  dt )  RП ; iμ M (t ) где1Пψμ – потокосцепление, обусловленное результирующим потоком взаимнойиндукции, В·с; R1 , Ls1 - активное сопротивление и индуктивность рассеянияпервичной обмотки, измеряемые соответственно в [Ом] и [Гн]; u1 , i1 - сетевые фазныенапряжения и токи со стороны источника питания, измеряемые соответственно в[В] и [А]; iμ М , iμ R - составляющиерезультирующеготоканамагничивания,измеряемые в [А]; RП – сопротивление цепи протекания токов, вызывающих потери всердечнике, Ом.27Здесьследуетнапомнить,чтоиспользуемыевсхемеадаптивныхформирователей коррекционных сигналов динамические параметры R1, Ls1 и RПвычисляются в результате решения задачи параметрической идентификации,рассмотренной ранее в главе 2.

С учетом этого в главе дополнительно исследованывопросы устойчивости динамической вычислительной схемы адаптивныхформирователей коррекционных сигналов, в результатечего показана (рисунок 13)необходимостьобратнойсвязи, учитывающей влияниепотерь на перемагничивание.В разомкнутой вычислительной схеме (без учета потерь)возникает аддитивная ошибкана входе интегратора, котораяРисунок 13 – Осциллограмма тока iμ при отсутствии(сплошная линия) и наличии (штриховая линия) помехив итоге приводит к потереустойчивостичисленногорешения (штриховая линия, рисунок 13).

Для обеспечения селективности, повышениябыстродействия и чувствительности усовершенствованной токовой продольнойдифференциальной защиты трансформаторов автором предложена линеаризацияхарактеристики срабатывания с использованием токов намагничиваниятрансформаторов. Апробация и оценка эффективности коррекции токаминамагничивания динамической характеристики срабатывания токовой продольнойдифференциальной защиты выполнена с использованием базы данных цифровыхосциллограмм натурных экспериментов по включению в режиме холостого ходасиловых трансформаторов различного типа и номинальной мощности.На рисунках 14, 15 показаны результаты одного изэкспериментов по исследованию физических процессоввключениятрансформатораТД-40 000 / 110. Анализ характеристик изменения тока сраРисунок 14 – Осциллограммы измеренного (сплошнаялиния) и расчетного (штриховая линия) токанамагничивания i B μ фазы B при включениитрансформатора ТД-40 000 / 110 в режиме ХХбатываниязащитыIСЗ(рисунок 15) показал, что приинтервалеусреднения28 = 20 мс его минимальная величина может быть задана равной IСЗ min = 0,2 о.е., чтоудовлетворяет нормативным требованиям чувствительности защиты.

Следует такжеотметить, что ошибки взадании параметров фильтраобусловливаютповышенноезатухание и меньшее искажениерасчётныхпервичныхсигналов силовых трансформаторов и, как следствие, приводят к незначительному загрублению защиты при внешРисунок 15 – Изменение IСЗ дифференциальнойзащиты трансформатора ТД-40 000 / 110 в режиме еговключения на холостой ход при вариации интервалаинтегрирования ( = 10 мс - штриховая линия;  = 15 мс- пунктирная линия;  = 20 мс - сплошная линия)них КЗ - величина минимального тока срабатывания защиты должна быть заданаравной IСЗ min = 0,26-0,27 о.е.В четвертой главе изложены результаты теоретических исследований ичисленныхэкспериментоввысокочувствительнойтоковойприразработкепродольнойбыстродействующейдифференциальнойизащитымежсистемных линий электропередачи с адаптивной компенсацией токов смещения.По современным оценкам и данным филиалов Системного оператора Единойнациональной энергосистемы России степень компенсации реактивной мощности всистемообразующей сети в среднем составляет около 50 % для линий 500 кВ и неболее 65 % для линий 750 кВ.