Диссертация (1143218), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Естественно, чтозначительная энергоемкость, металлоемкость и большие затраты напроведение натурных физических экспериментов не позволяют провеститщательныеиполноценныеисследованиядинамическихсвойствмикропроцессорных устройств защиты и диагностики. В этом случаеединственно возможным способом исследования является применениесовременных численных методов, реализующих строгое математическое137описание всех элементов расчетной схемы электрической сети, включаяпервичные и вторичные преобразователи электрических сигналов, которыеиспользуются в средствах РЗА. Поскольку при проведении компьютерныхэкспериментов возникает необходимость исследовать наиболее характерныенормальные и аварийные (внешние и внутренние повреждения) режимыработызащищаемогосиловогоэлектрооборудованияматематическоеописание уравнений переходных процессов должно обязательно учитыватьего реальное конструктивное исполнение.
Разрабатываемая таким образомматематическая модель силового и вспомогательного (измерительного)электрооборудования будет являться адекватной и обладать достаточнополными свойствами подобия. Применение достоверных математическихмоделейпозволяетэлектроустановокнаиболееприполноипроведенииэффективноисследовательскихиспользоватьзадачдостижениясовременной микропроцессорной техники. В частности, такой подходреализуется в [151, 153, 155, 156] для контроля режимных параметровэлектрооборудования в темпе процесса изменения электрических сигналов,чтооткрываетвозможностидляразработкикачественноновыхфункциональных алгоритмов диагностики, управления и защиты.Однако, несмотря на перспективность указанного направления, естьопределенные трудности и особенности, как разработки, так и применениячисленных методов исследования переходных процессов нелинейныхдинамическихсистем.Основнаяпроблемачисленнойпрограммнойреализации математического описания переходных процессов силовых иизмерительных трансформаторов заключается в совместном решении системнелинейных алгебраических и дифференциальных уравнений.
Следуетотметить, что большинство существующих программных комплексов(MatLab Simulink,ATP Draw,LabView MultiSim,EMTPидр.)неориентированы на проведение расчетных исследований при описанной вышепостановке задачи. Указанное широко распространенное программноеобеспечение реализует численное решение системы дифференциальных138уравнений с постоянными коэффициентами интегрирования (R, L, C) и неучитываетдействительнуюконструкциюмагнитопроводасиловыхиизмерительных трансформаторов, нелинейность индуктивных параметровкоторых учитывается опосредованно заданием эквивалентной (без моделигистерезиса)характеристикинамагничивания.Решениевопросаовозможности применения уже разработанных алгоритмов усложняется ихзакрытостью (невозможностью модификации, отладки), а также отсутствиемколичественной оценки и контроля ошибок численного решения.
С учетомсказанного,особоматематическогоактуальнымописанияистановитсячисленныхразработкаадекватногопрограммныхалгоритмовисследования переходных процессов в силовых трансформаторах с учетомдинамических характеристик измерительного тракта микропроцессорныхсредств РЗА. Решение данной проблемы с достаточной полнотой излагаетсяв настоящей главе диссертации.Практическая значимость представленных в работе методов иалгоритмов численного расчета нестационарных режимов ЭЭС, заключаетсяв интеграции созданного автором математического описания и программногообеспечения с комплексной системой реального времени испытаний идиагностики (DoRTSD – Real-Time System of Diagnostics) силовогоэлектрооборудованияпротивоаварийнойимикропроцессорныхавтоматики,котораясредствразработанаРЗАнаикафедре«Электрические станции и автоматизация энергосистем» ФГАОУ ВО«Санкт-Петербургскийгосударственныйполитехническийуниверситетимени Петра Великого».
С применением этой системы автором проведеныиспытания систем возбуждения дизель-генераторов системы собственныхнужд Курской АЭС и систем возбуждения турбогенераторов ЛенинградскойАЭС (Приложении А, Акты внедрения результатов работы).Многочисленныекомпьютерныеисследованияичисленныеэксперименты, а также действительные натурные испытания силовоготрансформаторного оборудования продольно-поперечного включения в139составе управляемой электропередачи и её комплексная система защиты,разработанная при непосредственных методических рекомендациях автора,легли в основу материалов настоящей главы.Результаты научно-обоснованного подхода по созданию эффективнойсистемызащитысиловогооборудованияпервойнаЕвразийскомпространстве управляемой электропередачи 500 кВ «Житикара - Ульке»(Казахстан)предопределилисовершенствованияспособыосновныхиметодыдальнейшего(дифференциальных)защиттрансформаторного оборудования.
Все эти научные результаты, полученныелично автором, изложены в нижеследующих разделах.3.2. Методическиеэффективностиаспектысистемыиэкспериментальныезащитысиловогоисследованиятрансформаторногооборудования межсистемной управляемой электропередачи3.2.1. Особенностисистемырелейнойзащитыуправляемойэлектропередачи с фазоповоротным трансформаторомПервая управляемая межсистемная электропередача сверхвысокогонапряжения 500 кВ Северный Казахстан – Актюбинская область былавведена в эксплуатацию в феврале 2009 года. Для управления потокамимощности системообразующей сети 500 кВ республики Казахстан, а такжедля перераспределения мощности между электрическими сетями 220 кВРоссии и Казахстана на ПС 500 кВ «Ульке» (Казахстан) был внедренфазоповоротный комплекс (FACTS – Flexible AC Transmission System) спропускной способностью 400 МВА.Конструктивно фазоповоротный трансформатор (ФПТ) или комплекссостоит из автотрансформатора (АТ) и вольтодобавочного трансформатора(ВДТ) с электромеханическими переключателями для регулирования140коэффициентов трансформации.
Регулируемая вторичная обмотка (РО2)ВДТ, и регулируемая (РО1) и общая обмотки (ОО) АТ образуютпоследовательнуюсхемусуммирования(рисунок 3.1).Номинальнаямощность ФПТ составляет Sном = 400 МВА. При этом номинальная мощностьАТSном = 3×167 МВА.SномВДТ = 400 МВА,НоминальнаятиповаямощностьмощностьВДТSтипВДТ = 146 МВА.составляетДиапазонрегулирования коэффициентов трансформации АТ КВН-СН, КСН-НН равен±8×1,5 % (число ступеней регулирования равно 16). Диапазон регулированиякоэффициентатрансформацииВДТКВДТ :0 – 2,17(числоступенейрегулирования равно 16).Рисунок 3.1 – Схема электрических соединений обмоток фазоповоротноготрансформатораПО – последовательная обмотка АТ; ОО – общая обмотка АТ;РО1, РО2 – регулировочная обмотка АТ и ВДТ, соответственно;КО1, КО2 – компенсационная обмотка АТ и ВДТ, соответственно;ВО – возбуждающая обмотка ВДТ.Первичнаясхемасоединенияфазоповоротноготрансформатора,приведенная на рисунке 3.1, позволяет выявить следующие особенности141повреждений фазоповоротного трансформатора.
Кроме широко известныхповреждений, характерных для автономно работающих автотрансформатораи вольтодобавочного трансформатора, опасными становятся замыкания,возникающие в их дополнительных (компенсационных) обмотках. Также прирешении общих вопросов построения системы релейной защиты ФПТприходится считаться с повреждениями их соединительных элементов(ошиновки АТ и ВДТ).В связи с особенностями конструкции и повреждений фазоповоротногокомплексавозникаетнеобходимостьтщательногоисследованияегопереходных режимов с целью научно-обоснованного формулированиятребований к создаваемой оригинальной («нетиповой») системе контроля изащиты.Такжеследуетподчеркнутьактуальностьразработкипринципиально новых методов расчета основных дифференциальных защитотдельных трансформаторов фазоповоротной группы.Исследование различных повреждений обмоток фазоповоротногокомплекса и его ошиновки осуществлялось с помощью специализированногопрограммного обеспечения для расчета электромагнитных переходныхпроцессов.
При этом наиболее характерными повреждениями (с точки зренияформулирования особых требований к РЗА) являются замыкания на землю вцепи ВО вольтодобавочного трансформатора. Расчетные осциллограммысигналов фазных токов и напряжений представлены на рисунках 3.2 - 3.5, аих соответствующие комплексные величины приведены в таблице 3.1.Необходимо подчеркнуть, что при имеющемся подключении (питаниеобмотки возбуждения со стороны НН автотрансформатора) ВДТ егодифференциальная защита будет нечувствительна к замыканиям на землю состороны возбуждающей обмотки при нулевом положении избирателя отпаекрегулировочной обмотки.
Однако, при ненулевом положении переключателявитков РО ВДТ этот вид повреждения будет восприниматься как короткоезамыкание, с повышенным уровнем токов (рисунок 3.3).142Рисунок 3.2 – Осциллограммы фазных напряжений на выводах ВО ФПТ в режимеустановившегося однофазного (С) замыкания на землю в цепи 38,5 кВРисунок 3.3 – Осциллограммы фазных токов возбуждающей обмотки ВДТ в режимеустановившегося однофазного (C) замыкания на землю в цепи 38,5 кВ ФПТ143Рисунок 3.4 – Осциллограммы фазных напряжений на выводах ВО ФПТ в режимеустановившегося двухфазного (AC) короткого замыкания на землю в цепи 38,5 кВ ФПТРисунок 3.5 – Осциллограммы фазных токов возбуждающей обмотки ВДТ в режимеустановившегося двухфазного (AC) короткого замыкания на землю в цепи 38,5 кВ ФПТ144Таблица 3.1 – Комплексные значения фазных напряжений и токов ВОв аварийных режимах работы цепи 38,5 кВ ФПТКомплексные значения врежиме однофазного (C)замыканияКомплексные значения врежиме двухфазного(АC) короткогозамыкания на землюМодульвектора, о.е.Угол,градусМодульвектора, о.е.Угол,градусФазное напряжение U A0,85590,5690,07764,963Фазное напряжение U B0,942-63,9430,631-60,156Фазное напряжение U CСумма фазных напряжений0,056113,4910,07765,0390,3881,2049,007-53,9570,5572,281-47,165-134,607Фазный ток I B2,968-71,2573,421-97,439Фазный ток I CСумма фазных токов2,404-66,8153,554-119,0756,538-66,4818,956-114,908Обозначение электрическогопараметраФазный ток I AЗдесь, не вдаваясь в особенности расчета параметров срабатываниязащит (их основы изложены далее) от отмеченных видов повреждений, лишьукажем,чтодляустраненияэтогонедостаткасистемазащитыфазоповоротного трансформатора дополняется защитой от замыканий наземлю в цепи низшего напряжения 38,5 кВ с контролем напряжения и токанулевой последовательности.Также отметим одну из особенностей схемы ФПТ, которая заключаетсяв том, что при появлении многофазных коротких замыканий на участкемежду АТ и РО ВДТ к последней прикладывается напряжение 220 кВ состороны сети среднего напряжения, что утяжеляет последствия такихповреждений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
