Способ селективной быстродействующей защиты

Способ селективной быстродействующей защиты

В работе установлены дополнительные признаки, получаемые путем обработки цифровых сигналов микропроцессорными средствами релейной защиты и автоматики, которые позволяют селективно идентифицировать режимы работы электрооборудования электрических сетей, электроэнергетических систем и систем электроснабжения.

За последние несколько десятилетий средства релейной защиты и автоматики (РЗА) электрических сетей, электроэнергетических систем, а также систем электроснабжения претерпели инновационные изменения [2, 3, 9, 12, 13, 33] (как эволюционного, так и революционного характера) — произошел переход на микропроцессорные устройства релейной защиты (МУРЗ). Но принципы построения и методы расчета уставок релейной защиты перенесены на микропроцессорные защиты практически без изменений. Это указывается в современных исследованиях систем релейной защиты и автоматики [16, 23]. Однако, по сравнению с электромеханическими и аналоговыми устройствами релейной защиты, МУРЗ обладают расширенными и принципиально новыми возможностями [10, 31]. Анализ названных возможностей позволяет сделать вывод: МУРЗ открывают принципиально новые подходы и методы идентификации аварийных и ненормальных режимов работы [5, 6, 8, 15, 17, 22].

Выявить возможности создания новых алгоритмов работы средств релейной защиты и автоматики, реализуемых на микропроцессорной базе, за счет интеллектуальных методов обработки сигналов, данных и извлечения на этой основе знания [1, 4, 7, 11] о характере режима работы защищаемых объектов электроэнергетических систем.

В МУРЗ электрические параметры режима поступают в виде оцифрованных сигналов, представляемых в числовом коде, что дает возможность задавать различные алгоритмы — обрабатывать сигналы, выделять симметричные составляющие и высшие гармоники [14, 28].

Кроме того, важным достижением является возможность согласовывать работу множества МУРЗ между собой — это различного рода блокировки и защиты типа логической защиты шин. Исходя из возможности задавать различную логику защит, представляется актуальной разработка алгоритма чувствительной быстродействующей токовой защиты. Для максимальной чувствительности защиты уставку по току требуется отстраивать от максимально режима работы (по принципу МТЗ) и выполнить защиту без выдержки времени для обеспечения быстродействия, при этом селективность обеспечить путем задания следующего алгоритма действия и согласованности работы защит между собой. Наиболее удаленная защиты блокирует действие последующей защиты, если через удаленную протекает ток короткого замыкания, тогда первой и без выдержки времени сработает защиты наиболее близкая к месту короткого замыкания, действия более удаленных защит будут блокироваться предыдущими при срабатывания предыдущих защит.

Рассмотрим схему электроснабжения шахты — рис. 1.

Рис. 1. — Схема электроснабжения шахты

Питание потребителей распределительного устройства ПРА1131 осуществляется от двух источников — ЦПП1 секция 6 и ЦПП1, секция 4 — ЦПП1 секция 3. При коротком замыкании на отходящем от ПРА 1131 фидере (например, 6) срабатывают защиты на ЦПП1 секция 4 фидер 24, ЦПП секция 3 фидер 20, и на питающем фидере Ф10. Для обеспечения селективности МТЗ достаточно ввести выдержку времени, но для систем электроснабжения шахт, когда защита должна быть мгновенного действия, высока вероятность неселективного действия защиты, если при коротком замыкании на отходящей линии 5 отключается головной Ф10. При этом все потребители ПРА 1131 и ЦПП1 секции 3 и 4 остаются без напряжения. Обычно предлагаются различные алгоритмы включения неповрежденных фидеров [18−21, 24−27, 29, 30, 32]. При использовании МУРЗ возможно использовать логические блокировки защиты. В защитах Sepam это функция — логическая селективность (ANSI 68). Данная функция обеспечивает быстрое селективное отключение от максимальных токовых фазных защит и защит от замыканий на землю как с независимой выдержкой времени, так и с зависимой, без необходимости использования ступеней селективности по времени для защит разного уровня.

Устройство защиты нижнего уровня передает сигнал блокировки при превышении порога срабатывания защиты.

Тогда, при коротком замыкании на 6 линии защита этой линии, запускаясь, блокирует действие защиты 24 фидера, 24 фидер — 20 и т. д. При отсутствии команды на срабатывание защиты на отходящей линии ПРА 1131 срабатывает защиты наиболее близкая к точке короткого замыкания, блокируя вышестоящие защиты.

У российских защит БМРЗ аналогичная функция — логическая защита шин (ЛЗШД). Заводская уставка составляет 0,15 с, подключение датчиков ЛЗШД от нижестоящих защит. Логика работы ЛЗШД иллюстирируется схемой, представленной на рис. 2.

Рис. 2 — Логическая схема работы защиты

Ключ S128 используется для ввода логической защиты шин (ЛЗШ). При включенном ключе и отсутствии сигнала со стороны ЛЗШ предыдущей защиты (ЛДШп) МТЗ защита срабатывает в соответствии с уставкой по времени ЛЗТШ. При сигнале со стороны предыдущей защиты действие МТЗ блокируется. Тем же ключом S128 включается периодическая проверка на самодиагностику ЛЗШ, то есть периодическую проверку наличия связи между защитами.

Разберем алгоритм работы защиты при коротком замыкании на одной из отходящих линий ПРА 1131.

Одновременно запускаются защиты на фидере 6 ПРА 1131, ячейке 24 секции 4 ЦПП1, ячейку 20 секции 3 ЦПП1. Защита фидера 6 блокирует действие защиты ячейки 24, которая блокирует действие защиты ячейки 20. В результате селективно срабатывает защита на фидере 6 ПРА 1131 через 0,15 с. При коротком замыкании на фидере 18 секции 3 ЦПП1 запускаются токовые защиты фидера 18 секции 3 ЦПП1 и питающего Ф10. ЛЗШ фидера 18 блокирует действие защиты Ф10 и селективно отключает короткое замыкание. При потере питания (например, короткое замыкание на Ф10) время срабатывания АВР отстраивается от времени срабатывания ЛЗШ t_АВР = t_Ф10 + Дt .

Отсюда, время срабатывания t_АВР = 0,15 + 0,3 = 0,45 с.

Таким образом, обеспечивается селективная и быстродействующая защита системы электроснабжения с минимальным перерывом электроснабжения.

Выводы

Показана возможность создания нового алгоритма работы средств релейной защиты и автоматики, реализуемых на микропроцессорной базе, за счет интеллектуальных методов обработки сигналов, данных и извлечения на этой основе знания о характере режима работы защищаемых объектов электроэнергетических систем.

• 1. Минаков В. Ф. Концепция мультиагентного анализа иерархий // Nauka-rastudent.ru. — 2016. — № 3 (27). — С. 30.
• 2. Минаков В. Ф., Артемьев А. В., Лобанов О. С. Модель динамики технологических инноваций // Международный научно-исследовательский журнал = Research Journal of International Studies. — 2014. — № 2−1 (21). — С. 110−111.
• 3. Минаков В. Ф., Лобанов О. С., Минакова Т. Е. Аналоговые и дискретные метрики и модели оценки инноваций // Материалы 3-й научно-практической internet-конференции Междисциплинарные исследования в области математического моделирования и информатики. — Ульяновск. — 2014. — С. 280−287.
• 4. Минаков В. Ф. Метод анализа многомерных иерархий // Nauka-rastudent.ru. — 2015. — № 7 (19). — С. 31.
• 5. Минаков В. Ф. О схемах замещения асинхронных и синхронных машин // Электричество. — 1995. — № 4. — С. 27−29.
• 6. Минаков В. Ф. Обобщение моделей и характеристик работы трехфазных электродвигателей в сетях 0,4 и 6 кВ и совершенствование средств их релейной защиты: Автореф. дисс. … докт. техн. наук. — Новочеркасск. — 1999. — 33 с.
• 7. Минаков В. Ф. Производственная функция в логистических потоках // Международный научно-исследовательский журнал = Research Journal of International Studies. — 2014. — № 11−3 (30). — С. 55−58.
• 8. Минаков В. Ф. Релейная защита турбогенератора с частотно-тиристорным пуском: Автореф. дисс. … канд. техн. наук. — Новочеркасск. — 1985. — 16 с.
• 9. Минаков В. Ф. Свойство перманентности инновационной динамики // Nauka-rastudent.ru. — 2016. — № 5 (29). — С. 36.
• 10. Минаков В. Ф. Совершенствование защиты вентильного двигателя // Международный научно-исследовательский журнал = Research Journal of International Studies. — 2015. — № 1−3 (32). — С. 20−22.
• 11. Минаков В. Ф. Экономическая волнометрика воспроизводства // Nauka-rastudent.ru. — 2015. — № 2 (14). — С. 5.
• 12. Минаков В. Ф., Барабанова М. И., Лобанов О. С., Щугорева В. А. Темп геометрической прогрессии диффузии эволюционных инноваций // Современная экономика: проблемы и решения. — 2016. — № 3. — С. 20−28. DOI: http://dx.doi.org/10.17 308/meps.2016.3/1406
• 13. Минаков В. Ф., Барабанова М. И., Шиянова А. А., Галстян А. Ш. Классификация смарт инноваций // Современная экономика: проблемы и решения. — 2016. — № 1. — С. 142−149. DOI: http://dx.doi.org/10.17 308/meps.2016.1/1345
• 14. Минаков В. Ф., Дорожко С. В. Математическое моделирование датчика несимметрии и несинусоидальности трехфазного напряжения прямой или обратной последовательности // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. — 1992. — № 6. — С. 3−8.
• 15. Минаков В. Ф., Минакова Т. Е. Исследование динамики производства электроэнергии региона // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. — 2005. — № 4. — С. 74−77.
• 16. Минаков В. Ф., Минакова Т. Е. Исследование погрешностей трансформатора тока // Международный научно-исследовательский журнал = Research Journal of International Studies. — 2013. — № 12−1 (19). — С. 107−108.
• 17. Минаков В. Ф., Минакова Т. Е. Модель мультипликативной эффективности энергосбережения // Информационные технологии в бизнесе. Сборник научных статей 8-й международной научной конференции. — Санкт-Петербург. Издательство «Инфо-да». — 2013. — С. 88−95.
• 18. Минаков В. Ф., Минакова Т. Е. Способ быстродействующей защиты электродвигателей от несостоявшихся пусков // Альманах современной науки и образования. — 2013. — № 9 (76). — С. 113−115.
• 19. Минаков В. Ф., Минакова Т. Е. Способ защиты двигателей от несостоявшихся пусков // Международный научно-исследовательский журнал = Research Journal of International Studies. — 2013. — № 12−1 (19). — С. 106−107.
• 20. Минаков В. Ф., Минакова Т. Е. Способ контроля симметрии трехфазного напряжения // Международный научно-исследовательский журнал = Research Journal of International Studies. — 2014. — № 3−2 (22). — С. 39−40.
• 21. Минаков В. Ф., Редькин В. М., Науменко А. Г. Многофакторная диагностика износа изоляции обмоток и срока службы электродвигателей по эксплуатационным параметрам // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. — 1992. — № 6. — С. 73.
• 22. Минаков В. Ф., Редькин В. М., Оськина Г. М., Минакова Т. Е. Математическое моделирование пусковых режимов трехфазных асинхронных двигателей // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. — 2003. — № 1. — С. 226−234.
• 23. Минакова Т. Е., Минаков В. Ф. Блочная структура релейной защиты и автоматики // Альманах современной науки и образования. — 2013. — № 10 (77). — С. 114−116.
• 24. Минакова Т. Е., Минаков В. Ф. Интеграция средств защиты электродвигателей сельскохозяйственного производства // Научное обозрение. — 2013. № 10. — С. 172−176.
• 25. Минакова Т. Е., Минаков В. Ф. Моделирование износа изоляции трехфазных асинхронных электродвигателей 0,4 кВ // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. — 2014. — № 3. — С. 94−95.
• 26. Минакова Т. Е., Минаков В. Ф. Обобщенная модель износа электродвигателей // Международный научно-исследовательский журнал = Research Journal of International Studies. — 2013. — № 12−1 (19). — С. 108−110.
• 27. Минакова Т. Е., Минаков В. Ф. Открытая архитектура релейной защиты и автоматики // Международный научно-исследовательский журнал = Research Journal of International Studies. — 2013. — № 12−1 (19). — С. 110−111.
• 28. Минакова Т. Е., Минаков В. Ф. Параллельная работа кабельной и воздушной линий электропередачи // Международный научно-исследовательский журнал = Research Journal of International Studies. — 2013. — № 11−1 (18). — С. 113−114.
• 29. Минакова Т. Е., Минаков В. Ф. Синергия энергосбережения при высокой добавленной стоимости продукции // Современные проблемы науки и образования. — 2013. — № 4. — С. 26.
• 30. Минакова Т. Е., Минаков В. Ф. Энергосбережение — мультипликатор эффективности экономики // Международный научно-исследовательский журнал = Research Journal of International Studies. — 2013. — № 11−2 (18). — С. 60−61.
• 31. Минакова Т. Е., Минаков В. Ф., Лобанова Ж. А. О возможности работы микропроцессорных средств релейной защиты и автоматики в компьютерных сетях // Международный научно-исследовательский журнал = Research Journal of International Studies. — 2014. — № 7−1 (26). — С. 53−54.
• 32. Патент 2 117 380 Российская Федерация, МПК6 H 02 P 5/04. Устройство для защиты электрои технологического оборудования / Минаков В. Ф., Платонов В. В., Минаков Е. Ф., Минакова Т. Е., Шарипов И. К., Андреев В. Г., Сыщиков В. П.; патентообладатель Ставроп. с./х. ин-т. — № 93 027 024/09; заявл. 25.05.93; опубл. 10.08.98.
• 33. Minakov V.F., Minakova T.E., Galstyan A.Sh., Shiyanova A.A. Time constant of innovation effects doubling // Mediterranean Journal of Social Sciences. — 2015. — № 6 — 36. — Pp. 307−312.