Алгоритм фиксации тяжести короткого замыкания на базе микропроцессорного комплекса

В ходе эксплуатации алгоритма №2 не было выявлено каких-либо замечаний к нему. Обнаружилась только одна проблема, связанная с ограниченностью измерительного токового диапазона МКПА. Если в цикле АР ток превысит измерительный предел, то алгоритм АЛАР окажется неработоспособным в связи с неправильным вычислением действующих значений и фазных углов синусоидальных сигналов. На уровне алгоритма исправить эту ситуацию без снижения селективности невозможно. Проблема может быть решена только заменой токовых в аппаратной части МКПА, на модули с увеличенным диапазоном измеряемых токов.

И.С.Шамкин, В.С.Пастухов , В.А. Кислюков , К.М.Иванов

АЛГОРИТМ ФИКСАЦИИ ТЯЖЕСТИ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ НА БАЗЕ МИКРОПРОЦЕССОРНОГО КОМПЛЕКСА

Опасность коротких замыканий для устойчивости параллельной работы в энергосистеме определяется избыточной кинетической энергией, развиваемой агрегатами электростанций в передающей части энергосистемы за время короткого замыкания

Устройство фиксации тяжести короткого замыкания (УФТКЗ) применяют для выявления факта КЗ вблизи шин электростанций и для определения его тяжести по степени снижения напряжения прямой последовательности. Сигнал о срабатывании УФТКЗ используется в качестве пускового для разгрузки генераторов или отключения генераторов.

УФТКЗ устанавливаются, как правило, на электростанциях в составе комплекса устройств противоаварийной автоматики, обеспечивающих повышение устойчивости параллельной работы электростанции с энергосистемой. Наиболее часто устройства ФТКЗ устанавливаются на электростанциях, имеющих небольшую местную нагрузку и связанных достагочно длинными линиями электропередачи с концентрированной энергосистемой, мощность которой значительно превышает мощность электростанции. Иногда устройства ФТКЗ устанавливаются на электропередачах, связывающих избыточную энергосистему с энергообъединением, если передаваемая в энергообъединение мощность соизмерима с суммарной мощностью электростанции передающей энергосистемы.

Точная оценка тяжести КЗ затруднительна в связи с трудностью непосредственного измерения величины избыточной энергии. О тяжести КЗ косвенно можно судить по другим параметрам, определяющим величину избыточной энергии. Такими параметрами являются: вид и длительность КЗ, сброс активной мощности, вырабатываемой электростанцией в момент КЗ эквивалентная постоянная механической инерции электростанция и др. При заданной длительности КЗ и неизменном составе агрегатов на электростанции тяжесть КЗ определяется сбросом активной мощности электростанции.

Ранняя версия алгоритма ФТКЗ была разработана в институте «Дальзнергосетьпроект» и подвергалась научно-технической экспертизе на заводском шкафу микропроцессорного комплекса противоаварийной автоматики (МКПА) в лаборатории ДВГТУ, в ходе испытаний обнаружился ряд недостатков и недоработок алгоритма. К ним относятся:

• отсутствие контроля симметричных составляющих гока;

• отсутствие контроля напряжения нулевой последовательности;

• отсутствие малой задержки на срабатывание для отстройки от помех;

• общие уставки по напряжению для фиксации ступеней разгрузки при близких и затяжных

КЗ;

• сложность некоторых решений схемной реализации алгоритма.

Первый недостаток ограничивает возможности выявления более удаленных КЗ, когда уровень несимметрии напряжения в контролируемом узле системы изменяется незначительно. С другой стороны информацию о токе можно было бы использовать для повышения устойчивости несрабатывания алгоритма, если разрешать фиксацию КЗ только при одновременном появлении несимметрии тока и напряжения.

Отсутствие контроля напряжения нулевой последовательности снижает надежность срабатывания алгоритма в полном спектре коротких замыканий

В процессе работы алгоритма ФТКЗ в составе МКПА могут на вход МКПА moivt поступать различные помехи, вызванные как переходными режимами в прилегающей сети, так и переключениями во вторичных сетях. Кроме того, при резких симметричных изменениях синусоидальных сигналов в МПКА может фиксироваться кратковременная несимметрия, обусловленная особенностями применяемого цифрового фильтра. Указанные факторы могут стать причиной ложной работы КЗ из-за отсутствия малой задержки на срабатывание при выявлении КЗ.

Следующий недостаток алгоритма вытекает из связи логики формирования сигналов ступеней разгрузки при близких и затяжных КЗ. Такое построение схемы алгоритма ограничивает гибкость настройки алгоритма в зависимости от конкретных случаев использования алгоритма ФТКЗ.

Сложность схемной реализации рассматриваемого алгоритма связана главным образом с использованием блоков максимальных и минимальных реле с коэффициентом возврата отличным от единицы. Применение таких блоков не имеет под собой никакого практического обоснования, усложняя логическую схему и увеличивая степень загрузки процессорного времени

Ввиду технического несовершенства в ДВГТУ был разработан алгоритм исключающий отмеченные выще недостатки и недоработки.

Выявление КЗ осуществляется при несимметрии ^напряжения и (или) тока. Опционально можно осуществлять выявление трехфазных КЗ по увеличению тока прямой последовательности. Тяжесть КЗ определяется по степени снижения напряжения прямой последовательности. Всего предусмотрено две ступени разгрузки, действующие без выдержки времени (близкое КЗ), и две ступени разгрузки, действующие с заданными выдержками времени (затяжное КЗ).

Предусмотрены следующие выходные сигналы;

• работа ФТКЗ (сигнализация);

• 1 -я ступень разгрузки при близком КЗ;

• 2-я ступень разгрузки при близком КЗ;

• 1-я ступень разгрузки при затяжном КЗ;

• 2-я ступень разгрузки при затяжном КЗ.

При неисправности цепей напряжения осуществляется блокировка алгоритма по сигналам от внешнего алгоритма контроля цепей напряжения.

Алгоритм рассчитан на контроль двух ТН. Выявление КЗ осуществляется, если в начальный момент КЗ хотя бы на одном из ТН напряжение обратной U2 или нулевой 3TJ0 последовательности превысит уставку. В целях повышения устойчивости работы алгоритма при повреждении цепей напряжения допускается привязка сигналов U2 (3U0) и Ui к разным ТН. Тяжесть КЗ оценивается по степени падения напряжения прямой последовательности Uj ниже уставок, заданных для каждой из 2-х ступеней. При этом без выдержки времени формируются команды на разгрузку при близком КЗ. Для обеспечения устойчивости несрабатывания алгоритма при неисправности одного ТН фиксация КЗ осуществляется только, если снижение напряжения Ui зафиксировано по двум ТН одновременно. Фиксация затяжного КЗ также осуществляется двумя ступенями, для каждой из которых предусмотрены свои напряжения срабатывания и выдержка времени. Напряжения срабатывания для выявления близкого и затяжного КЗ задаются отдельными уставками.

В целях повышения устойчивости алгоритма для фиксации КЗ можно использовать информацию о симметричных составляющих тока двух линий, присоединенных к разным системам шин (секциям) распределительного устройства с обходной системой шин. В этом случае выявление КЗ будет осуществляться при повышении любого из следующих параметров:

• напряжение обратной последовательности U2;

• напряжение нулевой последовательности 3U0;

• ток обратной последовательности Т2;

• ток нулевой последовательности 310:

• ток прямой последовательности I].

Для защиты от помех предусмотрена небольшая выдержка времени (20 мс) при фиксации увеличения любого из этих параметров выше заданных уставок Путем регулирования уставок срабатывания можно вывести контроль любого из перечислений параметров. Кроме того, для повышения устойчивости несрабатывания алгоритма можно с помощь50 специальной логическом уставки задать, чтобы выявление КЗ по и2 или по Зи0 осуществлялось только при возрастании 12 и 310 соответственно

На случай различия коэффициентов трансформации ТТ в Чепи линейного и обходного выключателей предусмотрены раздельные уставки по току в этих цепях

Для сигнализации о фиксации КЗ используется отдельный вр|Х°Д- Данный выход задействуется для управления сигнальной лампой на шкафу, для пуска центральной сигнализации и для инициирования записи осциллограммы во время аварии. Сигнал по этому выходу фррмируется во время срабатывания любой ступени при близком КЗ.

При проверке алгоритма на устойчивость функционирования и быстроты срабатывания применялась методика моделирования аварийных возмущений на #шии 1 й первом трансформаторе напряжения, с помощью прибора РЕТОМ-51. Работа алгоритма полностью соответствует проектным функциям. Отклонение временных параметров от заданных находятся в допустимых пределах (<1%). Параметры срабатывания по токам и напряжениям симметричнь1Х составляющих соответствовали выставленным уставкам с погрешностью не более 1%.

Кроме проверки алгоритма в режимах соответствующих требованиям срабатывания была произведена проверка помехоустойчивости путем подачи на дискр?ТНЬ1е входы коротких импульсов, имитирующих высокочастотные помехи. Благодаря алгоритмической помехоустойчивости эти сигналы не провоцировали ложных действий автоматики.

Также была осуществлена проверка работы алгоритма пр^ переводе линии 1 на обходной выключатель, при изменении свойств алгоритма и при возникновении аварийных возмущений на линии 2 и втором трансформаторе напряжения. Ъ этих опытах раЪота алгори^^^кже С1)1Г№етствуе1 проектным функциям.

В.Н. Старинец

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА LOGO! 230RС В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ КАФЕДРЫ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ

п*

Студенты, обучающиеся но специальности 220301 Автоматизация технологических процессов и производств в машиностроении" изучают дисциплину: "Апларатные и программные средства систем управления", В ходе выполнения лабораторных работ по курсу сту,Ден™ должны изучать построение схем управления, отдельных узлов и блоков управления, возможности подключения дополнительных устройств к системам управления. Для учебного процесса необход!шо иметь комплекс аппаратных и программных средств; ориентированный на разработку относительно простых устройств автоматического управления, которые можно внедрить в процесс обу^ения студентов.

Семейство микроконтроллеров LOGO! от компании Siemens вполне применимо для учебного процесса. Применение модуля LOGO! 230RC уменьшает время проектирования. Для разработки схемы управления требуется на 80% меньше времени, чем при аппаратной реализации. Вместо дорогого и длительного монтажа осуществляется программирование модуля с клавиатуры микроконтроллера Можно также составить и смоделировать программу на компьютера а затем записать ее в память микроконтроллера. Работа студентов с компьютером улучшает усвояемость материала и повышает уровень подготовки в области вычислительной техники.