РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ АНАЛИЗА РАБОТЫ ФУНКЦИЙ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДАННЫХ О МЕСТЕ ПОВРЕЖДЕНИЯ

УДК 621.316 ББК 31.2

Д.В. МОИСЕЕВ, НА. ГАЛАНИНА, Н.Н. ИВАНОВА

РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ АНАЛИЗА РАБОТЫ ФУНКЦИЙ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДАННЫХ О МЕСТЕ ПОВРЕЖДЕНИЯ*

Ключевые слова: система релейной защиты и автоматики, цифровая централизованная система релейной защиты и автоматики, экспресс-анализ аварийных режимов, система диагностики устройств релейной защиты и автоматики, цифровая подстанция, определение места повреждения, функция релейной защиты и автоматики, цифровой регистратор аварийных событий.

Одним из перспективных направлений развития технологий релейной защиты является создание централизованной системы релейной защиты и автоматики. При этом актуальной является также задача разработки аппаратно-программного комплекса диагностики данной системы, который позволит улучшить селективность, быстродействие, чувствительность и надежность работы релейной защиты. Цель данного исследования - разработка алгоритмов анализа работы функций релейной защиты и автоматики с использованием полученных данных о месте повреждения, а также создание опытного образца программного комплекса для реализации экспресс-анализа аварийных режимов энергосистемы для определения места повреждения и формирования протокола по его результатам. В статье приведена схема диагностики устройств релейной защиты и автоматики на основе расчетов алгоритма определения места повреждения. С учетом данных, полученных в результате работы алгоритма определения места повреждения, были рассмотрены и проанализированы следующие виды защит: 1) максимальная токовая защита; 2) токовая защита нулевой последовательности; 3) защита минимального напряжения; 4) дистанционная защита; 5) направленная высокочастотная защита. Разработаны алгоритмы расчета пуска и срабатывания этих защит по определению места повреждения. В статье приведены соответствующие блок-схемы. Полученные алгоритмы были использованы при создании опытного образца программного комплекса для реализации экспресс-анализа аварийных режимов энергосистемы по определению места повреждения и формирования протокола по результатам анализа, который может быть использован в реальных электроэнергетических системах.

Создание централизованной системы релейной защиты и автоматики (РЗА) является одним из возможных перспективных направлений развития технологий релейной защиты [2]. Развитие новых технологий требует повышенного внимания к вопросам сохранения и улучшения уровня работы релейной защиты (ее селективности, быстродействия, чувствительности, надежности), поэтому разработка системы диагностики централизованной системы РЗА является актуальной задачей. Одной из ее подзадач является экспресс-анализ аварийных событий электрической системы на основе данных, полученных в результате работы алгоритма определения места повреждения (ОМП).

*

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Чувашской Республики в рамках научного проекта № 19-48-210005 р_а.

Цель данного исследования - разработка алгоритмов анализа работы функций РЗА с использованием полученных данных о месте повреждения, а также создание опытного образца программного комплекса для реализации экспресс-анализа аварийных режимов энергосистемы для ОМП и формирования протокола по его результатам.

Экспресс-анализ необходим для определения причин возникновения аварийных режимов энергообъекта, а также для оценки правильности работы устройств РЗА и противоаварийной автоматики (ПА) [3]. Полученные в ходе такого анализа данные позволят разработать комплекс мероприятий для предупреждения развития аварийного режима [5].

Процедура экспресс-анализа развития аварий на уровнях энергообъекта запускается после срабатывания функции фиксации автоматического отключения силового выключателя микропроцессорными устройствами РЗА. Источниками входной информации являются сигналы, получаемые из программного комплекса регистрации аварийных событий (ПК РАС), а также параметры функций РЗА, описанные стандартизированной моделью данных [10]. Взаимная интеграция энергетических систем может быть реализована на основе стандартов МЭК 61970 и МЭК 61968, в частности с использованием общих информационных моделей CIM (Common Information Model), которые широко применяются в мировой практике и поддерживаются различными существующими программными системами [6, 8]. Информационная CIM-модель энергосистемы содержит схему соединений первичного оборудования с описанием их параметров [11]. Другим вариантом описания модели данных является использование стандарта МЭК 61850-9-2LE, который является более предпочтительным, так как обмен информацией между вторичными устройствами и регистратором аварийных событий осуществляется по протоколу МЭК 61850-9-2LE (по шине процесса) [7].

Схема диагностики устройств РЗА на основе расчетов алгоритма ОМП представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема диагностики устройств РЗА на основе расчетов алгоритма ОМП

Осциллограммы, записанные цифровым регистратором аварийных событий (ЦРАС) в централизованной системе РЗА, и модель линии (модель ОМП) являются исходными данными для модуля расчета ОМП. Алгоритм диагностики устройств РЗА на основе данных, полученных в результате работы алгоритма ОМП, осуществляется после того, как ЦРАС сформирует соответствующую осциллограмму. Осциллограммы должны быть записаны в общепринятом формате регистрации осциллограмм переходных процессов (аварий) в энергосистемах СОМтаЛБЕ. Модель ОМП описывает линию электропередачи (длину, активные и реактивные сопротивления участков линий, параметры параллельных линий и ответвлений и т.д.). Модуль расчета ОМП выдает следующие данные: расстояние до места повреждения, дату, время, вид короткого замыкания (КЗ) (однофазное, междуфазное, трехфазное, двухфазное на землю), особую фазу, действующие значения токов и напряжений при КЗ и в предаварийном режиме, углы между токами и напряжениями всех фаз, значения нулевой, прямой и обратной последовательностей токов и напряжений при КЗ.

По параметрам КЗ на линии электропередачи и модели защит (параметрам функций защит) производится анализ работы основных и резервных защит, которые контролируют данную линию. Результатом анализа является протокол экспресс-анализа аварийного режима [9].

Под работой защиты имеется в виду наличие пуска и срабатывания защиты. Пуском считается процесс определения нарушения нормального режима защищаемого оборудования [12]. Пуск защиты должен произойти, если выполнены все условия ее пусковых органов. Между блоками, отвечающими за пуск и срабатывание защиты, имеется логическая часть, представляющая собой схему, которая запускается пусковыми органами РЗА. Работа схемы заключается в отключении выключателей мгновенно или с выдержкой по времени, а также в запуске различных устройств и выполнении прочих предусмотренных действий [4].

С учетом данных, полученных в результате работы алгоритма ОМП, были рассмотрены и проанализированы следующие виды защит:

1) максимальная токовая защита;

2) токовая защита нулевой последовательности;

3) защита минимального напряжения;

4) дистанционная защита;

5) направленная высокочастотная защита.

Максимальная токовая защита (МТЗ). Все потребители электроэнергии подключаются к генераторному концу линии электропередачи через силовые выключатели. Устройства токовой защиты в постоянном режиме сканируют систему. Когда нагрузка в энергосети не превышает номинальной величины, т.е. режим ее работы соответствует нормальному, выключатель не срабатывает.

Выключатели срабатывают в следующих случаях:

1) возникает КЗ (в результате значение нагрузки в системе становится больше номинального, создаются токи, которые могут привести к возгоранию оборудования);

2) возникает перегрузка в сети из-за подключения дополнительных потребителей (либо по другим причинам) (в результате ток становится больше

допустимого значения, происходит нагрев оборудования и токоведущих частей системы);

3) происходит сдвиг фазы тока (в результате тока, проходящий через силовой выключатель, меняет направление).

В первом случае отключение необходимо производить максимально быстро. Во втором случае целесообразно отключать выключатель через некоторый промежуток времени, который позволит создать задержку в питании схемы, благодаря чему излишние нагрузки могут устраниться сами.

Во избежание негативных последствий, вызванных данными видами аварийных ситуаций, применяются такие виды электрозащиты, как токовая отсечка и максимальная токовая защита.

В состав систем для токовых защит ЛЭП с двусторонним питанием входят (рис. 2):

- измерительные трансформаторы тока (ТТ), которые предназначены для преобразования первичного тока во вторичный с заданным классом метрологической погрешности;

- реле тока, которые настраиваются на уставку срабатывания;

- схема коммутации, предназначенная для передачи вторичного тока от трансформаторов тока к реле с минимально допустимыми потерями.

Подстанция 1 Подстанция 2

Силовой

выключатель ТТ ТТ

Рис. 2. Схема комплекса токовых защит ЛЭП с двухсторонним питанием

Токовая отсечка (ТО) позволяет максимально быстро осуществить ликвидацию КЗ, если они возникли ближе к началу рабочей зоны (минимум порядка 20% протяженности). При этом в отдельных случаях этот вид релейной защиты может применяться и для всей ЛЭП (рис. 3).

В состав релейной защиты с ТО входят:

- измерительный орган из реле тока, выставленного на срабатывание минимально возможной нагрузки при возникновении металлического замыкания в конце защищаемой зоны (или чувствительности);

- промежуточное реле, на обмотку которого подается напряжение от сработавшего контакта измерительного органа. Выходной контакт промежуточного органа воздействует непосредственно на соленоид отключения силового выключателя, отключает его.

Системы защиты с МТЗ, помимо аналогичных компонентов, используемых при токовой отсечке, для обеспечения ступеней селективности обязательно дополняются реле времени. Данное реле создает задержку на срабатывание выключателя [13].

Рис. 3. Зона действия ТО

Работа алгоритма расчета пуска МТЗ начинается с ОМП (рис. 4). Если расстояние до места возникновения КЗ (Length) находится в пределах длины линии и если, по крайней мере, хотя бы один из фазных аварийных токов (Ia авар., Ib авар., Ic авар.) превышает параметр тока срабатывания МТЗ (ISetting), то должен произойти ее пуск.

Рис. 4. Алгоритм расчета пуска МТЗ по ОМП

Анализ правильности срабатывания МТЗ по ОМП осуществляется по алгоритму, представленному на рис. 5. Защита должна сработать, если произо-

шел ее пуск и длительность КЗ ^кз) больше или равна значению задержки после пуска перед срабатыванием (OperatюnDelay).

Рис. 5. Алгоритм расчета срабатывания защит

Токовая защита нулевой последовательности (ТЗНП). При наличии замыкания на землю нарушается симметрия в сети, что может привести к повреждению оборудования. Устройства ТЗНП используются для предотвращения возможных последствий от таких повреждений. На появившийся результирующий ток реагирует релейная защита таких устройств (рис. 6).

В системах с изолированной нейтралью для выделения этих токов используется специальный трансформатор, установленный на кабель.

На ЛЭП напряжением 110 кВ с заземленной нейтралью это выполнить невозможно, так как токи КЗ на землю достигают больших значений. В этом случае на обычных трансформаторах тока, которые используются для релейной защиты, выделяются отдельные обмотки на каждой фазе, которые соединяются между собой последовательно, при этом начало следующей фазы соединяется с концом предыдущей. Кроме этого в эту цепь включаются также и токовые обмотки реле.

Весь участок, подлежащий защите, разделяется на зоны. Система защиты становится многоступенчатой. Первая ступень срабатывает при максимальных значениях тока, при этом выдержка времени минимальна или равна нулю, следующая - при меньшем токе, но с большей выдержкой по времени.

Алгоритм расчета пуска ТЗНП начинается с ОМП (рис. 7). Если расстояние до места возникновения КЗ (Length) находится в пределах длины линии и если ток нулевой последовательности (310сим.) превышает параметр тока срабатывания ТЗНП (3I0Setting), то можно утверждать, что должен произойти пуск ТЗНП.

Рис. 7. Алгоритм расчета пуска ТЗНП по ОМП

Анализ правильности срабатывания ТЗНП по ОМП осуществляется аналогично таковому при использовании МТЗ (см. рис. 5).

Защита минимального напряжения (ЗМН). При возникновении аварийных ситуаций, связанных с КЗ, когда происходят значительные потери энергии, приложенная мощность расходуется на развитие повреждений. При этом возникают большие токи, а напряжение резко падает.

Аналогичная картина может также наблюдаться при перегрузке системы, когда мощностей источников напряжения не хватает.

Устройства ЗМН контролируют величину напряжения в сети и отключают силовой выключатель при снижении напряжения до минимально возможной величины (уставки) или подают соответствующий сигнал оперативному персоналу (рис. 8).

А

н

2

с

[]

[]

[]

в

Рис. 8. Принцип работы ЗМН

Их измерительный орган похож по структуре на тот, который используется в токовых защитах. Но он имеет собственные конструктивные особенности.

В состав устройств ЗМН входят:

- измерительный трансформатор напряжения (ТН), который предназначен для преобразования первичного напряжения сети в пропорциональное значение вторичного с высокой точностью, ограниченной допустимыми метрологическими характеристиками;

- реле минимального напряжения (РН), которое срабатывает, если контролируемый им уровень напряжения снизился и достиг величины напряжения уставки;

- электрическая схема цепей напряжения, которые предназначены для передачи вторичного вектора от трансформатора напряжения к реле напряжения с минимальными потерями и погрешностями.

При этом ЗМН могут работать как автономно, так и в комплексе с другими устройствами, например, токовыми защитами или контролем мощности.

Алгоритм расчета пуска ЗМН начинается с ОМП (рис. 9). В случае если расстояния до места возникновения КЗ (Length) находится в пределах длины линии и если, по крайней мере, хотя бы одно из фазных аварийных напряжений (Ua авар., Ub авар., Uc авар.) понижается ниже параметра напряжения срабатывания МТЗ (USetting), то должен произойти пуск ЗМН.

Рис. 9. Алгоритм расчета пуска ЗМН по ОМП

Анализ правильности срабатывания ЗМН по ОМП осуществляется так же, как и при использовании других видов защиты (см. рис. 5).

Дистанционная защита (ДЗ). Дистанционная защита - защита, реагирующая на расстояние до точки КЗ. Место замыкания определяется с помощью реле сопротивления. Сопротивление рассчитывается по закону Ома на основании значений тока и напряжения, получаемых от трансформаторов тока и напряжения, соответственно.

Реле сопротивления срабатывает при условии

иР

Z р =-

< Z у

где Zp - сопротивление линии электропередачи при КЗ; ир - напряжение электрической сети при КЗ; 1р - сила тока линии электропередачи при КЗ; 2уст - уставка сопротивления срабатывания реле.

p

Измеряемая величина является фиктивной, так как в некоторых режимах работы (например, при качаниях) ее физический смысл как сопротивления теряется.

Вся защищаемая область делится на зоны. Устройства ДЗ, как правило, в своем составе имеют не менее трех уставок срабатывания и реле сопротивления. Для каждой зоны время срабатывания свое, а уставка реле сопротивления равна сопротивлению до точки возникновения КЗ в конце соответствующей зоны.

Уставка сопротивления срабатывания реле в первой зоне ДЗ рассчитывается так, чтобы обеспечить защиту только своей отходящей линии (не до конца, а с учетом погрешности измерения сопротивления - 0,7-0,85 ее длины). При срабатывании реле сопротивления первой зоны ДЗ линия отключается с минимально возможной выдержкой времени, так как место возникновения КЗ точно находится на ней.

Вторая зона ДЗ резервирует отказ защиты следующей подстанции. Для этого устройства защиты реагируют на КЗ в конце второй линии. При этом выдержки времени второй зоны ДЗ первой подстанции больше, чем первой зоны ДЗ второй подстанции. Благодаря этому обеспечивается требуемая селективность, в результате чего выключатель второй линии от второй подстанции отключится раньше, чем отработает реле времени защиты на первой подстанции.

Третья зона ДЗ используется для резервирования защиты следующей линии, если она есть в наличии. Дополнительного количества зон не предусматривается.

При анализе работы ДЗ стоит учесть, что ОМП дает результаты только на контролируемой линии. В случае, когда в результате ОМП расстояние до места возникновения КЗ будет превышать длину самой линии, нельзя с точностью утверждать, что КЗ произошло на расстоянии, которое вычисляет алгоритм. Это связано с тем, что ОМП ведется по параметрам заданной линии, за пределами линии - по аппроксимируемым характеристикам линии, которые могут и не соответствовать фактическим данным.

В случае, когда расстояние до КЗ попадает на линию, в обязательном порядке должен произойти пуск защиты ДЗ второй и третьей зон, так как они контролируют все зоны. Пуск защита первой зоны ДЗ происходит, когда расстояние до места возникновения КЗ не превышает длину контролируемой зоны, которая равна 0,7-0,85 длины линии (Length контр.) (рис. 10).

Экспресс-анализ допускает анализ работы ДЗ по всей длине контролируемых зон. При анализе функций РЗА по эталонным алгоритмам характеристика срабатывания ДЗ строится для каждой ступени (каждая ступень контролирует свою зону).

Анализ срабатывания ДЗ по ОМП осуществляется так же, как и при использовании других видов защиты (см. рис. 5).

Направленная высокочастотная (ВЧ) защита (НВЧЗ). Защита участка линии электропередачи состоит из двух полукомплектов, расположенных по

обоим концам линии и включающих в себя микропроцессорные терминалы релейной защиты, приемопередатчик и соответствующее высокочастотное оборудование (рис. 11).

Рис. 10. Алгоритм расчета пуска ДЗ по ОМП

Рис. 11. Принцип работы НВЧЗ

Принцип действия защиты основан на косвенном сравнении направления мощности на концах защищаемой линии с помощью сигналов высокой частоты, передаваемых по каналам связи. При несимметричных КЗ повреждениях мощность обратной последовательности в защищаемой линии направлена к месту установки полукомплектов защиты, а при симметричных повреждениях мощность прямой последовательности направлена, напротив, от шин в линию.

В начальный момент возникновения повреждения срабатывают блокирующие измерительные органы (ИО), обеспечивая ускоренный пуск приёмопередатчика, который посылает блокирующий сигнал на противоположный конец линии. После срабатывания ИО блокирующий сигнал высокой частоты снимается тем полукомплектом защиты, для которого мощность обратной последовательности направлена к шинам в случае несимметричных КЗ, либо мощность прямой последовательности направлена в линию при симметричных КЗ. В случае повреждения на защищаемой линии блокирующие сигналы высокой частоты отсутствуют, и каждый из полукомплектов может действовать на отключение выключателя. При КЗ за пределами линии до подстанции, где стоит устройство ОМП, останова одного из полукомплектов на соответствующем конце линии приёмопередатчика не происходит, из-за чего блокируются оба полукомплекта защиты.

В качестве канала связи выступает сама линия электропередачи. Блокирующие сигналы передаются с помощью высокочастотных приемопередатчиков. Терминалы высокочастотной защиты могут работать совместно с приемопередатчиками разных производителей.

Расчет пуска НВЧЗ начинается с расчета ОМП (рис. 12). Единственным условием пуска НВЧЗ при анализе по ОМП является нахождение места возникновения КЗ (Length) в пределах длины линии (рис. 12).

Рис. 12. Алгоритм расчета пуска НВЧЗ по ОМП

Анализ срабатывания НВЧЗ по ОМП осуществляется так же, как и при использовании других видов защиты (см. рис. 5).

Анализ всех вышеназванных функций защит по ОМП не является единственным вариантом контроля их правильной работы. Функции защиты, при-

званные защищать линии электропередачи и подключенное к ним оборудование, также могут быть реализованы в эталонной модели защит. В цифровой модели могут быть реализованы алгоритмы защит, имеющие место в устройствах РЗА. Следует отметить, что алгоритмы работы защит в устройствах разных производителей, даже если они и выполняют одну и ту же функцию, на практике имеют некоторые отличия. Поэтому модель должна быть гибкой в настройке и в ней должны быть реализованы эталонные алгоритмы защиты.

С учетом того, что в существующих энергообъектах активно используется резервирование устройств РЗА, анализ и диагностика функций РЗА также могут быть выполнены на основе сравнения результатов пуска и срабатывания одних и тех же защит на разных физически реализованных устройствах, частично или полностью выполняющих аналогичные функции.

В случае отсутствия резервирования в системе РЗА к существующей традиционной системе РЗА на электромеханических реле может быть параллельно подключено цифровое устройство РЗА, работающее по протоколу IEC 61850. Традиционным системам РЗА в отличие от цифровых систем свойственна персонализация: отдельное устройство, выполняющее отдельную функцию, контролирует отдельный объект [1]. То есть в целях экономической выгоды может быть подключено одно цифровое устройство, которое будет реализовывать все функции защиты, имеющиеся в системе РЗА. В настоящее время на энергообъектах активно внедряются подобные смежные системы РЗА. В случае выхода из строя одного из устройств РЗА есть возможность выявить это посредством сравнения результатов работы устройства РЗА с результатами работы цифрового устройства.

Модель защиты, основанная на результатах ОМП, эталонная модель защиты и механизм сравнения устройств РЗА реализованы в программном комплексе анализа и диагностики комплектов и функций защит.

Выводы. 1. Разработаны алгоритмы анализа работы функций РЗА (максимальная токовая защита, токовая защита нулевой последовательности, защита минимального напряжения, направленная высокочастотная защита, дистанционная защита) на основе ОМП.

2. Создан программный комплекс анализа и диагностики комплектов и функций защит.

3. Проведены исследования, в ходе которых установлено, что разработанные алгоритмы анализа работы функций РЗА на основе ОМП могут быть использованы в реальных электроэнергетических системах.

Литература

1. Булычев А.В. РЗА электроэнергетических систем. Технические требования и обоснование инвестиций в НИОКР // Новости электротехники. 2015. № 6. С. 24-26.

2. Булычев А.В., Васильев Д.С., Козлов В.Н., Силанов Д.Н. Релейная защита в распределительных сетях 110/35/10 кВ в условиях цифровой трансформации электроэнергетических систем // Релейная защита и автоматизация. 2019. № 1. С. 71-77.

3. Бурбело М.И., Мельничук С.М. Использование реле проводимости для выявления не-полнофазных режимов в сетях 110-220 кВ // Вюник Вшницького полггехшчного шституту. 2015. № 2(119). С. 40-44.

4. Евминов Л.И., Селивестров Г.И. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения / Гомел. гос. техн. ун-т им. П.О. Сухого. Гомель: ГГТУ им. П.О. Сухого, 2016. 531 с.

5. Моисеев Д.В., Галанина Н.А. Анализ существующих методик построения систем регистрации аварийных событий и диагностики работы устройств РЗА // Состояние и перспективы развития ИТ-образования: сб. материалов Всерос. науч.-практ. конференции. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2019. С. 391-396.

6. Моисеев Д.В., Галанина Н.А. Использование CIM-моделей энергообъектов в системе диагностики устройств РЗА // Информатика и вычислительная техника: сб. науч. тр. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2019. С. 151-156.

7. Моисеев Д.В., Галанина Н.А. Разработка структурной схемы подсистемы регистрации и диагностики аварийных событий системы релейной защиты и автоматики // Инженерные кадры - будущее инновационной экономики России: сб. материалов IV Всерос. студ. конф. Йошкар-Ола: ПГТУ, 2018. С. 80-83.

8. Моисеев Д.В., Галанина Н.А. С1М-модель энергообъектов как инструмент интеграции централизованной системы диагностики устройств РЗА // Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем: материалы 13-й Всерос. науч.-техн. конф. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2019. С. 361-362.

9. Моисеев Д.В., Галанина Н.А., Иванова Н.Н. Экспрес-анализ и анализ аварийных режимов электрической системы на основе эталонных алгоритмов // Проблемы и перспективы развития энергетики, электротехники и энергоэффективности: материалы III Междунар. науч.-техн. конф. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2019. С. 273-279.

10. МоисеевД.В., Галанина Н.А., Иванова Н.Н. Разработка методики экспресс-анализа аварийных режимов электрической системы // Вестник Чувашского университета. 2019. № 3. С. 167-175.

11. Рыбаков А.К., Жуков Д.А., Федеров О.А. Концепция системы анализа аварийных событий и оценки правильности работы устройств РЗА // Электроэнергия. Передача и распределение. 2018. № 6(51). С. 100-101.

12. Golub G.M. Reliability control of failure-free operation of power supply system of railroad and its components by methods of intellectualization and informatization. Metallurgical and mining industry, 2017, no. 5, pp. 8-13.

13. Iskakov U., Breido J. Settings adaptation system for current protection relay. Annals of DAAAM & Proceedings, 2015, vol. 26, iss. 1, pp. 371-377.

МОИСЕЕВ ДЕНИС ВЛАДИМИРОВИЧ - аспирант кафедры математического и аппаратного обеспечения информационных систем, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (dnsmsv@gmail.com).

ГАЛАНИНА НАТАЛИЯ АНДРЕЕВНА - доктор технических наук, профессор кафедры математического и аппаратного обеспечения информационных систем, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (galaninacheb@mail.ru).

ИВАНОВА НАДЕЖДА НИКОЛАЕВНА - кандидат технических наук, доцент кафедры математического и аппаратного обеспечения информационных систем, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (naadeezdaa@rambler.ru).

D. MOISEEV, N. GALANINA, N. IVANOVA DEVELOPMENT OF ALGORITHMS FOR ANALYZING THE OPERATION OF RELAY PROTECTION AND AUTOMATION FUNCTIONS USING FAULT LOCATION DATA

Key words: relay protection and automation systems (RPA), digital centralized relay protection and automation system, express analysis of emergency conditions, RPA device diagnostics system, digital substation, fault location, RPA function, digital fault recorder.

One of the promising directions for the development of relay protection technologies is the creation of a centralized relay protection and automation system. At the same

time, the task of developing a hardware-software complex for diagnosing this system, which will improve the selectivity, speed, sensitivity and reliability of relay protection, is also relevant. The purpose of this study is to develop algorithms for analyzing the operation of relay protection and automation functions using the received data on the location of the damage, as well as creating an experimental sample of the software package for implementing express analysis of emergency modes of the power system to determine the location of damage and the formation ofprotocol on its results. The article provides a diagram of the diagnosis of relay protection and automation devices based on the calculation of the algorithm for determining the location of damage. Taking into account the data obtained as a result of the algorithm for determining the location of damage, the following types of protection were considered and analyzed: 1) maximum current protection; 2) zero sequence current protection; 3) undervoltage protection; 4) distance protection; 5) directional high-frequency protection. Algorithms have been developed for calculating the start-up and operation of these protections to determine the location of damage. The article provides the corresponding block diagrams. The obtained algorithms were used to create a prototype software package for the express analysis of emergency conditions of the power system to determine the location of damage and generate a protocol based on the results of the analysis, which can be used in real electric power systems.

References

1. Bulychev A.V. RZA elektroenergeticheskikh sistem. Tekhnicheskie trebovaniya i obosnovanie investitsii v NIOKR [RPA of power systems. Technical requirements and substantiation of investments in R&D]. Novosti electrotehniki. 2015. № 6. S. 24-26.

2. Bulychev A.V., Vasil'ev D.S., Kozlov V.N., Silanov D.N. Releinaya zashchita v raspre-delitel'nykh setyakh 110/35/10 kV v usloviyakh tsifrovoi transformatsii elektroenergeticheskikh sistem [Relay protection in distribution networks 110/35/10 kV in the conditions of digital transfor-mation of electric power systems]. Releinaya zashchita i avtomatizatsiya, 2019, no. 1, pp. 71-77.

3. Burbelo M.I., Mel'nichuk S.M. Ispol'zovanie rele provodimosti dlya vyyavleniya nepolno-faznykh rezhimov v setyakh 110-220 kV [Use of the conductivity relay to detect phase conductor breakage in networks 110-220 kV]. Visnik Vinnits'kogopolitekhnichnogo institutu, 2015, no. 2(119), pp. 40-44.

4. Evminov L.I., Selivestrov G.I. Releinaya zashchita i avtomatika sistem elektrosnabzheniya [Relay protection and automation of electricity systems]. Gomel, 2016, 531 p.

5. Moiseev D.V., Galanina N.A. Analiz sushchestvuyushchikh metodik postroeniya sistem registratsii avariinykh sobytii i diagnostiki raboty ustroistv RZA [Analysis of the existing methods of constructing systems for registration of emergency events and diagnostics of operation of RPA devices]. In: Sostoyanie iperspektivy razvitiya IT-obrazovaniya: sb. materialov Vseros. nauch.-prakt. konferentsii [Proc. of Rus. Sci. Conf. «The state and prospects for IT education»]. Cheboksary, Chuvash university Publ., 2019, pp. 391-396.

6. Moiseev D.V., Galanina N.A. Ispol'zovanie CIM-modelei energoob"ektov v sisteme diagnostiki ustroistv RZA [Using CIM models of energy objects in the system of RPA devices diagnostics]. In: Informatika i vychislitel'naya tekhnika: sbornik nauchnykh trudov [Computer science and computing: a collection of scientific papers]. Cheboksary, Chuvash university Publ., 2019, pp. 151-156.

7. Moiseev D.V., Galanina N.A. Razrabotka strukturnoi skhemy podsistemy registratsii i diagnostiki avariinykh sobytii sistemy releinoi zashchity i avtomatiki [Develop a structural scheme of the subsystem for registration and diagnosis of emergency events of the relay protection system and automation]. In: Inzhenernye kadry - budushchee innovatsionnoi ekonomiki Rossii: sb. materialov IV Vseros. stud. konf. [Proc. of 4th Rus. Sci. Conf. «Engineering personnel - the future of Russia's innovative economy»]. Ioshkar-Ola, 2018, pp. 80-83.

8. Moiseev D.V., Galanina N.A. SIM-model' energoob"ektov kak instrument integratsii tsentralizovannoi sistemy diagnostiki ustroistv RZA [The SIM model of energy objects as a tool to integrate a centralized system of diagnostic devices]. In: Dinamika nelineinykh diskretnykh elektrotekhnicheskikh i elektronnykh sistem: materialy 13-i Vseros. nauch.-tekhn. konf [Proc. of 13th

Rus. Sci. Conf. «Dynamics of non-linear discrete electrical and electronic systems»]. Cheboksary, Chuvash university Publ., 2019, pp. 361-362.

9. Moiseev D.V., Galanina N.A., Ivanova N.N. Ekspres-analiz i analiz avariinykh rezhi-mov elektricheskoi sistemy na osnove etalonnykh algoritmov [Expres analysis and analysis of emergency modes of the electrical system based on reference algorithms]. In: Problemy i perspek-tivy razvitiya energetiki, elektrotekhniki i energoeffektivnosti: materialy III Mezhdunar. nauch.-tekhn. konf. [Proc. of 3rd Int. Sci. Conf. «Problems and prospects for energy, electrical engineering and energy efficiency»]. Cheboksary, Chuvash University Publ., 2019, pp. 273-279.

10. Moiseev D.V., Galanina N.A., Ivanova N.N. Razrabotka metodiki ekspress-analiza ava-riinykh rezhimov elektricheskoi sistemy [Development of methods for express analysis of emergency conditions of electrical system]. Vestnik Chuvashskogo universiteta, 2019, no. 3, pp. 167-175.

11. Rybakov A.K., Zhukov D.A., Federov O.A. Kontseptsiya sistemy analiza avariinykh so-bytii i otsenki pravil'nosti raboty ustroistv RZA [The concept of the system of analysis of emergency events and assessment of the correctness of the relay protection system and automation devices]. Elektroenergiya. Peredacha i raspredelenie, 2018, no. 6(51), pp. 100-101.

12. Golub G.M. Reliability control of failure-free operation of power supply system of railroad and its components by methods of intellectualization and informatization. Metallurgical and mining industry, 2017, no. 5, pp. 8-13.

13. Iskakov U., Breido J. Settings adaptation system for current protection relay. Annals of DAAAM & Proceedings, 2015, vol. 26, iss. 1, pp. 371-377.

MOISEEV DENIS - Post-Graduate Student of Information Systems Math and Hardware Department, Chuvash State University, Russia, Cheboksary (dnsmsv@gmail.com).

GALANINA NATALIYA - Doctor of Technical Sciences, Professor, Information Systems Math and Hardware Department, Chuvash State University, Russia, Cheboksary (galaninacheb@mail.ru).

IVANOVA NADEZHDA - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Information Systems Math and Hardware Department, Chuvash State University, Russia, Cheboksary (naadeezdaa@rambler.ru).

Формат цитирования: Моисеев Д.В., Галанина Н.А., Иванова Н.Н. Разработка алгоритмов анализа работы функций релейной защиты и автоматики с использованием данных о месте повреждения // Вестник Чувашского университета. - 2020. - № 1. - С. 97-112.