Тезисы докладов. 5 региональная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Электроэнергетика

Подождите немного. Документ загружается.

Секция 12. Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем

101

Выводы

1. Из рис. 3. следует, что, начиная с частоты скольжения 4 Гц F3 и

F2 приобретают отрицательный знак, а F1 с частоты 7,5 Гц. Этот факт

говорит о том, что действующее значение аварийной составляющей в ре-

жиме качаний превышает действующее значение аварийной составляю-

щей для режима качаний. Релейная защита в этом случае режим качаний

будет считать аварийным режимом.

2. Как можно заметить при частоте скольжения 0,5 Гц (соответству-

ет периоду качания 2 с) наибольшее значение имеет функция F3. Это го-

ворит о том, что при данной частоте скольжения разница между макси-

мальным действующим значением аварийной составляющей для режима

короткого замыкания и максимальным действующим значением аварий-

ной составляющей для режима качаний, наибольшая, то есть ПО защиты

лучше отличает режим короткого замыкания от режима качаний.

3. На основе анализа делаю заключении, что наилучшим алгоритмом

для нахождения аварийной составляющей является алгоритм номер три

( ) ( ) ( ) 2 ( 2 )

ав

i t i t i t T i t T      

4. Метод выделения аварийных составляющих из фазных токов

находит широкое применение в микропроцессорных устройствах РЗ.

5. Аварийная составляющая тока присутствует при любом коротком

замыкании, что делает этот метод достаточно универсальным.

Библиографический список

1. Дьяконов А.Ф., Овчаренко Н.И. Микропроцессорная релейная защита и автома-

тика электроэнергетических систем: учеб. пособие для студентов вузов. – М: Изд-во МЭИ,

2000. – 199 с.

2. Федосеев А.М., Федосеев М.А. Релейная защита электроэнергетических систем:

учеб. для вузов. − М: Энергоатомиздат, 1992. – 528 с.

Ю.В. Макаров, студ.;

рук. А.В. Гусенков, к.т.н., доцент

ВИРТУАЛЬНАЯ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

«ИССЛЕДОВАНИЕ ТОКОВЫХ СТУПЕНЧАТЫХ ЗАЩИТ»

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СРЕДЫ ГРАФИЧЕСКОГО

ПРОГРАММИРОВАНИЯ LABVIEW

Токовые защиты со ступенчато-зависимыми характеристиками вы-

держки времени – это наиболее простые и дешевые устройства релейной

ЭНЕРГИЯ-2010

102

защиты, широко используемые (особенно в радиальных распределитель-

ных сетях напряжением 35 кВ и ниже) для защиты элементов электриче-

ской сети от коротких замыканий (КЗ).

Токовые защиты реагируют на ток в защищаемом элементе и приходят

в действие при превышении током в месте их включения некоторого заранее

установленного значения (уставки). Основными элементами токовой защиты

являются реле тока, реле времени и промежуточное реле. Защита может

действовать на отключение поврежденного элемента сети без выдержки

времени (токовая отсечка (ТО)) или с выдержкой времени (токовая отсечка с

выдержкой времени (ТОВ), максимальная токовая защита (МТЗ)) [1].

Изучение токовых защит со ступенчато-зависимыми характеристи-

ками выдержки времени предусмотрено учебными планами для студен-

тов практически всех специальностей электроэнергетического факульте-

та как очной, так и заочной форм обучения. Для этого на кафедре АУЭС

имеется лабораторный стенд Р-1 [2].

Стенд существует в единственном экземпляре, изготовлен около

20 лет назад и имеет значительную степень износа установленного обо-

рудования. Замена стенда пока не предусмотрена, поэтому актуальным

является поиск альтернативных решений по замене этого лабораторного

стенда с минимальными материальными затратами, но с сохранением его

функциональных возможностей.

Разработка нового лабораторного стенда особенно актуальна для

студентов заочной формы обучения, для которых в отличие от студентов

очной формы обучения планируется значительно меньшее количество

аудиторных занятий, но больший объем самостоятельной работы.

Наиболее простым и перспективным решением является использо-

вание для выполнения лабораторного стенда одного из математических

пакетов визуального моделирования. Анализ возможностей различных

систем моделирования показал, что наиболее приемлемой для реализации

виртуального лабораторного стенда является среда графического про-

граммирования LabVIEW [3].

Среда графического программирования LabVIEW– самый популяр-

ный в мире программный продукт для разработки систем сбора данных,

их анализа, обработки и визуализации, в котором для создания приложе-

ний используются графические средства, вместо традиционного тексто-

вого кода. От пользователя пакета LabVIEW не требуется знаний языков

программирования. Все действия по разработке сводятся к простому по-

строению структурной схемы приложения в интерактивной графической

среде с набором всех необходимых библиотечных образов, из которых

собираются объекты, называемые виртуальными инструментами.

Секция 12. Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем

103

Выбор пакета определяется также тем, что это один из немногих ли-

цензионных продуктов, имеющихся в ИГЭУ.

Использование современных информационных технологий позволяет

организовать необходимое количество рабочих мест и отказаться от практи-

ки бригадного выполнения лабораторных работ студентами, сделав упор на

развитие навыков индивидуальной самостоятельной работы студентов.

Таким образом, основными целями работы являются:

1. Разработка виртуального лабораторного стенда для исследования

токовых ступенчатых защит;

2. Повышение качества учебного процесса на основе повышения ро-

ли индивидуальной самостоятельной работы студентов.

Разработка нового виртуального лабораторного стенда особенно ак-

туальна для студентов заочной формы обучения, для которых, в отличие от

студентов очной формы обучения, планируется значительно меньшее коли-

чество аудиторных занятий, но больший объем самостоятельной работы.

В настоящее время на факультете заочного и вечернего обучения

(ФЗВО) введено в эксплуатацию Интернет-приложение «Виртуальный

методический кабинет» (ВМК), обеспечивающее выполнение функций

размещения учебно-методических и нормативно-справочных материалов,

полнотекстового поиска и доступа студентов и преподавателей к инфор-

мационным ресурсам ВМК в режиме многопользовательского авторизо-

ванного ролевого доступа.

В целях предоставления студентам максимальной возможности са-

мостоятельной работы с учебными материалами, разработанное про-

граммное обеспечение виртуального лабораторного стенда будет, прежде

всего, размещено на сервере ФЗВО для использования студентами ФЗВО

всех энергетических специальностей круглосуточно в режиме удаленного

доступа через Internet.

Для достижения поставленных целей в процессе выполнения работы

решаются следующие основные задачи:

1. Составление принципиальной схемы участка электрической сети;

2. Составление схемы замещения;

3. Составление и решение системы уравнений для нахождения токов

КЗ в отдельных элементах системы с учетом состояния коммутационных

элементов (выключателей и ключей КЗ);

4. Разработка лицевой панели и блок – диаграммы виртуального ла-

бораторного стенда;

5. Отладка программного обеспечения;

6. Размещение программного обеспечения в информационных ре-

сурсах виртуального методического кабинета ФЗВО.

7. Опытная эксплуатация разработанного программного обеспечения.

ЭНЕРГИЯ-2010

104

8. Использование в учебном процессе.

В качестве исходной схемы участка электрической сети принята

схема лабораторного стенда Р-1, состоящая из трех радиальных линий

электропередачи и трансформаторной подстанции [2]. Принципиальная

схема сети приведена на рис. 1.

На каждой из линий Л1, Л2, Л3 установлены трехступенчатые токо-

вые защиты (ТО, ТОВ, МТЗ) 1, 2 и 3 соответственно. На трансформато-

ре Т установлена продольная дифференциальная токовая защита (основ-

ная защита) и МТЗ (резервная защита). Упрощенная схема сети исполь-

зуется для отработки алгоритмов функционирования виртуального лабо-

раторного стенда. В дальнейшем принципиальную схему стенда плани-

руется видоизменить, с тем, чтобы согласовать ее со схемой электриче-

ской сети, используемой студентами ФЗВО для расчета токовых защит

линий в курсовой работе. Тем самым студенты получают возможность

рассчитать уставки защит в соответствии со своим вариантом задания

курсовой работы, а затем, используя заданные параметры элементов сети

и полученные уставки, проверить эффективность функционирования за-

щиты в различных режимах работы. Среда графического программиро-

вания LabVIEW позволяет задавать практически неограниченное количе-

ство вариантов (индивидуально для каждого студента).

Рис. 1. Принципиальная схема участка электрической сети

На основе исходной схемы сети составлена ее схема замещения с

учетом наличия 6 выключателей и ключа КЗ. Схема замещения электри-

ческой сети изображена на рис. 2 .

В схеме предусмотрена возможность задания коротких замыканий в

16 промежуточных узлах.

Расчет токов в нормальном нагрузочном режиме и в режимах КЗ в

выключателях схемы и ключе КЗ, а также напряжений в узлах схемы ве-

дется модифицированным методом узловых потенциалов.

Секция 12. Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем

105

Рис 2. Схема замещения участка электрической сети

Решение полученного матричного уравнения производится встроен-

ными средствами LabVIEW.

На рис. 3 а, б в качестве примера приведена блок-схема формирова-

ния подматрицы положения ключей КЗ.

ЭНЕРГИЯ-2010

106

а)

б)

Рис. 3. Формирование подматрицы положения ключей КЗ

Секция 12. Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем

107

Созданная программа позволяет вводить параметры исследуемой

электрической сети, включать и отключать выключатели, моделировать

КЗ в заданных узлах схемы, получать значения токов во всех ветвях схе-

мы, а также напряжения во всех узлах в режиме реального времени.

Расчет напряжений в узлах схемы позволяет в дальнейшем нарас-

тить функциональные возможности схемы (например, использовать в ка-

честве защиты отдельных элементов защиты с пуском по напряжению).

Интерфейс разработанной программы является наглядным и интуи-

тивно понятным, что облегчает процесс выполнения работы и вызывает

интерес у пользователя. Лицевая панель разработанного виртуального

стенда показана на рис. 4.

Рис 4. Лицевая панель виртуального лабораторного стенда

Выводы

1. Использование графической среды визуального моделирования

LabVIEW позволяет выполнить виртуальный лабораторный стенд для ис-

следования токовых ступенчатых защит, обладающий большими функ-

циональными возможностями по сравнению с существующим на кафедре

АУЭС лабораторным стендом.

ЭНЕРГИЯ-2010

108

2. Виртуальный лабораторный стенд обеспечивает повышение каче-

ства самостоятельной работы студентов по дисциплине «Релейная защита

и автоматика электроэнергетических систем» на факультете заочного и

вечернего обучения (ФЗВО) на основе использования современных ин-

формационных технологий и может использоваться в учебном процессе

для студентов очной формы обучения.

Библиографический список

1. Гусенков А.В., Коротков В.Ф. Расчет токовых защит линий в радиальных распре-

делительных электрических сетях 6 − 35 кВ: метод. указания №1883. − Иваново, 2007.

2. Лебедев О.В. Исследование МТЗ с независимой характеристикой: метод. указания

к лабораторных работе Р-1. − Иваново, 1979.

3. Тревис Дж., Кринг Дж. LabVIEW для всех. – М., ДМК Пресс, 2008 – 880 с.

О.А. Сарбеева, Е.С. Чугрова, магистранты;

рук. В.А. Шуин, д.т.н., проф.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ПЕРЕХОДНЫХ ТОКОВ ПРИ ЗАМЫКАНИЯХ НА ЗЕМЛЮ

В СЕТЯХ 6 − 10 кВ

Введение. Однофазные замыкания на землю (ОЗЗ) являются преоб-

ладающим видом повреждений в кабельных сетях 6 – 10 кВ (70 – 90 % от

общего числа электрических повреждений) и часто являются перво-

причиной аварий, сопровождающихся значительным экономическим

ущербом. Поэтому от эффективности функционирования защит от

этого вида повреждений существенно зависит надежность электро-

снабжения потребителей.

Все устройства защиты от ОЗЗ можно разделить на 2 большие группы:

1) устройства, основанные на использовании электрических величин

нулевой последовательности установившегося режима ОЗЗ (токи и

напряжения промышленной частоты, естественные высшие гармоники,

«наложенные» токи непромышленной частоты);

2) устройства, основанные на использовании электрических величин

переходного процесса.

На функционирование устройств защиты от ОЗЗ существенное вли-

яние оказывают электромагнитные переходные процессы, возникающие

в момент пробоя изоляции фазы сети на землю.

Для защит 1-й группы токи и напряжения переходного процесса

представляют собой сигналы помехи, которые могут привести к отказам

функционирования (излишним срабатываниям, отказам срабатывания).

Секция 12. Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем

109

Для устройств 2-й группы электрические величины переходного

процесса представляют собой информационные сигналы, по параметрам

которых определяется поврежденное присоединение.

Для решения задач, связанных с исследованием влияния электро-

магнитных переходных процессов при ОЗЗ на функционирование защит

1-й группы и повышением динамической устойчивости их функциониро-

вания, и задач, связанных с разработкой и повышением эффективности

функционирования защит 2-й группы, представляют интерес основные

информационные параметры переходных токов и напряжений при ОЗЗ и

их зависимости от основных влияющих факторов.

К основным информационным характеристикам переходных токов

ОЗЗ относятся:

- значения токов и напряжений переходного процесса (амплитуды пе-

реходных токов и напряжений, интегральные значения переходных токов);

- частотные характеристики токов переходного процесса (спектр ча-

стот токов переходного процесса, амплитудно-частотные характеристи-

ки, частотно-энергетические характеристики).

Основные факторы, влияющие на значения и частоты электрических

величин переходного процесса – это суммарный емкостный ток сети I



индуктивность источника питания, удаленность места ОЗЗ от шин источ-

ника питания, режим заземления нейтрали сети (изолированная нейтраль,

резонансное заземление нейтрали через дугогасящий реактор, высокоом-

ное заземление нейтрали через резистор).

Метод исследований. Для получения информационных параметров

электрических величин переходного процесса, определения диапазона их

изменения и исследования влияния на них указанных выше факторов в

данной работе использовались:

- аналитическое решение для уравнений переходного процесса при

ОЗЗ, полученное в [1] для двухчастотной схемы замещения электриче-

ской сети 6 – 10 кВ радиальной конфигурации (для случая «малых по-

терь» в контуре нулевой последовательности электрической сети);

- математическое моделирование переходных процессов при ОЗЗ в

программах Matlab и Mathcad с использованием указанной выше упро-

щенной модели электрической сети 6 – 10 кВ.

Уравнения переходного процесса при ОЗЗ для двухчастотной

схемы замещения электрической сети 6 − 10 кВ. Исследования, прове-

денные в реальных электрических сетях 6 – 10 кВ и на математических

моделях, показали, что в переходных токах при ОЗЗ преобладают две ча-

стотные составляющие, связанные соответственно с разрядом емкостей

поврежденной фазы сети (разрядная составляющая) и с подзарядом емко-

стей неповрежденных фаз сети (зарядная составляющая), например, [1, 2

ЭНЕРГИЯ-2010

110

и др.]. Указанным двум свободным составляющим соответствует т.н.

двухчастотная схема замещения (рис. 1).

ДГР

МЛ

0Л

(1)

0Σ

Рис. 1. Двухчастотная схема замещения радиальной кабельной сети 6 – 10 кВ для анализа

переходных процессов при ОЗЗ

Для сети по рис. 1, работающей с изолированной нейтралью, для

напряжения нулевой последовательности уравнение имеет следующий вид

[1]:

 

( ) sin

sin sin ;

пр p з m

mp p p mз з з

u t u u u U t

U e t U e t





   



     

   

(1)

2 2 2 2

cos sin

mp m

U U a

   







;

(2)

2 2 2 2

cos sin

U U a

   







(3)

где u

пр

– принужденная составляющая переходного напряжения u

(t); u

–

разрядная составляющая напряжения u

(t); u

– зарядная составляющая

напряжения u

(t);



− частота разрядных колебаний;



− частота заряд-

ных колебаний;



− постоянная затухания разрядных колебаний;



−