Дополнительная информация о направлении научных исследований

Повышение качества работы средств релейной защиты и автоматики является актуальной проблемой мировой электроэнергетики. На кафедре Электрических станций НГТУ развивается два направления этой тематики.

2.1. Разработка алгоритмов дифференциальных защит, обладающих повышенной устойчивостью функционирования, то есть сохраняющих на приемлемом уровне показатели быстродействия и чувствительности при наиболее неблагоприятных переходных процессах в силовом и измерительном оборудовании.

Защиты силовых трансформаторов. Для повышения качества работы защит силовых трансформаторов на кафедре разработаны следующие наиболее значимые алгоритмы защиты:

– алгоритмы распознавания броска тока намагничивания и повреждения внутри зоны защиты с большим током, анализирующие характер изменения мгновенных значений дифференциального тока и работающие по принципу распознавания образов. Алгоритмы позволяют достоверно выявить внутренние повреждения в обмотках трансформатора не более чем за период промышленной частоты даже в условиях насыщения измерительных трансформаторов тока;

– алгоритм сравнения фаз токов плеч дифференциальной защиты трансформатора, использующий интервалы точной работы трансформаторов тока в переходном процессе, сопровождающимся их насыщением. Предложенный алгоритм работает значительно точнее (приблизительно в два раза) по сравнению с алгоритмами цифровой фильтрации, поскольку последние используют информацию о токе как во время работы трансформаторов тока с большой, так и с малой погрешностью. Использование более точного алгоритма позволяет повысить чувствительность к внутренним повреждениям, возникающим в зоне действия защиты и сопровождающимся вытекающими токами нагрузки, а также быстро выявлять переход внешнего короткого замыкания во внутреннее повреждение;

– алгоритм выявления витковых замыканий в режиме перевозбуждения трансформатора. Повышенная чувствительность защиты обеспечивается адаптацией уставок к текущему уровню перевозбуждения;

– способ повышения чувствительности дифференциальной отсечки за счёт адаптации её уставки к текущему режиму работы трансформатора. Режим работы трансформатора определяется по положению выключателей, связывающих трансформатор с энергосистемой и нагрузкой. Повышение чувствительности защит – приблизительно в 1,5 раза.

Об особенностях работы алгоритмов можно узнать из публикаций сотрудников кафедры. На некоторые из алгоритмов получены патенты на изобретение (рис.1).

Кроме того, на кафедре разработан специальный программный комплекс для изучения переходных процессов в силовых трансформаторах (рис.2) и цепях дифференциальной защиты (рис.3), позволяющий в удобной форме задавать параметры силовых и измерительных трансформаторов и решать дифференциальные уравнения, описывающие переходные процессы в их цепях. Полученные данные о переходных процессах используются как входные сигналы алгоритма защиты, а также воспроизводятся с помощью программно-испытательного комплекса (например, устройства РЕТОМ-61(51)).

Комплекс имитационного моделирования может быть широко использован в учебных целях для изучения процессов в силовом и измерительном оборудовании.

Все указанные алгоритмы технически реализованы на базе микропроцессорного терминала защиты КПА-М производства АО «ИАЭС» (рис.4).

Комплекс имитационного моделирования может быть широко использован в учебных целях для изучения процессов в силовом и измерительном оборудовании.

Все указанные алгоритмы технически реализованы на базе микропроцессорного терминала защиты КПА-М производства АО «ИАЭС» (рис.4).

Дифференциальная защита синхронных генераторов

Вопросы устойчивости функционирования основных защит генераторов являются достаточно актуальными и по настоящие дни, так как в среднесрочной перспективе замена электромагнитных трансформаторов тока, являющихся главной причиной возможной ложной работы рассматриваемых защит, на более современные, экономически сопоставимые устройства не предвидится. В связи с этим, на кафедре электрических станций активно ведутся исследования и в этом направлении.

В первую очередь, разработаны методы и средства количественной оценки устойчивости функционирования дифференциальных защит, необходимые, как при расчёте её уставок, так и при реконструкции вторичной цепей. В частности, предложена методика анализа чувствительности дифференциальных защит генератора к внутренним КЗ при наличии сквозного тока нагрузки, а также предложена методика анализа устойчивости функционирования дифференциальных защит при внешних КЗ, позволяющая также оценить эффективность использования в них дополнительных мер отстройки от токов небаланса.

Стоит отметить, что предложенные средства количественной оценки позволяют выбрать наиболее подходящее устройство защиты для конкретного генератора, исходя из оценки его устойчивости функционирования, что особенно важно в виду большого многообразия в настоящее время версий дифференциальных защит.

Полученные средства количественной оценки устойчивости функционирования и классификация и анализ существующих алгоритмов дифференциальных защит позволили определить направление по совершенствованию логики защиты, а именно определены и предложены решения по реализации новых отличительных признаков аварийных режимов защищаемого объекта, что в итоге привело к разработке алгоритма функционирования дифференциальной защиты генератора, основанной на структурных методах теории распознавания образов.

Для исследования поведения основной защиты генератора в переходном режиме на кафедре разработан программный комплекс имитационного моделирования переходных процессов в цепях дифференциальной защиты генератора, в который интегрированы математические модели первичного оборудования и ТТ, собранных в группы («звезда», «двойная звезда», а также группы «звезда», работающие на общую нагрузку), а также модуль сохранения осциллограмм вторичных токов ТТ в формат COMTRADE, необходимый для сопряжения данного комплекса с испытательными установками релейной защиты. Главное окно программного комплекса отображено на рисунке 5.

Стоит отметить, что данный комплекс используется не только в научных исследованиях, но и активно применяется в учебном процессе при проведении лабораторных работ у магистрантов нашей кафедры. Получаемые в результате моделирования осциллограммы с последующим их анализом позволяют студентам закрепить знания, полученные при изучении дисциплины «Релейная защита».

«Побочной» областью применения программного комплекса является его использование при расчетах уставок дифференциальной защиты линий.

2.2. Программа имитации аварийных режимов для автоматической проверки устройств релейной защиты и противоаварийной автоматики. Программа позволяет воспроизводить аналоговые сигналы токов и напряжений, подаваемые на входы устройств защиты и автоматики с целью проведения автоматической проверки сложных устройств.

Так, в настоящий момент разработаны программы, позволяющие воспроизводить токи и напряжения, соответствующие асинхронному ходу с годографом замера сопротивления требуемой конфигурации – с требуемым радиусом и координатами характерных точек на комплексной плоскости (рис.6).

Данная разработка полезна для проведения автоматической проверки устройств автоматики ликвидации асинхронного режима (АЛАР) и дистанционных защит, поскольку существующие в настоящий момент средства имитации аварийного режима достаточно сложны в эксплуатации из-за необходимости работы с большим объёмом параметров режима, а их процесс автоматизации значительно усложняется.

Применение же разработанных на кафедре средств позволяет значительно упростить эту задачу.