Управление энергосистемой и устойчивость

Обеспечение надежности электроснабжения и качества электроэнергии [ 2 ,5,7,8,11,14,15] является комплексной задачей и осуществляется путем: выполнения расчетов режимов работы энергосистем; определения максимально допустимых перетоков мощности в сечениях и по линиям электропередачи с учетом допустимой токовой нагрузки; определения и задания уровней напряжения в контрольных пунктах; управления режимом работы системы и обеспечение согласованных параметров режима работы оборудования; выбора параметров настройки устрой ств пр отивоаварийной автоматики; анализа надежности функционирования энергосистемы; определения рисков снижения надежности функционирования энергосистемы и разработка мероприятий по их минимизации и устранению; разработки мероприятий по обеспечению качества электроэнергии в ...

СОДЕРЖАНИЕ
стр
ВВЕДЕНИЕ
1. ПРОБЛЕМАТИКА РЗА
2. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ЗАЩИТЫ ЭЭС
3. ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ СИСТЕМ ЗАЩИТЫ
4. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ВКЛЮЧЕНИЯ ТТ
3. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЗАЩИТЫ ТИПОВЫХ ЭЭС
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Защитные электроэнергетические системы предназначены для выявления неисправностей и своевременно го инициирования ликвидации повреждений в аварийной сети . Так, з ащитные реле используются для локализации неисправности и оповещения об отключении контактора . Кроме того, используются распределенные предохранительные системы , назначение которых - предотвращение повреждения сетей. Защитные реле детектируют уровни тока и напряжения в системе, что дает знание о наличие и расположении физических дефектов сети. Трансформа торы тока ( ТТ ) и трансформаторы напряжения (ТН) используются для масштабирования системы токов и напряжений до уровней, которые лучше подходят для реле и измерительных приборов. Трансформаторы напряжения чаще всего связаны со вторичными цепями сетей, то есть с трехфазным напряжением системы «звезда» (Y/220V), что является стандартом вторичного номинального напряжения. Они выбираются на основе их рабочего напряжения и вольт-амперной характеристики. Их практическое применение обсуждается ниже. В последнее время цифровые реле защиты стали более доступны и популярны во многих задачах защиты электроэнергетических систем. Эти реле обеспечивают ги бкость, самоконтроль, и простоту установки и часто обладают дополнительными функциями по сравнению с традиционными электромеханическими реле. Настройка большинства таких реле проста и изложена в прилагаемых руководства х . Для того чтобы сделать расчет режима работы этих реле , надо знать пиковое значение ток а холостого хода, минимальный и максимальный рабочий ток , параметры ТТ и ТН. В данной работе приводится краткий обзор некоторых из наиболее распространенных способов и схем применения защит ы в электроэнергетических системах .

Это позволяет констатировать, что практический смысл изучать излишние действия имеет место только у ступенчатых (в том числе дистанционных) релейных защит.3 Техническая эффективность систем защитыТехнический эффект Е определяется как разность потенциально-возможного эффекта в виде вероятности р(А) коротких замыканий А на защищаемом объекте, которые должна обнаружить ДЗ, и вероятности потерь р(П)=р(О)+ р(И)+ р(Л) в виде суммы вероятностей отказов срабатывания р(О), излишних р(И) и ложных р(Л) действий [10,16], т.е.Е = р( А) - р(П), (1)а техническая эффективность как отношение этой разности к потенциально- возможному эффектуЕ* = Е / р(А). (2)Иллюстрация данного расчетного метода представленана рис.1, на котором обозначено:S - структура сети: 1) А, Б, В, Г - подстанции сети, 2) №, п, пп - защищаемая (№), предыдущая (п), предыдущая к предыдущей (пп) линии сети, 3) ОС1, ОС2, ОС3 - обходные связи, шунтирующие соответственно защищаемую (№), предыдущую (п) и предыдущие к предыдущим (пп) линии, 4) Ej ... En - ЭДС источников, 5) Zj ... Zn – комплексные сопротивления источников, 6) цифры 1, 2 в прямоугольниках - обозначение выключателей или комплектов защит на концах линий, 7) №1, п1, пп1 - номера защит линии в направления действия рассматриваемой защиты, T - времена действия: замеряемые сопротивления защит №1, п1, пп1 при КЗ вдоль линий сети (ось абсцисс - сопротивление прямой последовательности z1, одинаковое обозначение с сопротивлением источника e) и временных характеристик (ось ординат t) ступеней защит вдоль тех же линий при обходных связях OC1, ОС2. Обозначено на кривых и прямых: 1) буквой z1 - уставки по сопротивлению с нижними индексами №1, п1, пп1 и верхними индексами: I, II, III соответствующих ступеней, включая букву «в» для вариаций уставок (z - уставки I (первой), II (второй), III (третьей) ступеней) защиты №,1 по сопротивлению без вариаций, буквой t - уставки по времени с такими же нижними индексами №1, п1, пп1 и верхними индексами: ступеней I, II, III. E - возможные изменения технической эффективности дистанционной защиты E линии №1: I, II, III ступеней, отображенных в верхнем индексе. Рисунок 1 - Структура сети (S), времена действия (T), техническая эффективность (E) ступеней дистанционной защиты №1 Таким образом, для определения эффективности защиты надо применять расчетный метод определения вероятности совмещения редкого события с достаточно статистически представительным событием-состоянием. То есть, важным является расчет вероятностей потерь ДЗ.В этой связи можно утверждать что: 1) при настройке первых ступеней следует обязательно учитывать как отказы, так и излишние действия, имеющие место при КЗ. Ложные срабатывания можно оценивать отдельно, т.к. они не зависят от КЗ; 2) для второй ступени (настройка исходя из чувствительности) следует учитывать только излишние действия и оптимальным случаем настройки будет, когда они минимальны; 3) для третьей ступени как и второй с точки зрения ее настройки определяется только излишними действиями и оптимальным случаем настройки будет, когда излишние действия минимальны.Анализ составляющих критерия технического эффекта возможен в двух вероятностных мерах: параметров потоков событий и вероятностей состояний после этих событий в течение интересующих средних продолжительностей (время обнаружения КЗ, фиксации КЗ и отключения поврежденного элемента, восстановления и т.д.). Вероятности состояний после событий или событий-состояний по сравнению с параметрами потоков событий являются более обобщенными, фундаментальными, информативными и диверсифицируемыми для задач в технических системах, т.к. отображают не только возникновение процесса, но также последующее его протекание в течение времени, предопределяемом характером рассматриваемой практической задачи и интересом исследователя. Поэтому в данной работе для математического отображения предложенных критериев, например технического эффектаE=р(А)-р(О)-р(И)-р(Л), (3)и их составляющих выбраны вероятности событий-состояний, в которых соединены оба главных компонента случайного процесса как возникновение событий, так и их интересующее последействие в желаемом временном диапазоне. Особенностью выражения (3) является приведение всех составляющих к одним и тем же условиям наблюдения, т.е. каждая из вероятностей выражения (3) является как бы безусловной вероятностью события-состояния, которая определяется как произведение всегда безусловного параметра потока возникновения события на среднюю продолжительность наблюдения интересующего последействия. Безусловные вероятности потерь р(О), р(И), р(Л) из-за редких и потому непредставительных статистик для определения параметров событий О, И, Л не могут быть определены как р(А). Для исключения статистической погрешности в искомых составляющих критериев с редкой статистикой рекомендовано воспользоваться достаточно представительной статистикой других событий, совместно с которыми редкие события могут произойти, вычислять их по правилу умножения вероятностей как произведение условной вероятности интересующего редкостного события и безусловной вероятности статистически представительного другого события-состояния, на поле которого возникает редкостное событие (рис. 2). Например, безусловная вероятность отказов срабатывания р(О) = р(О/А)р(А), где р(О/А) - условная вероятность отказов срабатывания при КЗ на защищаемом объекте, а р(А) - безусловная вероятность короткозамкнутого состояния. Рисунок 2 - Диаграмма событий-состояний на поле условий защищаемого объекта c дистанционной защитойАналогично безусловная вероятность излишних действий р(И)=р(И/ВК)р(ВК), где р(И/ВК) - условная вероятность излишних действий при внешнем коротком замыкании (ВК), а р(ВК) - вероятность состояния внешнего КЗ на внешних элементах; безусловная вероятность ложных действий р(Лнам)=р(Лнам/НАМ)р(НАМ) при бросках тока намагничивания через защищаемый объект, где р(Лнам/НАМ) - условная вероятность ложных действий при названных бросках, а р(НАМ) - безусловная вероятность процесса броска тока намагничивания; безусловная вероятность ложных действий в рабочих эксплуатационных режимах р(Лэ)=р(Л7Э)р(Э), где р(Лэ/Э) - условная вероятность ложных действий в рабочих режимах, а р(Э) - вероятность рабочего эксплуатационного состояния. Безусловные вероятности состояний определяются по выражениям: вероятность внешних КЗ p(BK) = свкm(T ), где свк - параметр потока внешних КЗ, m(T) – средняя продолжительность внешнего КЗ с точки зрения фиксации ВК рассматриваемой защитой; вероятность бросков тока намагничивания р(НАМ)=снам т(Гнам), где р(НАМ) - вероятность, снам - параметр потока броска тока намагничивания; т(Гнам) - вероятность рабочих или эксплуатационных режимов как вероятность противоположного события-состояния относительно нерабочих событий-состояний.4 Структурная схема включения ТТДля понимания схемотехнических решений рассматриваемых систем приведем структурную схему включения основных устройств защиты в трехфазной цепи.Надо сказать, что реальные трансформаторы тока (ТТ) обычно имеют номинальное значение 5А (по постоянному току) на вторичной обмотке. Многие трансформаторы являются многообмоточными, с возможностью выбора коэффициента трансформации (КТ) из нескольких доступных для данного конкретного устройства. Трансформаторы тока, как правило, в состоянии передавать токи превосходящие в 20 раз их рабочий ток (пиковые токи), в течение короткого периода времени. Это свойство зависит от их нагрузки, имея ввиду предельный режим работы. Типовое включение трансформаторов тока показано на рисунке 3.Рисунок 3 - Структурная схема включение трансформаторов токаДля выбора конкретного вида устройства защиты удобно воспользоваться справочной литературой [1,12,17,18].Надо отметить, что для трансформаторов напряжения структурная схема включения будет отличаться лишь способом включения (последовательное/параллельное).5 Методы расчета защиты типовых ЭЭСРассмотрим схему электрической сети, применяемую на практике (рис. 4).К2К1Т2Т1110 кВ10кВРисунок 4 - Схема электрической сети5.1 Расчет токов короткого замыкания Произведем расчет токов короткого замыкания в точках К1; К2; К3; К4. Для этого начертим схему замещения электрической сети 110кВ (рис. 5).Рисунок 5 - Схема замещения электрической сетиПринимаем Uб1 = 115 кВ; Uб2 = 11 кВ, Sб = 100 МВА. Для дальнейших расчетов будем использовать общеизвестные формулы [3,4,6,9,13].1) Рассчитываем базисные токи:Iб1 = кАIб2 = кА2) Рассчитываем комплексные сопротивления всех элементов сети.2.1) Хл1 = Хл2 = Х0*l = 0,4*30 = 12 о.е.2.2) о.е.2.3) Хл3 = Х0*l = 0,4*2 = 0,8 о.е.2.4) о.е.2.5) Rкл = R0 *l = 0,0754*2 = 0,151о.е.Хкл = Х0*l = 0,054*2 = 0,108 о.е.Zкл = о.е.2.6) Хсд = Х о.е.Преобразуем схему замещения к виду представленному на рисунке 6.∑ХРисунок 6 – Приведенная схема замещения электрической сети3) Рассчитываем ток короткого замыкания в точке К1.3.1) ∑Х = Хс + Хлэпв = о.е.3.2) I,k1 = о.е.I”k1 = I,k1 * Iб1 = 0,164*0,5=0,082 кАПреобразуем схему замещения:∑ХРисунок 7 – Схема замещения электрической сети (для варианта КЗ К1)4) Рассчитываем эквивалентное сопротивление Х1 и Х2.Х1 = ∑Х + Хлэпв =о.е.Х2 = Zкл + Хсд =0,187+2=2,187 о.е.Преобразуем схему замещения (рис.8)Рисунок 8 - Приведенная схема замещения электрической сети (для варианта КЗ К1)5) Рассчитываем токи К.З. в точках К2 и К3.Ik1 = о.е.Ik2 = о.е.I,k2= Ik1 + Iк2 = 0,15+0,41=0,66 о.е.I”k2 = I,k2* Iб2 = 0,66*5,25=3,465 кАI,k3= о.е.I”k3 = I,k3 * Iб2= 0,11*5,25 = 0,578 кАПреобразуем схему замещения:Рисунок 9 – Схема замещения электрической сети (для варианта КЗ К1, K2)6) Рассчитываем эквивалентное сопротивление Х3.Х3 = Х1 + Хл + Хтз =6,625+0,8+1,625=9,05 о.е.7) Рассчитываем ток К.З. в точке К4.Iб3 = о.е.I,k4= о.е.I”k4 = I,k4 * Iб3=0,11*14,5=1,595 кА5.2 Выбор защиты воздушной линии электропередачи (ВЛЭ).Рис.7. Структурная схема типовой ВЛЭТоковая отсечка (ТО) в ВЛЭ:Sнагр = 0,7* Sном = 2,8МВА.Iраб = А.Выбираем трансформатор тока ТПЛ-10-50-0,5/10Р: А, А.Ток срабатывания защиты выбирается из условия отстройки от максимального тока короткого замыкания.Iсз = Кн * Iкз max = 1,25*0,87 = 1,09 кА.Iср= А.Принимаем токовое реле – РТ-40/150Максимальная токовая защита ВЛ3.релейная защита трансформатор синхронный электродвигательIсз= АIср= АПринимаем токовое реле – РТ – 40/6; реле времени РВ-01 с tсз=1 с5.3 Выбор защиты трансформаторов1) Устройство газовой защиты трансформаторовВ качестве газовой защиты выбираем газовое реле типа “РГЧЗ – 66”.Газовая защита основана на использовании явления газообразования в баке поврежденного трансформатора. Интенсивность газообразования зависит от характера и размеров повреждения.Реле типа “РГЧЗ – 66” имеет две открытые плоскодонные чашки с установленными внутри них подвижными контактами. При заполнении маслом корпуса газового реле обе чашки под действием спиральных пружин находятся в верхнем положении, и контакты реле разомкнуты. При понижении уровня масла в реле в результате утечки масла или его вытеснения газом, скапливающимся в верхней его части корпуса реле, под действием веса оставшегося в чашечках масла они опускаются, и подвижный контактный мостик замыкает неподвижные контакты. Первой опускается верхняя чашка сигнального элемента (при вытеснении примерно 400 см3 масла), а затем чашка нижнего отключающего элемента (при полном уходе масла через реле). С нижней чашкой отключающего элемента связана сменная пластина, реагирующая на скорость потока масла в реле. Реле комплектуется тремя сменными пластинами разных размеров, рассчитанными на замыкание нижнего отключающего контакта при скоростях потока масла 0,6; 0,9; и 1,2м/с (на пластинах нанесены цифры, указывающие скорость потока масла).2) Защита от перегрузки трансформаторовIном = А.Выбираем трансформатор тока ТТ - Ток срабатывания от перегрузки устанавливается из условий отстройки от номинального тока.Iсз= А;Iср= А.