Релейная защита и противоаварийная автоматика: от сигналов к данным и знаниям

Размещено на http://www.allbest.ru/

Релейная защита и противоаварийная автоматика: от сигналов к данным и знаниям

Предложен подход к построению алгоритмов функционирования и способов реализации средств релейной защиты и противоаварийной автоматики современных электроэнергетических объектов. В его основе - извлечение знаний об авариях и аварийных участках в режиме реального времени. Требует преобразования сигналов таких средств в данные и информацию о параметрах электроэнергетических объектов и режимах их работы и последующего получения знаний об авариях и аварийных участках. Знания являются основанием для формирования сигналы индикации или селективного отключения поврежденных элементов или участков.

Ключевые слова: электрические сети, электроэнергетические системы, рейная защита, автоматика, надежность, аварийность, оборудование

Использование средств релейной защиты и противоаварийной автоматики (РЗА) в электроэнергетических системах и сетях, а также системах электроснабжения преследует цель селективного определения поврежденных участков и их отключения [16, 28]. Очевидно, что достижение указанной цели означает формирование знания о фактах работы защищаемых участков сетей (или электрооборудования) в ненормальных или аварийных режимах. Такое знание должно быть получено за десятки - сотни миллисекунд, Ограничение по времени обусловлено разрушительным действием токов и напряжений в аварийных режимах, и только путем обеспечения быстродействия РЗА ограничиваются размеры повреждений [24, 30]. В противном случае последствия аварий достигают катастрофических масштабов. Достаточно вспомнить аварии на электрических станциях (Чернобыльской АЭС, Саяно-Шушенской ГЭС), и особенно, - человеческие жертвы на этих объектах. Немаловажное значение имеет и экономический ущерб от недоотпуска электрической энергии, нарушений технологических процессов потребителей, выполнения ремонтных работ по замене поврежденного оборудования [4, 7, 17, 18, 33].

Следовательно, актуальной, является проблема совершенствования алгоритмов функционирования, способов и средств реализации релейной защиты и противоаварийной автоматики современных электроэнергетических объектов [26]. Важно отметить, что инновационные решения последних лет дают технологические возможности [8, 9] для создания средств релейной защиты и противоаварийной автоматики нового поколения.

Цель работы

Обоснование подхода в построению алгоритмов функционирования и способов реализации средств релейной защиты и противоаварийной автоматики современных электроэнергетических объектов на основе извлечения знаний в режиме реального времени путем преобразования сигналов таких средств в данные и информацию о параметрах электроэнергетических объектов и режимах их работы и последующего получения знаний об отклонениях режимов работы от нормальных и формирования сигналов индикации или отключения поврежденных элементов или участков.

Идентифицируемые аварийные режимы объектов электроэнергетики обусловлены нарушениями изоляции или, наоборот, потерей проводимости токоведущих частей электрооборудования. Встречаются случаи механических повреждений, приводящие к нарушениям нормальных режимов, а также ошибки персонала. Прямой контроль отклонений перечисленных типов при работе электроустановок под нагрузкой невозможен. Во-первых, места повреждений имеют распределенный в пространстве характер, поэтому даже визуальный перманентный контроль исключен. Во-вторых, характер повреждений столь разнообразен, что для их выявления не существует одного типа приборов и физических параметров.

Общим признаком аварийных режимов в электроэнергетике является изменение их параметров и выход за допустимые пределы. Именно поэтому принципы построения РЗА ориентированы на контроль параметров электрических сетей и электрооборудования [19, 27]. В число таких параметров входят как их конструктивные и физические величины, так и параметры режимов работы в составе электроэнергетических систем, сетей, потребителей электрической энергии [12, 13, 31, 32]. В тех случаях, когда перечисленные параметры выходят за допустимые пределы, средствами РЗА вырабатываются сигналы индикации или команды отключения. В качестве параметров режимов используются и сигналы, получаемые преобразованием параметров прямого измерения в сигналы, пропорциональные таким составляющим, как токи и напряжения обратной последовательностей, либо высшие гармонические составляющие, кратные основной частоте.

Изложенный принцип работы современных средств релейной защиты и автоматики предполагает использование сигналов датчиков, а в алгоритмах микропроцессорных средств - информации о параметрах электроэнергетических объектов. Такая информация имеет форму цифровых данных, для получения которых применяются аналого-цифровые преобразователи. Именно эти данные используются в алгоритмах средств релейной защиты и автоматики в качестве признаков нормальных или аварийных режимов работы защищаемых объектов. Но до настоящего времени отсутствуют процедуры производства знаний о месте аварии и необходимых для их локализации отключениях.

Вместе с тем, команда на отключение электрооборудования должна быть результатом знания о факте аварии на конкретном участке или конкретной единице оборудования. Следовательно, в алгоритмы функционирования средств релейной защиты и противоаварийной автоматики должны быть включены такие вычислительные и логические процедуры, которые вырабатывают искомые знания. В качестве таких процедур могут применяться информационные технологии экспертных систем, правила, законы и закономерности, методы нечеткой логики, фильтрация, трансформация, обогащение данных, анализ данных (и особенно - интеллектуальный) и др. Перечисленные процедуры и технологии обработки данных уже отработаны и проверены в практике управления предприятиями и их технологическими процессами.

Принципиально важно, что производство знаний [6, 11] в средствах релейной защиты и автоматики должно выполняться в режиме реального времени при следующих ограничениях:

- быстродействие средств защиты должно гарантировать минимизацию размеров разрушений в аварийных режимах, что предопределяет максимально допустимое время извлечения знаний;

- чувствительность РЗА должна гарантировать получение знания об аварийном участке, несмотря на погрешности работы датчиков и преобразователей, а также с учетом отстройки от аварийных параметров режимов работы при повреждениях на смежных участках электрических сетей и систем;

- надежность средств РЗА должна отвечать требуемому (априори заданному) уровню;

- селективность действия РЗА должна гарантировать выбор дляотключение только поврежденного участка и сохранения работоспособности неповрежденных элементов.

Таким образом, создана концепция построения алгоритмов функционирования средств релейной защиты и автоматики нового поколения - умных устройств [10, 15], команды которых основаны на знаниях об аварийных режимах и местах таких аварий. В алгоритмы входят и ограничения, в рамках которых происходит извлечение знаний. Совокупность процедур извлечения знаний и ограничения математически образуют необходимые и достаточные условия для формализации решаемой задачи. Следовательно, задача становится формализуемой. Формализованная задача является алгоритмически реализуемой, и, следовательно, может решаться без участия человека, то есть средствами релейной защиты и автоматики.

Отметим, что формализованная постановка задачи идентификации поврежденного участка и вида повреждения по функционально зависимым от них параметрам режимов, с учетом возникновения неизбежных погрешностей в датчиках и устройствах преобразования сигналов, предполагает решение задач синтеза. Для этого требуются соответствующие научные разработки и решения.

Для реализации предлагаемых расширенных алгоритмов хорошо подходят микропроцессорные средства и вычислительные системы, в том числе, с многоуровневой архитектурой. Отметим, что требования к таким средствам минимальны, в отличие от используемых, например, для решения задачи обеспечения точности заключения о наступлении аварийного режима путем экстенсивного наращивания мощностей аппаратных средств. Иначе говоря, программная реализация «умного» алгоритма основана на конвергенции, а не дополнении дорогостоящими техническими средствами. Немаловажное значение имеет возможность программирования процедуры извлечения знаний без затрат на расширение вычислительной системы, выполняющей функции релейной защиты и автоматики. Такая возможность имеет большое значение при внедрении и эксплуатации инновационных решений [3, 20-23, 25, 29]. Действительно, закономерность распространения инновационных продуктов предполагает формирование спроса не только на оригинальные новшества - такой спрос свойственен весьма ограниченному сегменту рынка, но и на получившие признание продукты, потребители которых ориентированы на «подражание» другим участникам рынка. Диффузионные модели распространения инноваций [2, 5] доказывают такую закономерность. Кроме того, сложность современного технического обеспечения требует подготовки высококвалифицированных специалистов. Система такой подготовки формируется быстрее и эффективнее, если базируется на опыте эксплуатации продуктов-аналогов [1, 14].

автоматика электроэнергетический аварийный

Выводы

Предложен подход в построению алгоритмов функционирования и способов реализации средств релейной защиты и противоаварийной автоматики современных электроэнергетических объектов на основе извлечения знаний в режиме реального времени путем преобразования сигналов таких средств в данные и информацию о параметрах электроэнергетических объектов и режимах их работы и последующего получения знаний об авариях и аварийных участках для формирования сигналов индикации или селективного отключения поврежденных элементов или участков. Такое решение позволяет повысить эффективность функционирования современных средств релейной защиты и автоматики за счет повышения обоснованности производимых отключений, а соответственно - снижения размеров повреждений от аварий на электростанциях, в электроэнергетических системах и системах электроснабжения.

Список литературы

1. Артемьев A.B., Минаков В.Ф., Макарчук T.A. Управление обучением персонала коммерческого банка: Эффекты. Синергия // Статистика и экономика. - 2013. - № 3. - С. 11-15.

2. Воробьев В.П., Минаков В.Ф., Минакова Т.Е. Эффект инновационных процессов - генерирование денежного потока // Известия Санкт-Петербургского государственного экономического университета. - 2012. - № 3. - С. 27-32.

3. Галстян А.Ш., Глушко Д.C., Минаков В.Ф., Шиянова A.A. Повышение эффективности работы предприятий электросвязи на основе различных вариантов вложения средств // Инфокоммуникационные технологии. - 2007. - № 3. - С. 114-119.

4. Галстян А.Ш., Шиянова А.А., Минаков В.Ф. Моделирование стратегического развития рынка страхования в России: проблемы и пути их решения // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. - 2014. - № 2 (41). - С. 256-260.

5. Галстян А.Ш., Шиянова А.А., Минаков В.Ф., Минакова Т.Е. Верификация экономико-математической модели инновационного развития связи и инфотелекоммуникаций России // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. - 2015. - № 3 (48). - С. 78-84.

6. Горячева Е.А., Минаков В.Ф., Барабанова М.И. Модель управления ликвидностью при контроле Банком России в режиме реального времени // Статистика и экономика. - 2013. - № 4. - С. 178-183.

7. Маслов B.И., Минаков В.Ф. Эластичность качества по цене и затратам // Стандарты и качество. - 2012. - № 9 (903). - С. 88-90.

8. Минаков В.Ф. Информационные потоки как фактор производства // Nauka-rastudent.ru. - 2015. - № 11 (23). - С. 32.

9. Минаков В.Ф. Информация как фактор производства // В сборнике: Актуальные вопросы современной науки. Материалы международной научно-практической конференции. - Нефтекамск: ООО «Наука и образование». - 2015. - С. 221-216.

10. Минаков В.Ф. Концепция мультиагентного анализа иерархий // Nauka-rastudent.ru. - 2016. - № 3 (27). - С. 30.

11. Минаков В.Ф. Логистика мобильной торговли // Международный научно-исследовательский журнал = ResearchJournalofInternationalStudies. - 2014. - № 9 (28). - С. 77-78.

12. Минаков В.Ф. О схемах замещения асинхронных и синхронных машин // Электричество. - 1995. - № 4. - С. 27-29.

13. Минаков В.Ф. Обобщение моделей и характеристик работы трехфазных электродвигателей в сетях 0,4 и 6 кВ и совершенствование средств их релейной защиты: Автореф. дисс. ... докт. техн. наук. - Новочеркасск. - 1999. - 33 с.

14. Минаков В.Ф. Различия и сходства в периодизации теории поколений // Международный научно-исследовательский журнал = ResearchJournalofInternationalStudies. - 2014. - № 12-2 (31). - С. 122-124.

15. Минаков В.Ф. Смарт инновации: понятие, сущность // Nauka-rastudent.ru. - 2016. - № 1 (25). - С. 13.

16. Минаков В.Ф. Совершенствование защиты вентильного двигателя // Международный научно-исследовательский журнал = ResearchJournalofInternationalStudies. - 2015. - № 1-3 (32). - С. 20-22.

17. Минаков В.Ф. Ценовая эластичность спроса и предложения качества // Информационные технологии в бизнесе. Сборник научных статей 8-й международной научной конференции. - Санкт-Петербург. Издательство «Инфо-да». - 2013. - С. 51-60.

18. Минаков В.Ф. Экономическаяволнометрика воспроизводства // Nauka-rastudent.ru. - 2015. - № 2 (14). - С. 5.

19. Минаков В.Ф., Дорожко С.В. Математическое моделирование датчика несимметрии и несинусоидальности трехфазного напряжения прямой или обратной последовательности // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. - 1992. - № 6. - С. 3-8.

20. Минаков В.Ф., Корчагин Д.Н., Король А.С., Галстян А.Ш., Азаров И.В. Оптимизация автоматизированных систем межбанковских расчетов // Финансы и кредит. - 2006. - № 20 (224). - С. 17-21.

21. Минаков В.Ф., Корчагин Д.Н., Король А.С., Шевцов М.А. Пустахайлов С.К. Математическое моделирование автоматизированных информационных процессов // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. - 2006. - № 3. - С. 15-19.

22. Минаков В.Ф., Лобанов О.С., Минакова Т.Е. Аналоговые и дискретные метрики и модели оценки инноваций // Материалы 3-й научно-практической internet-конференции Междисциплинарные исследования в области математического моделирования и информатики. - Ульяновск. - 2014. - С. 280-287.

23. Минаков В.Ф., Малышенко А.В. Декомпозиция инновационных процессов в вузе // Наука. Инновации. Технологии. - 2004. - № 36. - С. 12-15.

24. Минаков В.Ф., Минакова Т.Е. Математическая модель кумулятивного эффекта энергосбережения // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. - 2013. - № 1. - С. 197-199.

25. Минаков В.Ф., Минакова Т.Е. Модернизация региональных информационных ресурсов в облачные платформы и сервисы // Международный научно-исследовательский журнал = ResearchJournalofInternationalStudies. - 2013. - № 10-3 (17). - С. 56-57.

26. Минаков В.Ф., Минакова Т.Е. Способ быстродействующей защиты электродвигателей от несостоявшихся пусков // Альманах современной науки и образования. - 2013. - № 9 (76). - С. 113-115.

27. Минаков В.Ф., Редькин В.М., Минакова Т.Е., Чуркин Д.Г. Методика типизации параметров двигателей серии 4 А // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. - 1993. - № 6. - С. 77.

28. Минакова Т.Е., Минаков В.Ф. Блочная структура релейной защиты и автоматики // Альманах современной науки и образования. - 2013. - № 10 (77). - С. 114-116.

29. Минакова Т.Е., Минаков В.Ф. Инновационное развитие региональных информационных ресурсов как облачных платформ // Альманах современной науки и образования. Тамбов: Грамота. - 2013. - № 12 (79). - С. 116-117.

30. Минакова Т.Е., Минаков В.Ф. Параллельная работа кабельной и воздушной линий электропередачи // Международный научно-исследовательский журнал = ResearchJournalofInternationalStudies. - 2013. - № 11-1 (18). - С. 113-114.

31. Минакова Т.Е., Минаков В.Ф. Синергия энергосбережения при высокой добавленной стоимости продукции // Современные проблемы науки и образования. - 2013. - № 4. - С. 26.

32. Минакова Т.Е., Минаков В.Ф. Энергосбережение - мультипликатор эффективности экономики // Международный научно-исследовательский журнал = ResearchJournalofInternationalStudies. - 2013. - № 11-2 (18). - С. 60-61.

33. Шиянова А.А., Галстян А.Ш., Минаков В.Ф., Минакова Т.Е. Математическое моделирование макроэкономических трендов развития страхового бизнеса // Современные проблемы науки и образования. - 2014. - № 4. - С. 436.

Размещено на Allbest.ru