Повышение эффективности работы автоматики ограничения перегрузки оборудования воздушных линий электропередач

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ АВТОМАТИКИ ОГРАНИЧЕНИЯ ПЕРЕГРУЗКИ ОБОРУДОВАНИЯ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ

Д.В. Ясько, В.А. Кизин

Филиал АО «СО ЕЭС» «Региональное диспетчерское управление энергосистемы Краснодарского края и Республики Адыгея (Адыгея)», Краснодар, Россия

Аннотация

Состояние вопроса: Для защиты воздушных линий электропередач от недопустимой по значению и длительности токовой нагрузки широкое применение получила автоматика ограничения перегрузки оборудования, выполненная на микропроцессорной элементной базе. Опыт эксплуатации показал необходимость доработки и оптимизации логики работы данного типа устройств противоаварийной автоматики с целью исключения их излишних срабатываний при пограничных значениях контролируемых параметров тока защищаемого элемента и температуры окружающего воздуха. В качестве решения проблемы предлагается использовать интегральный счетчик выдержки времени, который позволит исключить излишнее срабатывание алгоритма при пограничных значениях измеряемых величин.

Ключевые слова: Автоматика ограничения перегрузки оборудования, интегральный счетчик.

Annotation

INCREASE OF EFFICIENCY OF OPERATION AUTOMATICS LIMITATION OVERLOAD OF EGUIPMENT OVERHEAD POVER LINES

D.V. Yasko, V.A. Kizin

1 Branch of SC "SO UES", "Regional dispatch control grid of Krasnodar Territory and the Republic of Adygea (Adygea)", Krasnodar, Russia

State of issue: For the protection overhead power lines from unacceptable in terms of the value and duration of the current load, the automation of limiting equipment overloading, made on a microprocessor-based element base, was widely used. Operational experience has shown that it is necessary to refine and optimize the logic of operation of this type of emergency control devices, in order to eliminate their excessive triggering at the boundary values of the monitored parameters of the current of the protected element and the ambient temperature. As a solution to the problem, it is proposed to use an integral time delay counter that will eliminate the excessive triggering of the algorithm at the boundary values of the measured quantities.

Keywords: Automation of equipment overload limitation, integral counter.

1. Актуальность работы

Рост энергопотребления является одной из наиболее характерных особенностей деятельности современного общества. Спрос на электроэнергию опережает темп развития энергетического комплекса.

В итоге появляется проблема, связанная с перегрузкой по величине тока линий электропередачи. Для решения этой проблемы широкое применение получила автоматика ограничения перегрузки оборудования (АОПО) [1].

Принцип логики работы существующих АОПО.

АОПО служит для предотвращения недопустимой по величине и длительности токовой нагрузки ЛЭП. Она прошла путь модернизации от электромеханического устройства, с принципом работы по величине тока, до микропроцессорного устройства, с датчиками температуры наружного воздуха, имеющего характеристику срабатывания по току, зависящую от температуры окружающей среды. Данная автоматика учитывает наихудшие условия охлаждения провода ВЛ [2]. В настоящее время разработаны новые алгоритмы функционирования автоматики ограничения перегрузки воздушных линий электропередачи с непосредственным контролем температуры провода, учитывающие в режиме реального времени текущие климатические условия для определения допустимой токовой нагрузки ВЛ [3]. Но, в связи со сложностью технической реализации, указанные алгоритмы еще не получили практического применения.

Кубанская энергосистема является ярким примером эффективного использования АОПО для предотвращения недопустимых режимов работы ЛЭП. Характерной особенностью южного региона является достижение максимума потребляемой нагрузки в летний период времени, что обусловлено широким использованием холодильного оборудования (в том числе климатической техники) при экстремально высоких температурах, свыше 40°С. В данных условиях линии электропередачи находятся в наихудших условиях работы. В настоящий момент времени на территории Кубанской энергосистемы из 69 ВЛ 220 кВ ? 24 защищены устройствами АОПО, а из 280 ВЛ 110 кВ ? 35 линий электропередачи имеют защиту от перегрузки.

Автоматика ограничения перегрузки линий электропередачи, как правило, имеет три ступени работы:

1) Сигнальная ступень. Сигнализирует дежурному персоналу о повышении величины тока для своевременной оценки сложившегося режима работы и принятия мер для предотвращения его ухудшения.

2) Ступень с уставкой по току, соответствующей максимальной длительно допустимой нагрузке ЛЭП (длительная ступень). Выдержка времени до реализации управляющих воздействий (УВ) составляет порядка 20 минут. Это время используется для принятия дежурным персоналом решения, направленного на снижение нагрузки на защищаемой ЛЭП. В случае невыполнения дежурным персоналом указанных мероприятий происходит автоматический пуск УВ. Достижение максимальной длительно допустимой величины тока возникает, как правило, в часы максимальной нагрузки при определенных конфигурациях электрической сети и характеризуется относительно плавным изменением величины тока.

3) Ступень с уставкой по току, соответствующей максимальной аварийно-допустимой нагрузке ЛЭП (аварийная ступень). Выдержка времени до реализации УВ ? порядка 20-30 секунд. Достижение аварийно-допустимой величины тока, как правило, возникает вследствии аварийного отключения шунтирующих ЛЭП и характеризуется резким увеличением величины тока в линии электропередачи.

Процесс нагревания металла

Процесс нагревания и остывания металлического проводника лег в основу идеи об алгоритме АОПО с использованием интегрального счетчика. Особенностью нагревания проводника электрическим током является инерционность протекания процесса изменения температуры. Это показано на “Рис. 1”.

Инерционность процесса выражена в постепенном изменении температуры проводника при резком изменении величины тока. При увеличении тока в момент времени t₂ до величины I₂ в проводнике начинает протекать процесс изменения температуры от Т₂ до Т_3, который длится в интервале времени ?t_2-3 после чего температура остается постоянной при условии постоянной величины тока. В момент времени t₃ происходит снижение величины тока до значения I₃, что влечет за собой процесс снижения температуры от Т₃ до Т₄ за интервал времени ?t_3-4.

Описанный процесс частично учтен в используемых на настоящий момент времени АОПО, чем и объясняется выдержка времени от момента срабатывания автоматики до момента пуска УВ, т.е. учитывается процесс нагрева.

Для того, чтобы учесть остывание провода ЛЭП, требуется доработка алгоритма работы АОПО.

Рис. 1. Упрощённый график нагрузки и процесс нагрева провода

Проблема работы АОПО

На “Рис. 2” представлена токовая диаграмма реального аварийного процесса на ВЛ, который был ликвидирован АОПО. При достижении величины уставки срабатывания I_сраб. в момент времени t₁ произошел пуск длительной ступени АОПО и запустилась выдержка времени равная 20-ти минутам. В процессе набора выдержки времени величина тока снижалась ниже уставки срабатывания, но не достигала уставки возврата (в рассматриваемом случае коэффициент возврата токового органа АОПО (К_В.) равнялся 0,95). В результате, как видно на графике “Рис.2”, в момент времени t₆ были отключены потребители электроэнергии, хотя характер процесса не предполагает недопустимой перегрузки ЛЭП. Причиной срабатывания АОПО и отключения потребителей электроэнергии фактически является принятая величина коэффициента возврата(К_В=0.95), которая была рекомендована заводом-изготовителем устройства.

В последующем, проводилась работа по определению методики расчета оптимального значения К_В, по итогам которой однозначного решения получено не было. В итоге, рекомендуемую величину К_В приняли равной 0,98-0,99. Данное решение частично снимает проблему работы АОПО при колебании величины тока, близкой к величине уставки срабатывания (точнее, уменьшает вероятность такого срабатывания), но никак не учитывает инерционность процесса остывания провода при снижении величины тока. Степень нагрева провода определяется длительностью времени и величины тока в проводнике, следовательно, сброс пускового органа АОПО должен быть адаптивен к происходящему процессу нагревания и остывания.

Алгоритм работы АОПО с использованием интегрального счетчика

Данный алгоритм предложен специалистами Филиала АО «СО ЕЭС» Кубанское РДУ на основе опыта эксплуатации и решения ряда проблем, связанных с АОПО. Предлагаемый алгоритм позволяет исключить проблему выбора оптимального К_В. Предлагается принимать величину К_В максимально близкой к единице. Надежное срабатывание устройства при колебаниях тока около уставки срабатывания, которое ранее обеспечивалось с помощью К_{В_} должен выполнять интегральный счетчик выдержки времени, который производит набор выдержки времени при величине тока больше I_сраб и обратный отсчет времени, когда ток в линии меньше I_сраб. Данное решение позволяет осуществить адаптивный сброс пускового органа АОПО. Впервые будет выполнено важное условие, при котором АОПО перестает работать только при равенстве величин нагрева и остывания провода.

Предложенный алгоритм исключает реализацию УВ в виде отключения нагрузки (ОН) в рассмотренном аварийном режиме, представленном на “Рис. 2”.

Сравнение кривых выдержек времени двух алгоритмов (используемого ранее и вновь предлагаемого) показывает, что пуск алгоритмов происходит одновременно в момент времени t1 при достижении тока величины Iсраб с последующим набором выдержки времени t' идентично в обоих алгоритмах до величины t'1. При снижении тока ниже Iсраб в момент времени t1 классический алгоритм продолжает набор выдержки времени, т.к. не достигнута величина Iвозр, а алгоритм с интегральным счетчиком начинает отсчет времени в обратном направлении и к моменту t3 достигает нулевого значения, что приводит к сбросу пускового органа АОПО. Очередное превышение уставки срабатывания в момент t5 запускает набор выдержки времени интегральным счетчиком. В момент времени t6 классический алгоритм набирает выдержку времени t'Сраб и реализует УВ на ОН. При этом алгоритм с интегральным счетчиком набрал время t'2,что на порядок меньше t'Сраб.

Преимущество алгоритма с интегральным счетчиком в рассмотренной ситуации заключается в том, что продлевается время на принятие дежурным персоналом решения по разгрузке защищаемой ВЛ, а также повышается вероятность прохождения пика нагрузки с последующей самоликвидацией процесса перегрузки ВЛ.

Рис. 2. Диаграмма нагрузки в линии электропередачи и выдержек времени в процессе работы АОПО

Рассмотрим смоделированный режим “Пуск АОПО - Сброс - Повторный пуск”, представленный на “Рис. 3”. Пуск АОПО происходит при превышении уставки I_сраб в момент времени t₁ в точке А. Набор выдержки времени до величины t'₂ происходит идентично в обоих алгоритмах. В момент времени t₂ происходи снижение величины тока в защищаемой ВЛ до величины тока ниже уставки возврата I_возр классического алгоритма АОПО. В классической АОПО происходит сброс пускового органа, а в АОПО с интегральным счетчиком начинается обратный отсчет от набранной величины времени t'_2, тем самым учитывается процесс постепенного остывания провода. В момент времени t₃ ток в линии повышается выше уставки срабатывания, что приводит к повторному пуску классической АОПО с набором выдержки времени от нулевого значения. У автоматики с интегральным счетчиком на момент времени t₃ набранная величина времени составляет t'₃ и начинает считаться в сторону увеличения. В момент времени t_4, АОПО с интегральным счетчиком набирает выдержку времени t'_Сраб и реализует УВ, направленные на снижение тока в защищаемой ВЛ. Классическая АОПО на этот момент набирает выдержку времени равную t'_4, что не обеспечивает своевременной реализации УВ. На данном примере показано, что классическая АОПО может реализовать УВ через время, превышающее расчетное значение выдержки времени t'_Сраб, таким образом, нагрев защищаемой линии электропередачи превысит нормативное значение.

Рис. 3. Диаграмма нагрузки в линии электропередачи и выдержек времени в процессе работы АОПО “Пуск - Сброс - Повторный пуск”

Выводы

1) Предложенный алгоритм АОПО с интегральным счетчиком косвенно учитывает процесс остывания провода ВЛ, является универсальным и может использоваться во всех микропроцессорных терминалах.

2) Использование нового алгоритма не требует материальных вложений на модернизацию существующих микропроцессорных терминалов и ограничивается заменой программного обеспечения при техническом обслуживании.

3) Алгоритм с интегральным счетчиком позволяет отказаться от проблемы выбора коэффициента возврата токового органа АОПО, тем самым убрать спорные вопросы по определению его величины.

автоматика электропередача температура микропроцессорный

Список литературы

1. ГОСТ Р 55105-2012. Оперативно-диспетчерское управление. Автоматическое противоаварийное управление режимами энергосистем. Противоаварийная автоматика энергосистем, 2012.

2. ГОСТ-839-80. Провода неизолированные для воздушных линий электропередачи, 1980.

3. Сацук Е.И., Лужковский Ю.И., Засыпкин А.С., Тетерин А.Д. Алгоритмы адаптивной автоматики ограничения перегрузки воздушной линии электропередачи с контролем температуры провода//Энергетик. 2015. № 12. 8-12.

References

1. GOST R 55105-2012. Operational dispatch management. Automatic emergency control of power systems regimes. Emergency automation power systems, 2012.

Размещено на Allbest.ru