Проектирование релейной защиты и автоматики ЦПС 220/110/10 кВ с программной реализацией алгоритма АЛАР

кВ по стандарту МЭК 61850;
Разработка и описание программной реализации алгоритма АЛАР по стандарту МЭК 61850.

Содержание разделов

и станций на вновь строящихся и реконструируемых объектах энергетики», актуальной является задача формирования объектных моделей данных логических узлов противоаварийной автоматики, широко распространенных в составе устройств, предотвращающих межсистемные аварийные и ненормальные режимы в Единой Энергетической Системе России, которые не описаны серией стандартов МЭК 61850, и требуют стандартизации.

Введение

с высшим напряжением 35-750 кВ» (стандарт введен в августе 2017);
СТО «ФСК ЕЭС» «Типовые методики испытаний компонентов ЦПС на соответствие стандарту МЭК 61850 первой и второй редакций» (стандарт введен в марте 2018).
В отечественной электроэнергетической отрасли отсутствуют НТД по вопросам разработки, проектирования, пусконаладочных работ, эксплуатации комплексов и устройств РЗА, построенных на базе технологии «ЦПС».

Анализ действующих НТД по проектированию ЦПС

Принципиальная схема исследуемой сети

Таблица 1. Параметры сети ВН

Таблица 2. Параметры сети СН

Таблица 3. Параметры сети НН

организации и размещению устройств АЛАР

СТО 59012820.29.020.008-2015 «СО ЕЭС» «Релейная защита и автоматика. Автоматическое противоаварийное управление режимами энергосистем. Автоматика ликвидации асинхронного режима. Нормы и требования.»:
на каждой связи, по которой возможен асинхронный режим, должно обеспечиваться селективное выявление асинхронного режима с ЭЦК в любой точке связи двумя устройствами АЛАР;
асинхронный режим с ЭЦК на ЛЭП должны выявлять два устройства АЛАР, установленные на разных объектах электроэнергетики;
алгоритм функционирования и настройка устройств АЛАР в электрической сети напряжением 220 кВ и выше и устройств АЛАР на генераторах должны обеспечивать выявление ЭЦК;
установка отдельных устройств АЛАР, выявляющих и ликвидирующих неполнофазные асинхронные режимы, не требуется;
действие устройств АЛАР на ДС должно производиться посредством отключения ЛЭП и/или электросетевого оборудования с запретом АПВ всех отключаемых выключателей;
устройства АЛАР, установленные в электрической сети напряжением 220 кВ и ниже, должны выдавать УВ на ДС до начала пятого цикла асинхронного режима.

РЗА и УСО

Архитектура РЗА ЦПС в данном проекте: децентрализованный комплекс РЗА с применением «шины процесса» и «шины станции». В связи с тем, что на исследуемой подстанции установлены традиционные электромагнитные трансформаторы тока и напряжения, необходимо использовать устройства сопряжения с объектом (УСО), которые будут преобразовывать аналоговые сигналы в цифровые пакеты данных по протоколу SV, описанному в стандарте МЭК 61850-9-2.
Все терминалы релейной защиты и автоматики и устройства сопряжения с объектом в данной работе являются продуктами фирмы «АВВ».
В качестве устройств УСО для преобразования аналоговых сигналов ТТ выбираем SAM600-CT.
Для преобразования аналоговых сигналов ТН выбираем SAM600-VT.
В качестве синхронизированного по времени шлюза измеряемых величин выбираем устройство SAM600-TS.
Для контроля и управления первичным оборудованиям по протоколам GOOSE и MMS выбираем устройство SAM600-IO.

комплекса РЗА

Структурная схема комплекса РЗА построена на основе локальной вычислительной сети с использованием протокола полного дублирования PRP, обеспечивающего «бесшовное» восстановление топологии сети после повреждения одного из ее элементов (т.е время восстановления обмена данными по сети после повреждения равно нулю).
В качестве связующих устройств ЛВС используются коммутаторы RSG2100NC компании Ruggedcom, имеющие порты RJ45 (порты Ethernet) и LC-FO (оптические порты).
Синхронизация по времени на подстанции осуществляется благодаря протоколу PTP, обеспечивающего высокую точность синхронизации, которая достигается путем фиксации меток времени сообщений PTP на интерфейсах Ethernet на аппаратном уровне.
Гроссмейстерские часы — часы, являющиеся основным источником данных о времени при синхронизации согласно протоколу PTP, оснащены встроенным приемником сигналов GPS и ГЛОНАСС.

2. Схема электропередачи(а) и
изменения напряжений в асинхронном режиме (б).

Рисунок 3. Графики изменения амплитуд и фаз тока(а) и напряжений при вращении ЭДС E1 против часовой стрелки (б).

Рисунок 4. Изменения активной мощности электропередачи(а) и сопротивления на зажимах измерительных реле(б).

5. Характеристика срабатывания АЛАР

Рисунок 6. Однолинейная эквивалентная схема сети

 

 

Расчет уставок АЛАР:

АЛАР

 

замещения исследуемой сети (ПП)

Рисунок 7 .Эквивалентная схема замещения исследуемой сети (ПП)

 

Matlab/Simulink

Рисунок 8 . Интерфейс конфигуратора прототипа устройства АЛАР

Matlab/Simulink

Рисунок 9 . Осциллограмма исследуемого сигнала и его частоты

Matlab/Simulink

Рисунок 10 . Осциллограмма фазы сигнала InputSignal с выходов RMXU и PS (PLL Driven)

Рисунок 11 . Осциллограмма действующего значения сигнала InputSignal с выходов RMXU и PS (PLL Driven)

Matlab/Simulink

Рисунок 12 . Осциллограмма исследуемого сигнала и его частоты

Matlab/Simulink

Рисунок 13 . Осциллограмма фазы сигнала InputSignal с выходов RMXU и PS (PLL Driven)

Рисунок 14 . Осциллограмма действующего значения сигнала InputSignal с выходов RMXU и PS (PLL Driven)

Matlab/Simulink

Таблица 4. Погрешности блоков RMXU и PS (PLL Driven)

Погрешности расчета действующего значения и фазы исследуемого сигнала в переходном режиме (резкое изменение частоты в течение короткого промежутка времени) функциональным блоком RMXU не превышает 10%, что является допустимым для устройств РЗиА. В отличие от блока Positive-Sequence (PLL Driven), блок RMXU способен рассчитывать действующее значение и фазу сигнала независимо для каждой фазы отдельно, что является существенным преимуществом при нессиметричных коротких замыканиях.

lnType="POOS" prefix="" lnClass="POOS" inst="1" desc="АЛАР">


25.4




247.6




10.1

Рисунок 8 . Интерфейс конфигуратора прототипа устройства АЛАР

Часть конфигурационного файла:

15 . Блок передачи и получения
SV-пакетов в RSCAD

Рисунок 16 . Блок передачи и получения
GOOSE-сообщений в RSCAD

17 . Осциллограмма аналоговых сигналов мгновенных напряжения на шинах ЭС-1 (U) и тока в линии L1 (I), взаимного угла между напряжениями начала и конца линии L1 (angleDelta), угла мощности между током и напряжением (angleBeta) и дискретного сигнала срабатывания АЛАР (TripPOOS) при КЗ на шинах ВН

Рисунок 18 . Годограф комплексного
сопротивления при КЗ на шинах ВН

19 . Осциллограмма аналоговых сигналов мгновенных напряжения на шинах ЭС-1 (U) и тока в линии L1 (I), взаимного угла между напряжениями начала и конца линии L1 (angleDelta), угла мощности между током и напряжением (angleBeta) и дискретного сигнала срабатывания АЛАР (TripPOOS) при КЗ на шинах CН

Рисунок 20 . Годограф комплексного
сопротивления при КЗ на шинах CН

стандарту МЭК 61850 отвечает поставленным требованиям ОАО «СО ЕЭС» «Релейная защита и автоматика. Автоматическое противоаварийное управление режимами энергосистем. Автоматика ликвидации асинхронного режима. Нормы и требования», фиксирует циклы асинхронного режима, ведет их подсчет и срабатывает при достижении заданного значения количества циклов. Не срабатывает в отсутствии асинхронного режима (в нормальном режиме и в режиме КЗ). Прототип устройства способен работать в реальном времени и в заданной частотной области (45-55 Гц).
Разработанная объектная модель устройства позволяет частично решить проблему взаимозаменяемости физических устройств от разных производителей, реализующих функцию АЛАР на микропроцессорной элементной базе.