Разработка алгоритма дистанционного контроля отключения секционирующего выключателя линии электропередач

Для повышения наде^ности электроснаб^ения ^ПК, линии электропередач и особенно протя^енные делят на части (секционируют), ме^ду которыми устанавливают выключатели, которые называют секционирующими. В нормальном ре^име работы эти выключатели включены и приходят в действие – отключаются при возникновении короткого замыкания (КЗ) в линии за местом их установки. И после отключения, если выключатель оборудован устройством автоматического повторного включения (^ПВ), выключатель включается повторно. При этом включение мо^ет быть, как успешным (КЗ неустойчивое), так и неуспешным (КЗ устойчивое) когда выключатель после повторного включения снова отключится [1]. Доля неустойчивых повре^дений весьма высока и составляет на воздушных линиях разного напря^ения 50-80% [2]. При возникновении ^е устойчивых отключений диспетчеры ка^дого предприятия или района электросетей весьма заинтересованы в быстром получении информации для принятия оперативных решений по устранению повре^дений [3, 4].

Теоретические иссле^овани^ и разработки. Исследования, проведенные в течении последних лет в ФГБОУ ВО Орловский Г^У, позволили выявить признаки, позволяющие осуществлять дистанционный контроль результатов работы выключателей распределительных сетей [ 5-9 ] .

Рассмотрим способ и алгоритм, позволяющий осуществлять контроль отключения секционирующего выключателя линии при возникновении за местом его установки устойчивого короткого замыкания (КЗ) [10].

Для этого в начале линий этой сети контролируют появление первого броска тока КЗ и с момента его появления начинают отсчет времени, равный времени срабатывания защиты ка^дого выключателя, установленного в этой линии, и при этом контролируют момент отключения этого броска тока КЗ. Если момент окончания отсчета времени срабатывания защиты одного из выключателей совпадет с моментом отключения первого броска тока КЗ, то определяют отключившийся выключатель [ 11, 16 ] . А затем, с момента отключения первого броска тока КЗ, начинают отсчет суммарного времени, равного времени автоматического повторного включения (^ПВ) этого выключателя и времени срабатывания его защиты с ускорением (^ПВ однократного действия), при этом контролируют момент появления второго броска тока КЗ. И если, после его появления, в момент окончания отсчета суммарного времени происходит отключение второго броска тока КЗ, то устанавливают факт повторного отключения выключателя [ 12, 17 ] .

Такой контроль мо^ет быть осуществлен с помощью разработанной структурной схемы, изобра^енной на рис. 1.

Рисунок 1 – Упрощенная часть схемы подстанции и структурная схема дистанционного контроля отключения выключателя Q3: T – силовой трансформатор; Q1 – вводной выключатель шин; W1, W2, W3, W4 – ЛЭП; Q2 – головной выключатель ЛЭП W1; Q3 – секционирующий выключатель ЛЭП W1; S1 и S2 – нагрузки; К – точка КЗ; 1 – трансформатор тока (TT); 2 – датчик тока КЗ (ДТКЗ); 3, 8 – П^МЯТЬ; 4, 9 – З^ДЕРЖК^; 5, 10 – ПОВТОРИТЕЛЬ;

6 – НЕ; 7, 11 – И; 12 – регистрирующее устройство (РУ)

В нормальном ре^име контролируемый секционирующий выключатель Q3 включен. На выходе TT 1 есть некоторое значение выходного сигнала, обусловленное рабочим током, но недостаточное для срабатывания ДТКЗ 2 [13]. Поэтому наличие выходного сигнала с элемента НЕ 6 только на одном входе элементов схемы И 7 и И 11 недостаточно для их срабатывания и схема находится в ре^име контроля.

При КЗ в точке К значение выходного cигʜaлa TT 1 будет достаточно для срабатывания ДТКЗ 2, поэтому на его выходе появится сигнал, который поступит на вход элемента П^МЯТЬ 3 и элемента HE 6. С выхода элемента НЕ 6 исчезнет сигнал, поступавший до этого на первый вход элементов в И 7 и 11. Сигнал, поступивший с ДТКЗ 2 запомнится элементом П^МЯТЬ 3 и поступит на вход элемента З^ДЕРЖК^ 4, с выхода которого сигнал появится через время, равное времени срабатывания защиты секционирующего выключателя Q3. ^ с выхода элемента 4 сигнал поступит на вход элемента ПОВТОРИТЕЛЬ 5. Этот элемент выдаст однократный импульс, который сбросит память с элемента 3 и поступит на второй вход элемента И 7. В этот момент времени контролируемый секционирующий выключатель Q3 отключит ток КЗ и с ДТКЗ 2 исчезнет выходной сигнал. С этого момента появится выходной сигнал с элемента НЕ 6, который поступит на первый вход элемента И 7. Одновременное наличие двух входных сигналов на входе элемента И 7 приведет к появлению его выходного сигнала, который поступит на вход элемента П^МЯТЬ 8 и в РУ 12. При этом в РУ 12 появится информация о том, что произошло отключение секционирующего выключателя ЛЭП. Сигнал, поступивший на вход элемента 8, запомнится им и поступит на вход элемента З^ДЕРЖК^ 9, с выхода которого сигнал появится через время, равное времени выдер^ки ^ПВ секционирующего выключателя Q3. По истечении указанного времени сигнал с элемента 9 поступит на вход элемента ПОВТОРИТЕЛЬ 10, этот элемент выдаст однократный импульс, который сбросит память с элемента 8 и поступит на первый вход элемента И 11. Одновременно с этим выключатель Q3 включится.

Если КЗ в точке К не устранилось, то по истечении выдер^ки времени ^ПВ секционирующего выключателя Q3 он включится, причем включится на устойчивое КЗ [18] Т.к. величина выходного сигнала ТТ 1 при этом будет достаточна для срабатывания ДТКЗ 2, то после ^ПВ выключателя Q3 на устойчивое КЗ произойдет его отключение с ускорением и он отключит второй бросок тока КЗ. При этом с ДТКЗ 2 исчезнет выходной сигнал и снова появится выходной сигнал с элемента НЕ 6, который поступит на входы элементов И7 и И11. Это приведет к появлению выходного сигнала с элемента И 11, который поступит в РУ 12 и обеспечит появление информации о том, что произошло повторное отключение выключателя Q3. И это будет определять то, что в линии W1 на участке, располо^енном за секционирующим выключателем имеет место устойчивое КЗ.

Ha основе структурной схемы был разработан алгоритм дистанционного контроля отключения секционирующего выключателя, представленный на рис. 2.

Начало алгоритма предусматривает наличие зало^енных данных о величинах рабочего тока и минимального тока КЗ, времени выдер^ки ^ПВ выключателя [19]. Начало работы алгоритма обеспечивает контроль появления тока КЗ. При выполнении условия, зало^енного в блоке 4 алгоритма, делается вывод, что произошло КЗ и запускается счетчик времени, отсчитывая время равное времени срабатывания защиты секционирующего выключателя. Это обеспечивается работой блоков 6 и 7. В момент окончания отсчета времени с помощью блоков 8 и 9 контролируется ток. При выполнении условия, зало^енного в блоке 9 блоком 10 выдается сигнал об отключении секционирующего выключателя. ^ далее, включатся счетчик времени блока 11, времени выдер^ки ^ПВ секционирующего выключателя плюс время срабатывания его защиты с ускорением. Это обеспечивается работой блоков 12 и 13. В момент окончания отсчета времени с помощью блоков 14 и 15 контролируется ток. При выполнении условия, зало^енного в блоке 15, блоком 16 выдается сигнал о повторном отключении выключателя в секционированной линии электропередачи.

Рисунок 2 - Алгоритм реализации дистанционного контроля отключения секционирующего выключателя

Техническая реализация. Предложенный алгоритм реализован в устройстве дистанционного контроля работы выключателей линий электропередач на основе аналого-цифрового преобразователя, с последующей обработкой полученных данных программным способом на компьютере (ПК).

Конструктивно он состоит из двух блоков, соединенных ме^ду собой кабелем связи [20]. Первый из блоков – блок подсоединения датчика тока (БДТ) предназначен для подсоединения к токовым цепям линии. Второй блок слу^ит для преобразования и анализа входного сигнала, а так^е для формирования и передачи цифровых данных в ПК для дальнейшего анализа (БОИ – блок обработки информации). По существу, БОИ является основной частью устройства дистанционного контроля, так как он не только формирует данные с соответствующими параметрами, но и выполняет еще сло^ные логические функции [21], в том числе реализацию предло^енных алгоритмов контроля.

БОИ представляет собой модуль, преобразующий сигнал, поступающий от БДТ в данные, подаваемые на вход USB ПК для обработки и отобра^ения полученных данных программным способом на ПК. Основу модуля составляют три микросхемы: FT232BL (контроллер-преобразователь USB), M93C66-WDW6TP (микросхема программируемой памяти EEPROM), AD7495ARZ (аналогово- цифровой преобразователь).

Сигнал с БДТ [20] подаётся на входной разъем MD6F модуля. Откуда он поступает на микросхемы FT232BL и AD7495ARZ. Микросхема M93C66-WDW6TP программируется при изготовлении данного устройства и, в общем, в дальнейшем мо^ет быть перепрограммирована при использовании специального программатора. Микросхема питается напря^ением 5В снимаемым с дросселя L1.

Самым сло^ным звеном устройства является микросхема FT232BL и слу^ит непосредственно для сопря^ения с ПК через универсальный порт USB. B ней происходит преобразование обработанных данных, которые через порт USB поступают на компьютер. Выбор данного типа соединения обусловлен распространенностью и универсальностью данного порта. Питание FT232BL осуществляется непосредственно от разъема USB.

Микросхема AD7495ARZ – это аналогово-цифровой преобразователь, преобразующий аналоговый входной сигнал с БДТ в цифровой. Питается микросхема AD7495ARZ аналогично микросхеме M93C66-WDW6TP.

Применение в разработанном БОИ современных микросхем обеспечивает его относительную простоту изготовления, высокую надё^ность и мо^ет быть сопря^ено с любым современным ПК. B настоящее время проходят лабораторные исследования разработанного устройства дистанционного контроля работы выключателей линий электропередач [22]. Экспериментальные исследования в лабораторных условиях с использованием имитатора тока [23] показали возмо^ность использовать данный алгоритм для осуществления дистанционного контроля отключения секционирующих выключателей.

Выводы . 1. Разработан алгоритм реализации предложенного способа дистанционного контроля отключения секционирующего выключателя линии электропередачи.

• 2.    Проведенные искусственные КЗ в лабораторных условиях ФГБОУ BO Орловский Г^У полностью подтвер^дают работоспособность алгоритма дистанционного контроля.

• 3.    Реализация предло^енного алгоритма приведет к повышению надё^ности электроснаб^ения потребителей за счёт принятия на основе полученной информации оперативным персоналом необходимых своевременных решений.

патентообладатель ФГОУ BПО «Орловский государственный аграрный университет». № 2006118486/09. 2007. Бюл. № 24.