Автоматизированный анализ аварийных ситуаций энергосистем - Анализ функционирования устройств РЗА

ГЛАВА 5
Анализ функционирования устройств РЗА
5.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО АНАЛИЗА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ УРЗА
Выше отмечалось, что традиционно рассматриваемая задача решалась с использованием информации от осциллографов и указательных реле или дискретных регистраторов. Использование оптико-механических осциллографов требует значительного времени для получения информации (проявление), и ее качество довольно низко. Цифровые осциллографы улучшили качество информации, увеличили число точек контроля, позволили собирать всю информацию с привязкой во времени.
Улучшение количества и качества информации не решило основную задачу — быструю оценку правильности функционирования УРЗА. Эта задача по-прежнему остается перед персоналом службы РЗА и зависит от его квалификации и доступной информации.
Следует отметить, что большинство аварий персоналу удается достоверно проанализировать, используя традиционные для российских объектов средства. Однако такой анализ занимает значительное время. Часть же аварий, как правило сложных, без достаточного качества и количества информации не удается проанализировать вообще, что, кроме уже нанесенного ущерба, оставляет возможность возникновения подобных аварий в будущем.
Задача автоматизированного анализа функционирования (ААФ) УРЗА для диспетчерского управления требует решения следующих основных проблем:
определение необходимого количества регистрируемых дискретных и аналоговых сигналов;
создание и поддержка адекватного модельного образа объекта;
разработка эффективных методов анализа функционирования электроэнергетического объекта с учетом функционирования УРЗА.
Число регистрируемых дискретных сигналов определяется требованиями к анализу функционирования УРЗА. Если необходимо определить только факт правильною или неправильного срабатывания, обычно достаточно фиксации во времени сигналов в точках, где установлены РУ.
Интерес представляет фиксация действия измерительных и пусковых органов. В этом случае анализ позволяет определить расхождение с точностью до ступени защиты, причем если фиксируется срабатывание без выдержки времени, то анализ будет возможен и при внешних КЗ. Для фиксации автоматических и оперативных включений (отключений) выключателей целесообразно использовать контакты (герконы) от реле РПО, РПВ, РКО, РКВ или аналогичные (в зависимости от схемы управления). Наличие этих сигналов обеспечивает контроль за длительностью операций с выключателями и определяет (косвенно) положение выключателей. Общее число дискретных сигналов для присоединения 110 — 220 кВ можно определить по табл. 5.1.
В скобках указано число дискретных сигналов при наличии двух выключателей на присоединение. Для АП В в скобках указано число сигналов для двухкратного АПВ. Дополнительный сигнал берется с катушки реле времени АПВ (любого типа) и имеет смысл — пуск (возврат) АПВ.
Для присоединений ЛЭП 110 — 220 кВ с одним выключателем и защитами типа ЭПЗ-1636 и ДФЗ-201 число дискретных сигналов 7 + 17(+ 3 + 3)+ 1(+ 1) + 4 + 2 = 31(38). В ряде случаев добавляются сигналы от автоматики (АПАХ, САОН), резервных защит блоков и т.д. Обязательны сигналы от таких устройств, как ДЗШ, УРОВ. Можно отметить, что в панелях ШДЭ и ПДЭ для регистрации информационной системой выделены все сигналы, аналогичные сигналам РУ панелей ЭПЗ и ДФЗ. Общее число дискретных сигналов для подстанции с А присоединениями 110 — 220 кВ составляет примерно (30 — 40) А.
Число сигналов, фиксируемых в действительности, определяется типом используемого оборудования. Так ЦО (несетевые) имеют обычно 64 — 128 дискретных канала. Сетевые ЦО практически не имеют ограничений по числу каналов.
Аналогичные расчеты можно произвести для защит трансформаторов, блоков, генераторов, ЛЭП других классов напряжения и т.д.
Таблица 5.1 Число дискретных сигналов для присоединения 110 — 220 кВ

Если требуется анализ в целях диагностики с заданной точностью, то число контролируемых сигналов значительно увеличивается [5]. В этом случае определение количества контролируемых точек представляет отдельную задачу и здесь не рассматривается.
Число регистрируемых аналоговых сигналов в общем случае должно равняться числу аналоговых входов защит объекта. Для ЛЭП это три фазных тока и три фазных напряжения. В ряде случаев возможно использование общих аналоговых сигналов для ряда присоединений.
Например, если в РУ 6 — 35 кВ контролировать питающие присоединения, то можно получить информацию о токах для всех остальных.
Далее предполагается, что число аналоговых сигналов достаточно для моделирования функционирования УРЗА.
Модельный образ объекта. Для рассматриваемой задачи модель объекта можно условно представить, как множество взаимосвязанных моделей отдельных объектов Примерами могут служить: схема подключения УРЗА; уставки УРЗА;
модель УРЗА конкретного присоединения и т.д.
В простейшем случае модель может быть задана определенными последовательностями событий, как это сделано в задаче [8]. Более сложные модели могут включать топологическое описание (задание электрической схемы), описание состава и настроек УРЗА, текущего ресурса оборудования и т.д. Для задачи анализа функционирования УРЗА необходимо иметь модель УРЗА с соответствующей настройкой, определяемой объектом. Она включает:
модель измерительных органов УРЗА (инвариантные данные); модель логической части УРЗА (инвариантные данные); текущие уставки УРЗА (конкретные данные); модель текущих входных процессов УРЗА (конкретные данные). Первые две модели для типовых УРЗА можно рассматривать как инвариантные. Последние модели определяют принадлежность инвариантной модели конкретному объекту. Взаимодействие инвариантных моделей и конкретных данных определяется логической структурой. Основное назначение логической структуры — создание и поддержка адекватности модели и объекта. Часто из-за недостатка информации логическая структура теряет достоверность. Например, если осуществляется перевод защиты с одних трансформаторов тока на другие (перевод ЛЭП на обходной выключатель), должна изменяться и логическая структура. В настоящее время эту информацию, как правило, приходится вводить вручную. В любом случае результаты ААФ обязательно должны содержать информацию о модели, с которой работала система.
Эффективность методов автоматизированного анализа. Особенностью задачи ААФ является большой объем обрабатываемой информации. Прежде всего, это касается моделирования функционирования УРЗА, которое начинается с приведения моделей к состоянию, адекватному состоянию объекта до аварии. Это осуществляется по записям в ЦО предаварийного режима. Ограниченность этой записи требует ее искусственного увеличения, так как модели УРЗА могут “не успеть” установиться в соответствующее реальным защитам состояние. Кроме того, сами цифровые осциллограммы представляют собой весьма большие объемы информации. Так, шесть электрических величин (три тока, три напряжения), записанные в двухбайтовом формате, по 24 точки на период за время 10 с, представляют массив 140,6 Кбайт. Это данные только для одного присоединения. Устройства РЗА, как правило, взаимодействуют между собой, воздействуют на выключатели, т.е. изменяют состояние объекта. По этой причине они должны в общем случае моделироваться для всего объекта на каждом шаге дискретизации. В этом случае только модель УРЗА одного присоединения должна отработать примерно 150 000 раз. Следовательно, целесообразно сначала обработать осциллограммы для выделения участков стационарности, разделения аварийных и предаварийных записей. Участки стационарности, занимающие большую часть осциллограмм, могут при моделировании обрабатываться блоками, что значительно увеличивает скорость работы моделей. Очевидно, что и эффективность самих методов ААФ определяет скорость получения результатов. Диспетчеру данные ААФ должны представляться с запаздыванием по отношению к событиям не более чем на десятки секунд. В противном случае они не позволят диспетчеру принимать решения в темпе процесса.
Взаимодействие всех элементов системы показано на рис. 5.1. При дальнейших пояснениях предполагается, что приведено заполнение всех баз данных и создана логическая структура объекта (станции, подстанции). Упрощенно можно представить логическую структуру как набор следующего вида для каждого объекта (ЛЭП, трансформатора и т.д.): “номер выключателя”, “номерЛЭП”, "номерТТ”, “номерТН”, “номер панели УРЗА”, “номер базы данных”, “номер метода обработки”.

Рис. 5.1. Взаимодействие элементов системы анализа аварийных ситуаций с учетом анализа функционирования УРЗА

Фактически логическая структура представляет собой динамическую систему, которая формирует подобные наборы при любом изменении моделируемого объекта (см. §5.2).
При пуске ЦО (блок 1) сначала выделяется дискретная информация, которая обрабатывается в блоке 2. Этот блок определяет выключатель, изменивший свое положение, или защиты, подействовавшие на отключение.
Информация о номере аварийного объекта передается в блок сортировки дискретных сигналов 3, где отбираются все сигналы, относящиеся к аварийному объекту. Эта же информация передается в логическую структуру 5, которая определяет модели УРЗА (блок 6) и их настройки (блок 7), список аналоговых сигналов (токов и напряжений). Блок 4 выбирает из ЦО необходимые осциллограммы, и вся эта информация передается в блок 8, который и осуществляет моделирование функционирования УРЗА. Частный протокол можно представить персоналу.
Два протокола, реальный (от ЦО после сортировки) и модельный, анализируются в блоке 9, который выдает информацию для формирования протоколов (блок 10). Вид такого протокола приведен в приложении 5.
После моделирования функционирования УРЗА поврежденного объекта желательно провести ААФ для всех защит объекта. Это позволит вы явить отказы и излишние пуски защит, не действовавших на отключение.
Наибольшие трудности возникают в связи с неполной автоматизацией сбора информации. Многие дискретные сигналы трудно получить технически. Прежде всего, это касается накладок, испытательных блоков, контроля оперативного тока на панелях и т.д. Информацию о настройках защит (кроме микропроцессорных, включенных в систему сбора информации) также приходится вводить оператору.