ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ_2 / ЭЛЕКТРО_Почаевец

В.С. Почаевец

ЗАЩИТА И АВТОМАТИI<А

УСТРОЙСТВ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Рекомеuдова1l0

УnравлеllUем учебllЫХ заведен.uЙ u nравового обесnечеuuя

федералыlгоo аге1lтства :нселезн.одОРО;JlсJtого тран.сnорта

в качестве учебuика для студентов техникумов и КОJUlед:Jlсей :Jlселезн.одОРО:JIСllOго траllсnорта

Москва

2007

ВВЕАЕНИЕ

Системы электроснабжения являются сложными объектами, все

элементы которых действуют в едином производственном процессе, основными особенностями которого являются быстротечность яв­ лений и неизбежность повреждений аварийного характера. Поэтому

надежное и экономичное функционирование систем электроснабже­

ния возможно только при ИХ широкой автоматизации. Для этой цели

используется комплекс устройств автоматического ynравлеиия. Среди

них первостепенное значение имеют устройства релейной защиты. Релейllая защита - автоматическое устройство, контролирующее

режим работы электроустановки, деЙСТВУlощее на отключение по­ врежденного элемента при возникнове:tIИИ аварийной ситуации или

на сигнал при ненормальном режиме для привлечения внимания пер­

сонала. Для предотвращения развития аварии и уменьшения разме­

ров повреждения от нее необходимо быстро выявить и отключить поврежденный элемент системЫ электроснабжения. В ряде случаев

повреждение должно быть ликвидировано в течение долей секунды.

Ясно, что человек не в состоянии справиться с такой задачей. Ее ре­

шает релейная защита, устройства которой нашли применение в си­ стемах электроснабжения раньше других комплексов автоматичес­

кого управления.

Иногда в эксrшуатации систем электроснабжения возникают не­

нормальные режимы, при которых устройства релейной защиты не должны действовать на отключение. Для восстановления нормаль­

ного режима иногда предусматривается специальная противоаварий­

ная автоматика (ПА), производящая ряд операций по изменению

схемы электроснабжения для подцержания ее бесперебойной рабо­ ты. Из этого следует, что одной релейной защиты недостаточно ДЛЯ обеспечения надежного и бесперебойного электроснабжения потре­ бителей. С учетом того что при нарушении нормального режима элек­ трические процессы протекают настолько быстро, что оперативный

персонал не успевает вмешаться в процесс паРУDlения и предотвра­

тить его развитие, существует необходимость широкой автоматиза­

ции системы электроснабжения.

Под автоматизацией энергосистем понимается оснащение их ав­ томатическими устройствами, осуществляющими управление техно­

логическими процессами производства, переработки, передачи и рас-

4

пределения электрической энергии в нормальных и аварийных усло­ виях без участия персонала в соответствии с заложенной в этих уст­ ройствах программоЙ. Например, при повреждении одной из линий, питающих потребителя, и отключении ее релейной защитой элект­

роснабжение может быть восстановлено путем включения резервной линии устройством автоматического включения резерва (АВР). При отсутствии резервной поврежденная линия может быть включена повторно, так как большинство повреждений после быстрого отклю­

чения линий релейной защитой самоустраняется. Повторное вклю­

чение линии выполняется устройством автоматического повторно­

го включения (АПВ), при этом она остается в работе и обеспечивает

питание потребителя.

Отдельные устройства автоматики стали применяться в энерго­

системах с 30-х годов прошлого века. С того же времени ведутся

работы по автоматизации тяговых подстанций. Начало массового

внедрения различных устройств автоматики в энергосистемах сле­

дует отнести' к 1943-1944 гг. Первые устройства автоматики вы­

полнялись на стандартных телефонных реле и шаговых искателях. Они позволили существенно сократить штат обслуживающего пер­ сонала тяговых подстанций, облегчить работу дежурного персона­

ла. В настоящее время базой для выполнения устройств автомати­ ки являются электронные приборы.

Процесс управления состоит из трех стадий: сбора информации, обработки собранной информации и принятия управляющих реше­

ний, передачи управляющих команд. Если все стадии лроцесса уп­

равления осуществляются без участия персонала, система ynравле-' ния называется автоматической.

Если же в процессе управления при сборе и обработке информа­

ции, выработке упраВЛЯIОЩИХ команд и передаче их на объект уп­

равления наряду с техническИми средствами участвует персонал, си­

стема управления называется автоматизированной.

Основным направлением совершенствования управления систе­

мой электроснабжения является создание автоматизированных сис­

тем управления (АСУ) человеко-машиннЫХ систем, предстаВЛЯIОЩИХ

собой совокупность методов и технических средств для наиболее

эффективного управления на основе математических методов и

средств вычислительной техники.

5

Глава 1. ПРИНIJИПЫ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ

ЭЛЕКТРОСНАБ)КЕНИЯ

1.1. Общие сведения 06 элеменra.x Jt фyнкqияx сисгем

~

Управление - процесс преобразования информации об объекте управления (Оу), в котором управляющая система (УС) восприни­ мает информацию об объекте управления, перерабатывает ее в соот­ ветствии с функцией управления, результатом чего является управ­ ляющее воздействие на объект управления (рис. 1.1).

Основными принципами управления являются:

-поддержание или перевод объекта в требуемое состояние;

-информация об объекте управления;

-упраВЛЯIощее воздействИе на ОУ;

-наличие"управляющей системы, воспринимающей информацию об объекте, перерабатывающей ее в соответствии с целью (функци­

ей) управления и воздействующей на ОУ.

Процесс управления протекает в определенной последовательнос­ ти. Если в нем исключить хотя бы один из этапов, то управление станет невозможным:. Поток информации от упраВЛЯIощей системы к объекту

7

По видам информации, используемой для формирования управ­

ляющего воздействия на объект, можно выделить следующие прин­

ципы управления:

- по следствuю, когда управляющая система реагирует на откло­

нение состояния ОУ от заданного, Т.е. на следствие, а не на причину,

вызвавшую это отклонение;

- ПО nрuчиllе, когда управляющее воздействие вырабатывается

только на основе информации о возмущающих воздействиях на ОУ

при отсутствии обратной связи - nРИllциn Koм.ne1lcaции~ а также на

основе информации, задаваемой функцией управления в виде про­

граммы, - nРИllциn nрограммтюго уnравлеllUЯ;

- ком.БUlluроваJ1110е, представляющее.совокупность перечисленных

выше принципов управления.

По способу организации управление можно разделить на следую­

щие виды:

- одноцентрическое, при котором принятие решения об управле­

нии осуществляется в одном управляющем органе или центре;

- многоцентрическое, когда решение об управляющих воздействи­ ях на объект формируются во многих управляющих органах.

В последнем случае возможно возникновение недопустимых «кон­

фликтныХ» ситуаций между управляющими органами. Поэтому при

многоцентрическом управлении необходимо согласование действий

между управляющими органами, исключающее или сводящее к мини­

муму «конфликтные» ситуации между ними. Примером такой согла­

сованности является иерархический принцип управления, в соответ­

ствии с которым выделяются главный и подчиненный управляющие

органы, между которыми распределяются функции управления, чем

обеспечивается наиболее эффективное достижение цели управления.

В устройствах тягового электроснабжения наряду с одноцентри­

ческим применяется иерархический принцип управления. Например, главным управляющим органом оперативного управления объекта­ ми электроснабжения является Эllергодuсnетчерскuй nУlIкт, а подчи­

ненными органами - nу"кmы уnравлеllUЯ на тяговых подстанциях,

железнодорожных станциях и постах секционирования.

Задачu уnравле1lUЯ техническими объектами можно разделить на

четыре основных типа:

- задачи стаБWluзацuи - состоят в поддержании выходных пара­

метров объекта управления в заданных пределах;

8

- задачи вЫnОЛllеllUЯ nрограм.мы - заключаются в изменении вы­

xoдHыx параметров объекта по ранее составленной программе;

- задачи слеJJCеllUЯ - возникают, если изменение выходных пара­

метров объекта заранее неизвестно;

-задачи оптимизации - состоят в наилучшем выполнении по­

ставленной цели управления при сложившейся ситуации.

Взависимости от целей и задач управления, объекта управления

ипредъявляемых к ним требований и ограничений в системах управ­

ления может осуществляться замкнутое и разомкнутое, автоматичес­

кое и автоматизированное управление. Соответственно системы при

этом называются замкнутыми и разомкнутыми, автоматическими и

автоматизированными.

Различают автоматизированные системы управления технологи­

ческими процессами (АСУ ТП) и автоматизированные системы орга­ низационно-экономического ynравления (АСУ ОЗ). ДЛЯ первых АСУ объектами управления являются машины, устройства, технологичес­

кие процессы, для вторыхпредприятия (АСУП) и отрасли хозяй­

ства (ОАСУ).

АвтоматизироваТI1IОЙ системой уnравлеТlUЯ технологическими nро­

цессами (АСУ ТП) называется человеко-машинная система, исполь­

ЗYIощая для эффективного решения задач управления современные

автоматические средства обработки и передачи информации, мате­

матические методы и новые организационные методы управления.

Принципиальная особенность любой АСУ ТП состоит в том, что

она является неотъемлемой частью автоматизированного техноло­

гического процесса. Применяемые в различных отраслях промыш­

ленности АСУ ТП существенно отличаются как по характеру выпол­

няемых ими функций, так и по составу используемых технических средств, но в общем виде АСУ ТП любой отрасли можно предста­ вить струкrypной схемой (рис. 1.2). Текущая информация о состоя­ нии объекта управления (управляемой системы) поступает через уст­ ройство сбора и обработки информации (см. рис. 1.1) в упраВЛЯIО­ щую систему. Собранная информация контролируется и сравнивается

с имеющимся заданием. Результаты сравнения анализируются управ­

ляющей системой, затем подготавливаIОТСЯ и принимаются решения,

которые в виде управляющих воздействий передаются на исполни­

тельные механизмы.

9