Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проектирование релейной защиты и автоматики. Исследование условий работы релейной защиты и автоматики. Учебное пособие
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
В.А. Шелест, Н.И. Цыгулев
ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕЛЕЙНОЙ
ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ
ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ РАБОТЫ
РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ
Ростов-на-Дону
ДГТУ
2018
2
УДК 621.311
ББК 31.27
Ш42
Рецензент
доктор технических наук, профессор В.Ф.Ермаков
(Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ))
Шелест, Владимир Александрович.
Ш42 Проектирование релейной защиты и автоматики. Исследова-
ние условий работы релейной защиты и автоматики: учеб.
пособие / В.А. Шелест, Н.И. Цыгулев ; Донской гос. техн.
ун-т. – Ростов-на-Дону: ДГТУ, 2018. – 63 с.
ISBN 978-5-7890-1583-4
Подробно рассматриваются программы и методы исследования переходных процессов в электроэнергетике в нормальных и аварийных режимах. Результаты этих исследований ложатся в основу разработки расчетных формул для методов проектирования релейной защиты и автоматики.
Целью учебного пособия является совмещение учебного процесса с
научно-исследовательской работой студентов.
Предназначено для подготовки бакалавров направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» всех форм обучения.
УДК 621.311
ББК 31.27
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Донского государственного технического университета
© Шелест В.А., Цыгулев Н.И., 2018
ISBN 978-5-7890-1583-4 © Донской государственный
технический университет, 2018
3
Никто не мешает человеку
завтра стать умнее, чем он был вчера
(Петр Капица – академик АН СССР,
лауреат Нобелевской премии)
Предисловие
Учебное пособие написано в соответствии с содержанием учебной дисциплины «Проектирование релейной защиты и автоматики
(РЗиА)». Методы проектирования содержат формулы, составленные
на основании исследования условий работы релейной защиты. Как
выяснилось, студенты не всегда четко представляют происхождение
расчетных формул. Поэтому впервые в учебное пособие добавлено
исследование условий работы РЗиА. Это сохранит непрерывность
познавательного процесса и улучшить его качество. Применение автоматизированного проектирования позволяет использовать новые
технологии для оптимизации учебного процесса при формировании
соответствующих компетенций у будущих специалистов.
Авторы при написании учебного пособия использовали опыт
отечественных и зарубежных ученых в области релейной защиты и
ее проектирования: Г.И. Атабеков, В.К. Ванин, Я.С. Гельфанд,
А.Д. Дроздов, А.Ф. Дьяков, А.С. Засыпкин, С.Л Кужеков,
В.В. Платонов, Э.В. Подгорый, И.М. Сирота, Б.С. Стогний,
Е.М. Ульяницкий, В.Г.Шуляк, В.Л. Фабрикант, А.М. Федосеев,
Э.М. Шнеерсон, A.R. Warrington, M.S. Sachdev, A.G. Phadkeи
J.S. Thorp.
Первые методы проектирования релейной защиты и автоматики были сформированы в середине прошлого века. С тех пор развитие энергетики и совершенствование систем защиты и управления
значительно повлияли на методы проектирования. А компьютеризация совершила настоящий прорыв в проектировании релейной защиты и автоматики.
4
В учебном пособии студентам предлагается использовать доступную программу для выполнения исследований. Работу эту
можно выполнять как в аудитории, так и в домашних условиях. Работа имеет научно-исследовательский характер. Ее результатом являются программные блоки для автоматического вычисления фрагментов проектирования. Студент фактически конструирует проект
из набора различных программных блоков.
Вопросу проектирования при подготовке бакалавров уделяется
большое внимание, так как методы проектирования необходимы не
только в проектных институтах, но и при эксплуатации объектов
энергетики. При реконструкции электростанций, подстанций и электрических сетей необходим перерасчет параметров РЗиА. Аналогичные расчеты выполняются при анализе различных аварийных ситуаций. Начавшееся оцифровывание многих технологических процес-
сов в энергетике также предполагает многократное повторение проектных расчетов.
Авторы выражают благодарность коллегам кафедры за помощь
при подготовке учебного пособия к изданию.
5
Введение
В основе проектирования релейной защиты и автоматики
(РЗиА) лежат руководящие указания, состоящие из набора рекомендаций по расчету параметров для выбора, настройки и оценки надежности функционирования защитных и автоматических устройств. К
основным параметрам относятся уставки срабатывания реле по току,
напряжению, частоте и времени, а также различные коэффициенты
чувствительности.
Формулы расчета параметров составлены по результатам исследования условий работы устройств РЗиА в нормальном и аварийном режимах и подтверждены опытом эксплуатации в электроэнергетике.
При учебном проектировании, являющемся важным этапом
обучения, необходимо соблюдать логическую последовательность и
обоснованность выполняемых действий. Последнее, как правило, не
соблюдается. Студенту не всегда понятно происхождение формул,
предлагаемых для расчетов.
Для того чтобы понимать расчетные формулы, студенту необходимо хорошо представлять условия работы устройств РЗиА.
В начале проектирования предлагается выполнять компьютерное
моделирование различных режимов работы оборудования электрических станций, подстанций и сетей. Этому способствует широкая
компьютеризация учебного процесса. Кроме того, формированию
таких навыков у студентов способствует учебно-исследовательская
работа.
Широко используется машинное моделирование, которое позволяет осмыслить связь между физической сущностью и математическим описанием.
Существуют теоретические и экспериментальные виды научных исследований. Соответственно разработаны моделирующие
6
программы с интерфейсами, ориентированные на теоретиков и экспериментаторов. В учебном процессе для более глубокого изучения
предметов лучше использовать программы с интерфейсом для теоретических исследований.
Рынок предлагает большой выбор программ для компьютерного моделирования. Наиболее широкое распространение получили
системы математического моделирования MatLAB/SIMULINK,
VisSim, MATRIXx и Mathematica. Безусловно, эти программы позволяют решать все задачи моделирования. Но для обучаемого доступ к
этим программам ограничен по времени и по месту, т.е. только в
учебное время и в учебном заведении. Больше половины времени на
изучение той или иной дисциплины запланировано на самостоятельную работу. Из-за большой дороговизны указанные программы отсутствуют на студенческих персональных компьютерах.
Можно показать возможность использования в учебном процессе бесплатных программ. Рассмотрены варианты создания компьютерных моделей на базе программ Dynamo и МВТУ. Разумеется,
возможности этих программ ограничены, но они достаточны для решения практически всех электротехнических задач в учебном процессе и при научно-исследовательской работе студентов.
Последнее десятилетие происходит широкое внедрение микропроцессорных устройств РЗиА. Конструктивно они изготовляются в
виде терминалов. Многие важные параметры новых защит превосходят соответствующие параметры полупроводниковых и электромеханических устройств. Кроме того, терминалы имеют много различных сервисных функций и содержат элементы искусственного
технического интеллекта.
У многих специалистов появилась надежда на скорейшую замену устаревшей РЗиА терминалами, в которых сосредоточены различные виды релейных защит и автоматики. Но проблемы обеспечения надежности заставляют не спешить с полной заменой старого
новым.
7
Прежде всего, согласно теории надежности ответственные
устройства РЗиА должны дублироваться устройствами, выполненными на других принципах действия, т.е. без микропроцессоров.
Возникает вопрос к разработчикам о правильном функционировании терминалов в кризисных условиях. Разумеется, в ходе разработки терминалов делалось все, чтобы предотвратить несанкционированное их действие. Но никто не может дать 100-процентную
гарантию защиты терминалов от внешнего умышленного воздействия. Таким образом, кибербезопасность не гарантируется. Сделав
анализ приведенной ниже таблицы, можно утверждать необходимость совмещения электромеханических и микропроцессорных защит. Микропроцессорные защиты позволяют решать вопросы интеллектуализации, а электромеханические лучше обеспечивают помехоустойчивость, устойчивость к радиационному фону и высокую
кибербезопасность.
Устройства
РЗиА
Помехоустойчи-
вость
Отстройка от влияние
радиационного фона
Кибербезопасность
Возможность
интеллектуализации
Электроме-
ханические
абсолютная
абсолютная
абсолютная
отсутствует
Полупро-
водниковые
ограниченная
ограниченная
ограниченная
ограниченная
Микропро-
цессорные
низкая
низкая
низкая
высокая
Можно предположить, что будет выполнена миниатюризация
электромеханических защит. И в таком виде они будут дополнять
терминалы. Мы сейчас не можем утверждать, какое будет принято
техническое решение. Но в учебном процессе методы проектирования электромеханических защит надо сохранить.
В учебном плане трудно найти место для проектирования двух
систем релейной защиты обычными методами. Поэтому необходима
компьютеризация этого процесса. Если перейти к автоматическим
системам проектирования, где участие человека сведено к нулю, то
будет нанесен вред процессу обучения.
Главной задачей учебного процесса является формирование у
студентов инженерного мышления. Этому будет способствовать
проектирование РЗиА на различных принципах построения.
8
1. КОМПЬЮТЕРНЫЕ ПРОГРАММЫ
МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
1.1. Программа Dynamo
Программа Dynamo ориентирована на теоретические исследования. Вначале необходимо составить математическую модель исследуемого процесса, используя дифференциальные и интегральные
уравнения. Далее математическую модель следует представить в
виде блочной структуры, в которой каждый блок соответствует конкретной математической операции. Это облегчит составление компьютерной модели, которая будет иметь похожий вид.
В моделирующей программе отсутствуют текстовой и графические редакторы. Для сохранения уравнений и блочной структуры
математической модели следует использовать другие программы.
В программе Dynamo для выполнения всех математических
операций, имеющихся в дифференциальных уравнениях, и для реализации различных функций используются специальные блоки
(рис. 1.1).
Рис. 1.1. Окна программы Dynamo
9
Основные блоки для набора моделей
Ниже рассмотрены функциональные возможности блоков
(табл. 1.1).
Таблица 1.1
Специальные блоки программы Dynamo
№
п/п
Наименование бло-
ков
Условные обозначения
Функции блоков
на мониторе
в структурной схеме
1
Задатчик времени
2
Сумматор
3
Масштабный блок
4
Инвертор
5
Блок умножения
6
Блок деления
7
Блок синусоидальной функции
8
Интегратор
9
Блок-константа
11
Блок смещения
функции
13
Блок знака функции
14
Блок петли люфта
x
min
≤ x ≤ x
max
Описание ниже
15
Реле
xky
10
Блок BackLash (см. табл.1.1) формирует петлю люфта, которая
описывается приведенными ниже уравнениями. Входной коэффициент k1 может иметь одно из значений -1,0,1 и влияет на смещение
петли люфта по вертикали.
Коэффициентом k2 задается ширина петли, а коэффициентом
k3 – начальное значение выходного параметра y.
Настройка блоков
Нажатием левой кнопки мышки вызывают редактор блока
BlockEditor. В окне редактора можно задать имя блока. Установка
галочки в окошке Invert замещает изображение блока его зеркальным изображением.
В группе Inputs программа отображает имена блоков, подключенных к выходам редактируемого блока. Нажатием кнопок Clear
можно отключать связь с блоками. В группе Parametrs указываются
входные коэффициенты и другие параметры редактируемого блока.
В окошке Notes можно записать комментарии к редактируемому блоку.
Кнопка LineColor позволяет задавать цвет линий, подключаемых к выходу блоков.
Назначения кнопок управления
Chart –открытие окна набора модели. В этом окне набирается мо-
дель исследуемого процесса.
Graph –открытие окна графического вывода результатов. В этом
окне можно вывести графические зависимости значений, получаемых на выходах блоков модели от времени или от других переменных модели. Одновременно в одном окне можно вывести до трех
графиков. Количество окон не ограничено.
;
;
;
.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]