Scientific journal

Fundamental research

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

Основополагающими принципами при реализации положений Федерального государственного образовательного стандарта третьего поколения является формирование образовательных компетенций. С целью повышения качества подготовки бакалавров в процессе изучения курса «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем» значительная часть учебного материала должна быть освоена в рамках проведения лабораторных работ и самостоятельной работы. Следовательно, требуется расширение лабораторных практикумов и создания условий для самостоятельного освоения компетенций согласно плану дисциплины. На лабораторный практикум возлагаются следующие задачи:

1. Практическое закрепление полученных теоретических знаний.

2. Приобретение навыков самостоятельной работы.

3. Планирование и постановка инженерного эксперимента.

4. Обработка и объяснение результатов эксперимента.

5. Сопоставление результатов теоретического анализа с экспериментальными данными.

Современная электроэнергетическая система состоит из генераторов, трансформаторов и потребителей различного рода и представляет собой сложный комплекс, оценка режимов работы и проектирование новых объектов электроэнергетики включает в себя решение задач релейной защиты, системной автоматики и устойчивости энергосистемы. При этом возникает необходимость в расчётах несимметричных режимов при коротких замыканиях, неполнофазных включений и сложных видах несимметрии сети в одной или нескольких точках связанных со значительной трудностью и временными затратами.

Специализированные программные продукты дают возможность упростить решение этих задач, позволяя рассчитывать параметры электрической сети практически любой сложности в нормальных и аварийных режимах работы. Программный пакет ELPLEK является бесплатным, предназначенным для анализа режимов работы электроэнергетической системы средством. ELPLEK позволяет построить модель электрической системы с генераторами, трансформаторами, линиями электропередачи, шинами, выключателями и т.п. и установить релейную защиту [4]. В редакторе содержатся функциональные возможности для учета параметров моделей генераторов, трансформаторов, линий электропередач, шин, выключателей и других элементов электросетевого хозяйства, кроме того, имеется возможность настройки защит с различными параметрами, которые могут быть встроены в подготовленную модель энергосистемы. Моделируются взаимодействие элементов электроэнергетической системы и функции релейной защиты. Для построения модели электрической сети используется простой редактор с элементами в виде условных графических обозначений (редактор схем). Параметры элементов электрической сети задаются пользователем. Меню параметров каждого элемента зависит от вида элемента.

Анализ нескольких программных продуктов автоматизации проектирования объектов электроэнергетики представлен в таблице.

Основные преимущества могут быть сформулированы следующим образом: программа бесплатная и имеет широкий спектр возможностей моделирования устройств релейной защиты (имеется возможность использования время-токовых характеристик IEC, ANSI (ABB, Westinghouse, Schneider Electric и т.д.) и настраиваемых пользовательских характеристик.

Расчеты аварийных режимов выполняются по стандарту IEC 60909, либо используя метод, подобный методу наложения при условии Xd» = Xq». Рассчитывая электрическую сеть непосредственно или определяя потокораспределения, для электрической сети могут быть получены параметры режима перед коротким замыканием.

Возможно моделирование следующих режимов работы системы электроснабжения: короткие замыкания, обрыв линий, нормальные режимы с учетом положений устройств регулирования напряжений трансформаторов.

При моделировании режима работы системы электроснабжения нужно учитывать следующие допущения, влияющие на результат:

1. Предполагается, что параметры переходных режимов (X», X’ и т.д.) являются постоянными, не учитываются изменения во времени, связанные с насыщением магнитных систем.

2. Не учитываются системы управления генераторами, в том числе регулирование возбуждения.

Пример схемы электроснабжения, построенной в пакете ELPLEK с результатами расчета существующего режима, представлен на рис. 1.

Аналогия «ELPLEK» с другими программами [4, 7, 10]

Рис. 1. Схема электроснабжения, построенная в пакете ELPLEK

При задании параметров нагрузки возможно задание трех сценариев, характеризующих ее параметры в зависимости от исследуемого режима. Для моделей трансформаторов возможно задание графика координат характеристики повреждения, определяющей, время термической стойкости, характеристика задается относительно первичного тока и зависит от типа трансформатора (с масляным или воздушным охлаждением), габаритов, и параметров трансформатора. Может быть использована базовая или определяемая пользователем характеристика.

Имеется возможность анализа режима в виде векторных диаграмм токов и напряжений с привязкой к трансформаторам тока и напряжения, см. рис. 2.

Построение системы релейной защиты и автоматики на модели системы электроснабжения выполняется добавлением трансформаторов тока и подключенных к ним реле с возможностью выбора схемы соединения обмоток трансформаторов тока с обмотками реле защит. Реле могут быть настроены как защиты с независимой, обратнозависимой выдержкой времени, дистанционные, либо с пользовательской настройкой [5, 6, 8]. Комбинированное PGQ-реле – реле максимального тока, измеряющее фазный ток, сумму токов, разность или ток замыкания на землю, и ток обратной последовательности [2, 3]. Допускается введение уставок защит в первичном либо вторичном токе.

Электромеханические реле, или комбинированные электромеханические фазные, нулевые, и реле последовательностей являются реле максимального тока и моделируются по данным зависимой характеристика согласно таблице, заданной пользователем [9], либо экспортированной из специального файла формата cvs.

Использование таблиц устанавливает некоторые ограничения на характеристики:

1. В данных таблицах точки (максимальное время, минимальный ток) и (минимальный ток, максимальное время) на (обратно-) зависимых характеристиках ограничены.

2. У параметра множителя времени могут быть только дискретные значения между минимальным и максимальным значениями [1].

На рис. 3 представлен результат моделирования действия ступенчатых максимальной токовой защиты, красной линией показан ток короткого замыкания (на рисунке справа), протекающий через соответствующий трансформатор тока в модели системы электроснабжения, функциональные возможности так же позволяют выполнять автоматическое определение разности между временами срабатывания двух защит при заданном токе.

Функциональные возможности позволяют отображать на карте селективности до 16 характеристик выбранных реле с учетом коэффициентов трансформации трансформаторов тока так и токов в реле при соединении трансформаторов тока в треугольник. Наличие специального суммирующего трансформатора тока, позволяет моделировать работу защит включенных на токи соответствующих последовательностей.

Реле дистанционной защиты могут быть настроены с четырехугольной либо круговой характеристикой [5]. На рис. 4 представлен результат моделирования действия четырехступенчатой дистанционной защиты.

Дистанционное реле и реле максимального тока (PGQ-реле, электромеханические реле, реле повторного включения, реле с характеристиками определенными пользователем), могут иметь шесть наборов (групп) уставок, с возможностью перехода между группами в зависимости от положения выключателей в модели системы электроснабжения для различных конфигураций сети.

Возможности пользовательских настроек характеристик защит с использованием нескольких ступеней позволяют выполнять проверку селективности действия защит применяемых на напряжение до 1000 В, т.е. настраивать характеристики в соответствии с параметрами автоматических выключателей и предохранителей.

Рис. 2. Диаграммы токов и напряжений