Контроль и регистрация параметров электроэнергетической системы при переходном процессе в режиме реального времени
Российский национальный комитет Международного Совета
по большим электрическим системам высокого напряжения
ФГБОУ
ВПО «Ивановский
университет имени В.И. Ленина»
Кафедра электрических систем
ПИСЬМЕННЫЙ ПЕРЕВОД
научно-технического теста для участия в конкурсе переводчиков научно-
технической литературы Молодежной секции РНК СИГРЭ
Выполнила: (студентка гр.4-24)
Иваново, 2013
Контроль и регистрация параметров электроэнергетической системы при переходном процессе в режиме реального времени (B3-101)
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ
Традиционные трансформаторы тока и напряжения оказались высокоэффективными в сложившейся практике их применения в электроэнергетической системе. В большинстве этих методов используются измерения параметров в зависимости от промышленной частоты без учета переходных процессов, проходящих за более короткий период времени. Однако оптические устройства имеют большую пропускную способность и имеют возможность сообщать о характеристиках возникшего переходного процесса в режиме реального времени. Эта статья рассматривает вопросы перспективы в сфере стандартов измерения, признанной производительности оптических приспособлений и перспективы настройки контрольно-измерительных приборов для наилучшей фиксации параметров переходного процесса и его анализа.
Электроэнергетические переходные процессы (ПП) охватывают широкий спектр сигналов, начиная от явлений, которые длятся несколько наносекунд, например, в быстродействующих переходных процессах на закрытых распределительных устройствах с элегазовой изоляцией (ЗРУ), до импульсов в несколько миллисекунд, возникающих в системах электропередачи высокого напряжения. Грозовые перенапряжения (период волны 1.2/50 мс/мс) и восстанавливающееся напряжение переходного режима связаны с перебоями тока короткого замыкания в тех же пределах.
В данной статье указан пример использования оптических измерительных преобразователей для измерения параметров переходных процессов с использованием стандартных регистраторов, работающих на частоте менее 100 кГц, то есть 100 000 выборок в секунду (В/с). Устройство предполагает использование оптических ТН и ТТ с многоканальным выходом в зоне контакта для обеспечения соответствия между приборами, работающими на частоте менее 5 кГц, и другой аппаратурой, охватывающей диапазон частот до нескольких МГц. Это прибор позволяет рационально использовать оптические измерительные преобразователи для поддержания должной защиты, учета, записи параметров и качества электроэнергии, а также предоставлять возможность для развития качественно новых широко-частотных приборов (определение места короткого замыкания (КЗ) при помощи бегущей волны, оценка переходных процессов при коммутации и измерение переходного восстанавливающегося напряжения). Это устройство также обеспечивает безошибочное отслеживание координат точки на кривых тока и напряжения, тем самым дает преимущество статических характеристик оптического преобразователя путем измерения захваченного заряда на ЛЭП и конденсаторных блоках.
КЛЮЧЕВЫЕ ТЕРМИНЫ
Диапазон частот - Волоконно-оптическая линия связи - Высокая частота- Измерительный преобразователь- Оптический измерительный преобразователь- Качество электроэнергии- Реагирующие коммутации- Контроль в реальном времени- Сверхвысокое напряжение- Переходный процесс
1. ВВЕДЕНИЕ
Стандартные трансформаторы тока и напряжения по сути своей являются аппаратами промышленной частоты с ограниченной возможностью либо невозможностью проводить измерения сверхбыстрых переходных процессов. Однако оптические устройства имеют эту возможность фиксировать параметры ПП в режиме реального времени по мере их возникновения [1]-[4]. ПП в электроэнергетической системе охватывают широкий спектр частот: от постоянного тока до нескольких сотен МГц [5]. Быстрые ПП в ЗРУ, также как и грозовые перенапряжения с субмикросекундным временем установления импульса, как раз и являются теми параметрами, которые должны быть измерены в электроэнергетических системах высокого напряжения. Отдельные коммутационные перенапряжения при передаче электроэнергии, а также переходное восстанавливающееся напряжение, связанные с перебоями тока КЗ, возникают при более длинном промежутке времени перехода сигнала, достигающего нескольких сотен микросекунд.
Эта статья рассматривает вопросы перспективы в сфере стандартов измерения, признанной производительности оптических приспособлений и структуры будущих методов измерения, обеспечивающих фиксацию ПП для создания инновационной системы защиты энергосистем и ее дальнейшего анализа. Следующий раздел дает общее представление об измерении ПП в электроэнергетической системе, включая требования диапазона частот и некоторые важные условия. Раздел 3 содержит в себе обзор технических характеристик датчиков тока и напряжения, конкретизируя способы оптимизации применения оптических преобразователей для измерения сигнала ПП по всему спектру частот и амплитуд. Раздел 4 дает возможность на примерах рассмотреть принципы работы оптических и традиционных преобразователей в месте установки оборудования, обращая внимание на различные ограничения и перегрузки в измерительной цепи. В разделе 5 рассматривается структура измерительных приборов и аппаратов, использующих оптические трансформаторы для измерения напряжения и тока в нормальном режиме работы и синхронного учета параметров ПП. В разделе 6 подводятся итоги и выводы наших исследований.
2. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ
В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ
Переходные процессы напряжения и тока охватывают широкий спектр амплитуд и частот. В данном случае рассматриваются как внешние КЗ, возникающие в случае удара молнии, так и внутренние КЗ, возникающие при коммутационных переключениях. При коммутации важным является быстрое срабатывание повторного включения цепи при отключенном токе КЗ, само отключение тока КЗ и отключение индуктивной и емкостной нагрузки.
В целях испытания контроля изоляции напряжение грозового импульса, как известно, имеет период волны 1.2/50 мс/мс [5]. На деле так называемая вспышка молнии обусловлена разрядным током между облаками и землей. Бросок тока становится напряжением при взаимодействии с волновым сопротивлением «ударного» оборудования. В теме этой статьи импульсы грозового разряда едва ли представляют большой интерес, за исключением, может быть, специфических методов, требующих данного наблюдения.
Коммутационное перенапряжение характеризуется стандартным периодом волны 250/2500 мс/мс [5]. Но это не тот период, который мы себе представляем, на самом деле это относится к минимальной пробивной способности воздушных зазоров различных форм [5]. Коммутационные перенапряжения возникают в результате включения автомата защиты цепи при различных напряжениях, отличных от нуля. Например, при однофазном КЗ на землю и трехфазном мгновенном расцеплении некомпенсированной линии нагрузка распределяется по двум неповрежденным фазам. При повторном включение падение напряжения в худшем случае может составлять 2В, что приводит к коммутационным перенапряжениям в 3В. Обычно, для снижения перенапряжений используют меры по урегулированию, например, использование замыкающего сопротивления, ограничители перенапряжения (ОПН) или управляемые или замедленные замыкания [6]. Реальная амплитуда и период волны зависят от ряда следующих показателей: длина и конфигурация линии, степень компенсации, меры по урегулированию, и могут быть изучены только при возможности детального моделирования и локальных измерений.
Вопрос отключения КЗ достоин большого внимания. Один или несколько выключателей срабатывают для прерывания пути прохождения тока КЗ. Напряжение выключателя восстанавливает заданное положение с помощью переходного восстанавливающегося напряжения под названием ПВН. ПВН имеет как частотную составляющую, зависящую от рабочего заземления и типа КЗ, так и колебательную составляющую, которая может быть как затухающей, так и демпфированной, что может привести в результате к бегущей волне [7]. Также, результирующий ток КЗ имеет постоянную составляющую, затухающую со скоростью, определяемой структурой сети. Постоянную времени ПП точно вычислить довольно сложно, а иметь возможность определить величину постоянной составляющей является важной задачей.
ПП при подключенных шунтирующих
батареях конденсатора или реакторах
имеют более локальный
Так называемые сверхбыстрые ПП являются уникальными для ЗРУ. Они возникают в случае работы разъединителя. Сверхбыстрые ПП зависят от параметров системы, и никаких методов их стандартизации, как в случае с грозовыми и коммутационными перенапряжениями, не было разработано. Они всего лишь имеют место быть [5]. Однако на ЗРУ ультравысокого напряжения используются вводные сопротивления для уменьшения таких ПП.
Ряд приблизительных частот сигналов
перенапряжения, обсуждаемых выше,
сведен в таблицу 1. Стоит отметить,
что возможны возникновения более
медленных кратковременных
Таблица 1 Ряд перенапряжений и соответствующего времени восстановления
Вид перенапряжения |
Время восстановления, мс |
Грозовые Коммутационные ПВН Переключения реактивной нагрузки Сверхбыстрые ПП |
0,1 - 20 20 - 5000 2 0,5 0,003-0,1 |
3. ОПТИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА
В отличие от традиционных проволочных
и/или емкостно-связанных
Ссылка [1] также разъясняет вопросы
оптимизации длины
Еще одним важным фактором, который
следует рассмотреть при
График 1 Зависимость чувствительности оптического ТТ от частоты при различной длине чувствительного элемента L [1]
В измерительной системе с
4. ТИПОВАЯ ЗАПИСЬ ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА
На графике 2 показаны результаты формы колебаний сигнала при опыте по моделированию КЗ на напряжении 500кВ с последовательно включенными емкостями, проведенном в 2003 году. Данные получали, используя оптические ТН и ТТ и систему записи данных, обрабатывая 100,000 выборок в секунду (В/с). Формы кривых напряжения и тока через металло-оксидный варистор (МОВ), а также форма колебания кривой тока КЗ показаны на графике 2(а). На графике 2(б) показаны первичный ток КЗ и ток вторичной дуги, продолжающийся некоторое время после отключения повреждения. График 2 дает ясное представление о преимуществе широкополосной (постоянный ток) характеристики оптических ТН и ТТ для фиксации всех ПП и явлений непромышленной частоты (50 или 60 Гц).
График 2 Опыт моделирования КЗ на напряжении 500кВ с последовательно включенными емкостями: (а) МОВ напряжение и ток, и ток КЗ; (б) первичный ток КЗ и ток вторичной дуги
Графики 3 и 4 показывают запись формы колебаний, сделанной при переключении линии 500кВ на подстанции BC Hydro’s Ingledow зимой 2011 года. Данные были получены с ТН и ТТ и оптического ТН на линии и ТН и ТТ на шине выключателя. График 3 показывает отключение линии и необычное затухание напряжения, зафиксированного ТН и ТТ, также как и затухание постоянного напряжения, оставшегося после отключения линии. Однако оптические ТН не показывают никаких аномалий и передают форму захваченного заряда (существенное увеличение захваченного заряда обусловлено взаимодействием фаз и параллельными линиями под напряжением).
График 4 показывает подобные формы колебаний при включении той же самой линии. График 4(б) дает возможность лучше понять, как характеристика ПП в ТН и ТТ отрицательно влияет на результаты в процессе переключения. Переходную характеристику можно представить вполне в комплексном виде. Главной причиной такого поведения является резонанс между емкостным сопротивлением делителя и индуктивностью компенсирующего реактора. Главными факторами, влияющими на переходную характеристику ТН и ТТ, являются: величина емкости делителя, сопротивление нагрузки, тип феррорезонансной цепи (активная против пассивной) и форма кривой входного сигнала. За более подробной информацией обращайтесь к ссылкам [12] и [13].
Данные были получены путем использования BC Hydro регистрирующих устройств, обрабатывающих 24000 В/с. Данные с оптических ТН и ТТ, показанные на графиках 2-4, были получены с их низкоэнергетического аналогового вывода (<10В). Оптическое устройство, предназначенное для сбора данных, показанных на графиках 3 и 4, имеет отдельный на 115В и 1А расчетный интерфейс для соединения с системой коммерческого учета электроэнергии.
График 3 Запись формы колебаний, сделанной при переключении линии 500кВ на подстанции BC Hydro’s Ingledow зимой 2011 года. Данные были получены при обработке 24,000 В/с
График 4 Запись формы колебаний, сделанной при переключении линии 500кВ на подстанции BC Hydro’s Ingledow зимой 2011 года. Данные были получены при обработке 24,000 В/с (б) показывает наложение дополнительных колебаний ТН и ТТ за первые миллисекунды после повторного включения
Запись формы колебательного сигнала показывает некоторые особенности оптических ТН и ТТ , демонстрируя соответствие записи ПП. Все же данные устройства записи и интерфейс были разработаны для более узкого диапазона частот (<40кГц), поэтому более быстрые ПП не были фиксированы.
5. ПРЕДЛОЖЕННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПП В СИСТЕМАХ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Фиксация формы колебания
- Более низкий уровень шума на стандартном выходе (имеется фильтрация сигнала на более точный диапазон рабочих частот)
- Оптимизированный расчетный уровень сигнала и отношение сигнал-шум
- Лучшая системная надежность и эксплуатационная надежность в релейной защите и коммерческом учете электроэнергии
- Легкость в обслуживании и возможность внедрения новых технологий
График 5 Предлагаемая схема соединений, используя оптические ТН и ТТ для применения стандартных и широкополосных приложений одновременно
6. ОБОБЩЕНИЕ И ВЫВОДЫ
В данной статье мы обсудили использование оптических измерительных трансформаторов для записи ПП и для перспективного применения высоких скоростей в ЭЭС. Далее приведен список примеров потенциальных приложений, которые буду работать эффективно (или еще эффективнее) при высокоскоростном измерении напряжения и тока:
- Точное определение места КЗ при помощи бегущей волны
- Данная система будет по-новому применять широкополосные сенсоры напряжения и тока, и заменять существующее дорогое оборудование (например, отвод тока, кабель с двойным экранированием и так далее), использующееся в методике бегущей волны
2) Обнаружение КЗ при помощи бегущей волны
- Предполагаемая система имеет возможность обходить цепь последовательно включенных емкостей в зависимости от повреждений ЛЭП
3) Переключение точки КЗ на кривых тока и напряжения
- Данная система обеспечивает точное представление об использовании захваченного заряда в некомпенсированной ЛЭП для уменьшения перенапряжения при быстродействующем повторном включении
- Форма колебаний предложенной системы обеспечивает представление о шунтирующем реакторе для компенсации ЛЭП непромышленной частоты переменного напряжения в целях уменьшения коммутационных перенапряжений при быстродействующем повторном включении
4) Оценка ПП при коммутации
- Форма колебаний будет соответствовать:
- ПВН после отключения КЗ по сравнению с нормируемой величиной
- ПП при повторном включении ЛЭП
- ПП в шунтирующей батарее конденсаторов
- Записанная форма ПП позволит проверять на деле программы по моделированию ПП и применение ОПН
Предложенная система
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
[1] F. Rahmatian and D. F. Peelo, «Использование оптических измерительных трансформаторов для тестирования высокого напряжения» 43 международная конференция по большим энергетическим системам, август, 22-27, 2010
[2] F. Rahmatian, «Постоянный ток и
широкополосное приложение
[3] F. Rahmatian, D. Peelo, G. Polovick, B. Sunga, and J. Lehtimaki, «Оптические ТН и ТТ при применении батарей конденсаторов при сверхвысоких напряжениях», 2005
[4] F. Rahmatian, J. Blake, C. Glasow, D.F. Peelo, G. Polovick, B. Sunga, «Применение сенсоров переменного и постоянного тока при компенсации при сверхвысоких напряжениях», 2007
[5] Международная электротехническая комиссия, ГОСТ 60071 «Контроль изоляции», части 1,2
[6] B.L. Avent, D.F. Peelo and J.H. Sawada, «Применение выключателей на ЛЭП 500кВ с МОВ, защищаемой цепи конденсаторных батарей », 2022
[7] Институт инженеров электротехники и электроники, ГОСТ С37.011
[8] Международная электротехническая комиссия, ГОСТ 60099-5
[9] R.P.P. Smeets and D.F Peelo, «Переключения индуктивной нагрузки», ГОСТ62271-110, 2008
[10] Специальная брошюра Международной конференции по большим энергетическим системам №305, октябрь, 2006
[11] A. Yariv, «Оптическая электроника», Оксфорд, 1990
[12] A. P. Meliopoulos, F. Zhang, S. Zelingher, G. Stillmam, G. J. Cokkinides, L. Coffeen, RBurnett, J. McBride, «Уровень измерительных трансформаторов и запись переходных процессов для гармонических измерений», июль, 1993
[13] L. Kojovic, M. Kezunovic and C.W. Fromen, «Новый метод анализа емкостного трансформатора напряжения с использованием измерения параметров поля, обработки сигналов и моделирования переходных процессов», октябрь, 1994

- Контроль и регулирование в системе менеджмента
- Контроль и регулирование в системе менеджмента
- Контроль и регулирование в системе менеджмента
- Контроль и регулирование в системе налогового администрирования
- Контроль и регулирование в управлении предприятием
- Контроль и регулирование в управлении предприятием
- Контроль и регулирование в управлении предприятием
- Контроль и ревизия расчетов с персоналом по оплате труда
- Контроль и ревизия расчётов с персоналом по оплате труда
- Контроль и ревизия расчетов с подотчетными лицами
- Контроль и ревизия расчетов с поставщиками и подрядчиками
- Контроль и ревизия товарно-материальных ценностей на складе
- Контроль и ревизия товарно-материальных ценностей на складе
- Контроль и ревизия товарно-материальных ценностей на складе