CC BY
13
НЛТУ
УКРЛ1НИ
Hl/IUB
Науковий BicHMK НЛТУУкраТни Scientific Bulletin of UNFU http://nv.nltu.edu.ua
https://doi.org/10.15421/40270529
Article received 22.06.2017 р. Article accepted 29.06.2017 р.
УДК 681.325
ISSN 1994-7836 (print) ISSN 2519-2477 (online)
[^1 Correspondence author O. P. Liura oleg.lura14@gmail.com
О. П. Люра1, Н. Я. Возна2
11вано-Франювський нацюнальний техтчнийутверситет нафти i газу, м. 1вано-Франювськ, Украша 2Тернотльський нацюнальний економiчний утверситет, м. Тернотль, Украша
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ТА ОПТИМ1ЗАЦ1Я ХАРАКТЕРИСТИК КОМПОНЕНТ1В М1КРОЕЛЕКТРОННОГО ПРИСТРОЮ РЕЛЕЙНОГО ЗАХИСТУ ВИСОКОВОЛЬТНИХ Л1Н1Й ЕЛЕКТРОПЕРЕСИЛАНЬ
Розроблено швидкоджга алгоритми (максимум 1-2 перюди промислово! частоти) виявлення та швар1антно! вдентифжа-цп перех1дних процеав у лшях електропересилань (ЛЕП) типу накид1в, коротких замикань та запуску потужних електроп-ривод1в (ПЕД), на основ1 яких визначено функцп пристрою релейного захисту високовольтних лшш електропересилань. Подано структуру малогабаритного, мшроелекгронного швидкодтачого пристрою релейного захисту з розширеними функць ональними можливостями розтзнавання накид1в та захисту високовольтних ЛЕП ввд коротких замикань, здшснено синтаксис його функцш. Це дало змогу устшно застосовувати розроблений метод та пристрш для одночасного розтзнавання на-кид1в, коротких замикань та пуску потужних електропривод1в. Викладено шформацшну технолопю проектування структур-них ршень спецпроцесора релейного захисту високовольтних лшш електропересилань. Систематизовано наявш засоби релейного захисту на основ! апаратних та програмно-апаратних мшропроцесорних контролер1в цифрового захисту. Класифь ковано компоненти спецпроцесора та обгрунтовано 1х характеристики, ор1ентоваш на лшп електропересилань 6 кВ. Проде-монстровано часов1 д1аграми випрямлених значень фазно! напруги, струму та р1знищ фаз Аф при накидах, коротких зами-каннях та запуску потужних електродвигушв у високовольтних ЛЕП.
Ключовi слова: даагностування; збурення; накид; коротке замикання; електричне обладнання; спецпроцесор; розтзна-вання.
Вступ. У процеа експлуатацп високовольтних ЛЕП можуть виникати особлив1 перехвдт режими та пошко-дження обладнання електричних та трансформаторних шдстанцш. Так1 пошкодження призводять до мехашч-ного виводу з ладу технолопчного обладнання струмами короткого замикання або дугою, яка виникае у м1сщ пошкодження.
Окр1м цього, небезпечним також е понижения напруги у вузлових точках електроенергетично! системи внаслвдок коротких замикань, що впливае на порушен-ня технолопчних процеав споживач1в електроенергп та спйкосп генератор1в енергосистеми. Висока швидкод1я перехщних режим1в у ЛЕП упродовж шлькох перюд1в частоти 50 Гц потребуе адекватно! швидкодп перетво-рювач1в, пристро!в автоматики релейного захисту (РЗ) та спещал1зованих обчислювальних засоб1в - контроле-р1в, як1 опрацьовують режими електропостачання у реальному чай. Тому актуальним завданням е розроблен-ня нових ефективних метод1в та техшчних засоб1в захисту промислового обладнання ЛЕП в1д переванта-жень та коротких замикань.
У зв'язку з розвитком м1кропроцесорно! техшки, пристро!' релейного захисту, виконаш за цифровими принципами, широко використовують в енергосистемах
нашо! та шоземних держав.
Аналiз останнiх дослiджень та публжацш. 1стотш переваги, якими володшть цифров1 пристро! пор1вняно 1з традицшними електромехашчними пристроями релейного захисту, робить !х застосування в енергетичних системах практично безальтернативним (Kidyba, 2015).
Основними перевагами цифрових пристро!в е висо-ка точшсть вщтворення заданих характеристик функць онування пристрою; отримання характеристик будь-яко! складностц запам'ятовування координат режиму тд час спрацювання цифрового пристрою; можлив1сть змши конф1гурацп пристрою; ушверсальшсть; мал1 габарита та менше використання електротехшчних мате-р1ал1в; можлив1сть самод1агностики; менше споживання енергп для функцюнування.
Традицшш пристро! релейного захисту, особливо електромехашчш, не мають функцп самод1агностики 1 е багато випадшв в експлуатацп, коли тд час виникнення аварп щ пристро! не спрацьовували 1 тсля анал1зу ви-явилось, що вони були несправними, про що оператив-ний персонал 1 не здогадувався.
Також унаслвдок експлуатацп цифрових пристро!в РЗ у вичизняних та закордонних енергосистемах вияви-лись 1 !хш негативш особливосп. До них належать: в1д-
1нформацт про aBTopiB:
Люра Олег Петрович, acnipaHT. Email: oleg.lura14@gmail.com
Возна Наталiя Ярославiвна, канд. техн. наук, доцент. Email: nvozna@ukr.net
Цитування за ДСТУ: Люра О. П., Возна Н. Я. Дослщження та опти/^защя характеристик компоненпв мтроелектронного пристрою релейного захисту високовольтних лшш електропересилань. Науковий вкник НЛТУ Украши. 2017. Вип. 27(5). С. 148154.
Citation APA: Liura, O. P., & Vozna, N. Ya. (2017). Research and optimization of the components of microelectronic devices of relay in high-voltage lines. Scientific Bulletin of UNFU, 27(5), 148-154. https://doi.org/10.15421/40270529
мови процесорiв; слабкий захист цифрових пристро1в РЗ вiд електромагнiтних завад; можливють виведення з ладу хакерами цифрових пристро1'в РЗ через загальнi ш-формацiйнi мережа; вiдсутнiсть единих нацюнальних стандартiв щодо конструкцп цифрових пристро1в РЗ, 1х програмного забезпечення методики налагодження та умов експлуатацп.
Метою роботи е розроблення теоретичних засад ме-тодiв та алгоритмiв розтзнавання збурень у промисло-вих високовольтних електромережах i також застосу-вання цифрових пристро1в РЗ в енергосистемах для за-хисту високовольтного обладнання ЛЕП на основi цифрового опрацювання сигналiв.
Опис структури пристрою i функц1й
Структура пристрою розтзнавання перехвдних процесiв методом розпiзнавання наквдв та коротких замикань на основi нормованого коефiцiента взаемоко-реляцп. На рис. 1 показано запропоновану структуру пристрою розтзнавання перехвдних процесiв тд час успiшних та неуспiшних запусков потужних електроп-риводiв, який реалiзуе метод розпiзнавання накидiв та коротких замикань на основi нормованого коефщента взаемокореляцп.
1) трансформатор струму
2) дюдний випрямляч
3) аналого-цифровий перетворювач
4) фшьтр огинаючо1 низьких частот
5) фшьтр огинаючо! високих частот
6)спецпроцесор
Рис. 1. Структура пристрою розтзнавання перех^дних процесгв пiд час успiшного та неустшного запускв ПЕД
Розроблений метод штегрального диферентально-рiзницевого розпiзнавання дискретизованих гармотч-них сигналiв та структура пристрою релейного захисту високовольтних лшш електропересилань, який виконуе розпiзнавання та щентифшатю накидiв та коротких замикань у ЛЕП, характеризуемся обмеженими функць ональними можливостями, оск1льки, як буде показано в наступному роздш, перехiднi процеси в ЛЕП тд час запуску потужних електроприводiв одночасно характе-ризуються властивостями накиду та коротких замикань. Це не дае змогу устшно застосувати розроблений метод та пристрш для одночасного розтзнавання накидiв, коротких замикань та пуску потужних електроприводiв.
Тому актуальною теоретичною та прикладною задачею е розроблення теори, методiв та пристро1в релейного захисту, як1 реалiзують можливостi одночасного роз-пiзнавання накидiв, коротких замикань та запусков потужних електроприводiв.
Розроблення алгоритму щентифжацп запусков потужних електродвигунiв (ПЕД) iнварiантних до окремо виникаючих накидiв та коротких замикань. Алгоритм iнварiантного розпiзнавання накидiв, коротких замикань та запусков ПЕД реалiзуеться на основi методу су-мiсного використання трансформаторiв струму та нап-руги.
Шд час запуску ПЕД виникае значне споживання реактивно! потужностi, що супроводжуеться зсувом фаз мiж напругою та струмом. Цю ознаку можна викорис-тати сумiсно з розробленою системою щентифжацп коротких замикань та накидiв для ефективного iнварiан-
тного розтзнавання окремо виникаючих перехвдних процеав ЛЕП, як1 iдентифiкуються як накиди, КЗ та запуски ПЕД.
Теоретичною основою цього методу е штегральт та диференцiально-рiзницевi алгоритми, як1 забезпечують розтзнавання накиду та КЗ на основi дiаграм, пред-ставлених на рис. 2 та врахування виникнення рiзницi
фаз тд час запуску ПЕД.
Рис. 2. Часовi дiаграми випрямлених значень фазно! напруги, струму та рiзницi фаз Дф п1д час накидгв, КЗ та запуску ПЕД у високовольтних ЛЕП
На рис. 3 показано структурну схему пристрою, який оснащений трансформаторами напруги (Т1) та струму (Т2), двохтвперюдними випрямлячами, анало-го-цифровими перетворювачами (АЦП), щентифшато-ром рiзницi фаз, пристроем щентифшацд накидiв та к.з. i лопчною схемою (ЛС), три виходи яко! вiдповiдають: N - накид, С - КЗ, Ъ - запуск ПЕД.
Т,
Рис. 3. Структурна схема пристрою щентифжаци накидав, замикань на землю та запускв потужних електроприводав у ЛЕП
У таблиц iстинностi (табл. 1) показано опрацювання вихвдних сигналiв пристрою розпiзнавання NCZ (див. рис. 2), вихвдщ сигнали якого описуються лопч-ними рiвняннями:
N = Ё л С л N ; С = Ё л С л N ; г = Ё л С л N V Ё л С л N = Ё л (С л N V С л N). Табл. 1. Таблиця ктинносл
F C N
0 0 1
0 1 0
1 0 1
1 1 0
N C Z
1 0 0
0 1 0
1 0 1
0 1 1
Аналiз дослвджених методiв вдентифшацп розтзна-вання окремо виникаючих накидiв, коротких замикань та запускiв ПЕД показуе, що найбiльш iнформацiйним та перспективним для розробки алгоритму опрацюван-ня та спец процесорiв, що забезпечують iнварiантну iдентифiкацiю перехiдних процесiв незалежно ввд ам-плiтуди фазних струмiв, е метод на основi сумiсного використання трансформаторiв струму i напруги та ло-гiчного опрацювання характеристик перехвдних проце-сiв при виникненнi наквдв, к.з. та запускiв ПЕД.
Розроблення функщональнот структури пристрою вдентифшацп наквдв та коротких замикань для релейного захисту високовольтних лшш електропередач. На основi проведених теоретичних та експерименталь-них дослiджень перехiдних процейв у ЛЕП при виник-нент накидiв та коротких замикань на основi диферен-цiально-рiзницевого методу запропоновано та розроб-лено структуру пристрою вдентифшацп накидiв та коротких замикань для релейного захисту високо-вольтних ЛЕП, структуру якого показано на рис. 4.
Рис. 4. Схема пристрою релейного захисту високовольтних ль нш електропередач
Пристрш належить до техтчних засобiв релейного захисту високовольтних лшш електропередач i може бути використаний для розтзнавання накидiв та коротких замикань iнварiантних до величини зростання стру-мiв в окремих фазах електролшш
Вiдомий аналог: пристрш релейного захисту високовольтних лшш електропередач у виглядi реле струму, який мютить трансформатор струму, вихвд якого пвд-ключений до порогового елементу типу електромагтт-ного реле, виходом якого е керуючi контакти силового вимикача (Kidyba, 2015).
Недолшами такого пристрою е: необхвдтсть багато-разового налаштування порогового рiвня спрацювання реле струму в разi змiни конф^урацп та режимiв робо-ти обладнання ЛЕП, а також обмежеш функцiональнi можливостi, зумовленi тим, що пристрш не дае змогу автоматично розтзнавати накиди та коротш замикання в ЛЕП, коли вхвдна амплiтуда зростання струму у фазi при коротких замиканнях (наприклад, у ввддаленш дь лянцi ЛЕП) менша вiд вхвдно! амплiтуди зростання струму при включенш потужного споживача (наприклад, електроприводу чи вiдключеннi паралельно! лiнi постачання електроенергп потужному електроспожива-чевi);
Вiдомий також пристрiй релейного захисту високовольтних ЛЕП, який мютить трансформатор струму, вихвд якого пiдключений до порогового елемента типу цифрового м^оконтролера, виходом якого е керуючi контакти силового вимикача (Kidyba, 2015).
Недолiком пристрою е обмежеш функцюнальш можливостi, зумовленi тим, що пристрш моделюючи цифровою обробкою функцп реле струму не дае змогу автоматично розтзнавати накиди та коротш замикання в ЛЕП, коли вхвдш амплиуди зростання струму у фазi е iнварiантнi, а характер спотворень струму не опрацьо-вуеться. 1ншим недолiком вiдомого пристрою е висока складшсть та вартiсть ушверсального багатофункщ-онального мiкропроцесорного контролера для цифрового опрацювання струмiв у фазах ЛЕП. Це обмежуе
можливосп масового застосування таких пристро!в, число яких може складати десятки i сотнi на високовольтних шдстаншях.
В основу цього пристрою поставлено задачу вдоско-налення пристрою релейного захисту високовольтних лшш електропередач шляхом додаткового введения випрямляча струму, АЦП, лопчного елемента "Виклю-чаюче АБО", регiстра зсуву, що дае змогу отримати можливють розпiзнавання накидiв та коротких замикань в ЛЕП незалежно ввд абсолютних значень зростання струму в однш iз фаз.
Запропонований пристрiй релейного захисту високовольтних лшш електропересилань ^укоЫЛик et а1., 2016) складаеться iз трансформатора струму (1), вихiд якого тдключений до входу модуля опрацювання сиг-налiв (2), вхвдно! шини уставок (3) та вихвдно! шини уп-равлiння силовим вимикачем (4), який вiдрiзняеться тим, що мютить випрямляч струму (5), вхiд якого тд-ключений до виходу трансформатора струму (1), а ви-хiд тдключений до входу АЦП (6), вихвд якого з'една-ний з першим входом лопчного елемента "виключаюче АБО" (7) та входом репстра зсуву (8), вихвд якого пвд-ключений до другого входу лопчного елемента "виключаюче АБО" (7), вихщ якого тдключений до входу штегруючого квадратора (9), вихщ якого тдключений до першого входу елемента порiвняння (10), другий вхiд якого з'еднаний з шиною уставки (3), а вихщ е ке-руючим входом силового вимикача (4).
Пристрш працюе так: вихвдна напруга з вимiрю-вального трансформатора струму (1) подаеться на входи двохтвперюдного випрямляча (5), пiсля чого посту-пае на вхщ АЦП (6), який формуе вихiдний унiтарний код, в якому число iмпульсiв ввдповщае миттевiй амплi-тудi вимiряного струму. Уттарний код з виходу АЦП одночасно подаеться на вхвд БРЗ (8) та один з входiв лопчного елемента "Виключаюче АБО", на другий вхщ якого подаеться уттарний код, затриманий в чай на твперюда промислово! частоти 50 Гц, тобто на 0,01 с. Отримана на виходi логiчного елемента "Виключаюче АБО" (7) модульна рiзниця мiж амплiтудами текучого та затриманого на твперюда значення струму поступае на вхвд iнтегруючого квадратора (9), який накопичуе суму квадратiв рiзницевих значень струму. У випадку, коли сума квадрапв не перевищуе заданого порогу у пороговш схемi (10) приймаеться рiшення про вiдсут-нiсть накиду або к.з. у високовольтнiй лшп електропе-ресилання. У випадку перевищення заданого порогового значення, яке подане на вхвдну шину (3), формуеться сигнал управлiння потужним високовольтним вимикачем на вихвднш шит (4).
Характеристики запропонованого пристрою релейного захисту високовольтних лшш електропереси-лань:
• розширеш функцiональнi можливостi;
• висока швидкодiя розпiзнавання накидiв та коротких замикань на iнтервалi одного - двох перiодiв промислово! частоти;
• спрощена схема м^оелектронно! реалiзацil пристрою;
• можливiсть реалiзацil на кристалi ПЛ1С;
• зменшена вартiсть пристрою та можливiсть масового ти-ражування та впровадження на високовольтних тдстан-цiях;
• тдвищена надiйнiсть та можливiсть працювати в широкому дiапазонi температур.
Техшчним результатом науково! розробки е ство-рення малогабаритного, м1кроелектронного швидкодь ючого пристрою з розширеними функцюнальними можливостями розтзнавання накид1в, коротких зами-кань та запусков потужних ПЕД у високовольтних ЛЕП.
Досшдження системних характеристик компо-нентiв пристрою
Трансформатори струму. Вим1рювальний трансформатор - це електричний трансформатор, на пер-винну обмотку якого впливае вишрюваний струм або напруга, а вторинна, знижувальна, включена на вимь рювальт прилади 1 реле захисту застосовують голов-ним чином у розподшьних пристроях 1 ланцюгах змш-ного струму високо! напруги для безпечних вим1р1в си-ли струму, напруги потужносп, енергп. На випадок пошкодження 1золяцп з боку високо! напруги один 1з затисшв вторинно! обмотки заземляють. З допомогою трансформатора можна вишрювати р1зт значення електричних величин приладами (вольтметром, амперметром, ватметром) електровим1рювань. Схеми вклю-чення трансформатора струму в електричний ланцюг показано на рис. 5 та 6.
Первинна обмотка трансформатора струму W1 (див. рис. 5) включаеться послвдовно в контрольований елек-тричний ланцюг змшного струму 11 , а вторинна обмотка W2 _ у послвдовний ланцюг амперметра або шших вим1рювальних прилад1в. Точшсть трансформатора струму характеризуеться вираженим у вщсотках ввдно-шенням р1знищ значень приведеного вторинного струму 1 дшсного первинного струму до дшсного значення первинного струму.
Для вим1р1в у ланцюгах постшного струму велико! сили або високо! напруги застосовують трансформатор постшного струму особливо! конструкцп (рис. 6).
Д1я такого трансформатора заснована на насичент сердечников з феромагнетика за невеликих напруг маг-штного поля, внаслщок чого середне значення змшного струму в допом1жнш обмотщ стае залежним в1д вимь рюваного постшного струму.
На етат проектування систем розтзнавання збу-рень у ЛЕП застосовують, так зваш, прохвдт трансформатори струму (рис. 7). У такому трансформатор! маг-штопровщ 3 1 вторинна обмотка 2 змонтоват на про-х1дному 1золятор1 4, який слугуе для введення високо! напруги в кузов, а роль первинно! обмотки трансформатора виконуе м1дний стрижень 1, що проходить всере-дит 1золятора.
Умови роботи трансформатор1в струму в1др1зняють-ся в1д звичайних. Наприклад, розмикання вторинно! обмотки трансформатора струму при включенш первин-нш обмотц1 неприпустимо, оск1льки це спричинить значне зб1льшення магн1тного потоку 1, як наслвдок, температури сердечника 1 обмотки трансформатора, тобто вих1д з ладу.
При включенш прилад1в за допомогою вим1рюваль-них трансформатор1в виникають похибки двох вид1в похибка в коефщенп трансформацп 1 кутова похибка (при змшах напруги або струму вщношення и1/и2 : 11/12 дещо зм1нюються 1 кут зсуву фаз м1ж первинною : вторинною напругою 1 струмами вщхиляеться в1д 180°) Ц похибки зростають при понаднормованому наванта-женн1 трансформатора. Кутова похибка впливае на результата вим1рювань приладами, покази яких залежать
в1д кута зсуву фаз м1ж напругою 1 струмом (наприклад, ватметр1в, л1чильнишв електрично! енергп та 1н.).
Двопершдний випрямляч. Найб1льшого поширен-ня в апаратур1 набула однофазна однотактна (м1сткова) схема випрямляча (рис. 8). Тут первинна обмотка трансформатора вмикаеться в мережу однофазного змшного струму, а до вторинно! обмотки приеднуються чотири випрямш дюди, з'еднаш за схемою моста, причому в одну д1агональ моста вмикаеться вторинна обмотка силового трансформатора, в шшу _ отр навантаження. Через навантаження випрямлений струм проходить за два швперюди (див. рис. 8).
Рис. 5. Вим1рювальний трансформатор струму (Схема вклю-чення. Зовнiшнiй вигляд трансформатора струму на 115 кВ)
/ч К
Рис. 6. Схема вимрювального трансформатора постшного струму: 1) сердечник; 2) шина; 3) допом1жна обмотка; 4) дюди випрямного моста; Ф _ магштний потж; У _ випрямляч; А _ амперметр; W1 _ первинна обмотка (шина); и — допом1жне дже-рело змшного струму; I _ вим1рюваний струм
Рис. 7. Прохщний вим1рювальний трансформатор струму
Рис. 8. Однофазна однотактна (мюткова) схема випрямляча
Мюткова схема випрямляча мае низку переваг: у тй краще використовуеться трансформатор; зворотна нап-руга на дюд1 вдв1ч1 менша; конструкц1я трансформатора проспша (табл. 2).
Табл. 2. Таблиця максимальних значень i характеристик
Тип Максимальна вхдаа напруга, Vvrms [V] Шк зворотно! напруги, Vvrm fVl Пряма напруга, VF [Vp2
CS10D 10 20 < 0.50
CS20D 20 40 < 0.50
CS30D 30 60 < 0.70
CS40D 40 80 < 0.79
CS50D 50 100 < 0.79
1нтегруючий квадратор. Операщя тднесення до квадрата в обчислювальнш технiцi е найбшьш складною стосовно до операцiй порiвняння, сумування, вiднiман-ня. Аналiз лгтературних джерел показуе, що для розроб-лення структурних схем пристро1'в тднесення до квадрата в найбтьшш мiрi 1х реалiзащl стосуються отриман-ня парних добутшв х, х у двiйковiй системi числення.
Реатзащя операцл пiднесення до квадрата може ви-конуватися на основi аналгтичного виразу
X • y =
(x + y)2 - (x - y)2 4
Недолiком таких пристро1в e виконання pi3HOTHnHHx операцш, включаючи додавання, вiднiмання, тднесен-ня до квадрата i дтення. Тому таи спецпроцесори ма-ють громiздку структуру i низьку швидкодiю, яка зу-мовлена роботою по двох циклах. У першому циклi на iнтервалi часу вимiрювання параметрiв x та y вiдбу-ваеться арифметичне додавання i вiднiмання кодав, а в другому цикт обчислення добутшв у квадраторах.
Ефективним рiшенням реалiзацil унiтарного пристрою e застосування алгоритму пiднесення до квадрата шляхом сумування непарних чисел (Nikolajchuk & Ze-velev, 1980)
X
x • x = E (2i -1) . i=1
Наприклад: x=7; x • x =1+3+5+7+9+11+13=49.
На рис. 9 показано структуру пристрою тднесення до квадрата, який реалiзуe пiднесення до квадрата одна-кових значень умтарних кодав X.
Робота пристрою тактуеться iмпульсами вxiдного уштарного коду, по фронту наростання яких ввдбу-ваеться сумування та запис суми кодiв, як формуються на виход лiчильника L в суматорi суми E, а по фронту спаду сумування та формування кодав вxiдного числа iмпульсiв в базисi Радемахера. Перед початком обчислення лiчильник та репстр накоплювального суматора скидаються в нульовий стан.
Рис. 9. Структура перемножувача шляхом пiднесення до квадрата уштарних кодiв (L, Е - ввдповвдно лiчильник та суматор у базим Радемахера)
У табл. 3 показано формування кодiв унiтарного квадратора в базиа Радемахера.
Табл. 3. Формування кодiв унiтарного квадратора в базиа Радемахера (х=7)
x L (2x+1) E
0 000...00 0000.00 000000.00
1 100...00 1100.00 100000.00
2 010.00 1010.00 001000.00
3 110.00 1110.00 100100.00
7 111.00 1111.00 100011.00
Для шюстрацл iмпульсно-квадратичного порогового розпiзнавання та вдентифшацл коротких замикань спец-процесором розглянемо приклад.
Нехай тсля виявлення факту збурення в електроме-режi реестращею цифрового "викиду" значення Zt на iнтервалi часу t0 < t < t0 + п / 2 внаслiдок появи експо-ненщально! складово! амплiтуди струмiв тсля часу t > t0 + п / 2 рееструються значення Zt ф 0 у виглядi
цифрових рiзниць Zi = - xt-п|
(1 3 5 7 7....), що вiдповiдае умтарним кодам: (l 111 11111 1111111 1111111...). Ведомо (з теорн чисел), що сума непарних чисел до-рiвнюе квадрату !х числа (табл. 4).
Табл. 3. Квадрати суми непарних чисел
Число не- X2
парних чи- Сума непарних чисел
сел fx]
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 1+3 1+3+5 1 4 9 16 25 36 49 64 81 100
1+3+5+7
1+3+5+7+9
1+3+5+7+9+11
1+3+5+7+9+11+13
1+3+5+7+9+11+13+15
1+3+5+7+9+11+13+15+17
1+3+5+7+9+11+13+15+17+1 9
У нашому випадку отримаемо:
1 + 3 + 5 + 7 + 9 + 11 + 13 + 15 + 17 +1
1 ' 3 ' ' 5 '
19 + 21 + 23 + 25 + 27 + 29 + 31 +
7
33 + 25 + 37 + 39 + 41 + 23 + 45 +...
7
Тобто: 1+15+65+175+273+.. = &
На рис. 10 показано графiк наростання iмпульсно-
кв а др атично1 функщ! Sl.
Р„=256
1 2 3 4 5
Рис. 10. Наростання щентифжащйно! функцц розвитку короткого замикання в електромережах
Структуру спецпроцесора, який обчислюе iм-пульсно-квадратичну функцто & показано на рис. 11.
Рис. 11. Структура спецпроцесора обчислення порогового значення iмпульсно-квадратичноl функци Si > P0
Робота спецпроцесора виконуеться зпдно з алгоритмом: У момент часу t = t0 + п / 2 формуеться сигнал скиду л!чильника 1 у нульовий стан, одночасно "0" запи-суеться у репстр 3.
Шсля кожного !миульсу-1 на вход! л1чильника [ZJ до його вм1сту додаеться одиниця, а за рахунок змщення його виходав на один розряд вправо плюс "1" у молодшо-му розряд! в суматор додаються коди непарних чисел.
У результат!, в накоплювальному репстр! формуеться код наростаючо! !мпульсно-квадрашчно! суми S¡.
Як ильки на виход! Tj-го тригера накопичувального репстра з'явиться сигнал "1" (2j = P0) на виход! лопч-ного елемента 4 формуеться також сигнал "1", що свщ-чить про перевищення значення функцп S¡ > P0 та щен-тифшаци розвитку короткого замикання у високо-вольтнш електромереж!.
Реал!зац!я такого спецпроцесора може бути легко здшснена на одному кристал! ПЛ1С або на спещальнш платформ! конкретно! ф!рми. Швидкод!я такого спецпроцесора може бути реал!зована на тактовш частот! до 50 МГц, що забезпечуе цифрову реестрац!ю 1024 10-б!тних в!дл!к1в на виход! АЦП трансформатора струму.
При цьому апаратна складшсть спецпроцесора ста-новить: А=10 (Т-тригер!в)+20( X -суматор!в)+20(Д-три-гер!в) або, враховуючи, що один Т-тригер м!стить 4 вентил!, суматор - 5 вентил!в, Д-тригер - 2 вентил^ отримаемо сумарне число вентил!в на ПЛ1С 10 • 4 + 20 • 5 + 20 • 2 = 180 « 200 и , де и - символ вентиля "1-НЕ" на ПЛ1С.
Оск1льки типов! ПЛ1С мають число вентил!в 5 106 i б!льше, то на одному кристал! можна реал!зувати калька десятшв таких спецпроцесор!в, з урахуванням структур АЦП та багаторозрядних рег!стр!в зсуву для паралель-ного контролю та реестрацп збурень типу коротких за-микань, накид!в та пускав ПЕД на електричних тдстан-ц!ях з великим числом приеднань.
Можливо зробити спещальний процесор на одному кристал! чи корпус!, який буде випрямляти синусо!ду на виход! трансформатора струму, мати АЦП-однопо-лярний кристал, репстри зсуву i лог!чн! елементи, два однорозрядш накопичувальн! суматори, генератор ут-тарних код!в i спецпроцесор-квадратор з виходом, який щентифжуе коротке замикання у процеа його розвитку
О. П. Люра1, Н. Я. Возна2
1Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа, г. Ивано-Франковск, Украина 2Тернопольский национальный экономический университет, г. Тернополь, Украина
ИССЛЕДОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ХАРАКТЕРИСТИК КОМПОНЕНТОВ МИКРОЭЛЕКТРОННОГО УСТРОЙСТВА РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ
Разработаны быстродействующие алгоритмы (максимум 1-2 периода промышленной частоты) выявления и инвариантной идентификации переходных процессов в линиях электропередач (ЛЭП) типа накидов, коротких замыканий и запуска мощных электроприводов (МЭД), на основе которых определены функции устройства релейной защиты высоковольтных линий электропередач. Представлена структура малогабаритного, микроэлектронного быстродействующего устройства релейной защиты с расширенными функциональными возможностями распознавания накидов и защиты высоковольтных ЛЭП от коротких замыканий, осуществлен синтаксис его функций. Это позволило успешно применять разработанный метод и устройство для одновременного распознавания накидов, коротких замыканий и пуска мощных электроприводов. Изложена информационная технология проектирования структурных решений спецпроцессора релейной защиты высоковольтных линий электропередач. Систематизированы существующие средства релейной защиты на основе аппаратных и программно-аппаратных микропроцессорных контроллеров цифровой защиты. Классифицированы компоненты спецпроцессора и обоснованы их характеристики, ориентированные на линии электропередач 6 кВ. Продемонстрированы временные диаграммы выпрямленных значений фазных напряжений, тока и разности фаз Дф при накидах, коротких замыканиях и запусках мощных электродвигателей в высоковольтных ЛЭП.
Ключевые слова: диагностирование; накид; короткое замыкание; электрическое оборудование; спецпроцессор; распознавание.
на iнтервалi менше одного перюду. Ц спецпроцесори можуть бути емульоваш на типовому сигнальному однокристальному процесорi шляхом його програмування зпдно з розробленим алгоритмом.
Висновки. Викладено теоретичш засади та методо-лопю реалiзацii захисту високовольтного обладнання ЛЕП. Ввдображено алгоритм щентифжацп запусков ПЕД, коротких замикань та накидiв. Розроблено методи опрацювання та розтзнавання накидiв та коротких замикань у ЛЕП на основi цифрового опрацювання сигна-лiв. Розглянуп пристроi можуть бути широко застосо-ваш на тдприемствах, а методи дiагностики, яш вико-ристовуються в них, на цей час е одними з перспектив-них методiв контролю за роботою електрообладнання високовольтних ЛЕП.
Перелш використаних джерел
Djakov, A. F., & Ovcharenko, N. I. (2000). Mikroprocessomaja relej-naja zashhita i avtomatika jelektrojenergeticheskih sistem. Moscow: Jenergoatomizdat, 199 p. [in Russian]. Kidyba, V. P. (2015). Releinyi zakhyst elektroenerhetychnykh system.
Lviv: Vydavnytstvo Lvivskoi politekhniky, 504 p. [in Ukrainian]. Liura, O., Ostrovka, I., Sabadash, I., & Nykolaichuk, Y. (2016). Theoretical Principles and Methods of Distortions Recognition in Load Surges, Short Circuits and Powerful Electric Drives Launching Type Power Lines Proceedings of the XIII the International Conference TCSET'2016, 33-36. Principy postroenija. (2000). Mikroprocessornye ustrojstva relejnoj zashhity, avtomatiki i distancionnogo upravlenija. Kiiv, 39 p. [in Russian].
Nikolajchuk, Ya. N., & Zevelev, S. Ya. (1980). Chisloimpulsnoe mnozhilnoe ustrojstvo. A.S. №754414. Bjulleten №29. [in Russian]. Nykolaichuk, Ya. M., Vozna, N. Ya., Liura, O. P., Ostrovka, I. I., & Sabadash, I. I (2016). Patent 103938 Ukraina MPK N02N 9/00 (2015.01) Prystrii releinoho zakhystu vysokovoltnykh linii elektro-peredach №u201505713; zaiavl.09.06.2015; opubl.12.01.2016, Bi-ul. №1/2016. [in Ukrainian]. Sabadash, I. O. (2011). Novitni mikroprotsesorni tekhnolohii v ekspluatatsii merezh 6-36 kV. Jelektrycheskye sety y systemy, 6, 35-39. [in Ukrainian]. Vozna, N. Ya., & Liura, O. P. (2015). Metod strukturnoho rozpizna-vannia nakydiv ta korotkykh zamykan v LEP. Materialy II Vseuk-rainskoi naukovo-praktychnoi konferentsii "Infomatsiini tekhnolohii v osviti, tekhnitsi tapromyslovosti", (pp. 180-181). Ivano-Fran-kivsk. [in Ukrainian].
O. P. Liura1, N. Ya. Vozna2
1Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas, Ivano-Frankivsk, Ukraine
2Ternopil National Economic University, Ternopil, Ukraine
RESEARCH AND OPTIMIZATION OF THE COMPONENTS OF MICROELECTRONIC DEVICES
OF RELAY IN HIGH-VOLTAGE LINES
An actual task at creation of the modern informative checking of technological parameters systems and creation of devices of quality control is development of theoretical principles of the cross-correlation working of harmonic signals that describe the technological parameters of objects. The especially important task of recognition of harmonic signals is authentication of their distortions in the high-voltage power systems in the case of occurring of short circuits, that causes the change of their cross-correlation and spectral descriptions. The fast-acting algorithms (at most 1-2 periods of industrial frequency) of exposure and invariant authentication of transients are worked out in the lines of electricity transmission (LET) as load surge, short circuits and start of powerful electric engines (PEE) on the basis of that the functions of relay defence device of high-voltage lines of electricity transmission. The given structure of a small, microelectronic fast-acting device of relay defence is with the extended functional possibilities of recognition of load surge and defence of high-voltage lines of electricity transmission from short circuits, the syntax of his functions is carried out. This device can be used for recognition of load surge and short circuits of invariant to the size of increase currents in the separate phases of electric lines. It allowed successfully applying the worked out method and a device for simultaneous recognition of load surge, short circuits and starting of powerful electromechanics engines. The information technology of designing structural solutions of relay protection special processor for high-voltage electricity transmission lines is presented. Existing means of relay protection based on hardware and software-hardware microprocessor controllers of digital protection are systematized. Special processor components are classified and their characteristics referring to 6 kV electricity transmission lines are substantiated. The paper has shown sentinel diagrams of the straightened values of phase tension, current and difference of A9 phases at load surge, short circuits and start of powerful electric motors in high-voltage lines of transfer electricity.
Keywords: diagnostic; disturbance load surge; short circuit; electric equipment; special processor; identification.
