CC BY
19
УДК / UDC 621.316.57:621.316.925.45.008.6:510.5:621.315.1
РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ОТКЛЮЧЕНИЯ СЕКЦИОНИРУЮЩЕГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ
DEVELOPMENT OF ALGORITHM FOR REMOTE CONTROL TO DISCONNECT SWITCHED BUSBAR CURCIUT-BREAKER OF THE POWER LINE
Фомин И.Н.*, старший преподаватель Fomin I.N., Senior Teacher Беликов Р.П., кандидат технических наук, доцент Belikov R.P., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет
имени Н.В. Парахина», Орел, Россия Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Education "Orel State Agrarian University named after N.V. Parakhin", Orel, Russia
*E-mail: finigor@rambler.ru
Надёжность электроснабжения всегда было одной из главных задач электроснабжения. Актуальность повышения надежного электроснабжения особенно высока для сельскохозяйственных предприятий промышленного типа, в первую очередь животноводческих комплексов. В составе таких сельскохозяйственных предприятий имеется большое количество выключателей, аппаратов защиты и управления. Эти аппараты работают в тяжелых эксплуатационных условиях при большом количестве различных возмущений, приводящих к существенному сокращению нормативного срока их службы и появлению коммутационных неисправностей, ведущих к снижению эксплуатационной надежности. Известные способы и технические средства контроля и регистрации аварийных ситуаций недостаточно эффективны, узко специализированы, сложны, дороги. Следовательно, разработка на основе новых способов контроля эффективных технических средств дистанционного контроля состояний электрооборудования, эксплуатируемого в условиях АПК, является актуальной и практически значимой задачей сегодняшнего дня. В данной статье авторами предложен алгоритм дистанционного контроля отключения выключателей секционированных линий при возникновении за местом их установки короткого замыкания. Предложенный способ контроля реализован в устройстве дистанционного контроля работы выключателей линий электропередач на основе аналого-цифрового преобразователя, с последующей обработкой полученных данных программным способом на компьютере. Реализация данного алгоритма дистанционного контроля отключения выключателей позволит повысить надежность электроснабжения сельскохозяйственных потребителей.
Ключевые слова: дистанционный контроль, отключение выключателя, линия электропередачи, короткое замыкание, автоматическое повторное включение, выдержка времени, алгоритм.
Reliability of power supply has always been one of the main tasks of power supply. The urgency to increase reliable power supply is particularly high for agricultural enterprises of industrial type, primarily livestock units. As a part of such agricultural enterprises there is a large number of switches, protection and control devices. These devices operate in severe operating conditions with a large number of different disturbances, leading to a significant reduction in the standard service life and the appearance of switching faults, leading to a decrease in operational reliability. Known methods and technical means of control and registration of emergency situations are not effective, highly specialized, complicated, expensive. Therefore, the development on the basis of new ways to control effective technical means of remote control of conditions of the electric equipment used in the agrarian and
industrial complex, is an actual and practically significant task. In this article, the authors propose an algorithm of the remote control to disconnect switched busbar curciut-breaker in the event of a short circuit behind the place of their installation. The proposed control method is implemented in the device of remote control of power line switches based on an analog-to-digital converter, followed by processing of the data obtained by software on the computer. The implementation of this algorithm of remote control to disconnect switched busbar curciut-breaker will improve the reliability of power supply to agricultural consumers. Key words: remote control, switched busbar curciut-breaker, power line, short circuit, automatic return, time delay, algorithm.
Для повышения надежности электроснабжения АПК, линии электропередач и особенно протяженные делят на части (секционируют), между которыми устанавливают выключатели, которые называют секционирующими. В нормальном режиме работы эти выключатели включены и приходят в действие - отключаются при возникновении короткого замыкания (КЗ) в линии за местом их установки. И после отключения, если выключатель оборудован устройством автоматического повторного включения (АПВ), выключатель включается повторно. При этом включение может быть, как успешным (КЗ неустойчивое), так и неуспешным (КЗ устойчивое) когда выключатель после повторного включения снова отключится [1]. Доля неустойчивых повреждений весьма высока и составляет на воздушных линиях разного напряжения 50-80% [2]. При возникновении же устойчивых отключений диспетчеры каждого предприятия или района электросетей весьма заинтересованы в быстром получении информации для принятия оперативных решений по устранению повреждений [3, 4].
Теоретические исследования и разработки. Исследования, проведенные в течении последних лет в ФГБОУ ВО Орловский ГАУ, позволили выявить признаки, позволяющие осуществлять дистанционный контроль результатов работы выключателей распределительных сетей [5-9].
Рассмотрим способ и алгоритм, позволяющий осуществлять контроль отключения секционирующего выключателя линии при возникновении за местом его установки устойчивого короткого замыкания (КЗ) [10].
Для этого в начале линий этой сети контролируют появление первого броска тока КЗ и с момента его появления начинают отсчет времени, равный времени срабатывания защиты каждого выключателя, установленного в этой линии, и при этом контролируют момент отключения этого броска тока КЗ. Если момент окончания отсчета времени срабатывания защиты одного из выключателей совпадет с моментом отключения первого броска тока КЗ, то определяют отключившийся выключатель [11, 16]. А затем, с момента отключения первого броска тока КЗ, начинают отсчет суммарного времени, равного времени автоматического повторного включения (АПВ) этого выключателя и времени срабатывания его защиты с ускорением (АПВ однократного действия), при этом контролируют момент появления второго броска тока КЗ. И если, после его появления, в момент окончания отсчета суммарного времени происходит отключение второго броска тока КЗ, то устанавливают факт повторного отключения выключателя [12, 17].
Такой контроль может быть осуществлен с помощью разработанной структурной схемы, изображенной на рис. 1.
ТУ
9
Ж
10
у Т
11
2 1
ОТКЛЮЧЕНИЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ дэ
ПОВТОРНОЕ ОТКЛЮЧЕНИЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ 03
12
81
№"2 WЭ
W1
03
/
82
Рисунок 1 - Упрощенная часть схемы подстанции и структурная схема дистанционного контроля отключения выключателя 03: Т - силовой трансформатор; 01 - вводной выключатель шин; W1, W2, W3, W4 - ЛЭП; 02 - головной выключатель ЛЭП W1; 03 - секционирующий выключатель ЛЭП W1; Э1 и Э2 - нагрузки; К - точка КЗ; 1 - трансформатор тока (ТТ); 2 - датчик тока КЗ (ДТКЗ); 3, 8 - ПАМЯТЬ; 4, 9 - ЗАДЕРЖКА; 5, 10 - ПОВТОРИТЕЛЬ;
6 - НЕ; 7, 11 - И; 12 - регистрирующее устройство (РУ)
В нормальном режиме контролируемый секционирующий выключатель 03 включен. На выходе ТТ 1 есть некоторое значение выходного сигнала, обусловленное рабочим током, но недостаточное для срабатывания ДТКЗ 2 [13]. Поэтому наличие выходного сигнала с элемента НЕ 6 только на одном входе элементов схемы И 7 и И 11 недостаточно для их срабатывания и схема находится в режиме контроля.
При КЗ в точке К значение выходного сигнала ТТ 1 будет достаточно для срабатывания ДТКЗ 2, поэтому на его выходе появится сигнал, который поступит на вход элемента ПАМЯТЬ 3 и элемента НЕ 6. С выхода элемента НЕ 6 исчезнет
сигнал, поступавший до этого на первый вход элементов в И 7 и 11. Сигнал, поступивший с ДТКЗ 2 запомнится элементом ПАМЯТЬ 3 и поступит на вход элемента ЗАДЕРЖКА 4, с выхода которого сигнал появится через время, равное времени срабатывания защиты секционирующего выключателя 03. А с выхода элемента 4 сигнал поступит на вход элемента ПОВТОРИТЕЛЬ 5. Этот элемент выдаст однократный импульс, который сбросит память с элемента 3 и поступит на второй вход элемента И 7. В этот момент времени контролируемый секционирующий выключатель 03 отключит ток КЗ и с ДТКЗ 2 исчезнет выходной сигнал. С этого момента появится выходной сигнал с элемента НЕ 6, который поступит на первый вход элемента И 7. Одновременное наличие двух входных сигналов на входе элемента И 7 приведет к появлению его выходного сигнала, который поступит на вход элемента ПАМЯТЬ 8 и в РУ 12. При этом в РУ 12 появится информация о том, что произошло отключение секционирующего выключателя ЛЭП. Сигнал, поступивший на вход элемента 8, запомнится им и поступит на вход элемента ЗАДЕРЖКА 9, с выхода которого сигнал появится через время, равное времени выдержки АПВ секционирующего выключателя 03. По истечении указанного времени сигнал с элемента 9 поступит на вход элемента ПОВТОРИТЕЛЬ 10, этот элемент выдаст однократный импульс, который сбросит память с элемента 8 и поступит на первый вход элемента И 11. Одновременно с этим выключатель 03 включится.
Если КЗ в точке К не устранилось, то по истечении выдержки времени АПВ секционирующего выключателя Q3 он включится, причем включится на устойчивое КЗ [18] Т.к. величина выходного сигнала ТТ 1 при этом будет достаточна для срабатывания ДТКЗ 2, то после АПВ выключателя Q3 на устойчивое КЗ произойдет его отключение с ускорением и он отключит второй бросок тока КЗ. При этом с ДТКЗ 2 исчезнет выходной сигнал и снова появится выходной сигнал с элемента НЕ 6, который поступит на входы элементов И7 и И11. Это приведет к появлению выходного сигнала с элемента И 11, который поступит в РУ 12 и обеспечит появление информации о том, что произошло повторное отключение выключателя 03. И это будет определять то, что в линии W1 на участке, расположенном за секционирующим выключателем имеет место устойчивое КЗ.
На основе структурной схемы был разработан алгоритм дистанционного контроля отключения секционирующего выключателя, представленный на рис. 2.
Начало алгоритма предусматривает наличие заложенных данных о величинах рабочего тока и минимального тока КЗ, времени выдержки АПВ выключателя [19]. Начало работы алгоритма обеспечивает контроль появления тока КЗ. При выполнении условия, заложенного в блоке 4 алгоритма, делается вывод, что произошло КЗ и запускается счетчик времени, отсчитывая время равное времени срабатывания защиты секционирующего выключателя. Это обеспечивается работой блоков 6 и 7. В момент окончания отсчета времени с помощью блоков 8 и 9 контролируется ток. При выполнении условия, заложенного в блоке 9 блоком 10 выдается сигнал об отключении секционирующего выключателя. А далее, включатся счетчик времени блока 11, времени выдержки АПВ секционирующего выключателя плюс время срабатывания его защиты с ускорением. Это обеспечивается работой блоков 12 и 13. В момент окончания отсчета времени с помощью блоков 14 и 15 контролируется ток. При выполнении условия, заложенного в блоке 15, блоком 16 выдается сигнал о повторном отключении выключателя в секционированной линии электропередачи.
В глючить счетчик зреметн
1
Считать ^ 1-с|(уеск
Выдать сигнал об
отключении с ек цио шф у ющ и о
ВЫКЛ.
Включить счетчик
времени
Вьщаггь сигнал о повторном отключений секционирующего выкл.
Конец
10
11
16
17
Рисунок 2 - Алгоритм реализации дистанционного контроля отключения
секционирующего выключателя
Техническая реализация. Предложенный алгоритм реализован в устройстве дистанционного контроля работы выключателей линий электропередач на основе аналого-цифрового преобразователя, с последующей обработкой полученных данных программным способом на компьютере (ПК).
Конструктивно он состоит из двух блоков, соединенных между собой кабелем связи [20]. Первый из блоков - блок подсоединения датчика тока (БДТ) предназначен для подсоединения к токовым цепям линии. Второй блок служит для преобразования и анализа входного сигнала, а также для формирования и передачи цифровых данных в ПК для дальнейшего анализа (БОИ - блок обработки информации). По существу, БОИ является основной частью устройства дистанционного контроля, так как он не только формирует данные с соответствующими параметрами, но и выполняет еще сложные логические функции [21], в том числе реализацию предложенных алгоритмов контроля.
БОИ представляет собой модуль, преобразующий сигнал, поступающий от БДТ в данные, подаваемые на вход USB ПК для обработки и отображения полученных данных программным способом на ПК. Основу модуля составляют три микросхемы: FT232BL (контроллер-преобразователь USB), M93C66-WDW6TP (микросхема программируемой памяти EEPROM), AD7495ARZ (аналогово- цифровой преобразователь).
Сигнал с БДТ [20] подаётся на входной разъем MD6F модуля. Откуда он поступает на микросхемы FT232BL и AD7495ARZ. Микросхема M93C66-WDW6TP программируется при изготовлении данного устройства и, в общем, в дальнейшем может быть перепрограммирована при использовании специального программатора. Микросхема питается напряжением 5В снимаемым с дросселя L1.
Самым сложным звеном устройства является микросхема FT232BL и служит непосредственно для сопряжения с ПК через универсальный порт USB. В ней происходит преобразование обработанных данных, которые через порт USB поступают на компьютер. Выбор данного типа соединения обусловлен распространенностью и универсальностью данного порта. Питание FT232BL осуществляется непосредственно от разъема USB.
Микросхема AD7495ARZ - это аналогово-цифровой преобразователь, преобразующий аналоговый входной сигнал с БДТ в цифровой. Питается микросхема AD7495ARZ аналогично микросхеме M93C66-WDW6TP.
Применение в разработанном БОИ современных микросхем обеспечивает его относительную простоту изготовления, высокую надёжность и может быть сопряжено с любым современным ПК. В настоящее время проходят лабораторные исследования разработанного устройства дистанционного контроля работы выключателей линий электропередач [22]. Экспериментальные исследования в лабораторных условиях с использованием имитатора тока [23] показали возможность использовать данный алгоритм для осуществления дистанционного контроля отключения секционирующих выключателей.
Выводы. 1. Разработан алгоритм реализации предложенного способа дистанционного контроля отключения секционирующего выключателя линии электропередачи.
2. Проведенные искусственные КЗ в лабораторных условиях ФГБОУ ВО Орловский ГАУ полностью подтверждают работоспособность алгоритма дистанционного контроля.
3. Реализация предложенного алгоритма приведет к повышению надёжности электроснабжения потребителей за счёт принятия на основе полученной информации оперативным персоналом необходимых своевременных решений.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Фомин И.Н., Беликов Р.П. Алгоритм дистанционного контроля головного выключателя линии электропередачи // Вестник Орловского государственного аграрного университета. 2016. № 4(61). С. 72-77.
2. Суров Л.Д., Фомин И.Н. Контроль успешного автоматического повторного включения секционирующих выключателей в линии кольцевой сети // Вестник Орловского государственного аграрного университета. 2010. Т. 22. № 1. С. 23-25.
3. Суров Л.Д., Фомин И.Н. Контроль неуспешного автоматического повторного включения секционирующего выключателя // Электро. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность. 2009. № 6. С. 46-48.
4. Суров Л.Д., Фомин И.Н. Контроль изменений состояния головного выключателя в линии кольцевой сети // Вестник Орловского государственного аграрного университета. 2011. Т. 29. № 2. С. 112-117.
5. Суров Л.Д., Фомин И.Н., Шумарин В.Ф. Контроль срабатывания выключателя сетевого пункта авр на короткие замыкания в кольцевой сети // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2009. № 3. С. 18-20.
6. Пат. 2371826 РФ, МПК H02J1300. Способ контроля отключения секционирующего выключателя при отказе отключения выключателя пункта автоматического включения резерва, включившегося на устойчивое короткое замыкание в кольцевой сети / Суров Л.Д., Фомин И.Н., Греков В.В.; патентообладатель ФГОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет». № 2008138127/09. 2009. Бюл. № 30.
7. Суров Л.Д., Фомин И.Н., Лебедев Р.В. Структурная схема контроля отказа автоматического повторного включения секционирующего выключателя в линии кольцевой сети // Вести высших учебных заведений Черноземья. 2009. № 2. С. 70-73.
8. Суров Л.Д., Фомин И.Н. Схема контроля отказа отключения выключателя сетевого пункта автоматического включения резерва в кольцевой сети // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина. 2008. № 4. С. 18-19.
9. Пат. 2410817 РФ, МПК H02J1300, H02J906. Способ контроля изменений состояния головного выключателя в линии кольцевой сети / Суров Л.Д., Фомин И.Н., Махиянова Н.В., Лебедев Р.В.; патентообладатель ФГОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет». № 2009146796/07. 2011. Бюл. № 3.
10. Пат. 2479911 РФ, МПК H02J13/00. Способ контроля отключения и неуспешного автоматического повторного включения секционирующих выключателей радиальных линий подстанции / Суров Л.Д., Суров И.Л., Фомин И.Н.; патентообладатель ФГОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет». № 2012106785/07. 2013. Бюл. № 11.
11. Пат. 2337454 РФ, МПК H02J 13/00. Способ контроля отключения и отказа автоматического повторного включения секционирующего выключателя в линии кольцевой сети / Суров Л.Д., Фомин И.Н., Греков В.В., патентообладатель ФГБОУ ВПО Орловский Государственный Аграрный Университет. № 2007142953/09. 2008. Бюл. № 30.
12. Патент 2305356 РФ, МПК H02J1300. Способ контроля успешного и неуспешного автоматического повторного включения выключателей в секционированной линии кольцевой сети / Суров Л.Д., Фомин И.Н.;
патентообладатель ФГОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет». № 2006118486/09. 2007. Бюл. № 24.
13. Пат. 2378754 РФ, МПК Н02Л300. Способ контроля ложного отключения секционирующего выключателя в линии кольцевой сети / Суров Л. Д., Фомин И.Н., Греков В. В.; патентообладатель ФГОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет». № 2008148640/09. 2010. Бюл. № 1.
14. Пат. 2394331 РФ, МПК H02J1300. Способ контроля отключения головного выключателя линии при отказе отключения секционирующего выключателя при его повторном включении на устойчивое короткое замыкание в кольцевой сети / Суров Л.Д., Фомин И.Н., Фомин Д.Н.; патентообладатель ФГОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет». № 2009118084/09. 2010. Бюл. № 19.
15. Пат. 2337453 РФ, МПК H02J1300. Способ контроля отключения и успешного автоматического повторного включения секционирующего выключателя в линии кольцевой сети / Суров Л.Д., Фомин И.Н., Шумарин В.Ф.; патентообладатель ФГОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет». № 2007139420/09. 2008. Бюл. № 30.
16. Пат. 2304338 РФ, МПК Н02Л300. Способ контроля отключения и неуспешного автоматического повторного включения секционирующего выключателя в линии кольцевой сети / Суров Л.Д., Фомин И.Н., Махиянова Н.В.; патентообладатель ФГОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет». № 2006113881/09. 2007. Бюл. № 22.
17. Суров Л.Д., Фомин И.Н. Контроль отключения секционирующего выключателя при отказе отключения выключателя пункта автоматического включения резерва // Сборник материалов по результатам конференций, прошедших в рамках Недели науки. Орел, 2010. С. 214-218.
18. Пат. 2521968 РФ, МПК Н02Л3/00; Н02Н7/2. Способ выявления поврежденного участка в секционированной линии кольцевой сети / Суров Л.Д., Фомин И.Н.; патентообладатель Орловский государственный аграрный университет. № 2013112065/07. 2014. Бюл. № 19.
19. Пат.2402138 РФ, МПК Н02Л300. Способ выявления селективного или неселективного отключения поврежденного участка линии / Суров Л.Д., Греков В.В., Фомин И.Н., Лебедев Р.В.; патентообладатель ФГОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет». № 2009146847/07. 2010. Бюл. № 29.
20. Кузнецов Ю.А., Суров Л.Д., Фомин И.Н. Дистанционный контроль автоматического повторного включения секционирующих выключателей // Техника и оборудование для села. 2015. № 7. С. 29-33.
21. Фомин И.Н., Беликов Р.П. Запрет включения АВР выключателя в кольцевой сети // Вестник аграрной науки. 2017. № 4 (67). С. 93-99.
22. Суров Л.Д., Фомин И.Н. Дистанционный контроль работы выключателя сетевого пункта АВР Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина. 2008. № 3. С. 32-34.
23. Суров Л.Д., Греков В.В., Фомин И.Н. Получение информации об отказе автоматического повторного включения секционирующего выключателя линии // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина. 2008. № 4. С. 22-24.
