Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка многоканальной централизованной системы управления распределительным устройством для напряжений 6-35 кВ с адаптивными интеллектуальными алгоритмами релейной защиты и автоматики

Номер контракта: 14.577.21.0194

Руководитель: Лизунов Игорь Николаевич

Должность: доцент

Организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет"
Организация докладчика: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
релейная защита, автоматика, сигнализация, измерения, короткое замыкание, оперативный ток, система шин, конфигурация, защитные характеристики, алгоритмы релейной защиты, выключатель, однофазное замыкание на землю, передача данных, канал связи

Цель проекта:
1. На сегодняшний день существует большое количество микропроцессорных устройств релейной защиты, которые, в основном, отличаются друг от друга различными реализованными алгоритмами релейных защит. Как правило, данные микропроцессорные терминалы в сетях 6-35 кВ устанавливается на каждое присоединение распределительного устройства. На сегодня известно два принципиально отличных друг от друга подхода по реализации систем РЗиА, АСУТП и АИИС КУЭ – централизованный и децентрализованный. Реализация централизованного подхода, в отличие от децентрализованного, позволяет значительно снизить затраты на приобретение микропроцессорных устройств, а также использовать возможность анализа в одном устройстве всех измеряемых величин, что позволяет подстраивать системы РЗиА, АСУТП и АИИС КУЭ под любые динамически изменяющейся параметры электрической сети. Все это становится более актуально, принимая во внимание быстро развивающиеся технологии Smart Grid, в которых концептуально заложена возможность использования локальных источников энергоресорусов. С точки зрения приобретаемого функционала развернутая многоканальная централизованная система на объекте позволит заменить значительную номенклатуру традиционно используемых на станциях и подстанциях системы и устройства релейной защиты и автоматики, автоматизированных систем управления технологическим процессом, диспетчерского управления, мониторинга и диагностики, контроля и учета электроэнергии, по сути, переводя их в виртуальную, компьютерную форму. 2. Целью проекта является обеспечение инновационного развития отраслей экономики посредством создания следующих востребованных научно-технических решений: - Алгоритмов релейной защиты и алгоритмов автоматизации для многоканальной централизованной системы управления распределительным устройством 6-35 кВ; - Многоканальной централизованной системы, объединяющей в себе функции устройств релейной защиты и автоматики, а также учета электроэнергии в распределительных устройствах (комплектных распределительных устройствах КРУ и КСО) напряжением до 35 кВ включительно.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Основным результатом должен являться экспериментальный образец Многоканальной централизованной системы управления распределительным устройством 6-35 кВ, с реализованными в ней алгоритмами интеллектуальной релейной защиты и автоматики (ЦСРЗАСИ).
В дополнение к экспериментальному образцу Многоканальной централизованной системы управления распределительным устройством 6-35 кВ, в результате проведения ПНИ должны быть разработаны научно-методические и нормативно-технические документы с подробным описанием использующихся алгоритмов и стандартов, а также сформированы основные технические требования разрабатываемым проектам.
2. Характеристики ЦСРЗАСИ:
- должна выполнять функции релейной защиты, автоматики, сигнализации и измерений распределительного пункта 6-35 кВ с постоянным оперативным током, выполненном по схеме «одна, секционированная выключателем, система шин» с произвольным количеством присоединений на одной секции;
- должна обеспечивать релейную защиту от всех видов коротких замыканий и нарушений нормальных режимов, в том числе от междуфазных симметричных и несимметричных коротких замыканий, однофазных замыканий на землю (ОЗЗ), дуговых замыканий;
- должна обеспечивать выполнение требований действующих Правил устройства электроустановок, Правил технической эксплуатации, Общих технических требований к микропроцессорным устройствам защиты и автоматики энергосистем РД 34.35.310-97 и других действующих нормативных документов в области релейной защиты и автоматики;
- должна обеспечивать:
а) возможность программного задания внутренней конфигурации (ввод в работу и вывод из работы защит и автоматик, выбор защитных характеристик, количества ступеней защиты) на месте установки устройства или дистанционно по каналу связи с автоматизированной системой управления (АСУ), хранение заданной конфигурации в течение всего срока службы;
б) контроль и индикацию схемы первичных соединений РП 6-35 кВ (мнемосхемы): положения выключателей присоединений, выкатных элементов ячеек, исправности высоковольтных
предохранителей, положения заземляющих ножей;
в) контроль и индикацию исправности цепей управления, индикацию вывешиваемых плакатов и знаков безопасности;
г) измерение и индикацию текущих значений электрических параметров защищаемого объекта;
д) сигнализацию срабатывания защит и автоматики, неисправности устройства и его отдельных элементов и функций, сигнализацию состояния охранно-пожарной сигнализации и прочих устройств распределительного пункта;
е) регистрацию и хранение параметров срабатываний, а также накопительной информации и событий;
ж) осциллографирование аварийных процессов с использованием формата обмена данными COMTRADE.
- должна предусматривать возможность ее использования в качестве устройства нижнего уровня АСУ ТП или других координированных систем контроля и управления.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Многоканальная централизованная система управления (ЦСРЗАСИ) будет иметь общепромышленное назначение и исполнение, т.е. сможет применяться в системах электроснабжения промышленных предприятий и электрических сетей, и устанавливается в распределительных устройств среднего напряжения в обычных (не вредных и взрывоопасных) условиях. Система является частью технологии создания энергосберегающей системы распределения и использования электроэнергии, главным образом, в промышленности и в электросетевом комплексе страны.
2. Централизованная система управления, контроля, релейной защиты и автоматики распределительного устройства среднего напряжения отвечает требованию новизны технологий, поскольку на сегодняшний день прототипов такого устройства нет. Разработка алгоритмов и реализация их в виде программного обеспечения позволяет запатентовать их как новая интеллектуальная собственность и получить на неё патенты.
3. Разрабатываемая в проекте ЦСРЗАСИ не имеет прямых аналогов, как в России, так и за рубежом. Тем не менее, существуют решения, которые или уже представлены на рынке, или разрабатываются в ведущих центрах компетенции электротехнической отрасли, близкие к некоторым отдельным элементам ЦСРЗАСИ, но с определенными ограничениями. В качестве примеров можно указать:
–Централизованная распределенная защита сборных шин и УРОВ SIPROTEC 7SSхх фирмы SIEMENS;
–Централизованное направленное устройство сигнализации замыканий на землю (ЦНУСЗ) «Импульс» ФГБОУ ВПО "ИГЭУ";
–Совместный НИОКР ИЦ «Бреслер» и ОАО «Тюменьэнерго» по разработке централизованной релейной защиты подстанции 110/6 кВ;
- SCADA-системы, такие как MicroSCADA Pro фирмы АВВ (АББ Автоматизация);
и др.
Все приведенные выше и традиционно сложившиеся решения имеют главный недостаток, обусловленный необходимостью развертывания каждой из систем по отдельности на каждом энергообъекте, и соответственно, несмотря на практически идентичную или близкую архитектуру построения системы сбора и передачи информации (ССПИ) в каждой из них, требуются значительные временные и финансовые ресурсы для приобретения специфического оборудования, его монтажа и наладки, а в дальнейшем для обслуживания и ремонта каждой из систем по отдельности. Это также обуславливает необходимость содержания на складах требуемой номенклатуры ЗИП по каждой позиции, а также фактически привязывает потребителя к производителям данных систем, как минимум, на время эксплуатации и технической гарантии, которое в электроэнергетике может составлять 25 лет. Помимо указанного, при внедрении и в процессе эксплуатации каждой вышеуказанной системы требуется обучение или переподготовка персонала, что также требует финансовых затрат, в том числе обусловленных периодическим отрывом работников потребителя с основного места работы. Необходимо отметить, что помимо вышеуказанных относительно современных и инновационных позиций ЦСРЗАСИ позволит заменить, причем со значительным усовершенствованием и улучшением основных показателей эффективности, качества функционирования и надежности традиционные устройства и системы автоматизации и защиты электроэнергетических установок среднего напряжения, такие как основные и резервные защиты присоединений, трансформаторов, системы учета и контроля качества электроэнергии, системы регистрации и осциллографирования аварийных режимов по присоединениям и т.п.
4. С целью достижения заявленных результатов требуется:
- теоретическое обоснование и разработка принципов создания ЦСРЗАСИ на основе базовых физических принципов;
- разработка функциональной структуры взаимодействия алгоритмов ЦСРЗАСИ с адаптивной интеллектуальной релейной защитой электрических сетей в режиме реального времени;
- разработка или выбор алгоритмов адаптивной интеллектуальной релейной защиты электрических сетей и системы взаимодействия алгоритмов между собой;
- разработка технической и конструкторской документации на экспериментальный стенд ЦСРЗАСИ;
- изготовление экспериментального стенда ЦСРЗАСИ;
- разработка технической, конструкторской, программной, и технологической документации на изготовление экспериментального образца ЦСРЗАСИ;
- изготовление экспериментального образца ЦСРЗАСИ;
- разработка программы и методики экспериментальных исследований экспериментального образца ЦСРЗАСИ и алгоритмов адаптивной интеллектуальной релейной защиты электрических сетей;
- исследовательские испытания экспериментального образца ЦСРЗАСИ;
- оценка соответствия результатов требованиям ТЗ, а также их результативности и эффективности в сравнении с современным научно-техническим уровнем;
- обобщение и оценка результатов исследовательских испытаний;
- разработка проекта технического задания на проведение ОКР по теме: «Интеллектуальное распределительное устройство 6-35 кВ с цифровым централизованным управлением».

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Основной отраслью в которой планируется применение результатов является энергетика (ПАО "Россети", ОАО "Сетевая компания", территориальные генерирующие компании - ТКГ, ПАО "Русгидро", ПАО "ИнтерРАО"), а также нефте- и газодобывающие компания, крупные промышленные комплексы и предприятия, имеющие сложно разветвленную систему электроснабжения, многоуровневые внутрецехоывые сети.
2. ЦСРЗАСИ планируется использовать с распределительных пунктах, распределительных устройствах трансформаторных подстанций (РТП, ТП, КНТПНБ и т.п.) среднего напряжения, прежде всего, классов напряжения 6 и 10 кВ. В дальнейшем, по мере развития проекта и наработки практического опыта применения возможно, как минимум, частичное использование в крупных районных понизительных подстанциях 110 кВ и выше, а также в электроцехах электростанций, в качестве системы защиты и автоматизации ГРУ, или в системах собственных нужд станций, как в России, так и за рубежом, прежде всего, в ближнем зарубежье;
3. Результаты работы позволят (или, как минимум, ускорят) внедрение централизованного подхода построения систем релейной защиты и противоаварийной автоматики на объектах среднего напряжения, что способствует внедрению инновационных адаптивных алгоритмов РЗА, в том числе на сонове нечеткой логики (Fuzzy Logic), технологии нейронных сетей (Neural grid) и других, позволяющие повысить гибкость, прозрачность, надежность и функционал органов РЗиА, АСУТП и АИИС КУЭ.
4. ЦСРЗАСИ разрабатывается и будет развиваться впоследствии в рамках концепции "Умных сетей" (Smart Grid) - технологии построения, модернизации или объединения современных электроэнергетических сетей и систем, нашедшее широкое распространение и применение в мире (в частности в ЕС, США, Корее, КНР). Успешная разработка и внедрение ЦСРЗАСИ позволит также применить в самых распространенных городских и пригородных сетях, а также в сетях промышленных предприятий большую часть наработок и решений в рамках международного стандарта МЭК 61850 (Цифровые сети и подстанции), которые на сегодняшний день, практически (за редким исключением) не реализуются на объектах, соответствующих российским электроустановках среднего напряжения.

Текущие результаты проекта:
На сегодня выполнены или выполняются:
- анализ современной научно- технической литературы, нормативно- технической документации и других материалов в области централизованных систем релейной защиты, автоматики, сигнализации и измерений;
- обоснование выбора направления исследований;
- теоретические исследования методов создания ЦСРЗАСИ;
- исследование и анализ методов численного моделирования работы систем управления распределительными устройствами с применением современного программного обеспечения;
- проведение патентных исследований;
- разработка алгоритмов релейной защиты и автоматики для ЦСРЗАСИ;
- разработка схемных решений испытательного стенда для проведения экспериментальных исследований экспериментального образца ЦСРЗАСИ;
- получен патент на ПМ №108231 "Централизованная микропроцессорная система релейной защиты и автоматики с дистанционным управлением"