14.607.21.0078

Цели проекта:
1) Разработка алгоритмов релейной защиты, высокочувствительных к изменениям топологии, параметров и режимов электрических сетей с учетом технологий управления этими сетями.
2) Создание и исследование микропроцессорного образца интеллектуальной релейной защиты активно-адаптивной электрической сети.
3) Разработка алгоритмов повышения безопасности и адаптивных свойств энергетической системы за счет применения устройства быстродействующего автоматического ввода резерва (БАВР) с использованием быстродействующего привода.

Задача проекта – разработка устройства интеллектуальной релейной защиты для активно-адаптивных электрических сетей в сочетании с быстродействующим автоматическим вводом резерва.

Актуальность работы обусловлена интенсивным развитием активно-адаптивных сетей и необходимостью обеспечения их эффективными средствами релейной защиты. Существующие системы релейной защиты рассчитаны на работу в традиционных электрических сетях с неизменной конфигурацией и параметрами элементов, поэтому их использование в активно-адаптивных сетях нерационально и не всегда является возможным. Поэтому требуется создание и исследование новых систем интеллектуальной релейной защиты, способных эффективно работать в активно-адаптивных сетях.

Разработанные в рамках данного проекта схемотехнические и конструктивные решения в области структуры интеллектуальной релейной защиты электрической сети и быстродействующего привода БАВР характеризуются научной новизной. По результатам исследований подготовлены и поданы в ФИПС две заявки на полезную модель.

Анализ работы активно-адаптивной сети и определение ее режимных параметров выполнялись при помощи имитационного моделирования сети в Matlab Simulink. Это обеспечило возможность исследования процессов, протекающих как в первичных силовых цепях, так и в схемах релейной защиты и автоматики. Использование Matlab Simulink позволило объединить в одной модели активно-адаптивную электрическую сеть и систему релейной защиты и автоматики, на основе чего была проверена работоспособность алгоритмов релейной защиты, а также определены уставки срабатывания релейной защиты.

Макет интеллектуальной релейной защиты был выполнен из современных высококачественных комплектующих (конструкционные элементы Rittal, промышленная панель оператора Weintek MT8071iE) с высокой степенью унификации. Поскольку размер защищаемой сети, а следовательно, количество обрабатываемых сигналов о ее режиме и положении выключателей может быть различным, устройство имеет модульную конструкцию. Каждый модуль оформлен в виде отдельной печатной платы, а объединение их производится при помощи кросс-платы, как в промышленных терминалах релейной защиты. К платам входных аналоговых сигналов подключаются измерительные цепи от трансформаторов тока и напряжения. Плата дискретных сигналов и обработки информации принимает дискретные сигналы о положении выключателей и управляет ими, реализуя заложенные в микроконтроллер алгоритмы релейной защиты и автоматики. Использование современных микроконтроллеров серии STM32 обеспечивает достаточный объем памяти для хранения программы работы и необходимое быстродействие при обработке всех сигналов от сети. Программное обеспечение макета интеллектуальной релейной защиты разработано на языке С с применением современной среды программирования Keil.

Для экспериментальной проверки работоспособности макета интеллектуальной релейной защиты был спроектирован и собран стенд, представляющий собой физическую модель электрической сети. В ней реализованы два участка электрической сети с номинальными напряжениями 110 и 6 кВ, соединенные двумя трансформаторами. Набор трансформаторов тока и напряжения обеспечивает измерение режимных параметров во всех точках сети, где это необходимо. Использование физической модели обеспечивает формирование токов и напряжений, соответствующих различным режимам работы электрической сети, в реальном масштабе времени, что дает возможность полноценной проверки аппаратной части релейной защиты и заложенных в макет алгоритмов.

Основные результаты выполнения проекта:

Разработаны алгоритмы релейной защиты для активно-адаптивных электрических сетей, синтезирована функциональная структура системы взаимодействия алгоритмов моделирования релейной защиты. Разработана эскизная конструкторская документация и изготовлен макет интеллектуальной релейной защиты, разработано его программное обеспечение. Выполнен расчет рабочих параметров интеллектуальной релейной защиты и БАВР для модельной электрической сети, разработаны схемотехнические и конструктивные решения по созданию БАВР. На основе реальных осциллограмм выполнен анализ аварийных режимов функционирования подстанций, выявлены их характерные признаки. Синтезированы алгоритмы функционирования устройства релейной защиты на основе БАВР с использованием быстродействующего привода. Разработана и изготовлена технологическая оснастка для изготовления и сборки механизма привода БАВР, изготовлен механизм привода БАВР. Изготовлен макет быстродействующего привода устройства БАВР. Разработаны программы и методики исследовательских испытаний созданного оборудования и алгоритмов. Разработана эскизная конструкторская документация и изготовлен стенд для проведения исследовательских испытаний макета устройства релейной защиты и БАВР, который обеспечивает физическое моделирование электрической сети в реальном времени и имитацию всех необходимых режимов работы.

По данным моделирования, время срабатывания релейной защиты составит не более 30 мс при всех видах коротких замыканий, время срабатывания БАВР – также не более 30 мс. Время срабатывания релейной защиты находится на уровне ведущих мировых производителей устройств релейной защиты. Быстродействие разрабатываемого привода БАВР превосходит показатели ведущих отечественных и зарубежных производителей (АВВ, Таврида Электрик, Siemens).

 

 

Разрабатываемое устройство интеллектуальной релейной защиты обеспечит быструю автоматическую ликвидацию аварийных режимов активно-адаптивных сетей, уменьшит время существования аварийных режимов и объем повреждений, что сократит стоимость ремонтно-восстановительных работ.
Внедрение БАВР позволит добиться минимального времени перерыва питания при авариях в электрической сети, что повысит надежность работы двигательной нагрузки, гарантирует сохранение технологических процессов на предприятиях при перерывах питания и увеличит срок службы электродвигателей.
Результаты выполнения проекта могут быть внедрены в активно-адаптивных электрических сетях класса напряжения 6 кВ и выше, а также на промышленных предприятиях с непрерывным технологическим циклом производства.
Потенциальными потребителями результатов проекта являются промышленные предприятия с непрерывным технологическим циклом производства, Федеральная и региональные сетевые компании.