РАСЧЕТ УСТАВОК ЗАЩИТ

Автор: Chief_Admins / Дата: пт, 12/01/2017 - 22:00 /

На современном этапе развития релейной защиты при большом количестве новых алгоритмов различных производителей задача разработки обобщенных методик расчета уставок является особенно актуальной. Очевидно, что данная задача должна решаться самим производителем на этапе разработки защиты, так как связана с необходимостью детального знания устройства защиты, особенностей заложенных алгоритмов и анализом теоретического материала. Зачастую производители ссылаются на существующие традиционные методики, изложенные в нормативных документах.

Однако эти методики, составленные для электромеханических и полупроводниковых защит, не могут быть в полной мере применены к новым устройствам. Так, например, в отношении дистанционных защит действуют Руководящие указания [7] (Россия), составленные в свое время применительно к панелям защит серий ПЗ 15Х и ЭПЗ 16ХХ на электромеханической элементной базе. В этих устройствах реализована круговая характеристика срабатывания (рис.1a), поэтому в указанном документе расчет уставок сводится к расчету и выбору сопротивления срабатывания Zset. Данной методики будет недостаточно, если в защите реализована какая-либо другая характеристика, например, четырехугольная, изображенная на рис. 1b, требующая задания ряда дополнительных параметров: угла максимальной чувствительности ?m.s, угла отстройки от внешних коротких замыканий ?out и уставки по активному сопротивлению Rset.

Характеристики срабатывания реле сопротивления

Рис. 1: Круговая (a) и четырехугольная (b) характеристики срабатывания реле сопротивления

Помимо всего прочего, упомянутый документ рассчитан только на междуфазные каналы дистанционной защиты и не рассматривает особенностей расчета и выбора уставок для фазных каналов, реализуемых в микропроцессорных устройствах релейной защиты.

Таким образом, существующие традиционные методики расчета уставок не отражают особенностей реализации защит того или иного производителя, не учитывают ограничения по чувствительности и наличие дополнительных функций, способных существенно повысить качество защиты. Это приводит как к недоиспользованию возможностей новых защит, так и в отдельных случаях к неверному параметрированию.

Необходимо учитывать и то обстоятельство, что современные защиты отличаются от своих предшественников новыми замерами и уставочными характеристиками: эквивалентные явные или неявные уставочные характеристики представляют собой многомерные области, которые в общем случае не ограничиваются условием односвязности. Разработка методик расчета уставок для таких в общем случае многомерных защит осложняется тем, что уставочное пространство оказывается невообразимым, поэтому из поля зрения разработчика могут ускользнуть какие-то режимы их излишнего срабатывания или отказа.

Кроме того, в дополнение к статическим характеристикам, защиты обладают различными динамическими свойствами, которые выражаются в модернизированной фильтрации, быстроте принятия решений и других свойствах, позволяющих значительно повысить быстродействие. Это означает, что стандартные методики расчета уставок должны быть уточнены в плане используемых коэффициентов отстройки и согласования.

Задачу формирования общего подхода к разработке методик расчета уставок современных многомерных защит, который в полной мере позволит учесть влияние всех возможных альтернативных режимов, не требуя при этом обязательного визуального представления уставочного пространства, способна помочь решить теория информационного анализа. В рамках этой теории задачам, связанным с расчетом уставок, уделено особое внимание, что привело к выделению особой теории – теории уставок [8]. С точки зрения информационной теории расчет уставок можно представить как отстройку от альтернативных режимов и проверку чувствительности защиты в отслеживаемых режимах. При этом результатом проверки чувствительности становится объектная характеристика распознающей способности защиты с выбранной уставочной областью. Для получения уставочной области необходимо найти объектную характеристику распознающей способности алгоритма. Переход от полученной объектной характеристики к уставочному пространству позволит получить границу уставочной области.

Наиболее специфическим этапом разработки методики расчета становится анализ полученных результатов для дальнейшего формулирования основных положений и условий, позволяющих получить параметры (уставки), с помощью которых граница уставочной области задается в устройстве защиты. Необходимо учитывать также возможности и имеющийся инструментарий предполагаемого специалиста, который будет выполнять расчет уставок.

Таким образом, могут быть выделены следующие этапы методики расчета уставок.

1. Задание объектного пространства, т.е. векторов описывающих имитационную модель объекта с учетом возможных режимов его работы и параметров прилегающей сети.

2. Выбор режимов, от которых необходимо отстроиться и в которых защита срабатывать не должна (альтернативных β-режимов), и тех режимов, в которых срабатывание защиты желательно (отслеживаемых α-режимов).

3. Получение границы области распознаваемости отслеживаемых режимов в объектном пространстве при имеющейся информационной базе и заданном уставочном пространстве функции защиты, т.е. при известных подаваемых на устройство величинах токов и напряжений. Результатом данного этапа является объектная характеристика, полученная по выражению (1). В качестве примера на рис.2а показана характеристика 1. Граница отвечает условиям [9], записываемым для производных координат точки уставочного пространства по составляющим объектного вектора (теорема о коллинеарности производных граничного замера):

4. Переход от объектного пространства к уставочному. Граница полученной области в уставочном пространстве представлена на рис.2b двумя кривыми: кривая 1' соответствует альтернативным режимам, а кривая 1'' – распознаваемым отслеживаемым. В идеальном случае эти кривые должны совпадать, но может иметься и расхождение, ограниченное требованиями, возможностями и алгоритмами расчетов.

5. Анализ полученной границы и определение основных точек ее изломов и изгибов (точки Т1-Т10 на рис.2b), которые и лягут впоследствии в основу методики расчетов. Методика расчета уставок, разрабатываемая производителем устройства защиты, должна содержать перечень этих ключевых точек и методику перехода от этих точек с учетом коэффициентов отстройки, надежности и согласования к конкретным уставкам, задаваемым в устройстве защиты (граница уставочной области 2 на рис.2b).

Этот процесс заключается в одной из двух процедур оптимизации

где M – вектор искомых параметров устройства (например, Zуст, Rуст), VS(M) – величина (объем)
результирующей уставочной области, построенной по вектору M, VG(M) – величина (объем) резуль-
тирующей объектной области распознавания защиты с уставочной характеристикой, построенной
по вектору M.

Некоторую сложность при этом представляют случаи, когда от альтернативных режимов можно отстроиться изменением одной из нескольких уставок. Так, например, на рис. 2b от режима, отображаемого в уставочном пространстве точкой Т3 можно отстроиться либо варьированием верхней границы характеристики 2, либо заданием соответствующих координат для правой боковой границы уставочной области 2. В этом случае производитель может дать правило предпочтения в методике или варианты для расчетчика.

Проверка чувствительности в рамках теории информационного анализа заключается в переходе от выбранной и заданной в устройстве уставочной области к объектному пространству. Результирующая объектная характеристика распознающей способности алгоритма при выбранных уставках (характеристика 2 на рис. 2а) позволяет также оценить зону действия защиты при выбранных уставках и ее чувствительность к повреждениям через переходные сопротивления.

Представление области распознаваемости

Рис. 2: Пример представления области распознаваемости
в объектном (a) и уставочном (b) пространствах

Приведенный алгоритм разработки методики расчета уставок предполагает известность алгоритма работы защиты. В более общем случае, когда эти алгоритмы скрыты и разработчику предоставлен «черный ящик», могут быть применены оптимизационные алгоритмы по параметрам уставочной характеристики.

Таким образом, информационная теория дает общий подход к решению задачи разработки методик расчета уставок. Несомненным преимуществом такого способа является возможность его применения для сложных многомерных защит, когда визуальной оценки характеристик и аналитических способностей разработчика может оказаться недостаточно. Возможность сосредоточиться на выборе альтернативных и отслеживаемых режимов, не заботясь об их представлении в уставочном пространстве, позволяет не упустить из виду те режимы, которые могут стать определяющими при формировании уставочной области. Кроме того, подход с точки зрения информационной теории позволяет вести разработку методик при неизвестных алгоритмах работы защиты, т.е. для «черного ящика», когда традиционные подходы оказываются бессильными. К недостаткам предлагаемых методов решения можно отнести сложный математический аппарат, которым невозможно будет воспользоваться практически без специальных вычислительных средств.

<-- к оглавлению

Высоковольтное оборудование (свыше 1000 В)

Читайте также: