Анализ аварийных ситуаций в электрических сетях с использованием автоматизированной системы мониторинга и анализа РЗА




Page 1


background image

133

Анализ аварийных 
ситуаций в электрических 
сетях с использованием 
автоматизированной системы 
мониторинга и анализа РЗА

Развитие

 

информационных

 

технологий

 

и

 

средств

 

связи

 

в

 

технологиях

 

релейной

 

защиты

 

и

 

автоматики

 (

РЗА

привело

 

к

 

тому

что

 

в

 

настоящее

 

время

 

специалистам

 

доступен

 

большой

 

объем

 

информации

 

по

 

аварийным

 

ситуациям

которая

 

позволяет

 

провести

 

тщательное

 

и

 

разностороннее

 

расследование

 

аварий

С

 

другой

 

стороны

объем

 

информации

 

может

 

оказаться

 

настолько

 

большим

что

 

его

 

обработка

 

человеком

 

становится

 

крайне

 

затруднительной

В

 

этой

 

связи

 

задача

 

автоматизации

 

отдельных

 

составляющих

 

процесса

 

расследования

 

аварий

 

становится

 

все

 

более

 

актуальной

Автоматизация

 

позволяет

 

сократить

 

время

необходимое

 

на

 

сбор

 

и

 

анализ

 

информации

 

об

 

аварийной

 

ситуации

и

 

соответственно

на

 

принятие

 

решений

 

по

 

ее

 

устранению

а

 

также

 

снизить

 

веро

 

ятность

 

ошибок

 

из

за

 

влияния

 

человеческого

 

фактора

.

Гвоздев

 

Д

.

Б

.,

к.т.н., доцент, первый

заместитель генераль-

ного директора — 

главный инженер 

компании «Россети 

Московский регион»

Грибков

 

М

.

А

.,

директор Департамента 

релейной защиты 

и режимной автоматики 

электрических сетей 

компании «Россети 

Московский регион»

Романов

 

Ю

.

В

.,

к.т.н., ведущий эксперт 

отдела алгоритмического 

обеспечения 

ООО «РТСофт»

Воронов

 

П

.

И

.,

к.т.н., главный эксперт 

отдела алгоритмического 

обеспечения 

ООО «РТСофт»

Рыбаков

 

А

.

К

.,

начальник отдела 

алгоритмического 

обеспечения 

ООО «РТСофт»

А

ктивные  попытки  автомати-

зации  анализа  информации 

об авариях в энергосистемах 

предпринимались,  начиная 

с 80-х годов XX века [1, 2], с момента 

внедрения  цифровых  регистраторов 

аварийных  событий  (РАС).  В  насто-

ящее  время  уже  нашли  применение 

системы анализа аварийных режимов 

и действия РЗА, на эту тему опубли-

ковано  большое  количество  работ, 

например,  [3,  4].  Однако  работоспо-

собность  некоторых  предложенных 

решений  вызывает  сомнение.  Кроме 

того,  уровень  большинства  разрабо-

ток скорее эмпирический, чем теоре-

тический.

Возникает  потребность  обобщения 

и  систематизации  достигнутых  резуль-

татов.  В  этой  связи  ПАО  «Россети» 

в  2018  году  выпустило  стандарт  [5], 

предъявляющий  требования  к  созда-

нию  автоматизированных  систем  мо-

ниторинга  устройств  РЗА,  в  котором 

обобщается весь мировой опыт в дан-

ной области и описывается архитектура 

построения таких систем.

В  данной  статье  рассматривают-

ся  вопросы  практической  реализации 

и  использования  автоматизированного 

анализа  аварии  с  применением  техно-

логии синхронизации отдельных осцил-

лограмм и событий в составе комплекса 

цифрового мониторинга РЗА ПАО «Рос-

сети Московский регион».

Источником аварийной информации 

для  автоматизированного  анализа  яв-

ляются файлы осциллограмм от микро-

процессорных РЗА и автономных РАС, 

а  также  измерения  дискретных  сигна-

лов из АСУ ТП и инженерного ПО про-

изводителей РЗА, которые собираются 

с объектов электроэнергетики.

На примере реального короткого за-

мыкания (КЗ) рассмотрим, как происхо-

дит  процесс  анализа  аварии  и  оценки 

функционирования  РЗА  в  автоматизи-

рованной системе мониторинга РЗА.

На  рисунке  1  приведены  осцилло-

граммы токов и напряжений при одно-

фазном КЗ в фазе B на линии электро-

передачи  (ЛЭП)  220  кВ,  полученные 

с двух сторон ЛЭП в процессе автома-

тического сбора осциллограмм на под-

станциях (ПС).

Последовательность основных алго-

ритмов  анализа  после  получения  ава-

рийной информации в системе следую-

щая:

1)  извлечение  аналоговых  и  дискрет-

ных сигналов из осциллограмм;

2)  автоматическая  синхронизация  ос-

циллограмм;

3)  определение  момента  времени  на-

чала и окончания аварийного собы-

тия;

 4 (67) 2021







Page 2


background image

134

4)  формирование  векторных  из-

мерений  токов  и  напряжений 

в предаварийном и аварийном 

режимах;

5)  контроль  исправности  цепей 

измерения;

6)  определение  поврежденного 

первичного оборудования;

7)  определение  поврежденных 

фаз;

8)  определение  расстояния  до 

места повреждения на линиях 

электропередачи  методом  од-

ностороннего  и  двустороннего 

замера;

9)  определение  момента  време-

ни ликвидации первоначально-

го повреждения;

10) экспресс-анализ  и  определе-

ние  требований  к  работе  РЗА 

относительно места поврежде-

ния и фаз.

В  результате  вышеприведен-

ного  анализа  система  формиру-

ет  отчет  по  аварийному  событию 

с  оценками  правильности  пусков 

и срабатываний защит.

Рассмотрим  особенности  каж-

дого  шага  анализа  аварийных 

осциллограмм  и  дискретных  сиг-

налов. 

Для  проведения  полноценно-

го  анализа  аварийного  события 

из  осциллограмм  извлекаются 

сигналы  фазных  токов  и  напря-

жений  для  первичного  оборудо-

вания,  защищаемого  записав-

шими  данные  осциллограммы 

устройствами РЗА.

Далее  производится  автома-

тическая  синхронизация  осцил-

лограмм,  необходимая  для  кор-

ректного анализа действия защит 

и формирования векторных изме-

рений  из  извлеченных  сигналов 

токов и напряжений. Данная про-

цедура является необходимой по 

той причине, что даже при наличии 

синхронизации с источником точ-

ного  времени  могут  наблюдаться 

значительные  расхождения  в  по-

казаниях  времени  устройствами 

РЗА, особенно в том случае, когда 

осциллограммы собираются с не-

скольких ПС. В рассматриваемом 

ниже примере получены 5 осцил-

лограмм  с  двух  ПС,  между  кото-

рыми  наблюдалась  рассинхрони-

зация порядка 20 мс. В результате 

автоматической  синхронизации 

данную  величину  удалось  сни-

зить до менее чем 1 мс, при этом 

в  пределах  отдельных  ПС  —  до 

0,1  мс.  На  рисунке  2  приведена 

векторная диаграмма напряжений 

фазы A в предаварийном режиме, 

взятых  из  разных  осциллограмм 

одной аварии, после автоматиче-

ской синхронизации.

Следом  за  проведением  авто-

матической  синхронизации  опре-

деляются моменты времени нача-

ла и окончания аварийного собы-

тия. Началом аварийного события 

считается  момент  возникновения 

переходного  процесса,  фиксиру-

емый по сигналам токов и напря-

жений. Определять начало аварии 

можно и по сигналам пуска изме-

рительных органов защит, однако 

в  силу  их  большей  инерционно-

сти,  чем  у  применяемого  в  сис-

теме  алгоритма,  точность  такого 

способа  ниже.  Окончанием  ава-

рийного события считается метка 

времени  конца  самой  последней 

осциллограммы,  принадлежащей 

аварийному  событию.  В  данном 

примере момент времени начала 

аварийного  события  был  опре-

делен  с  погрешностью  не  более 

1  мс.  Эта  погрешность  связана 

с тем, что осциллограммы дискре-

тизированы по времени, и невоз-

можно  определить  данный  мо-

мент времени с точностью выше, 

чем  интервал  дискретизации.  На 

рисунке  3  красной  вертикальной 

линией  обозначен  определенный 

системой момент времени начала 

аварийного события.

Определив  момент  времени

начала  аварийного  события,  сис-

тема формирует векторные изме-

рения токов и напряжений преда-

варийного и аварийного режимов 

в  непосредственной  близости  от 

начала  аварии.  При  этом  замер 

аварийного режима берется таким 

образом, чтобы, с одной стороны, 

несколько отстроиться от влияния 

на  точность  измерения  аперио-

дической  составляющей  в  токах, 

а  с  другой  стороны,  чтобы  точка 

замера  охватила  сверхпереход-

ный процесс. 

Рис

. 1. 

Осциллограммы

 

токов

 

и

 

напряжений

 

при

 

КЗ

 

в

 

фазе

 B 

на

 

ЛЭП

 220 

кВ

полученные

 

с

 

двух

 

сторон

 

ЛЭП

Рис

. 2. 

Векторная

 

диаграмма

 

на

пряжений

 

фазы

 A 

в

 

предаварийном

 

режиме

взятых

 

из

 

разных

 

осцилло

грамм

 

одной

 

аварии

после

 

автома

тической

 

синхронизации

РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА 

И АВТОМАТИКА 







Page 3


background image

135

Затем  полученные  векторные 

измерения  группируются  по  ПС 

и  присоединениям,  после  чего 

из  каждой  группы  определяются 

наиболее  правдоподобные  изме-

рения,  с  которыми  далее  срав-

ниваются  все  элементы  группы, 

а  также  производится  дальней-

ший  анализ  аварийной  ситуа-

ции. В том случае, если в резуль-

тате  сравнения  определяется 

существенное  расхождение  меж-

ду проверяемыми векторными из-

мерениями, формируется уведом-

ление пользователю о возможной 

неисправности  цепей  измерения. 

Данная проверка осуществляется 

для  групп  измерений  аварийно-

го  и  предаварийного  режимов  по 

отдельности.  Проверка  в  первую 

очередь  должна  осуществляться 

для аварийного режима исходя из 

тех  соображений,  что  недопусти-

мые погрешности измерительных 

трансформаторов  тока  класса 

точности  Р  наиболее  вероятно 

проявляются  именно  в  режиме 

КЗ,  проверок  в  нормальном  ре-

жиме сети для них недостаточно. 

Благодаря  верификации  измере-

ний  дальнейший  анализ  аварий-

ной  ситуации  осуществляется  на 

основе достоверной информации.

Сформировав 

достоверные 

векторные измерения токов и на-

пряжений,  система  переходит 

к  наиболее  ответственной  части 

алгоритма  анализа  —  выявле-

нию  поврежденного  первичного 

оборудования.  Поскольку  систе-

ма должна давать точную оценку 

действия  РЗА,  она  должна  быть 

гораздо  «умнее»,  чем  любая  из 

анализируемых  защит.  По  этой 

причине принцип определения по-

врежденного  оборудования  дол-

жен  быть  более  совершенным, 

нежели  применяемый  в  обычной 

РЗА,  для  этого  должна  эффек-

тивно  использоваться  вся  до-

ступная  информация  об  аварии. 

Таким образом, основной принцип 

анализа  заключается  в  том,  что 

все  действия  РЗА  сравниваются 

с действием своего рода эталона, 

в свою очередь, построенного по 

принципу  централизованной  за-

щиты  [6].  Следует  отметить,  что 

здесь  централизованная  защи-

та  —  более  общее  понятие,  чем 

просто  объединение  нескольких 

функций  РЗА  в  составе  одного 

устройства.

В том случае, если в качестве 

поврежденного первичного обору-

дования  выявляется  ЛЭП,  то  за-

пускается алгоритм программного 

определения  места  повреждения 

(ОМП).  Когда  доступны  измере-

ния  токов  и  напряжений  с  обеих 

сторон  ЛЭП,  запускается  алго-

ритм  двухстороннего  ОМП,  если 

же  доступны  измерения  только 

с  одной  стороны,  то  запускается 

алгоритм  одностороннего  ОМП. 

Результаты ОМП являются допол-

нительным  критерием  определе-

ния  факта  повреждения  ЛЭП,  то 

есть если ОМП не может опреде-

лить место КЗ на ЛЭП, то данная 

ЛЭП  считается  неповрежденной. 

Дополнительно вместе с ОМП за-

пускается  алгоритм  определения 

вида  повреждения  и  поврежден-

ных  фаз.  Полученная  информа-

ция  о  виде  повреждения  исполь-

зуется далее в анализе действия 

РЗА. Очевидно, что, как и любое 

устройство РЗА, система анализа 

РЗА  должна  гарантировать  пра-

вильность  своей  работы  во  всех 

возможных  аварийных  режимах. 

Однако  распознать  абсолютно 

все  возможные  аварийные  режи-

мы физически невозможно [7]. От-

сюда следует, что если система не 

может  однозначно  локализовать 

повреждение,  то,  чтобы  не  вво-

дить  пользователя  в  заблужде-

ние, она должна сигнализировать 

о том, что место повреждения не 

определено.  Задание  места  по-

вреждения в этом случае должно 

производиться пользователем са-

мостоятельно.

Далее  после  выявления  по-

врежденного  первичного  обору-

дования  запускается  алгоритм 

определения  момента  времени 

ликвидации первоначального по-

вреждения. Данный алгоритм ра-

ботает  по  критерию  пропадания 

тока КЗ в момент аварийного от-

ключения  выключателя,  причем 

пропадание токов отслеживается 

со  всех  сторон  поврежденного 

объекта.

По рисунку 4 видно, что в рас-

сматриваемом  примере  одно-

фазное  КЗ  на  землю  произошло 

в фазе B. РЗА локализовала и от-

ключила  поврежденную  ЛЭП  за 

170 мс с учетом времени отключе-

ния выключателя. Противополож-

ный  конец  ЛЭП  при  этом  отклю-

чился примерно на 60 мс раньше 

(не показано на рисунке).

Насколько  корректно  система 

произвела  анализ  рассматривае-

мой  аварийной  ситуации,  можно 

увидеть  на  рисунке  5,  где  приве-

дена часть интерфейса страницы 

автоматизированной системы мо-

ниторинга (АСМ) РЗА с информа-

цией об аварии.

Локализовав  место  и  опреде-

лив  вид  повреждения,  система 

переходит  к  экспресс-анализу 

действий РЗА. Принцип действия 

экспресс-анализа  построен  на 

требовании  селективности  РЗА, 

то  есть  срабатывание  основной 

защиты  должно  быть  только  при 

КЗ  на  защищаемом  ей  оборудо-

Рис

. 3. 

Определенный

 

момент

 

времени

 

начала

 

аварийного

 

события

Рис

. 4. 

К

 

определению

 

вида

 

повреждения

 

и

 

времени

 

ликвидации

 

повреждения

 4 (67) 2021







Page 4