60
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
4(7),
декабрь
2017
Павел
ДАВЫДОВ
,
заместитель
директора
по
развитию
ООО
«
Механотроника
РА
»
Опыт
внедрения
в
АО
«
Тюменьэнерго
»
программно
-
аппаратного
комплекса
«
ТКЗ
-
МТ
»
для
расчетов
токов
КЗ
и
моде
-
лирования
работы
РЗА
В
статье
рассмотрены
результаты
опытно
-
промышлен
-
ной
эксплуатации
и
преимущества
внедрения
программ
-
но
-
аппаратного
комплекса
«
ТКЗ
-
МТ
»
для
моделирования
функционирования
работы
устройств
РЗА
,
разработанно
-
го
компанией
«
Механотроника
РА
»
в
результате
реализации
опытно
-
конструкторской
работы
для
АО
«
Тюменьэнерго
».
В
филиалах
АО
«
Тюменьэнерго
»
до
недавнего
времени
анализ
рабо
-
ты
устройств
РЗА
и
проектов
РЗА
выполнялся
в
основном
вручную
.
Между
тем
,
современная
концепция
раз
-
вития
электросетевого
комплекса
требует
применения
автоматизированного
подхода
к
решению
следующих
задач
:
–
анализ
проекта
РЗА
при
новом
строи
-
тельстве
(
специалисты
отмечают
тен
-
денцию
к
снижению
качества
проектной
документации
,
а
проектный
институт
зачастую
не
выполняет
анализ
работы
устройств
РЗА
,
прилегающих
к
объекту
нового
строительства
);
–
анализ
возможности
использования
ремонтного
режима
по
условиям
паде
-
ния
напряжения
до
шин
потребителя
и
корректности
функционирования
РЗА
;
–
анализ
возможности
существования
аварийного
режима
по
условиям
кор
-
ректности
функционирования
РЗА
с
учетом
реального
положения
ком
-
мутационных
аппаратов
,
учета
ре
-
альных
сопротивлений
,
напряжений
и
перетоков
мощности
;
–
анализ
корректности
работы
комплекса
РЗА
при
появлении
(
развитии
)
объек
-
тов
распределенной
генерации
;
–
комплексный
анализ
работы
устройств
и
панелей
РЗА
при
ликвидации
аварий
-
ного
режима
.
Для
решения
этих
задач
АО
«
Тюмень
-
энерго
»
был
объявлен
конкурс
на
разра
-
ботку
нового
программного
комплекса
,
не
требующего
длительного
обучения
,
до
-
ступного
для
самостоятельного
освоения
персоналом
,
в
том
числе
выпускниками
профильных
вузов
.
По
результатам
кон
-
курсной
процедуры
был
заключен
договор
на
выполнение
опытно
-
конструкторской
работы
с
компанией
«
Механотроника
РА
»
на
тему
«
Разработка
программно
-
аппа
-
ратных
элементов
АСУ
активно
-
адаптив
-
ных
электроэнергетических
сетей
в
части
моделирования
функционирования
РЗА
».
Работа
выполнялась
с
сентября
2012
года
по
август
2013
года
.
Определен
объект
,
для
которого
должен
быть
разработан
про
-
граммный
комплекс
—
это
Варьеганский
РЭС
филиала
АО
«
Тюменьэнерго
»
Нижне
-
вартовские
электрические
сети
.
Руслан
КАЗАНИК
,
начальник
отдела
РЗА
ООО
«
Механо
троника
РА
»
Алексей
ПАНИЛОВ
,
заместитель
начальника
службы
РЗА
Тобольского
ТПО
филиала
АО
«
Тюменьэнерго
» —
Тюменские
рас
пределитель
ные
сети
Оборудование
Техсовет
61
В
ходе
выполнения
работ
«
Механотроникой
РА
»
было
:
–
разработано
и
согласовано
техническое
задание
;
–
разработаны
и
испытаны
программные
модули
комплекса
;
–
разработан
комплект
эксплуатационной
документации
;
–
в
программно
-
аппаратный
комплекс
«
ТКЗ
-
МТ
»
занесена
часть
сети
филиала
Нижневартовские
электрические
сети
,
в
объеме
Варьеганского
РЭС
;
–
изготовлен
и
поставлен
в
опытную
эксплуатацию
опыт
-
ный
образец
программно
-
аппаратного
комплекса
.
Аппаратная
часть
комплекса
включает
в
себя
сервер
.
Программная
часть
включает
программное
обеспечение
«
ТКЗ
-
МТ
».
ВОЗМОЖНОСТИ
КОМПЛЕКСА
Разработанный
комплекс
применим
в
сетях
напряжением
от
0,4
до
750
кВ
,
включая
распределительные
и
магистральные
сети
,
станции
(
включая
схемы
собственных
нужд
)
и
подстан
-
ции
,
и
выполняет
следующие
функции
:
1.
Расчет
режимов
,
а
именно
:
–
установившийся
нагрузочный
режим
,
при
котором
дви
-
гательная
нагрузка
работает
на
номинальных
оборотах
;
–
нагрузочный
режим
в
условиях
запуска
заданной
части
нагрузки
,
при
котором
часть
двигателей
заторможена
;
–
режим
короткого
замыкания
для
начального
момента
КЗ
,
при
этом
учитывается
подпитка
точки
КЗ
двигательной
нагрузкой
,
АРВ
генераторов
не
изменила
своего
состо
-
яния
;
–
установившийся
режим
короткого
замыкания
,
в
котором
двигатели
заторможены
,
АРВ
генераторов
изменила
свое
состояние
с
учетом
электрической
удаленности
выводов
генератора
от
точки
КЗ
.
Виды
КЗ
:
все
междуфазные
,
а
также
однофазные
и
двух
-
фазные
КЗ
на
землю
в
сети
с
заземленной
нейтралью
.
Точки
КЗ
могут
устанавливаться
в
узлах
сети
или
внутри
воздуш
-
ных
и
кабельных
линий
электропередачи
.
В
точке
КЗ
может
быть
введено
переходное
сопротивление
.
2.
Моделирование
функционирования
РЗА
:
–
при
заданном
положении
точки
КЗ
и
его
виде
(
анализ
аварии
);
–
автоматический
перебор
точек
и
видов
КЗ
в
заданном
фрагменте
сети
(
анализ
проекта
).
3.
Оценка
эффективности
системы
РЗА
в
режиме
реально
-
го
времени
—
автоматическое
выявление
возможных
на
-
рушений
в
действиях
РЗА
при
возникновении
аварийных
режимов
,
для
чего
через
систему
АСУ
производится
:
–
отслеживание
состояния
коммутационных
аппаратов
;
–
контроль
напряжений
в
узлах
и
перетоков
в
заданных
сечениях
.
ИНТЕРФЕЙС
РАБОТЫ
Удобство
работы
с
комплексом
обеспечено
следующими
факторами
:
1.
Работа
с
исходной
первичной
схемой
сети
,
при
этом
формирование
схем
замещения
и
нумерация
узлов
не
требуется
.
2.
Наличие
в
схемах
сети
управляемых
коммутационных
аппаратов
(
выключателей
,
разъединителей
),
а
также
трансформаторов
тока
и
напряжения
для
подключе
-
ния
устройств
РЗА
.
Дополнительно
необходимо
отме
-
тить
,
что
работа
с
комплексом
максимально
упрощена
благодаря
тому
,
что
схема
сети
задается
вводом
одно
-
линейной
схемы
объекта
и
указания
каталожных
(
или
паспортных
)
значений
электрооборудования
(
рису
-
нок
1).
На
основании
этой
информации
автоматически
составляется
схема
замещения
,
в
которой
учитыва
-
ются
схема
и
группа
соединения
силовых
трансфор
-
б
)
Рис
. 1.
Ввод
однолинейной
схемы
объекта
:
а
)
было
;
б
)
стало
а
)
62
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
4(7),
декабрь
2017
маторов
,
режимы
работы
нейтрали
.
Коридоры
взаи
-
моиндукции
ВЛ
учитываются
вводом
геометрических
параметров
коридора
(
расстояние
между
ВЛ
,
длина
коридора
).
3.
Автоматический
расчет
сопротивлений
прямой
,
обрат
-
ной
и
нулевой
последовательности
схем
замещения
по
каталожным
или
паспортным
параметрам
элемен
-
тов
сети
.
В
состав
комплекса
входит
каталог
силового
оборудования
,
в
том
числе
трансформаторов
,
авто
-
трансформаторов
,
токоограничивающих
реакторов
,
проводов
,
опор
и
т
.
д
.
При
расчете
сопротивления
трансформаторов
учитывается
рабочее
положение
отпайки
РПН
,
а
также
схема
и
группа
соединения
об
-
моток
и
режим
работы
нейтрали
трансформаторов
.
Сопротивления
воздушных
линий
электропередачи
могут
рассчитываться
на
основе
удельных
параме
-
тров
,
либо
с
учетом
схемы
подвески
фазных
проводов
и
грозозащитного
троса
на
опоре
с
вводом
геометри
-
ческих
параметров
и
типа
фазных
проводов
и
троса
.
4.
Автоматический
расчет
сопротивлений
взаимоиндук
-
ции
коридоров
сближенных
воздушных
линий
электро
-
передачи
и
их
учет
в
схемах
замещения
по
исходным
схемам
трасс
линий
электропередачи
.
Для
наглядности
схема
коридора
представлена
в
графическом
виде
(
ри
-
сунок
2).
Расчеты
проводятся
методом
симметричных
состав
-
ляющих
.
Рассчитываются
синусоидальные
принужденные
(50
Гц
)
составляющие
электрических
величин
.
Результатом
расчета
являются
симметричные
состав
-
ляющие
токов
и
напряжений
прямой
,
обратной
и
нулевой
последовательностей
,
а
также
фазные
электрические
ве
-
личины
всех
фаз
.
Сопротивления
схем
замещения
,
а
также
получаемые
в
результате
расчета
электрические
величины
представлены
комплексными
значениями
:
для
сопротив
-
лений
—
активные
и
реактивные
составляющие
;
для
токов
и
напряжений
—
модули
и
фазы
.
МОДЕЛИРОВАНИЕ
РЗА
Моделирование
работы
РЗА
обеспечено
вводом
в
програм
-
му
моделей
отдельных
устройств
и
/
или
функций
РЗА
.
Так
,
принцип
работы
базовых
функций
РЗА
(
МТЗ
,
ЗМН
,
АПВ
,
АВР
…)
одинаков
при
реализации
в
микропроцессорных
тер
-
миналах
РЗА
разных
производителей
и
на
электромехани
-
ческой
базе
.
В
моделях
устройств
РЗА
реализована
логика
работы
на
основании
информации
,
представленной
заво
-
дом
-
изготовителем
,
с
сохранением
названий
аналоговых
и
временных
уставок
,
программных
ключей
,
особенностей
работы
функций
.
В
ходе
настройки
схемы
сети
выполняется
привязка
моделей
РЗА
к
точкам
замера
(
имитация
трансформаторов
Рис
. 2.
Задание
параметров
воздушной
линии
с
коридорами
взаимоиндукции
Техсовет
63
Рис
. 3.
Моделирование
работы
релейной
защиты
при
замыкании
на
линии
110
кВ
тока
и
напряжения
)
и
силовым
выключателям
,
осуществля
-
ется
параметрирование
модели
РЗА
в
соответствии
с
реаль
-
ными
уставками
.
В
ходе
моделирования
работы
РЗА
выполняется
расчет
параметров
предаварийного
(
нагрузочного
)
режима
и
режи
-
ма
КЗ
.
Рассчитанные
токи
и
напряжения
используются
как
входные
данные
для
моделей
РЗА
.
В
случае
принятия
ре
-
шения
о
срабатывании
какой
-
либо
защиты
отключаются
вы
-
ключатели
,
подключенные
к
модели
РЗА
,
и
для
изменивше
-
гося
режима
работы
сети
проводится
новый
расчет
режима
.
Так
происходит
до
полного
отключения
КЗ
или
отказа
сраба
-
тывания
защит
в
заданном
варианте
КЗ
.
По
окончании
мо
-
делирования
выдается
заключение
о
корректности
работы
РЗА
либо
фиксируется
факт
отказа
или
неселективной
рабо
-
ты
защиты
(
рисунок
3).
Также
пользователю
предоставляет
-
ся
подробный
журнал
моделирования
РЗА
с
отображением
на
временной
шкале
фактов
пусков
и
срабатывания
защит
,
работы
электроавтоматики
и
т
.
д
.
Автоматически
проводится
расчет
коэффициента
чувствительности
.
Режимы
работы
контролируемой
сети
(
положение
вы
-
ключателей
,
отпаек
РПН
трансформаторов
и
т
.
д
.)
коррек
-
тируются
пользователем
,
либо
вводятся
автоматически
при
подключении
комплекса
«
ТКЗ
-
МТ
»
к
системе
АСУ
.
Связь
с
системами
АСУ
ТП
и
телемеханики
осуществляется
по
протоколу
МЭК
60870-5-104.
ОПЫТ
ВНЕДРЕНИЯ
КОМПЛЕКСА
Работа
по
созданию
комплекса
«
ТКЗ
-
МТ
»
была
завершена
в
третьем
квартале
2013
года
.
Оценка
проделанной
работе
была
дана
на
Техническом
совете
АО
«
Тюменьэнерго
».
Вы
-
полненная
работа
была
признана
эффективной
.
При
оценке
результатов
работы
Техническим
советом
АО
«
Тюмень
-
энерго
»
было
принято
решение
продолжить
работу
по
вне
-
сению
в
базу
разработанного
комплекса
данных
всей
сети
филиала
АО
«
Тюменьэнерго
»
Нижневартовские
электриче
-
ские
сети
(4
РЭС
)
и
сети
Тобольского
территориального
про
-
изводственного
объединения
(
ТПО
)
филиала
АО
«
Тюмень
-
энерго
» —
Тюменские
распределительные
сети
.
В
мае
2015
года
специалистами
«
Механотроника
РА
»
данная
работа
была
завершена
в
филиале
АО
«
Тюмень
-
энерго
»
Нижневартовские
электрические
сети
.
Объем
схе
-
мы
составил
более
8000
узлов
.
Время
расчета
тока
КЗ
на
данной
схеме
на
обычном
офисном
компьютере
составляет
порядка
6
секунд
.
Время
анализа
проекта
РЗА
в
полной
сети
составляет
порядка
40
минут
.
В
августе
2015
года
специалистами
«
Механотроника
РА
»
была
завершена
работа
по
вводу
в
программный
комплекс
«
ТКЗ
-
МТ
»
сети
Тобольского
ТПО
филиала
АО
«
Тюмень
-
энерго
» —
Тюменские
распределительные
сети
с
детализа
-
цией
до
10
кВ
.
В
2016
году
данная
схема
была
расширена
до
шин
0,4
кВ
трансформаторных
подстанций
.
Таким
образом
64
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
4(7),
декабрь
2017
была
охвачена
вся
распределительная
сеть
0,4/6(10)/35
кВ
Тобольского
ТПО
филиала
АО
«
Тюменьэнерго
» —
Тюмен
-
ские
распределительные
сети
(
Тобольский
РЭС
,
Вагайский
РЭС
,
Высоковольтный
РЭС
).
В
соответствии
со
спецификой
работы
филиалов
в
фи
-
лиале
АО
«
Тюменьэнерго
»
Нижневартовские
электрические
сети
комплекс
«
ТКЗ
-
МТ
»,
в
первую
очередь
,
используется
для
анализа
работы
РЗА
при
устранении
повреждений
в
се
-
тях
110–220
кВ
и
анализа
проектных
расчетов
устройств
РЗА
реконструируемых
объектов
.
В
Тобольском
ТПО
филиала
АО
«
Тюменьэнерго
» —
Тюменские
распределительные
сети
комплекс
«
ТКЗ
-
МТ
»
используется
для
анализа
возможности
использования
ре
-
монтного
режима
по
условиям
падения
напряжения
до
шин
потребителя
и
корректности
функционирования
РЗА
.
До
вне
-
дрения
комплекса
данная
задача
выполнялась
вручную
,
что
занимало
массу
времени
и
требовало
особой
внимательности
при
проведении
анализа
.
Комплекс
«
ТКЗ
-
МТ
»
в
автоматиче
-
ском
режиме
оценивает
селективность
и
чувствительность
работы
РЗА
при
повреждениях
в
указанной
оператором
точ
-
ке
.
По
результатам
работы
комплекса
служба
РЗА
выдает
заключение
о
возможности
существования
ремонтного
режи
-
ма
либо
корректирует
уставки
на
время
ремонта
.
Например
,
в
нормальном
режиме
ПС
«
Дубровное
»
запитана
от
ПС
«
Ак
-
сурка
»
через
линию
35
кВ
(
рисунок
4),
а
в
ремонтном
—
через
длинную
линию
10
кВ
с
большим
количеством
отпаек
.
Существует
успешный
опыт
решения
задачи
опреде
-
ления
места
повреждения
методом
итерационного
расчета
(
прогон
точки
КЗ
вдоль
ВЛ
и
сравнения
результата
расче
-
тов
с
показаниями
фиксирующих
приборов
).
Точка
КЗ
была
определена
с
точностью
до
нескольких
сотен
метров
.
Ве
-
дется
работа
по
согласованию
зависимых
время
-
токовых
характеристик
защит
с
использованием
автоматического
по
-
строения
карты
селективности
в
среде
комплекса
«
ТКЗ
-
МТ
».
По
итогам
опытно
-
промышленной
эксплуатации
2015–
2017
годов
программно
-
аппаратного
комплекса
«
ТКЗ
-
МТ
»
в
филиалах
АО
«
Тюменьэнерго
»
Нижневартовские
элек
-
трические
сети
и
Тюменские
распределительные
сети
уста
-
новлено
,
что
комплекс
«
ТКЗ
-
МТ
»
является
перспективным
инструментом
для
выполнения
расчетов
РЗА
и
может
быть
рекомендован
к
применению
в
электрических
сетях
:
–
для
оценки
возможности
существования
ремонтных
режимов
по
критерию
корректности
работы
РЗА
;
–
для
согласования
защит
с
зависимыми
время
-
токовыми
характеристиками
;
–
для
повышения
качества
анализа
проектов
РЗА
;
–
для
повышения
достоверности
анализа
функционирова
-
ния
РЗА
при
ликвидации
аварий
;
–
для
выявления
проблемных
мест
в
эксплуатируемых
комплексах
РЗА
.
Эффект
от
внедрения
комплекса
«
ТКЗ
-
МТ
»
заключается
:
–
в
снижении
затрат
на
анализ
проектов
РЗА
;
–
в
снижении
затрат
на
отладку
РЗА
;
–
в
устранении
условий
ложного
срабатывания
РЗА
;
–
в
сокращении
времени
и
затрат
на
ликвидацию
аварий
-
ных
ситуаций
на
защищаемом
объекте
;
–
в
предотвращении
лавинообразного
развития
аварийной
ситуации
.
Рис
. 4.
Анализ
работы
РЗА
в
ремонтных
режимах
НОРМАЛЬНЫЙ
РЕЖИМ
РЕМОНТНЫЙ
РЕЖИМ
Техсовет
Оригинал статьи: Опыт внедрения в АО «Тюменьэнерго» программно-аппаратного комплекса «ТКЗ-МТ» для расчетов токов КЗ и моделирования работы РЗА
В статье рассмотрены результаты опытно-промышленной эксплуатации и преимущества внедрения программно-аппаратного комплекса «ТКЗ-МТ» для моделирования функционирования работы устройств РЗА, разработанного компанией «Механотроника РА» в результате реализации опытно-конструкторской работы для АО «Тюменьэнерго».
