Контроль и регистрация параметров электроэнергетической системы при переходном процессе в режиме реального времени

 

 

 

 

 

4. ТИПОВАЯ ЗАПИСЬ ПЕРЕХОДНОГО  ПРОЦЕССА

На графике 2 показаны результаты формы колебаний сигнала при опыте по моделированию КЗ на напряжении 500кВ с последовательно включенными емкостями, проведенном в 2003 году. Данные получали, используя оптические ТН и ТТ и систему записи данных, обрабатывая 100,000 выборок в секунду (В/с). Формы кривых напряжения и тока через металло-оксидный варистор (МОВ), а также форма колебания кривой тока КЗ показаны на графике 2(а). На графике 2(б) показаны первичный ток КЗ и ток вторичной дуги, продолжающийся некоторое время после отключения повреждения. График 2 дает ясное представление о преимуществе широкополосной (постоянный ток) характеристики оптических ТН и ТТ для фиксации всех ПП и явлений непромышленной частоты (50 или 60 Гц).

График 2 Опыт моделирования КЗ на напряжении 500кВ с последовательно включенными емкостями: (а) МОВ напряжение и ток, и ток КЗ; (б) первичный ток КЗ и ток вторичной дуги

Графики 3 и 4 показывают запись формы  колебаний, сделанной при переключении линии 500кВ на подстанции BC Hydro’s Ingledow зимой 2011 года. Данные были получены с ТН и ТТ и оптического ТН на линии и ТН и ТТ на шине выключателя. График 3 показывает отключение линии и необычное затухание напряжения, зафиксированного ТН и ТТ, также как и затухание постоянного напряжения, оставшегося после отключения линии. Однако оптические ТН не показывают никаких аномалий и передают форму захваченного заряда (существенное увеличение захваченного заряда обусловлено взаимодействием фаз и параллельными линиями под напряжением).

График 4 показывает подобные формы  колебаний при включении той  же самой линии. График 4(б) дает возможность  лучше понять, как характеристика ПП в ТН и ТТ отрицательно влияет на результаты в процессе переключения. Переходную характеристику можно представить вполне в комплексном виде. Главной причиной такого поведения является резонанс между емкостным сопротивлением делителя и индуктивностью компенсирующего реактора. Главными факторами, влияющими на переходную характеристику ТН и ТТ, являются: величина емкости делителя, сопротивление нагрузки, тип феррорезонансной цепи (активная против пассивной) и форма кривой входного сигнала. За более подробной информацией обращайтесь к ссылкам [12] и [13].

Данные были получены путем использования  BC Hydro регистрирующих устройств, обрабатывающих 24000 В/с. Данные с оптических ТН и ТТ, показанные на графиках 2-4, были получены с их низкоэнергетического аналогового  вывода (<10В). Оптическое устройство, предназначенное для сбора данных, показанных на графиках 3 и 4, имеет отдельный на 115В и 1А расчетный интерфейс для соединения с системой коммерческого учета электроэнергии.

График 3 Запись формы колебаний, сделанной при переключении линии 500кВ на подстанции BC Hydro’s Ingledow зимой 2011 года. Данные были получены при обработке 24,000 В/с

График 4 Запись формы колебаний, сделанной при переключении линии 500кВ на подстанции BC Hydro’s Ingledow зимой 2011 года. Данные были получены при обработке 24,000 В/с (б) показывает наложение дополнительных колебаний ТН и ТТ за первые миллисекунды после повторного включения

Запись формы колебательного сигнала  показывает некоторые особенности  оптических ТН и ТТ , демонстрируя соответствие записи ПП. Все же данные устройства записи и интерфейс были разработаны  для более узкого диапазона частот (<40кГц), поэтому более быстрые  ПП не были фиксированы.

5. ПРЕДЛОЖЕННОЕ УСТРОЙСТВО  ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПП  В СИСТЕМАХ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Фиксация формы колебания сигнала  с широким диапазоном частот имеет  практическую значимость при управлении коммутациями реактивного оборудования на ЛЭП сверхвысокого напряжения (обнаружение высокочастотных явлений и колебаний), при утверждении методов изучения электромагнитных ПП, а также для обнаружения КЗ и его места в схеме. Оптические сенсорные системы могу производить измерения в большом спектре частот, однако, изначально, электронные интерфейсы с оптическими ТН и ТТ были разработаны только для проведения стандартных измерений, релейной защиты контроля качества энергии, оперируя на частоте всего лишь до нескольких кГц. Характеристики оптических сенсоров для измерения сигнала постоянного тока, также как и сигналов, имеющих длительность фронта импульса более 0.1 мс, были рассмотрены ранее [1]-[2]. Другими словами, было рассмотрено применение оптических сенсоров для измерения сигналов напряжения и тока в ЭЭС на диапазоне частот от нуля до нескольких МГц. Мы предлагаем устройство, где оптический сенсор может быть использован как по стандартным функциям, так и на широком спектре частот. На рисунке 5 представлена схема предложенного устройства. Электроника, связанная с оптическим сенсором, может быть разработана с несколькими независимыми выходами, каждый из которых будет настроен на параметры различных частот и уровней сигналов. Выходной интерфейс использует принятые приложения, работающие на частотах до 5 кГц, и отвечают многим национальным и международным стандартам (например, IEEE C37.92 или IEC 60044-7/8для аналогового интерфейса и IEC 61850-9-2 и IEC 61869-9 для цифрового интерфейса). Эта стандартная база интерфейсов упрощает их внедрение в общепринятую систему защиты, измерения и контроля, при поддержании системы высокой готовности. Все же, эти интерфейсы скрывают сигналы постоянного тока и высокой частоты (>10кГц). Мы предлагаем создание раздельного выходного интерфейса на электронном корпусе оптического сенсора для обеспечения записи ПП в широком диапазоне частот (например, более МГц). В целях фиксации сверхбыстрых ПП выходной интерфейс, соединенный с оптической сенсорной системой и записывающим устройством, выбирают с пропускной способностью более 2МГц. Эти широкополосные интерфейсы (аналоговые или цифровые) могут быть соединены с прибором высокоскоростного сбора данных, улучшенными электронным устройствами для записи ПП, развития новых методов и проведения опытов (например, высокоточное определение места КЗ с помощью бегущей волны). В оптимальном случае, все эти устройства должны быть синхронизированы точнее, чем 1мс, с помощью Глобальной Системы Навигации. Сенсорная система может использовать один набор оптических чувствительных элементов вне помещения подстанции (показано слева на рисунке 5) и высокоскоростную систему передачи данных с внутренней стороны корпуса оптического сенсора, однако отдельный выходной интерфейс для стандартных и высокоскоростных измерений имеет следующие преимущества:

• Более низкий уровень шума на стандартном выходе (имеется фильтрация сигнала на более точный диапазон рабочих частот)
• Оптимизированный расчетный уровень сигнала и отношение сигнал-шум
• Лучшая системная надежность и эксплуатационная надежность в релейной защите и коммерческом учете электроэнергии
• Легкость в обслуживании и возможность внедрения новых технологий

График 5 Предлагаемая схема соединений, используя оптические ТН и ТТ для применения стандартных и широкополосных приложений одновременно

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. ОБОБЩЕНИЕ И ВЫВОДЫ

В данной статье мы обсудили использование  оптических измерительных трансформаторов  для записи ПП и для перспективного применения высоких скоростей в  ЭЭС. Далее приведен список примеров потенциальных приложений, которые буду работать эффективно (или еще эффективнее) при высокоскоростном измерении напряжения и тока:

1. Точное определение места КЗ при помощи бегущей волны

• Данная система будет по-новому применять широкополосные сенсоры напряжения и тока, и заменять существующее дорогое оборудование (например, отвод тока, кабель с двойным экранированием и так далее), использующееся в методике бегущей волны

2)    Обнаружение КЗ при  помощи бегущей волны

• Предполагаемая система имеет возможность обходить цепь последовательно включенных емкостей в зависимости от повреждений ЛЭП

3)    Переключение точки КЗ на кривых тока и напряжения

• Данная система обеспечивает точное представление об использовании захваченного заряда в некомпенсированной ЛЭП для уменьшения перенапряжения при быстродействующем повторном включении
• Форма колебаний предложенной системы обеспечивает представление о шунтирующем реакторе для компенсации ЛЭП непромышленной частоты переменного напряжения в целях уменьшения коммутационных перенапряжений при быстродействующем повторном включении

4)    Оценка ПП при коммутации

• Форма колебаний будет соответствовать:

• ПВН после отключения КЗ по сравнению с нормируемой величиной
• ПП при повторном включении ЛЭП
• ПП в шунтирующей батарее конденсаторов

• Записанная форма ПП позволит проверять на деле программы по моделированию ПП и применение ОПН

Предложенная система применения оптических сенсоров позволит одновременно использовать быстродействующие приложения наряду с устройствами с узким  диапазоном частот, при этом обеспечивая  высокую надежность и эксплуатационную готовность традиционных приложений. Это станет новым шагом развития контроля и защиты ЭЭС с точки зрения рентабельности и устойчивости. Электроника в комбинации с оптическими сенсорами является многофункциональной, может постоянно улучшаться и развиваться, пока средства в разработку сенсорных элементов будут инвестироваться.

 

 

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ

[1] F. Rahmatian and D. F. Peelo, «Использование оптических измерительных трансформаторов для тестирования высокого напряжения» 43 международная конференция по большим энергетическим системам, август, 22-27, 2010

[2] F. Rahmatian, «Постоянный ток и  широкополосное приложение оптических  ТН и ТТ при передаче электроэнергии»  42 Международная конференция по  большим энергетическим системам, август, 24-29, 2008

[3] F. Rahmatian, D. Peelo, G. Polovick, B. Sunga, and J. Lehtimaki, «Оптические ТН и ТТ при применении батарей конденсаторов при сверхвысоких напряжениях», 2005

[4]  F. Rahmatian, J. Blake, C. Glasow, D.F. Peelo, G. Polovick,  B. Sunga, «Применение сенсоров переменного и постоянного тока при компенсации при сверхвысоких напряжениях», 2007

[5] Международная электротехническая комиссия, ГОСТ 60071 «Контроль изоляции», части 1,2

[6] B.L. Avent, D.F. Peelo and J.H. Sawada, «Применение выключателей на ЛЭП 500кВ с МОВ, защищаемой цепи конденсаторных батарей », 2022

[7] Институт инженеров электротехники и электроники, ГОСТ С37.011

[8] Международная электротехническая комиссия, ГОСТ 60099-5

[9] R.P.P. Smeets and D.F Peelo, «Переключения индуктивной нагрузки», ГОСТ62271-110, 2008

[10] Специальная брошюра Международной конференции по большим энергетическим системам №305, октябрь, 2006

[11] A. Yariv, «Оптическая электроника», Оксфорд, 1990

[12] A. P. Meliopoulos, F. Zhang, S. Zelingher, G. Stillmam, G. J. Cokkinides, L. Coffeen, RBurnett, J. McBride, «Уровень измерительных трансформаторов и запись переходных процессов для гармонических измерений», июль, 1993

[13] L. Kojovic, M. Kezunovic and C.W. Fromen, «Новый метод анализа емкостного трансформатора напряжения с использованием измерения параметров поля, обработки сигналов и моделирования переходных процессов», октябрь, 1994