Мақалада авторлар 35/10 кВ қосалқы станциялардағы режимдер мен жағдайларды ток арқылы диагностикалау мүмкіндігін және логикалық алгебраны релелік қорғаныста қолдану мүмкіндігін көрсетеді.
Түйін сөздер: техникалық диагностика, логикалық алгебра, релелік қорғаныс.
В статье авторы показывают возможность диагностирования режимов и ситуаций на подстанциях 35/10 кВ по току и возможности применения алгебры логики в релейной защите.
Ключевые слова: техническая диагностика, алгебра логики, релейная защита
Қазіргі заманғы автоматты басқару жүйелері ұдайы күрделену үстінде және олардың саны тез қарқынмен өсіп жатыр. Осыған байланысты жүйелерді жасау, сақтау және қолдану барысында профилактикалық қызмет көрсету кезінде дұрыс бақылауды ұйымдастыру мәселесі маңызды рөл атқарады.
Нақты бір жүйені тексеру бағдарламаларын жасау оның ерекшеліктерін зерттеуді, жүйе элементтерін бөліп, арасындағы байланысты анықтауды, пайда болу мүмкін ақаулықтарды анықтап, жүйе күйін зерттеуді және т. б. қажет етеді. Осы кезде әдістер мен тәсілдердің мүмкіндігінше аз түрін қолданып, әр түрлі жүйелерді зерттеу үшін бір математикалық аппаратты қолданған жөн. Техникалық диагностика әдістері әр түрлі мәселелерді шешуде маңызды орын алды [1].
Электрлік жүйенің күйі туралы ақпарат алу тәсілдерін [2, 3] анализдеу оларды токтар бойынша оңай ажыратуға болатының көрсетті.
Электр торабының режимдерін сипаттайтын электрлік параметрлердің бірі болып ток шамасы табылады. Мысалы, қалыпты режим жұмыс тогының шамасымен сипатталады, апатты режим — қысқа тұйықталу тогымен, ал электр торап элементінің ажыратылған күйі — токтың нолдік шамасымен. Қосалқы станциядағы қысқа тұйықталу орнына байланысты ток шамасы нолдік шамадан бастап қысқа тұйықталу тогының шамасына дейін өзгереді. Мысалы, 1а суретіне сәйкес шықпалы желідегі қысқа тұйықталу кезінде қысқа тұйықталу тогы желіде және трансформатордың ЖК мен ТК кірмелерінде өтеді.
Қосалқы станциядағы қысқа тұйықталу орнына байланысты ток шамасының бір уақытта күрт өсуінің әр түрлі санын байқауға болады. Егер ток шамасының бір уақытта үш күрт өсуі байқалса, онда бұл шықпалы желідегі қысқа тұйықталуға сәйкес келеді.
Алынған ток шамасының өзгеру диаграммаларына сүйене отырып (1 сурет) 35/10 кВ қосалқы станцияларында пайда болатын апатты жағдайларды анықтау мүмкіндігін қарастырып көрейік.
Сурет 1. Қосалқы станцияның әр түрлі нүктелерінде қысқа тұйықталу болған кездегі токтың өзгеру диаграммалары
1 кестеде мұндай диагностика нәтижелері келтірілген. і-нші жағдайдың j-нші белгінің болуы «1» белгісімен, ал болмаған кезде «0» белгісімен белгіленеді. Бұл кестеден әр жағдайға кодтық сан, яғни белгілер номерлерінің реті, сәйкес келетіні көрініп тұр.
Кестеде көрсетілген тексеріліп отырған жағдайларды релелік қорғаныс іске қосылатын жағдайлармен салыстырайық. Релелік қорғаныс қысқа тұйықталу болған кезде іске қосылатыны белгілі.
Релелік қорғанысқа қойылатын талаптарды ескере отырып, бұл жағдайдың алдында желіде режимдер мен күйлердің қалыптасқан реттегі ауысуы өту керек екендігін байқауға болады, яғни: қалыпты режимнен кейін апатты режим, ал содан кейін ажыратылу болу керек.
Жоғарыда жасалған анализ негізінде токты тексеру арқылы қосалқы станцияда қысқа тұйықталу болған жерді анықтауға болады деген қорытынды жасауға болады.
Кесте 1
35/10 кВ қосалқы станцияның қорғаныстың күйін тексеру кестесі
|
Жағдайдың аталуы |
ЖК шиналарындағы жұмыс тогы |
шамасы жұмыс тогынан артық желідегі ток |
шамасы жұмыс тогынан артық ТК шиналарындағы ток |
шамасы жұмыс тогынан артық ЖК шиналарындағы ток |
Кодтық сан |
|
Белгі номері |
|||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
шықпалы желідегі қ.т. |
1 |
1 |
1 |
1 |
4 |
|
күштік трансформатордың ТК жағындағы қ.т. |
1 |
0 |
1 |
1 |
3 |
|
күштік трансформатордың ЖК жағындағы қ.т. |
1 |
0 |
0 |
1 |
2 |
Бұл кестеде i-ші жағдайда j-ші симптомның болуы «1» белгісімен, болмауы «0» белгісімен белгіленеді. Кестеден әр жағдайдың код санына — симптом нөмірлерінің реттілігі сәйкес келетінін көруге болады.
Дискретті автоматтарды құрудағы маңызды қадам — олардың құрылымын оңтайландыру, яғни үнемді техникалық іске асыру.
Бірінші кезеңде, осы құрылғы шешуі керек міндеттер негізінде, жұмыс жағдайлары мен оларды дамыған құрылғының көмегімен іске асыру мүмкіндіктері анықталады. Бірінші кезеңнің нәтижесі-автоматты құрылғыны стандартты әдістердің бірі, мысалы, қосу және өту кестелері түрінде орнату.
Екінші кезеңде автоматты құрылғы екі бөліктен тұратын құрылғы ретінде қарастырылады: логика және жады. Екінші кезеңнің нәтижесі — берілген жұмыс жағдайларын орындайтын және сонымен бірге ішкі күйлердің ең аз саны бар автоматты құрылғының қосылу немесе ауысу кестесі.
Үшінші кезең — автоматтың ішкі күйлері мен оның жад элементтерінің күйлері арасындағы сәйкестікті орнату, ол кодтау деп аталады. Кодтау нәтижесінде ішкі күйлер жады элементтерінің ішкі күйлерінің тіркесімімен ауыстырылады.
Төртінші кезең автоматты құрылғының құрылымдық синтезіне арналған, онда комбинациялық дискретті автоматтар үшін белгілі минимизация және синтез әдістерін қолдана отырып, таңдалған элементтер жүйесіндегі автоматты құрылғының комбинациялық бөлігі синтезделеді.
Автоматты құрылғыларды оңтайландырудың белгілі әдістерінен [4] бұл жағдайда мәселені шешудің барысын нақты бақылауға мүмкіндік беретін кесте әдісі қабылданды.
Қосу кестесі қабылдау және аралық элементтердің күйлерінің комбинацияларын және дискретті уақыттың кез келген сәтінде көп сатылы релелік құрылғының атқарушы элементтерінің сәйкес күйлерін анықтайды. Құрылғының бүкіл циклі бір-бірінен кейінгі циклдарға бөлінеді. Әрбір тактіде қабылдау және аралық элементтердің жай — күйі + немесе 1 (элемент қосулы) және — немесе 0 (элемент өшірулі) символдарымен, ал атқарушы элементтердің тізбектерінің жай-күйі 1 (тұйықталған тізбек) және 0 (ашық) символдарымен белгіленеді. Құрылғының тактіден тактіге ауысуы қабылдау және аралық элементтердің күйлерін өзгерту арқылы жүзеге асырылады.
2 суретке сәйкес 35/10 кВ қосалқы станцияны қорғаудың математикалық моделі келесідей жұмыс істейді:
— бастапқы күйде қабылдау және аралық элементтер өшіріліп, атқарушы элементтердің тізбектері ашық; А 1 және А 4 сигналдарын бір уақытта беру кезінде Y 1 уақыт элементі қосылады, 1 секундқа тең уақыттан кейін осы элементтен шыққан сигнал оның шығысында үнемі кезекшілік етеді;
— А 1 сигналын беру кезінде Х 1 аралық элементі қосылады және Z 1 атқару элементінің тізбегі жабылады;
— А 1 және А 2 сигналдарын бір уақытта беру кезінде Х 2 аралық элементі және Y 2 уақыт элементі қосылады, Х 2 аралық элементіндегі сигнал Z 2 атқару элементінің тізбегін жабады, ал Y 2 уақыт элементіндегі сигнал Z 1 атқару элементінің тізбегін жабады;
— А 1 , А 2 және А 3 сигналдарын бір уақытта беру кезінде Х 3 аралық элементі және Y 2 уақыт элементі қосылады, Х 3 аралық элементіндегі сигнал Z 3 атқару элементінің тізбегін жабады, ал Y 2 уақыт элементіндегі сигнал Z 2 атқару элементінің тізбегін жабады.
Сурет 2. 35/10 кВ қосалқы станцияны қорғаудың математикалық моделі
Бұл жағдайда келесілер қабылданады: А 1 — бұл электр трансформаторының жоғары кернеуінің кірісіне орнатылған қысқа тұйықталу тогының датчигінен шыққан сигнал; А 2 — электр трансформаторының төмен кернеуінің кірісіндегі қысқа тұйықталу тогының датчигінен шыққан сигнал; А 3– 10 кВ шығыс желісінде орнатылған қысқа тұйықталу тогының датчигінен сигнал; А 4 — электр трансформаторының жоғары кернеуінің кірісіне орнатылған жұмыс тогының датчигінен шыққан сигнал. Z 1 , Z 2 , Z 3 атқарушы элементтері-күш трансформаторының жоғары және төмен кернеулерінің кіріс қосқыштары, сондай-ақ сәйкесінше шығыс желісі. X 1 , Х 2 , Х 3 аралық элементтері-токтың тіркелген лақтыруларының санына байланысты қосалқы станцияның тиісті ажыратқышына (атқарушы элементіне) әсер ететін қорғаныстың логикалық бөлігі. Y 1 , Y 2 уақыт элементтері-уақыт экспозициясының элементтері.
Берілген сөз тұжырымы негізінде құрылған қосу кестесі 2 кестеде келтірілген.
Кесте 2
35/10 кВ қосалқы станцияны қорғау құрылғысын қосу кестесі
|
Элементтер, олардың салмағы мен тізбегі |
Тактілер |
||||||||||
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
||
|
2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 |
А 1 А 2 А 3 А 4 Х 1 Х 2 Х 3 Y 1 Y 2 |
- — — — — — — — — |
+ — — + — — — — — |
+ — — + — — — + — |
+ — — + + — — + — |
+ + — + — — — + — |
+ + — + — + — + — |
+ + — + — + — + + |
+ + + + — — — + — |
+ + + + — — + + — |
+ + + + — — + + + |
|
Fx 1 Fx 2 Fx 3 Fy 1 Fy 2 Fz 1 Fz 2 Fz 3 |
0 0 0 0 0 0 0 0 |
0 0 0 1 0 0 0 0 |
0 0 0 1 0 0 0 0 |
1 0 0 1 0 1 0 0 |
0 1 0 1 0 0 0 0 |
0 1 0 1 1 0 0 0 |
0 1 0 1 1 0 1 0 |
0 0 1 1 0 0 0 0 |
0 0 1 1 1 0 0 0 |
0 0 1 1 1 0 0 1 |
|
|
Күйлердің салмағы |
0 |
9 |
137 |
153 |
139 |
171 |
427 |
143 |
207 |
463 |
|
Кесте дискретті уақыттағы элементтер әрекетінің реттілігін көрсетеді. Бастапқы күйде барлық аралық және қабылдау элементтері өшірілген (салмағы 0), ал аралық және атқарушы элементтердің барлық тізбектері ашық. Бұл тұрақты әдептілік. А 1 және А 4 сигналдарын бір уақытта беру кезінде Y 1 элементінің тізбегі жабылады (салмағы 9), бірақ бұл күйдегі элемент қосылмаған. Y 1 элементі келесі сәтте қосылады және Х 1 элементінің тізбегін жабады (салмағы 137). Содан кейін Х 1 элементі қосылады және Z 1 атқарушы элементінің тізбегі жабылады (салмағы 153). Бұл күйде құрылғы қабылдау элементінің күйі өзгергенге дейін болады, сондықтан ол тұрақты сағат болып табылады.
Схеманы А 4 -ке қосқаннан кейін және Y 1 аралық элементінің шығысында тұрақты сигналдар болады. A1 және A2 сигналдарын бір уақытта беру кезінде Х 2 элементінің тізбегі жабылады (салмағы 139), бірақ бұл күйдегі элемент қосылмаған. Х 2 элементі келесі сәтте қосылады және Y 2 аралық элементінің тізбегін жабады (салмағы 171). Содан кейін Y 2 элементі қосылады және Z 2 атқару элементінің тізбегі жабылады (салмағы 427).
А 1 , А 2 және А 3 сигналдарын бір уақытта беру кезінде Х 3 элементінің тізбегі жабылады (салмағы 143), бірақ бұл күйдегі элемент қосылмаған. Х 3 элементі келесі сәтте қосылады және Y 2 аралық элементінің тізбегін жабады (салмағы 207). Содан кейін Y 2 элементі қосылады және Z 3 атқару элементінің тізбегі жабылады (салмағы 463).
Әзірленген құрылғының барлық циклдарындағы күйлердің салмағы әртүрлі мағынаға ие болғандықтан, бұл қосу кестесі жүзеге асырылады.
Қазіргі релелік схемалар теориясының негізгі математикалық аппараты-логика алгебрасы немесе логикалық алгебра [43]. Бұл алгебрада барлық тәуелсіз айнымалылар немесе функциялар тек екі мәнді қабылдай алады: 0 және 1 («жалған» және «ақиқат»).
35/10 кВ қосалқы станцияны қорғау құрылғысында
Іске асырылатын қосу кестесін алғаннан кейін релелік құрылғының құрылымдық синтез кезеңі басталады.
Аралық және атқарушы элементтердің әрқайсысы үшін құрылымдық формулаларды өрнек арқылы тікелей қосу кестесі негізінде алуға болады [43]:
мұндағы
Өрнек (1) ыңғайлы, өйткені оны қолданған кезде элементтердің күйін тек екі циклде жазу жеткілікті — іске қосу және босату. Егер қандай да бір элементте қосу кестесі бойынша бірнеше іске қосу және босату циклдары болса, онда (13) өрнегінде Х элементін қосу және ажыратудың барлық циклдары үшін
Жоғарыда келтірілген енгізу кестесіне сүйене отырып, біз әрі атқарушы және аралық элемент үшін құрылымдық формулаларды жазамыз:
Z
1
атқарушы элементі үшін:
Z
2
атқарушы элементі үшін:
Z
3
атқарушы элементі үшін:
X1 аралық элементі үшін:
X2 аралық элементі үшін:
X3 аралық элементі үшін:
Y1 аралық элементі үшін:
Y2 аралық элементі үшін:
Атқарушы және аралық элементтердің жай-күйі олардың тізбектерін құрылымдық формулалар бойынша есептеу арқылы анықталады.
Мысал ретінде кестенің екінші бағанын қарастырамыз (бірінші такті). Бұл циклде A1 және A4 сигналдары бір уақытта беріледі.
Қалған қабылдау элементтері өшірулі, олардың жабық түйіспелерінің өткізгіштігі 0, ал ашылатындар 1-ге тең.
Алынған мәндерге сүйене отырып, кестенің екінші бағанында Z 1 , Z 2 және Z 3 жолдарында нөлдер қойылады.
Екінші бағанның аралық элементтерін қарастырамыз.
Алынған мәндердің негізінде кестенің екінші бағанында нөлдер X 1 , X 2 , X 3 , Y 2 жолдарында және Y 1 жолындағы бірлік қойылады.
Жоғарыда алынған құрылғының құрылымдары оның негізін анықтады, яғни аралық элементтердің оптимал саны мен қосылу сұлбасы жасалды.
Алгоритм құрудың мақсаты — алынған құрылғының құрылымдарын алгоритмдердің құрылымдық сұлбаларына дейін түрлендіру.
3 суретте 35/10 кВ қосалқы станцияның қорғанысының алгоритмі бейнеленген.
Қорғаныс өзіне жүктелген міндеттерін орындау үшін келесі операциялар орындалу қажет:
- Күштік трансформатор қосылған кездегі магниттелу токтары шамаларының күрт өсуін тіркеу (0 I I қ.т. ).
- Қосалқы станцияның ЖК жағында қысқа тұйықталу болған кезде (I = I қ.т. ) оны қосалқы станцияның ЖК шиналарында орнатылған қысқа тұйықталу токтарының датчиктері көмегімен тіркеу.
- Қосалқы станцияның ЖК жағындағы ажыратқыштың қосылуына белгі беру.
- Қосалқы станцияның ТК жағында қысқа тұйықталу болған кезде оны ЖК және ТК шиналарында орнатылған қысқа тұйықталу токтарының датчиктері көмегімен тіркеу.
- Қосалқы станцияның ТК жағындағы ажыратқыштың қосылуына белгі беру.
- (0,5–1) с өткеннен кейін қосалқы станцияның ЖК жағындағы ажыратқыштың қосылуына белгі беру. (0,5–1) с уақыт ұстамдылығы трансформатордың ТК кірісіндегі ажыратқыштың жетегі істен шыққан кезде қорғаныстың әсер етуін резервілеу үшін қажет.
- 10 кВ шықпалы желіде қысқа тұйықталу болған кезде (I = I қ.т. ) оны шықпалы желіде және қосалқы станцияның ЖК мен ТК шиналарында орнатылған қысқа тұйықталу токтарының датчиктері көмегімен тіркеу.
- Шықпалы желі ажыратқышының қосылуына белгі беру.
- (0,5–1) с өткеннен кейін қосалқы станцияның ЖК жағындағы ажыратқыштың қосылуына белгі беру.
(0,5–1) с уақыт ұстамдылығы шықпалы желідегі ажыратқыштың жетегі істен шыққан кезде қорғаныстың әсер етуін резервілеу үшін қажет.
Сурет 3. Кернеуі 35/10 кВ қосалқы станция қорғанысының алгоритмі
Қорытынды
- 35/10 кВ қосалқы станцияларда және 10 кВ шығыс желілерінде пайда болатын режимдер мен жағдайларды талдау оларды ток арқылы диагностикалау мүмкіндігін көрсетті.
- Жоғары жылдамдықты қорғаныс функциясын орындайтын және алдыңғы қорғаныс сатыларын резервтеуді қамтамасыз ететін автоматтың үнемді техникалық іске асырылуын алу үшін оның құрылымында уақыт ұстамдылығы екі элементі болуы керек. Бірінші элемент күштік трансформаторын кернеуге қосқан кезде пайда болатын магниттеу токтары пайда болған кезде қорғаныс әрекетіне тыйым салу үшін қажет, екіншісі — ажыратқыш жетегі істен шыққан кезде қорғаныс әрекетін резервтеуді қамтамасыз ету.
Әдебиет:
- Шабад М. А. Защита трансформаторов распределительных сетей. — Л.: Энергоатомиздат. Ленинград. отд-ние, 1981. — 136 б.
- Гук Ю. Б. Теория надежности в электроэнергетике. // — Л.: Энергоатомиздат, 1990. — 87 б.
- Розанов М. Н. Надежность электроэнергетических систем. — М.: Энергия, 1974. — 175 б.
- Ванин В. К. Релейная защита на элементах аналоговой вычислительной техники. Анализ и синтез преобразователей информации: Учеб. Пособие/ В. К. Ванин, Г. М. Павлов. — Л.: Изд. ЛПИ, 1979. — 76 с.
