авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Разработка методов и средств повышения надёжности релейной защиты электроэнергетических систем

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ТРОФИМОВ Андрей Сергеевич

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ПОВЫШЕНИЯ НАДЁЖНОСТИ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Специальность 05.14.02 - Электростанции и электроэнергетические системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Новосибирск – 2009

Работа выполнена в

Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Новосибирский государственный технический университет».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Шалин Алексей Иванович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Китушин Викентий Георгиевич
кандидат технических наук
Петров Александр Михайлович
Ведущая организация: ОАО «Всероссийский научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт релестроения с опытным производством» (ОАО «ВНИИР»), г. Чебоксары

Защита состоится: «24» декабря 2009 года в 10-00 на заседании диссертационного совета Д 212.173.01 при Новосибирском государственном техническом университете по адресу: 630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного технического университета.

Автореферат разослан «__» ноября 2009 года.

Ученый секретарь диссертационного совета Тимофеев И.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Вопросам эффективности и надёжности релейной защиты и автоматики (РЗА) электроэнергетических систем традиционно уделяется много внимания.

Значительный вклад в решение задачи оценки и повышения надёжности устройств и систем РЗА внесли многие отечественные и западные учёные: Бронштейн Р.А., Вавин Н.В., Гельфанд Я.С., Гук Ю.Б., Гарке В.Г., Жарков Ю.И., Жуков С.Ф., Зейлидзон Е.Д., Касьянов Г.П., Китушин В.Г., Коновалова Е.В., Манов Н.А., Нудельман Г.С., Рипс Я.А., Рубинчик В.А., Поляков В.Е., Сарапулов Г.А., Смирнов Э.П., Саухатас А.С., Стихин Г.П., Фабрикант В.Л., Шалин А.И., H.Ungrad (Швейцария), H. Klemenz, K. Rothe (Германия), Н. Аврамова (Болгария) и др.

Развитие в нашей стране РЗА электроэнергетических систем и изменение аппаратной базы от электромеханических реле к микросхемам и микропроцессорам, с одной стороны, привело к значительному повышению её технического совершенства, а с другой - к значительному снижению надёжности,

Большое внимание специалисты уделяют аспектам надёжности срабатывания защит. Основная часть неправильных действий систем РЗА – это ложные и излишние срабатывания, что показывают статистические данные, накопленные на протяжении ряда лет. Именно эти виды неправильных действий защиты сопровождаются наибольшими ущербами от ненадёжности.





Сейчас перед специалистами энергосистемы России стоит одна из главных задач – это перевооружение техники релейной защиты и автоматики для существующих и вновь вводимых объектов энергетики. Недостаточное знание данных о работе различных типов защит не позволяет решить прямую задачу надежности, т.е. по показателям надёжности отдельных элементов релейной защиты определять показатели надёжности всей системы РЗА в целом.

Выбор показателей и критериев эффективности и надёжности, а также методов выбора оптимального по эффективности варианта релейной защиты защищаемого объекта играют решающую роль в выборе основных направлений развития техники РЗА, методах повышения надёжности и т.д. Эта проблема выбора рассматривается в диссертации.

Цель и задачи работы. Разработка принципов и методов выбора схем резервирования систем РЗА на основании теории надёжности для оборудования электрических подстанций и сетей напряжением 110-750 кВ, что позволяет повысить надёжность систем РЗА. Совершенствование методов и средств расчёта аппаратной надёжности релейной защиты электроэнергетических систем.

Достижение поставленной цели связано с решением следующих задач:

  1. Развитие теории надёжности в отношении систем РЗА энергосистем.
  2. Анализ факторов, влияющих на надёжность систем РЗА, выявление их достоинств и недостатков.
  3. Совершенствование методов расчёта надёжности с учётом влияния человека на процесс функционирования систем РЗА.
  4. Совершенствование методики расчёта показателей надёжности систем РЗА.
  5. Разработка алгоритмов и программ имитационного моделирования системы РЗА с целью оценки её надёжности.
  6. Определение количества и схем резервирования систем РЗА по информации о неправильных действиях конкретных типов защит.
  7. Разработка алгоритма и программы для расчёта на ЭВМ показателей надёжности систем РЗА.

Объектом исследования является релейная защита энергообъектов федеральной сетевой компании единой энергосистемы России напряжением 110-750 кВ.

Предметом исследования являются надёжность функционирования систем РЗА, схемы резервирования комплектов релейной защиты применительно к защищаемым объектам (линий электропередач, силовых трансформаторов, сборных шин).

Методы исследования. При решении поставленных в работе задач использованы: методы исследования информации (теория надёжности, теории вероятностей и математической статистики), методы исследования процессов (теории массового обслуживания, теория цепей Маркова), вычислительные эксперименты (теории имитационного моделирования и компьютерные технологии).

Достоверность. Сформулированные в диссертации научные положения, выводы и рекомендации обоснованы приведенными теоретическими положениями, экспериментальными расчетами, опытом применения полученных результатов, апробацией результатов на конференциях и семинарах. Результаты внедрены в практику ОАО «Институт «Энергосетьпроект», о чем имеется акт внедрения.

Научная новизна работы.

  1. Разработана модель функционирования систем РЗА для современной элементной базы, что позволило выявить такие составляющие эффективности работы систем релейной защиты в современных условиях, как надёжность программного обеспечения, защищённость от внешних электромагнитных и других воздействий, человеческий фактор.
  2. Предложена схема учета влияющих факторов (параметр потока коротких замыканий (КЗ), действие обслуживающего персонала («человеческий фактор»), одновременность восстановления), что позволило найти зависимость результирующих показателей надёжности от влияющих факторов и оценить степень влияния факторов на результаты расчётов показателей надёжности.
  3. Разработаны рекомендации для проведения экспертного анализа информации, необходимой для расчёта показателей надёжности систем РЗА с учётом разделения неправильных действий на излишние, ложные и отказы в срабатывании.
  4. Разработан алгоритм расчёта показателей надёжности релейной защиты для трёх защищаемых объектов (ЗО): линии электропередач, сборных шин, силового трансформатора, позволивший обосновать схемы резервирования систем РЗА.
  5. Предложена методика выбора количества комплектов РЗА и схем резервирования для рассматриваемого защищаемого объекта по критериям: недоотпуск электроэнергии и процент неправильных действий защит.

На защиту выносятся следующие основные результаты.

  1. Схема учёта основных влияющих факторов, таких как параметры потока внешних КЗ, воздействие обслуживающего персонала («человеческих фактор»), одновременность восстановления при расчёте показателей надёжности систем РЗА.
  2. Зависимость вероятности безотказной работы систем РЗА от вероятности внесения ошибки по вине персонала в процесс функционирования системы РЗА.
  3. Получение экспертной информации о функционировании систем РЗА.
  4. Методика расчёта показателей надёжности систем РЗА для трёх типов защищаемых объектов, позволившая обосновать схемы резервирования систем РЗА, что обеспечило необходимый уровень надёжности защищаемых объектов.

Практическая полезность и реализация результатов работы.

Повышение надёжности системы РЗА является эффективной мерой предотвращения аварийных последствий, вызываемых отказами в её функционировании.

Основные практические результаты заключаются в следующем:

  1. Выделение существенных составляющих эффективности работы систем РЗА позволило обосновать показатели надёжности систем РЗА при поиске оптимальных решений в РЗА.
  2. Исследование влияния человеческого фактора на показатели надёжности функционирования РЗА показало, что человеческий фактор оказывает такое же по значимости влияние, как и надёжность аппаратной части систем РЗА.
  3. Собранная информация о функционировании систем РЗА позволила сделать вывод о том, что в настоящее время надёжность несрабатывания систем РЗА гораздо ниже надёжности срабатывания.
  4. Методика расчёта показателей надёжности систем РЗА для различных защищаемых объектов позволила выбрать оптимальный по надёжности вариант резервирования систем РЗА на защищаемых объектах и снизить ущерб от неправильных действий РЗА.
  5. Расчеты показателей надёжности систем РЗА выполнялись для подстанции «Центральная» ОАО «ФСК ЕЭС».
  6. Результаты диссертационной работы использованы в производственной деятельности ОАО «Институт «Энергосетьпроект» г. Москва при выполнении в соответствии с планами НИОКР ОАО «ФСК ЕЭС» на 2006-2007 г.г. НИР «Концепция развития систем релейной защиты и линейной автоматики ЕНЭС в условиях реформирования электроэнергетики» в части разработки и подготовки отчёта «Анализ надёжности и разработка рекомендаций по оптимизации структуры комплектов релейной защиты энергообъектов ЕЭС России напряжением 110-750 кВ».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры «Электрические станции» Новосибирского государственного технического университета (НГТУ), на Всероссийской научной конференции молодых учёных «НАУКА. ТЕХНОЛОГИИ. ИННОВАЦИИ» в 2004 г., на Всероссийской научно-технической конференции «ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЁЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ», в 2004, 2005 и 2006 гг., на Всероссийской научно-технической конференции «Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования» в 2006 г., на Международной научно-технической конференции «Электроэнергия и будущее цивилизации» в 2004 г., на Всероссийском семинаре «Кибернетика энергетических систем» в 2006 г., на Международной конференции CIGRE «Релейная защита и автоматика современных энергетических систем».

Публикации. Результаты диссертационного исследования отражены в 14 публикациях, из них 1 научная статья, входящая в перечень рецензируемых ведущих изданий, рекомендованных ВАК РФ, 4 научные статьи в сборниках научных трудов, 9 научных статей в материалах всероссийских и международных конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемых источников, состоящего из 206 наименований, и приложений. Работа содержит 220 страниц основного текста, в том числе 29 рисунков и 15 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, положения научной новизны и практической значимости результатов работы, описана структура диссертации в целом. Рассмотрена необходимость обоснования показателей и критериев эффективности и надёжности систем РЗА, а также методов выбора оптимального по эффективности варианта резервирования систем РЗА защищаемого объекта.

В первой главе выполнен обзор и классификация существующих методов расчёта надёжности в электроэнергетике по относительным показателям эффективности и надёжности, а также по экономическим показателям эффективности, рассмотрены особенности расчёта надёжности систем РЗА.

Все существующие на сегодняшний день методы расчёта можно подразделить на аналитические и метод имитационного моделирования. Метод цепей Маркова – единственный из аналитических методов расчёта надёжности, который позволяет описать процесс смены состояний системы РЗА и в результате расчёта получить переходные значения функции неготовности.

Проанализированы формулы расчета статистических показателей надёжности РЗА, используемые как в России, так и за рубежом. Представляется целесообразным в отечественной практике также перейти к оценке эксплуатационной надёжности РЗА по показателям: надёжность срабатывания и надёжность несрабатывания. В работах западных авторов отсутствует выделенная категория ложных срабатываний, как это принято в России.

В некоторых странах (например, в Норвегии) ведётся статистическая оценка также недоотпусков электроэнергии и ущербов, возникающих при неправильных действиях релейной защиты в энергосистемах. Эти данные наиболее представительны и позволяют достаточно точно оценить эффективность инвестиций в новые системы РЗА. Желательно хотя бы выборочно фиксировать такие данные и в отечественной практике.

Свойство системы релейной защиты и автоматики снижать отрицательный эффект от повреждений в энергосистеме назовём ЭФФЕКТИВНОСТЬЮ.

Сформулированы составляющие эффективности систем РЗА:

  • техническое совершенство;
  • структурная и параметрическая надёжность системы РЗА;
  • наличие эффективной системы обслуживания и восстановлений, автоматических проверок исправности, высокая надёжность комплектующих;
  • надёжность программного обеспечения (для микропроцессорных терминалов);
  • защищённость от внешних электромагнитных и других воздействий;
  • наличие доступных проектантам чётких методик выбора уставок и проверки чувствительности защиты, методик оценки её эффективности, оптимизации надёжности и т.д;
  • совершенство и надёжность источников информации (ТТ и ТН);
  • вид защищаемого объекта и его роль в энергосистеме;
  • человеческий фактор.

Рассмотрены два аспекта надёжности:

  • надёжность срабатывания (при повреждении защищаемого объекта);
  • надёжность несрабатывания (при отсутствии повреждения на защищаемом объекте).

Как правило, при улучшении показателей надёжности одного вида показатели второго вида ухудшаются.

В настоящее время специалисты, занятые разработкой и проектированием систем РЗА, учитывают в основном первый аспект надёжности (надёжность срабатывания), мало внимания уделяя второму аспекту (надёжности несрабатывания). Статистические данные показывают, что подавляющее количество отказов в функционировании устройств релейной защиты – это ложные (35,2%) и излишние срабатывания (38,2%). Именно эти виды неправильных действий защиты сопровождаются в настоящее время наибольшими ущербами от ненадёжности.

В России около половины всех неправильных действий РЗА происходят из-за ошибок персонала при их изготовлении, проектировании, наладке и эксплуатации.

Количество устройств РЗА на современной элементной базе, эксплуатирующихся в России на подстанциях высших классов напряжения, в последние годы (по сравнению с данными фирмы ОРГРЭС за предыдущий период) значительно возросло. Например, на напряжении 330 кВ почти 12% устройств автоматики выполнено на микропроцессорной базе. Среди устройств релейной защиты на напряжении 220 кВ эксплуатируется почти 7% микропроцессорных терминалов. Это означает, что активное внедрение микропроцессорных устройств в России уже началось и для того, чтобы это не привело к резкому снижению надёжности релейной защиты и автоматики, необходимо обратить пристальное внимание на разработку и внедрение в практику методов обеспечения необходимого уровня их надёжности.

Во второй главе описаны особенности модели функционирования систем РЗА с точки зрения надёжности. Рассматриваемые особенности модели учтены при расчёте аппаратной надёжности систем РЗА.

Модель функционирования систем РЗА с точки зрения надёжности базируется на следующих основных положениях:

1. Степень важности выполнения исследуемым устройством РЗ той или иной функции может быть оценена лишь через показатели общей эффективности системы «устройство релейной защиты – защищаемый объект – окружающая часть электроэнергетической системы».

2. Возникновение дефекта в схеме РЗ, как правило, не эквивалентно отказу этой схемы. Для того, чтобы произошёл отказ необходимо наложение «заявки на функционирование» на отказ схемы. В свою очередь, отказ схемы может возникнуть при появлении одного дефекта (если схема не имеет резервирования) или лишь при возникновении нескольких дефектов (в схемах с резервированием).

3. Системы РЗ считаются системами с аддитивной эффективностью.

4. Имеются несколько различных аспектов надёжности с точки зрения «источника дефектов»:

  • «аппаратная надёжность» - надёжность самой аппаратуры, входящей в состав релейной защиты (при этом могут быть учтены не только катастрофические, но и параметрические отказы элементов);
  • «надёжность персонала» - аспект, связанный с отказами защиты в функционировании за счёт ошибок обслуживающего персонала;
  • для микропроцессорных терминалов следует учитывать «надёжность программного обеспечения»;
  • существенное влияние на поведение защиты (особенно микропроцессорных терминалов) оказывает уровень её помехозащищённости.

5. Поток профилактического контроля рассматривается как регулярный с неизменным периодом контроля.

6. При введении аппаратной избыточности (резервирования) следует учитывать следующее: расчётная схема при использовании двух взаиморезервируемых устройств, панелей релейной защиты будет выглядеть так, как это показано на рис. 1.

 Расчётная схема для-0

Рис. 1. Расчётная схема для резервированных цепей

А и В - взаиморезервируемые блоки; С – «общая цепь».

Общая цепь появляется вследствие следующих причин:

- общего влияния помех на оба комплекта;

- для микропроцессорных терминалов – из-за неидеальной надёжности программного обеспечения обоих комплектов РЗА;

- из-за неидеальной «надёжности персонала» и т.д.

В связи с изложенным, коэффициент неготовности системы из двух взаиморезервируемых комплектов определится следующим образом:

(1)



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.