книги / Микропроцессорные гибкие системы релейной защиты

Завершенная выходная программа записывается с ЭВМ в ППЗУ. Благо­ даря использованию этой методики упростилось создание программ реле, сократилось время их подготовки, а надежность программ значино возросла.

1.3.ПЕРСПЕКТИВЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

ИРАЗРАБОТОК В ОБЛАСТИ МПРЗ

Изложенное выше показывает, что главным направлением развития техники РЗ в настоящее время признана замена традиционной (аналого­ вой) РЗ на цифровую РЗ, и прежде всего с использованием МП [2,37 — 40]. По оценкам специалистов, будущее МПРЗ связано с исследованиями в области развития аппаратных средств, ПО, интерфейсов и созданием иерархических ВС подстанций. Учитывая, что уровень интеграции элемен­ тов на одном кристалле БИС каждые 2 года в среднем возрастает в 4 ра­ за, можно ожидать в скором времени существенного снижения стоимо­ сти МПРЗ за счет упрощения конструкции устройств. Согласно прогно­ зам зарубежных экспертов [16], в ближайшем будущем достигнутые показатели стоимости и надежности сделают МПРЗ более выгодными, чем традиционные РЗ на электромагнитных реле. Кроме того, характер­ ной особенностью перспективных МПРЗ должно стать выполнение ими функций подсистемы нижнего уровня, связанной с ЭВМ верхнего уров­ ня, осуществляющей автоматическое управление подстанцией. Для дос­ тижения этой цели создаваемые РЗ помимо основных функций должны выполнять и функции интерфейса, обеспечивающего связь оператор — ЭВМ. К числу перспективных относят также [39] МПРЗ распредели­ тельных сетей, автоматически адаптирующиеся к произвольным измене­ ниям конфигурации и параметров сети с часто изменяемой топологией.

В развитии ПО МПРЗ следует подчеркнуть актуальность исследования новых алгоритмов защиты, которых в условиях интенсивного развития ЭЭС в настоящее время становится недостаточно. Одним из новых пер­ спективных направлений является создание полносвязанных адаптив­ ных систем МПРЗ. Наряду с исследованиями новых алгоритмов особое внимание следует уделять стандартизации пакетов программ для МПРЗ, использованию языков высокого уровня и систем автоматизированно­ го проектирования и контроля прикладных программ защиты.

Дальнейшее развитие МПРЗ будет характеризоваться прогрессом в области создания устройств связи МПРЗ с объектом защиты. Например, ведутся исследования и разработки для измерительных каналов ИПТ, использующих магнитооптические эффекты [44]. Перспективны, осо­ бенно для автономных ЭЭС низкого напряжения, многофункциональные аналого-цифровые ИПТ [41] и ИПТ на основе магнитодиэлектриков [42]. В выходных каналах РЗ перспективным является оптический ин­ терфейс, в частности использование оптически запускаемых тиристоров в цепях управления автоматическими выключателями.

21

чивать техническую и функциональную совместимость с предыдущим поколением РЗ. Представляются правомерными соображения, подроб­ но изложенные по этому вопросу в [43]. Их суть сводится к следу­ ющему. При создании устройств новых поколений необходимо учиты­ вать возможность их работы в комплексе с уже существующими для данного технологического процесса, а также замены устройств старых поколений новыми без существенных изменений в других работающих в едином цикле устройствах и системах. Таким образом, принцип совме­ стимости предполагает, что на каждом новом витке научно-технического прогресса нельзя полностью отказываться от всего созданного ранее. Применительно к развитию РЗ можно ожидать достаточно длительного периода использования аналого-цифровых средств ВТ.

Расширение внедрения МПРЗ в эксплуатацию потребует разработки новой идеологии при их обслуживании. Отмечая возросшие темпы внед­ рения микроЭВМ в ЭЭС для целей управления и защиты, специалисты считают, что общей целью разработчиков и эксплуатационников должно стать расширение применения МПРЗ — от частных случаев до полной компьютеризации РЗ. В [18] подчеркивается, что перспективные МПРЗ должны обладать свойством децентрализации (распределенности) про­ цессов обработки данных на основе распределенных вычислительных се­ тей и реализации параллельных вычислений с помощью ММС и МПС. Заслуживает особого внимания вопрос о выборе принципа построения МПС.

Анализируя историю и сроки внедрения средств ВТ в технику РЗ, приходится констатировать явно прослеживаемую закономерность ис­ пользования (хотя и с заметным опозданием) в РЗ практически всех этапов развития ВТ, в том числе и таких важных, как переход к про­ граммируемым БИС, разработка на основе концепции ’’коллектива вычислителей” теории ММС, МПС и локальных вычислительных сетей. Учитывая, что прогресс внедрения ВТ в РЗ неотвратим, отмеченного за­ паздывания ’’проекции” достижений ВТ в область техники РЗ и, как следствие, увеличения сроков проведения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию МПРЗ можно избежать только путем внимательного изучения и ’’примеривания” к РЗ новей­ ших тенденций в ВТ, причем не после завершения их детальной исследо­ вательской проработки и начала широкого использования на практике, а непосредственно в ходе этих исследований, параллельно им. В связи с этим заслуживают внимания достижения отечественной науки в ВТ, например работы Таганрогского радиотехнического института, и в пер­ вую очередь созданная теория нового класса МВС —многопроцессорных систем с программируемой архитектурой [12]. Неуклонное повышение степени интеграции БИС обеспечило условия, которые позволили перей­ ти от процедурного принципа программирования макроопераций в ЭВМ

22

Г л а в а в т о р а я

АРХИТЕКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ГИБКИХ РЗ

2.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ОБ АРХИТЕКТУРЕ РЗ

Исходя из того, что устройства РЗ по своему функциональному наз­ начению являются решающими устройствами, и учитывая все более ши­ рокое использование в РЗ средств МП-техники, по аналогии с ВТ целе­ сообразно сформулировать понятие архитектуры РЗ, которая определя­ ется принципами информационного взаимодействия устройств РЗ и 03, особенностями обмена информацией между функциональными частями системы, способами организации и перестройки каналов связи внутри

Рис. 2.1. Структурные схемы РЗ различной архитектуры:

24

системы, а также способами и средствами программирования структуры РЗ и алгоритма выявления повреждения.

Рассмотрим архитектурные особенности систем РЗ различного назна­ чения [1, 6, 8]. При организации системы РЗ объекта со сложной топо­ логией .его обычно декомпозируют на отдельные зоны, контролируют параметры в тех или иных точках каждой зоны, анализируют состояние зон по заданным алгоритмам выявления повреждений различных видов. После этого принимают решение об отключении соответствующих зон при выполнении условий, свидетельствующих о возникновении в их пре­ делах повреждений того или иного вида и инициируют запуск исполни­ тельных органов. Описанный алгоритм на практике реализуется систе­ мами РЗ с различной архитектурой: автономными, комплексными и централизованными [1 ].

Автономные системы РЗ являются наиболее простым вариантом ар­ хитектуры РЗ и предназначаются для защиты одной выделенной в 03 зоны по возможному виду повреждения (например, защиты линии от междуфазных КЗ). Структурная схема архитектуры АРЗ (рис. 2.1,а) образована совокупностью измерительных преобразователей параметров Я/7, решающего блока РБ, исполнительных блоков ИБ и блока управле­ ния БУ. При этом РБ реализует какой-либо один алгоритм выявления

25

повреждения: максимально-токовый, дифференциальный, дифферен­ циально-фазный и т.п. В рассматриваемой архитектуре БУ обеспечивает адаптацию АРЗ к изменяющимся во времени контролируемым парамет­ рам путем введения торможения, блокировок, автоматической коррек­ ции уставок и т.п.

Комплексные системы РЗ (КРЗ) предназначены для защиты одной из выделенных в 03 зон (например, генератора) по нескольким видам возможных повреждений и представляют собой набор из нескольких АРЗ, в отношении которых выполняются условия непротиворечивости их функционирования. Структурная схема архитектуры КРЗ (рис. 2.1,6) отличается от архитектуры АРЗ тем, что может содержать несколько групп ИП, каждая из которых обеспечивает контроль параметров, харак­ теризующих соответствующий вид повреждений в контролируемой зоне, и несколько РБ, каждый из которых реализует один из заданных алгоритмов выявления повреждения. На БУ при такой архитектуре воз­ лагается дополнительная функция обеспечения условий непротиворечи­ вости совместной работы нескольких РБ относительно одной зоны.

Функционально централизованные РЗ (ЦРЗ) предназначены для защи­ ты нескольких зон, например нескольких ступеней распределения элек­ троэнергии, по одному из возможных видов повреждений. Отличитель­ ной особенностью структурной схемы архитектуры ЦРЗ (рис. 2.1,в) является наличие нескольких групп ИП, каждая из которых контроли­ рует одну из защищаемых зон, и нескольких групп ИБ, каждая из кото­ рых предназначена для отключения коммутационных аппаратов одной зоны. На БУ при этом возлагается новая функция —обеспечение усло­ вий непротиворечивости между несколькими решениями одного РБ относительно нескольких контролируемых зон.

Необходимо отметить, что РБ, входящие в состав РЗ различной архи­

ничитель области распространения операции контроля;

я

( 2.2)

где q —число выявляемых видов повреждения;

(2.3)

где р - число контролируемых зон.

26

Очевидно, что КРЗ, обладая многофункциональностью в отношении выявления различных видов повреждения, обеспечивает защиту только одной зоны. С другой стороны, ЦРЗ обладает многофункциональностью в отношении одновременного контроля нескольких зон, но обеспечи­ вает выявление только одного вида повреждения. Иными словами, каж­ дая из двух рассмотренных архитектур РЗ обладает ограниченными функциональными возможностями. Этот недостаток исключается в архитектуре универсальных гибких РЗ (УРЗ), решающее правило для РБ которых имеет вид

(2.4)

Очевидно, что решающие правила (2.1) — (2.3) являются частными случаями универсального решающего правила (2.4). Так, при q = р = 1 получим Пу = Яа, т.е. защищаемый объект ’’стягивается” в одну зону, в пределах которой выявляется один вид повреждения. При р = 1, q > 1 получим Пу = Як , т.е. защищаемый объект вырождается в одну зону,

в пределах которой выявляются несколько видов повреждений. При

р> 1, q = 1 получим Пу = 77ц, т.е. защищаемый объект вырождается в совокупность нескольких зон, в пределах любой из которых возможно выявление только одного вида повреждения. Отсюда следует, что, управ­

ляя архитектурой УРЗ и настраивая РБ на реализацию заданного реша­ ющего правила (Яа, Як , Яц) , можно обеспечить синтез любой струк­ туры РЗ, выявляющей все возможные виды повреждения во всех зонах защищаемого объекта.

Структурная схема архитектуры УРЗ приведена на рис. 2.1,г. Ее от­ личительной особенностью является наличие управляемых блоков ком­ мутации БКг, БК2 и перенастраиваемых (индекс*) управляющего БУ* и решающего РБ* блоков. При этом на БУ* возлагаются допол­ нительные функции по настройке РБ* на заданный алгоритм выявления повреждения и автоматической перекоммутации с помощью БКХи БКг архитектуры РЗ по заранее заданным условиям. Реализацию решающего правила (2.4) в случае необходимости можно поручить гибридной сис­ теме РЗ, в которой операции контроля а осуществляются аналоговы­

очередь средствами МП-техники. Достоинством такого подхода явля­ ется обеспечение возможности сохранения и использования накопленно­ го опыта реализации аналоговых устройств РЗ предшествующих поколе­ ний при одновременном рациональном использовании средств ВТ, т.е. решение проблем, возникающих при создании РЗ нового поколения, при

27

Рис. 2.2. Графы функционирования РЗ различной архитектуры: а - АРЗ; б - КРЗ; в - ЦРЗ; г - УРЗ

сохранении основного достоинства таких РЗ —их широкой универсаль­ ности за счет возможности перепрограммирования. Свойственная РЗ с использованием средств ВТ проблема обеспечения быстродействия сни­ мается здесь благодаря аналоговой реализации устройств выявления повреждения, а цифровая реализация при помощи БУ* функций наст­ ройки РБ* и автоматической перестройки архитектуры РЗ в процессе контроля защищаемого объекта обеспечивает достаточно полное исполь­ зование вычислительной мощности средств ВТ. В случае необходимости РБ* УРЗ можно реализовать также с использованием цифровой техноло­ гии обработки информации. Графы функционирования РЗ различной архитектуры приведены на рис. 2.2.

Классификация основных архитектурных особенностей РЗ иллю­ стрируется в табл. 2.1. Приведенные в ней положения не претендуют на исчерпывающую полноту, однако они в значительной мере охватывают основные особенности создаваемого поколения гибких УРЗ и учитывают специфику следующего поколения (кибернетических) РЗ. Кратко рас­ смотрим некоторые положения табл. 2.1. Большинство ее пунктов не требует дополнительных пояснений, поэтому остановимся только на от­ дельных из них.

Для нового поколения РЗ характерен не только локальный (п. 9) сбор информации об 03, но в большинстве случаев и распределенный, т.е. сбор информации о защищаемом, смежных, а при необходимости — и других объектах. Преимущественное распространение для основных защит получает полносвязная организация связи объекта с РЗ (т.е. конт­ роль всех входов и выходов 03). Указанные тенденции приводят к тому, что наряду с локальной идентификацией (т.е. принятием решения о состоянии 03 по информации только о его параметрах) шире будет применяться глобальная идентификация, когда процесс принятия реше­ ния требует обработки информации не только об 03, но и о других объ-

28

ектах. В п. 12 рассматриваются виды обработки информации устройства­ ми РЗ. В РЗ с жесткой структурой преобладал один вид обработки (основной), который выполнялся РБ путем реализации алгоритма вы­ явления аварийной ситуации. В связи с появлением РЗ с более сложной структурой (в том числе и УРЗ) возникла необходимость в ряде слу­ чаев в дополнительной обработке информации. Достаточно широко ис­ пользуются алгоритмы предварительной обработки информации [1]: частотная фильтрация, выделение симметричных и аварийных составля­ ющих электрических величин. В последние годы начала использоваться и вторичная обработка информации —после РБ. Возможные варианты ее реализации рассмотрены в [45, 46]. Например, в [45] рассмотрены взаимные связи для РЗ участков сети: продольная —объединяющая РЗ, установленные на разных концах одного объекта; поперечная —объеди­ няющая РЗ, установленные на разных объектах, присоединенных к об­ щим шинам. В [46] рассмотрены ситуационные РЗ, осуществляющие комплексный логический анализ поведения совокупности АРЗ, установ­ ленных на всех участках (или части участков) защищаемого объекта. Необходимо особо подчеркнуть, что все виды дополнительной обработ­ ки информации (включая взаимные связи и ситуационную оценку защи­ щаемого объекта) целесообразны и применимы для РЗ всех архитектур. Следует ожидать более широкого ее использования в РЗ новых поко­ лений.

30