Патент на изобретение №2316780

(54) СПОСОБ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ЭНЕРГООБЪЕКТА

(57) Реферат:

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике, конкретно к релейной защите, и может быть применено вне зависимости от состава информационной базы защиты и вида энергообъектов. Технический результат заключается в повышении надежности способа релейной защиты, а также придании ему большей гибкости за счет сохранения преемственности с утвердившимися способами. Способ защиты решает задачу объединения информации о состоянии энергообъекта путем преобразования в двумерные сигналы. Как и в прототипе, важная роль отводится обучению защиты, однако в отличие от прототипа обучение выполняется поэтапно с постепенным наращиванием распознающей способности защиты. Введенными признаками, отличающими предложенный способ, являются разделение двумерных сигналов на основной и дополнительные; последние выполняют блокирующую функцию. Плоскости блокирующих сигналов разбиваются на отдельные ячейки, определяются блокирующие коды ячеек. Функция срабатывания возлагается на основной сигнал, характеристика срабатывания расширяется с каждым очередным этапом обучения защиты. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике, конкретно к релейной защите, и может быть применено вне зависимости от состава информационной базы защиты и вида энергообъектов.

С некоторой долей условности можно отнести данное изобретение к классу многофазных реле [1], родоначальником которого стало реле Бреслера [2]. Многофазные реле обрабатывают большой объем информации, но не гарантируют использования ее без потерь в чувствительности или распознающей способности защиты, потому что преобразуют всю информацию в один параметр. Его информационная ценность определяется тем, насколько примененное преобразование адекватно уравнениям защищаемого объекта. Развитием принципа действия многофазных реле стали способы дистанционной защиты [3, 4], где вся имеющаяся информация преобразуется не в один, а в два параметра, соответствующие двум местам предполагаемых повреждений – в начале и в конце защищаемой зоны. Недостатком этих способов стала сохраняющаяся зависимость от адекватности преобразования реальному объекту. Преобразования, называемые алгоритмическими моделями объекта [5], не допускают вариации его параметров, в отличие от имитационных моделей, где варьируемые параметры присутствуют и притом в нужном количестве.

Алгоритмические модели строятся на этапе обучения релейной защиты. Известно техническое решение, опирающееся на иную организацию процесса обучения, когда в качестве учителей выступают имитационные модели объекта [6]. Тем самым достигается высокая универсальность нового способа релейной защиты, состоящего из совокупности весьма общих операций: совместного преобразования измеряемых величин и априорной информации об энергообъекте в двумерные сигналы, включения на каждый сигнал группы аналогичных реле, объединения отдельных реле по схеме И в исполнительные группы, разбиения плоскостей двумерных сигналов на отдельные ячейки, кодирования ячеек, обучения исполнительных групп реле в ходе испытаний от имитационных моделей в режимах, альтернативных контролируемым, определения соответствующих блокирующих кодов. Вопрос о срабатывании релейной защиты решается после дополнительного обучения исполнительных групп реле в контролируемых режимах и отбора кодов срабатывания, не совпадающих с блокирующими кодами.

Недостатки обсуждаемого способа оказались, как это ни парадоксально, продолжениями его достоинства – высокой универсальности. Этот способ не делает различий между двумерными сигналами и обучает защиту срабатывать в контролируемых режимах и не срабатывать в альтернативных режимах по однотипной схеме. Все плоскости сигналов разбиваются на ячейки, итогом обучения становятся коды срабатывания. Но коды, в отличие от характеристик, не наглядны. Трудно проверить, какую область в многомерном пространстве образуют элементарные подобласти, соответствующие отдельным кодам срабатывания. Отсюда снижение надежности функционирования защиты. Еще один недостаток, не столь принципиальный, но тем не менее весьма существенный. Замена привычных характеристик массивом кодов срабатывания означала бы отход от эволюционного пути развития релейной защиты. Вместо устоявшихся методик задания уставок пришлось бы вводить новые, опирающиеся исключительно на имитационные модели энергообъекта.

Целью изобретения является повышение надежности способа релейной защиты, а также придание ему большей гибкости за счет сохранения преемственности с утвердившимися способами.

Поставленная цель достигается тем, что в указанный способ вносятся принципиальные изменения. Первое и главное касается функций срабатывания в контролируемых режимах и блокирования в альтернативных. Эти функции разделяются и, что важно, осуществляются разными сигналами. Устанавливается иерархия сигналов. Первому из них отводится наивысшее положение, и он признается основным. Другие становятся дополнительными. Основной сигнал единолично реализует функцию срабатывания, все остальные – функцию блокирования. Второе нововведение касается принципа действия основных реле, образующих первую группу аналогичных реле, и всех дополнительных реле, входящих в состав произвольного числа дополнительных групп аналогичных реле. Для основных реле на плоскости первого двумерного сигнала задаются характеристики срабатывания традиционной формы. Разумеется, само исполнение защиты не становится от этого традиционным, так как характеристики срабатывания основных реле в предлагаемом способе не обязаны заботиться о предотвращении ложной работы в альтернативных режимах. Эту функцию, как указывалось, берут на себя другие реле, и для них предлагается воспользоваться разбиением плоскостей на отдельные ячейки, кодированием и составлением по результатам обучения массива блокирующих кодов. Третье новшество относится к формированию групп исполнительных реле. В каждую группу включается только одно основное реле и произвольное число дополнительных реле, причем все последние действуют на блокирование основного реле своей группы. Наконец, четвертое усовершенствование прототипа заключается в установлении иерархии исполнительных групп реле и в проведении обучения этих групп в строгом соответствии с принятой иерархией.

На фиг.1 дана иллюстрация первого этапа обучения защиты, на фиг.2 – второго этапа, на фиг.3 приведена структурная схема защиты, построенной по предлагаемому способу, на фиг.4 показаны семейства характеристик трех исполнительных групп реле для упрощенной реализации данного способа, на фиг.5 дана структура этой реализации.

Описание способа дается далее в предположении, что информационной базой защиты служат три двумерных сигнала с координатами (x₁, y₁), (x₂, y₂), (x₃, y₃) на плоскостях S₁, S₂, S₃ (фиг.1). На основной плоскости S₁ задается характеристика срабатывания, например обычная для дифференциальной защиты. На дополнительных плоскостях S₂ и S₃ вводятся ячейки заданной формы, например прямоугольной. На плоскости S₂ это ячейки 1-4, а на плоскости S₃ – ячейки 5-8. Остальные ячейки не пронумерованы, так как не задействованы в описании. На основной плоскости указаны характеристики 9 и 10. Пунктирная характеристика 9 ограничивает область срабатывания 11, куда не попадают отображения альтернативных режимов. С характеристикой 9 основное реле способно обеспечить защиту автономно, без участия дополнительных реле. С характеристикой 10 это реле, ставшее более чувствительным, может сработать ложно, но только в подобласти 12 между старой и новой характеристиками 9 и 10. Обстоятельства ложного срабатывания проиллюстрированы на фиг.1 следующим образом. Показана объектная область альтернативных режимов 13, обозначенная как G в отличие от областей замеров S. Точками 14-17 обозначены векторы параметров объекта в тех опасных альтернативных режимах, которые отображаются на основной плоскости S₁ в подобласть 12 и, следовательно, становятся причиной ложной работы основного реле. Стрелки обозначают преобразования режимов в двумерные сигналы (замеры). На фиг.1 рассматривается ситуация, когда все опасные альтернативные режимы отображаются в одну и ту же ячейку 1 плоскости S₂ и в разные ячейки 5-8 плоскости S₃.

На втором этапе обучения защиты основное реле становится еще более чувствительным: характеристика срабатывания получает дополнительное смещение и занимает положение 18. Новая подобласть 19 оказывается местом отображения альтернативных режимов 20-23. На этот раз принято, что на третьей плоскости S₃ все отображения режимов 20-23 попадают в одну и ту же ячейку 5, а на плоскости S₂ отображения разных режимов попадают в разные ячейки 1-4.

В структурной схеме защиты блок 24 обозначает либо реальный энергообъект, либо его имитационную модель, используемую на стадии обучения. Структурная схема включает в себя формирователь двумерных сигналов 25, основную группу аналогичных реле 26, произвольное число дополнительных групп аналогичных реле, из которых показаны только две группы 27, 28. Поскольку иллюстрируются только два этапа обучения защиты, показаны всего три основных реле 29-31. Также в соответствии с взаимосвязями, имеющими место на фиг.1, 2, где в процесс обучения оказались вовлеченными по четыре ячейки 1-4 и 5-8 каждой из дополнительных плоскостей, в структурной схеме предусмотрены по четыре дополнительных реле 32-35 и 36-39 каждой группы 27, 28. Блокирующие коды, выявленные на первом этапе обучения (фиг.1) защиты, реализуются логическими элементами И 40-43. Аналогично, элементы И 44-47 заданы кодами, полученными на втором этапе (фиг.2). Двухвходовые элементы И каждого этапа объединены элементами ИЛИ 48, 49 с инверсными выходами. Сигналы срабатывания и блокирования подаются на элементы И 50, 51. Всего в данной схеме задействованы три исполнительные группы реле; первая состоит только из первого основного реле 29, вторая – из второго основного реле 30 и первой группы дополнительных реле 32-35, третья – из третьего основного реле 31 и второй группы дополнительных реле 31и второй группы дополнительных реле 36-39. Элементы 50, 51 образуют выходы второй и третьей исполнительных групп. Элемент ИЛИ 52 образует выход защиты, объединяя выходы всех трех исполнительных групп. Элементы задержки 54, 55 создают приоритет блокирующих сигналов перед сигналом срабатывания во второй и третьей исполнительных группах. Основной двумерный сигнал 56 действует на срабатывание защиты либо непосредственно по первому каналу через реле 29, либо совместно с дополнительными сигналами 57,58 по второму каналу 30, 54, 50 или третьему каналу 31, 55, 51.

На фиг.4 характеристики основных реле 29-31 показаны в первом столбце сплошными линиями, а характеристики дополнительных реле, показанные во втором и третьем столбцах, эквивалентированы. Вместо четырех кодовых сочетаний оставлено по одной ячейке 1 и 5 на каждой плоскости. В упрощенной структуре (фиг.5) из четырех дополнительных реле 32-35 оставлено одно реле 32, а из реле 36-39 – одно 36.

Рассмотрим процесс обучения защиты, что составляет важную часть предлагаемого способа. В отличие от прототипа, где обучение совершается нерекурсивно, в один прием, здесь применен рекурсивный подход. Вначале берется обычная защита, состоящая из первого основного реле 29 с обычной характеристикой 9 и областью срабатывания 11. Дополнительные реле при этом не используются, и плоскости S₂, S₃ не привлекаются (фиг.4, верхний ряд). На первом этапе обучения защиты прежде всего повышается чувствительность основного реле; у второго основного реле 30 характеристика срабатывания 10 добавляет к прежней области срабатывания 11 еще и подобласть 12 (фиг.1). Следом определяется множество альтернативных режимов 14-17, вызывающих ложную работу основного реле 30. Одновременно с этим определяются номера ячеек 1 на плоскости S₂ и 5-8 на плоскости S₃, куда попадают отображения режимов 14-17, а также коды сочетаний ячеек на этих плоскостях. На фиг.1 блокирующие коды таковы: 1 и 5, 1 и 6, 1 и 7, 1 и 8. Далее задаются области срабатывания дополнительных реле 32 и 36-39 в форме соответствующих ячеек:

На этом первый этап обучения завершается и начинается компоновка двухканальной структурной схемы защиты. Выход реле 32 объединяется с выходами 36-39 элементов И 40-43, как того требуют полученные блокирующие коды, и все эти блоки через элементы ИЛИ 48 и И 50 включаются на блокирование второго основного реле, после чего второе основное реле 30 подсоединяется к выходу защиты 53 параллельно с обычной защитой 29. Коль скоро второе реле 30 заведомо чувствительнее первого реле 29, может возникнуть вопрос, стоит ли сохранять в новой защите старое реле. Ответ утвердительный, но он не вполне очевиден, и здесь скрыта важная черта предлагаемого способа. Дело в том, что реле 29 ничем не блокируется, в то время как более чувствительное реле 30 стеснено блокировкой со стороны дополнительных реле 32, 36-39. Не вызывает сомнений способность реле 30 защищать объект 24 от коротких замыканий, нераспознававшихся прежде реле 29 из-за его низкой чувствительности. Но приходится признать и тот факт, что найдутся такие аварийные режимы, от которых реле 29 защищает объект, а реле 30 – нет, так как в этих режимах произойдет срабатывание одного из блокирующих элементов 40-43 по той причине, что замеры 57, 58 попадут в один из блокирующих кодов. Бесспорно одно: сочетание двух каналов 29, 30 суммирует их распознающую способность, делает новую защиту более чувствительной, чем прежняя, ни в чем не ухудшая свойств последней. Если отключить канал 30, защита с реле 29 будет работать как обычно, что обеспечивает надежность новой структуры. Дополнительным фактором повышения надежности служит резервирующая роль нового канала реле 30 по отношению к старому каналу 29. В наиболее опасных режимах короткого замыкания срабатывают и тот, и другой каналы.

Следующий второй этап обучения вводит в схему третье основное реле 31 с характеристикой 18, более чувствительное, чем реле 30, и еще более чувствительное, чем реле 29. Область срабатывания реле 31 включает в себя исходную область 11 и две подобласти 12 и 19. Соответственно возрастает и число блокирующих кодов (фиг.2), что требует включения в структурную схему еще трех дополнительных реле 33-35 с областями срабатывания в виде следующих ячеек:

Четыре блокирующих кода (1 и 5, 2 и 5, 3 и 5, 4 и 5), показанных на фиг.2, реализуются элементами И 44-45 и объединяются с предыдущими кодами через элементы 49 и 51, блокируя реле 31, которое создает третий канал срабатывания защиты, добавляя свою распознающую способность к распознающей способности двух предыдущих каналов.

Тот факт, что чувствительность основного реле повышается постепенно, шаг за шагом, создает возможность упрощения обсуждаемого способа защиты путем замены на каждом этапе множества блокирующих кодов одной характеристикой, задаваемой на той или иной плоскости блокирующего двумерного сигнала. Допустим, на плоскостях S₂ и S₃ предусмотрены только те ячейки 1-8, что показаны на фиг.1 и 2. Тогда все четыре блокирующих кода первого этапа учитываются единственной характеристикой срабатывания блокирующего реле 32 (фиг.5). Та же ситуация, показанная на фиг.2, позволяет оставить по итогам второго этапа обучения только реле 36 (фиг.5). Реле 33-35 и 37-38 при этом исключаются, как и элементы 40-49. Характеристики реле 29-31 и соответствующие характеристики реле 32 и 36 приведены в трех столбцах фиг.4. По горизонтали они объединяются в три исполнительные группы. Обратим внимание на то обстоятельство, что здесь на разных этапах обучения защиты блокирующую функцию выполняют разные сигналы.

Таким образом, предлагаемый способ открывает возможность создавать надежные структуры релейной защиты, где каждый последующий канал улучшает свойства уже имеющейся защиты. Поскольку обучение защиты осуществляется дозируемые шагами, а блокирующие коды при этом легко объединяются в простые характеристики, исключается вероятность упустить блокировку от какого-либо альтернативного режима. Способ прошел апробацию в дистанционной и дифференциальной защите линий электропередачи, а также в защите сборных шин.

Источники информации

1. Шнеерсон Э.М. Дистанционные защиты. М.: Энергоатомиздат, 1986 (с.88-89).

2. Авторское свидетельство СССР №66343, кл. Н02Н 3/28, 1944.

3. Патент РФ №1775787, кл. Н02Н 3/40, 1991.

4. Патент РФ №2066511, кл. Н02Н 3/40, G01R 31/08, 1992.

5. Патент РФ №2247456, кл. Н02Н 3/40, 2002.

6. Лямец Ю.Я., Нудельман Г.С., Павлов А.О. Эволюция дистанционной релейной защиты. – Электричество, 1999, №3, с.8-15.

Формула изобретения

1. Способ релейной защиты энергообъекта путем совместного преобразования измеряемых величин и априорной информации об энергообъекте в двумерные сигналы, воздействия каждым из них в отдельности на соответствующую группу аналогичных реле, объединения представителей групп аналогичных реле в исполнительные группы реле, выделения на плоскостях двумерных сигналов отдельных ячеек, составления из номеров ячеек разных плоскостей массива кодов, обучения исполнительных групп реле посредством испытаний в режимах энергообъекта, альтернативных контролируемым, и определения соответствующих альтернативным режимам блокирующих кодов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, выделяют основной двумерный сигнал и соответственно основную группу аналогичных реле, которые включают на срабатывание защиты, в то время как дополнительные реле включают на блокирование основного реле их исполнительной группы, располагают исполнительные группы реле в иерархической последовательности, характеристики срабатывания каждого основного реле, кроме первого, задают путем расширения характеристики срабатывания предыдущего основного реле, а характеристики срабатывания дополнительных реле одной и той же исполнительной группы задают путем соответствующего расширения массива блокирующих кодов дополнительных реле предыдущей исполнительной группы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что определяют номер ячейки, встречающийся в массиве блокирующих кодов чаще других номеров, и расширяют характеристику соответствующего дополнительного реле путем присоединения указанной ячейки к характеристике предыдущего аналогичного реле.

РИСУНКИ