ДАУКЕЕВА»
ISSN 2790-0886
В Е С Т Н И К
АЛМАТИНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Учрежден в июне 2008 года
Тематическая направленность: энергетика и энергетическое машиностроение, информационные, телекоммуникационные и космические технологии
4 (59) 2022
Импакт-фактор - 0.095
Научно-технический журнал Выходит 4 раза в год
Алматы
о постановке на переучет периодического печатного издания, информационного агентства и сетевого издания
№KZ14VPY00024997 выдано
Министерством информации и общественного развития Республики Казахстан
Подписной индекс – 74108 Бас редакторы – главный редактор
Стояк В.В.
к.т.н., профессор
Заместитель главного редактора Жауыт Алгазы, доктор PhD Ответственный секретарь Шуебаева Д.А., магистр
Редакция алқасы – Редакционная коллегия
Главный редактор Стояк В.В., кандидат технических наук, профессор Алматинского Университета Энергетики и Связи имени Гумарбека Даукеева, Казахстан;
Заместитель главного редактора Жауыт А., доктор PhD, ассоциированный профессор Алматинского Университета Энергетики и Связи имени Гумарбека Даукеева, Казахстан;
Сагинтаева С.С., ректор Алматинского Университета Энергетики и Связи имени Гумарбека Даукеева, доктор экономических наук, кандидат физико-математических наук, профессор математики, академик МАИН;
Ревалде Г., доктор PhD, член-корреспондент Академии наук, директор Национального Совета науки, Рига, Латвия;
Илиев И.К., доктор технических наук, Русенский университет, Болгария;
Белоев К., доктор технических наук, профессор Русенского университета, Болгария;
Обозов А.Д., доктор технических наук, НАН Кыргызской Республики, заведующий Лабораторией «Возобновляемые источники энергии», Кыргызская Республика;
Кузнецов А.А., доктор технических наук, профессор Омского государственного технического университета, ОмГУПС, Российская Федерация, г. Омск;
Алипбаев К.А., PhD, доцент Алматинского Университета Энергетики и Связи имени Гумарбека Даукеева, Казахстан;
Зверева Э.Р., доктор технических наук, профессор Казанского государственного энергетического университета, Российская Федерация, г. Казань;
Лахно В.А., доктор технических наук, профессор Национального университета биоресурсов и природопользования Украины, кафедра компьютерных систем, сетей и кибербезопасности, Украина, Киев;
Омаров Ч.Т., кандидат физико-математических наук, директор Астрофизического института имени В.Г. Фесенкова, Казахстан;
Коньшин С.В., кандидат технических наук, профессор Алматинского Университета Энергетики и Связи имени Гумарбека Даукеева, Казахстан;
Тынымбаев С.Т., кандидат технических наук, профессор Алматинского Университета Энергетики и Связи имени Гумарбека Даукеева, Казахстан.
За достоверность материалов ответственность несут авторы.
При использовании материалов журнала ссылка на «Вестник АУЭС» обязательна.
39
ЭНЕРГЕТИКА И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
МРНТИ ҒТАМР 44.29.31 https://doi.org/10.51775/2790-0886_2022_59_4_39 КЕРНЕУІ 110 КВ ЖЕЛІЛЕРДЕ ҚЫСҚА ТҰЙЫҚТАЛУ ТҮРЛЕРІН
АНЫҚТАУДЫҢ ЖАҢА МОДЕЛІН ӘЗІРЛЕУ
Г.Н. Ансабекова1, Е.Ж. Сарсикеев1, Ж.С. Абдимуратов2
1«Сәкен Сейфуллин атындағы Қазақ агротехникалық университеті» КЕАҚ, Астана, Қазақстан
2 «Ғұмарбек Дәукеев атындағы Алматы энергетика және байланыс университеті» КЕАҚ, Алматы, Қазақстан
E-mail: [email protected], [email protected], [email protected]
Аңдатпа. Бүгінгі таңда әртүрлі салаларда анық емес логика элементтері қолданылады және олар белгілі бір сауалды шешуде оң нәтижелерді көрсетуде. Релелік қорғаныстағы қолданылып жүрген қорғаныс және автоматика сұлбалары көптеген қорғаныс түрлерімен өзара байланысты, бұл олардың тез әрекет ету жылдамдығы мен сенімділігін төмендетеді. Тез әрекет ету жылдамдығы мен сенімділік - релелік қорғаныс пен автоматикаға қойылатын негізгі талаптардың бірі болып табылады.
Бұл мақалада қорғаныстың аналогтық түрінен сандық түріне ауысуына байланысты релелік қорғаныс сенімділігінің төмендеу тенденциясы негізделген. Электр жүйелеріндегі зақымдалулардың пайда болу себептерін талдау нәтижелері бойынша электр жүйелері элементтері қорғанысы мен автоматиканың бірқатар кемшіліктері анықталды. Атап айтқанда: қорғаныстың бір-бірімен өзара әрекеттесуін жүзеге асыру күрделілігі; қысқа тұйықталу түрлерін анықтау бойынша тез әрекет ету жылдамдығының төмендеуі;
жалған іске қосулар; қорғаныстың зақымдалу себебін анықтамай іске қосылуы. Тез әрекет ету жылдамдығы мен сенімділік қорғаныс пен автоматикаға қойылатын негізгі талаптардың бірі, алайда, жұмыста релелік қорғаныс пен автоматиканың (РҚжА) қолданыстағы әдістері мен сұлбалары өзара байланысты екендігі және жеке баптауды қажет ететіндігі көрсетілген. Осыған байланысты кернеуі 110 кВ желілеріндегі бейсимметриялы қысқа тұйықталудың түрлерін анық емес логика (АеЛ) негізінде анықтаудың жаңа моделі ұсынылады. Тапсырманы шешу жолдары қарастырылып, кернеуі 110 кВ нақты әуе желілерінде бір фазалы, екі фазалы, екі фазалы жерге қысқа тұйықталу кезіндегі токтар мен кернеулердің осциллограммаларына талдау жүргізілді. Экспериментті берілгендер негізінде анық емес логика элементтерін қолдана отырып, қысқа тұйықталу түрлерін анықтаудың ережелері құрылды.
Тірек сөздер: қорғаныс және автоматика құрылғылары, реле, микропроцессорлық қорғаныс құрылғылары, анық емес логика, қысқа тұйықталу.
Кіріспе
Электр жүйелерінде электр станциялары (ЭС), қосалқы станциялары (ҚС), электрберіліс желілері (ЭБЖ) және электр энергиясы тұтынушыларының электр қабылдағыштары жұмысының зақымданулары және қалыпты емес жұмыс режімдері туындауы мүмкін.
Зақымданулар елеулі апаттық токтардың пайда болуына әкеледі және ЭС, ҚС шиналарындағы кернеудің айтарлықтай төмендеуіне жол береді. Кернеудің төмендеуі электр энергиясы тұтынушыларының қалыпты жұмысын және электр энергетикасы жүйесінің (ЭЭЖ) тұрақтылығын бұзады.
Зақымдану тогы көп мөлшерде жылу бөледі, бұл зақымдану орнында қатты бұзылуды тудырады және ток өтетін зақымдалмаған ЭБЖ сымдарының, электрқондырғыларының термиялық қызуына алып келеді.
Қысқа тұйықталу токтарының (ҚТТ) теріс әсерін азайту және ЭЭЖ-нің зақымдалмаған бөлігінің қалыпты жұмысын қамтамасыз ету үшін зақымдану орнын мүмкіндігінше тез анықтап, оны ЭЭЖ-нің зақымдалмаған бөлігінен бөлу қажет [1].
40
Зақымдануды анықтау және өшіру өте тез жүргізілуі қажет – көп жағдайда ол секундтың жүзден, оннан бір бөлігін құрауы мүмкін. Бұл процесс тек автоматика құрылғыларымен іске асырылады. Осыған байланысты ЭЭЖ және оның элементтерін зақымданудың қауіпті зардаптарынан және қалыпты емес режімдерден қорғайтын автоматты құрылғыларды құру және қолдану қажеттілігі туындады. Бастапқыда мұндай автоматика (қорғаныс) ретінде балқымалы сақтандырғыштар қолданылды. Кейіннен электр автоматтары көмегімен орындалатын қорғаныс және автоматика (ҚжА) құрылғылары - реле құрылды.
Қорғаныс және автоматика құрылғылары ЭЭЖ барлық элементтерінің күйін үздіксіз бақылауды жүзеге асырады және зақымданулар мен қалыпты емес режімдер туындаған сәтте әрекет етеді. Егер зақымдану пайда болса, ҚжА құрылғылары зақымдалған аймақты анықтап, зақымдану токтарын ажыратуға арналған арнайы күштік ажыратқыштарға әсер ету арқылы сол учаскені ЭЭЖ- ден сөндіру керек [2].
Қорғаныс және автоматиканың классикалық сұлбасын 1-суретте келтірілген жалпыланған сұлба түрінде көрсетуге болады.
1-сурет - Қорғаныс және автоматиканың құрылымдық сұлбасы
Нысанның күйі туралы ақпаратты көрсететін бақыланатын параметрлер ретінде әдетте ток пен кернеу таңдалады, олар өлшеуіш түрлендіргіштердің көмегімен (ӨТ) әрі қарай өңдеуге ыңғайлы және қызмет көрсетуші персонал үшін қауіпсіз түрге түрлендіріледі. Өлшеуіш түрлендіргіштер ретінде ток пен кернеу трансформаторлары қолданылады. Өлшеуіш органдары (ӨО), кейде оларды іске қосу аппараттары деп атайды, олар қорғалатын нысанның күйі мен жұмыс режімін үздіксіз бақылайды. Қорғаныстың логикалық бөлігі (ЛБ) өлшеуіш элементтерден алынған мәліметтерді өңдейді және атқарушы элементтері (АЭ) арқылы коммутациялық аппаратураға, дыбыстық және жарық сигнализациясына басқару әсерін қалыптастырады. Сигнал беру органы (СО) қорғаныстың тұтастай немесе оның жеке блоктарының іске қосылуын тіркейді [3].
Қолданыстағы қорғаныс және автоматика құрылғыларын талдау
Қазіргі уақытта электрэнергетика нысандары қорғанысының келесі түрлері кеңінен қолданылады [4]:
- тоқтық қорғаныс;
- тоқтық бағытталған қорғаныс;
- қашықтықтан қорғау;
-дифференциалды қорғаныс;
-сүзгі қорғаныстары;
- жоғары жиілікті қорғаныс.
Белгілі бір қорғанысты таңдау электрмен жабдықтау сенімділігінің талаптарына байланысты.
Микропроцессорлық қорғаныс және автоматика құрылғыларын (МҚжАҚ) қолданғанға дейін қорғаныс аналогтық реле негізінде орындалды. Бұл қорғаныс көлемді, сондай-ақ өлшеуіш ток трансформаторлары мен кернеу трансформаторларынан қуатты үлкен көлемде тұтынады (2-сурет).
Мұндай құрылғылардың релелері іске қосу параметрлері бойынша үлкен дисперсияларға ие, бұл өз алдына қорғаныстың әрекет ету дәлдігін айтарлықтай төмендетеді.
41
2-сурет - РСТ 13 типті ток релесінің құрылымдық сұлбасы
Ток трансформаторларынан келетін ток TLA аралық трансформаторы арқылы активті R1
жүктемесімен жұмыс істейтін V1 түзеткіш көпіріне беріледі. Әрі қарай, токтың шамасына пропорционал түзетілген кернеу түріндегі бақыланатын сигнал бір шекті А1 компараторының инвентрлеу кірісіне түседі. Қорғаныс қойылымының орнату блогы – ажыратып-қосқышы бар кернеу бөлгіші. Аталған ажыратып-қосқыштар арқылы бөлгіштің резисторлары шунтталады. Егер кіріс сигналының мәні анықтамалық сигналдан аз болса, онда С конденсаторы А1 күшейткішінің қанығуының оң кернеуімен зарядталады. Оның мәні қорек көзінің кернеу деңгейінен шамамен 1-2 В қа дейін ерекшеленеді, VD3 стабилитронның тұрақталу кернеуіне дейін. А2 компараторының шығысында кернеу теріс және VT1 транзисторы жабық. Кіріс сигналын анықтамалық кернеуден үлкен мәнге дейін арттырған кезде А1 компараторы күйін өзгертеді, конденсатор R2 кедергісі арқылы қайта зарядталады, А2 компараторының шығысында оң полярлық кернеу пайда болады, VT1
транзисторы ашылады, реле іске қосылады. Құрамында R2, R3 резисторлары бар, С конденсаторы және VD3 стабилитроны А1 компараторының қысқа мерзімді аударылуына әкелетін ауытқулардан реленің қайта құрылуын қамтамасыз етеді. R4, R5 резисторларында орындалған А2 күшейткішінің оң кері байланысы ауысу моментінің белгісіздігін болдырмау үшін, яғни "дірілдеудің" алдын алу үшін өтпелі сипаттамада гистерезис береді.
Техникалық мәліметтерге сәйкес, РСТ 13 типті реле техникалық сипаттамасы бойынша электрмагниттік релеге жақын. Қайтару коэффициенті 0,9-дан асады, 1,2 Iсрр кезінде әрекет ету уақыты 60 мс – тан аспайды.
Электрмеханикалық релелердің негізгі кемшіліктері:
- әдетте бастапқы өлшеу түрлендіргіштерінен (ТА және TV) тұтынылатын үлкен қуаттар, электрмеханикалық релелердің үлкен өлшемдері, үлкен қуатты ТА және TV қолдану қажеттілігі;
- магниттік жүйелер мен түйіспелердегі жылжымалы элементтердің болуы, пайдалану кезінде, қалпына келтіру жұмыстарын жүргізбей реленің жұмыс істеу мерзімін шектейтін және қорғаныстың жұмыс істеу сенімділігіне әсер ететін талаптарды қажет етуі;
- өлшеуіш және кейбір логикалық органдардың дірілге салыстырмалы төмен төзімділігі, мысалы, уақыт ұстанымы.
Қорғаныс және автоматиканың сандық құрылғылары шамамен жиырма жыл бұрын шетелде кеңінен қолданыла бастады. Осы уақыт ішінде реленің аппараттық бөлігін құрудың оңтайлы құрылымы анықталды, көптеген техникалық шешімдер типтік болды. Нәтижесінде, қазіргі заманғы сандық релелер, тіпті әртүрлі фирмалар шығарған, көптеген ұқсастықтарға ие және олардың сипаттамалары бір-біріне өте жақын. Сонымен, ток және кернеу өлшеуіш трансформаторларынан тұтынылатын қуат (0,1...0,6) ВА деңгейінде; аппараттық қателік – (2...5)% шегінде; ал өлшеуіш органдарының қайтару коэффициенті (0,96...0,97) шамасын құрайды. Басқа параметрлер де бір-біріне осылай жақын. Қорғаныс және автоматика құрылғыларында ақпаратты өңдеудің сандық принциптеріне көшу электр қондырғыларын қорғауды құрудың жаңа принциптерінің пайда болуына әкелмеді, бірақ реленің пайдалану қасиеттерін едәуір жақсартты. Реленің пайдалану қасиеттерінің жақсаруы сандық құрылғыларды қорғаныс және автоматика нарығында бәсекеге қабілетті етеді, алайда оларды енгізу кезінде бірқатар қиындықтар туындайды. Жалпы жағдайда, дәстүрлі құрылғылармен салыстырғанда қорғаныстың сандық құрылғыларының кең функционалды мүмкіндіктері бола тұра, моральдық тұрғыдан ескірген іргелес жүйелердің (ескірген басқару, бақылау жүйелері және т.б.) әсерінен туындайтын шектеулер қазіргі таңда негізгі кемшіліктердің бірі болып тұр. Қорғаныстың сандық құрылғысының құрылымдық сұлбасы 3-суретте көрсетілген.
42
3-сурет – Сандық ток релесінің құрылымдық сұлбасы
Барлық сандық релелер үшін кіріс түрлендіргіштері, аналогтық-сандық түрлендіргіштері (АСТ), келіп түскен ақпаратты өңдеуге арналған бір немесе бірнеше микропроцессорлар, клавиатура (перне тақтасы), дисплей, қуат көзі және шығыс блогы ортақ болып табылады. Сондықтан іс жүзінде сандық релелердің іске қосылуының өзіндік уақыты электрмеханикалық аналогтармен бірдей болып қалды. Қуат көзі қоректендіруші торапта болатын өзгерістеріне қарамастан, барлық реле түйіндерін тұрақтандырылған кернеумен қамтамасыз етуге арналған. Қуат көзі тұрақты немесе айнымалы токпен жұмыс істей алады. Кіріс түрлендіргіштері реле сұлбасының сыртқы тізбектерден гальваникалық ажыратылуын қамтамасыз етеді, кіріс сигналын қалыпқа келтіреді және оның алдын- ала сүзгіден өтуін орындайды.
АСТ кіріс сигналының лездік мәнін оған пропорционалды сандық мәнге түрлендіреді.
Аналогтық сигналдан дискретті сигналға өту процесі сигналды кванттау деп аталады. Кванттау әрқашан ақпараттың белгілі бір жоғалуымен жүреді, өйткені бастапқы сигналды оның дискретті көрінісінен дәл қалпына келтіру үшін іріктеу жиілігі кіріс сигналының ең жоғары жиілікті үйлесімді құраушысынан кем дегенде екі есе көп болуы керек және сәйкесінше кіріс сигналынан барлық гармоникаларды кванттау жиілігінен жоғары жиілікпен алып тастау керек. Қорғаныс және автоматика құрылғыларында іріктеу жиілігі 600-ден 2000 Гц-ке дейінгі АСТ қолданылады.
Дисплей мен перне тақта операторға құрылғыдан ақпарат алуға, оның жұмыс режімін өзгертуге, релеге ақпаратты енгізуге мүмкіндік береді. Сандық реледе дисплей мен клавиатура барынша жеңілдетілген түрде жүзеге асырылады: дисплей – сандыәріптік, бір жолақтық; клавиатура – бірнеше түймелер. Кіріс блогы қорғалатын нысанға коммутацияланушы тізбектердің гальваникалық ажыратылу бар дискретті басқару сигналын түзеді. Микропроцессор реленің басқарушы және шешуші блогы болып табылады. Оның жұмыс бағдарламасы ТеСҚ тұрақты еске сақтау құрылғысында жинақталады. Есептеудің аралық нәтижелерін сақтау үшін ОеСҚ оперативті сақтау құрылғысы қолданылады.
Мұндай алгоритм қорғаныстың әр түрін жеке конфигурациялауды, сонымен қатар туынды өлшеудің дәлсіздігінен, қандай да бір кедергілердің болуынан бірнеше үлгілерді орташаландыруды талап етеді, нәтижесінде қорғаныстың тез әрекет ету уақытының нақты өсуіне қол жеткізу мүмкін емес. [5,7] жұмыстарында қолданыстағы қорғаныс және автоматика құрылғыларына талдау жасалды, олардың кемшіліктері де атап өтілді.
Қысқа тұйықталудың түрлерін анықтау үшін анық емес логика элементтерін қолданудың негіздемесі
Қазіргі заманауи электрэнергетика өз алдына күрделі жүйе болып табылады және жоғары жылдамдықты, дәл және реавариялық қорғаныс жүйесін қажет етеді. Соңғы технологиялық жетістіктердің арқасында нейро-анық емес логика элементтерін қолдана отырып, электр жүйесін қорғау үшін жаңа және жетілдірілген құрылғылар жобаланып, әзірленуде. Мұндай қорғаныстың мақсаты - ақаулар мен зақымдануларды ең аз уақыт ұстанымында анықтау, оларды жіктеу және сәйкестендіру. Зақымдануларды анықтаудың ең көп қолданылатын әдістері: жасанды нейрондық желілер, анық емес логика. Зақымдануларды жіктеудің нейрондық әдісі сәтті әдістеме ретінде қабылданған, бірақ ол жүйені оқыту үшін көп ресурстарды талап етеді, сондықтан көп уақытты қажет етеді. Анық емес логикаға негізделген қателерді жіктеу әдістері салыстырмалы түрде қарапайым, өйткені тек кейбір лингвистикалық ережелер керек.
43
[7,11] жұмыстарында анық емес логика элементтерін іс жүзінде қолдана отырып, тарифтердің төмендеуіне және ағымдағы жоспарлау тапсырмалары мен ЭЭЖ жұмыс режимдерін оперативті басқару мәселелерін тез шешуге мүмкіндік беретін электр энергиясы шығыны туралы өте дәл және сенімді болжамдарға қол жеткізуге болатындығы; бағдарламаланатын логиканы қолдана отырып, электрберіліс желілеріндегі зақымдануларды анықтау және оларды жіктеуге болатындығы; күштік трансформаторларды диагностикалау процесін автоматтандыруды, айтарлықтай жеделдетуді және оны нақты уақыт режимінде іске асыруға болатыны туралы мысалдар келтірілген.
Жоғары рейтингті журналдарда жарияланған ғалымдардың [8-9, 12, 13] еңбектерін зерттей отырып, электрэнергетикалық жүйе элементтеріндегі қысқа тұйықталу түрлерін анықтау үшін және электрэнергетикалық жүйе нысандарының қорғанысы үшін анық емес логика принциптерін қолдану гипотезасын жүзеге асыру мүмкіндігі туралы айтуға болады. Анық емес логикаға негізделіп, ұсынылып отырған симметриялық құраушылар әдісі зақымданулардың әртүрлі жағдайларында іске асырымды және тиімді болуы мүмкін, сонымен қатар қорғаныстың жылдам әрекет етуін арттыруға мүмкіндік береді.
Электрберіліс желілеріндегі қысқа тұйықталу түрлерін анықтау ережелерін құру үшін кернеуі 110 кВ ӘЖ эксперименттік деректері пайдаланылды, зақымдану түрі - "А" фазасындағы бір фазалы қысқа тұйықталу. Қысқа тұйықталу болғанға дейінгі, ҚТ болған сәттегі және ҚТ кейінгі сәттер үшін эксперименттік деректер микропроцессорлық қорғаныс құрылғысының көмегімен тіркелді. Деректер 1-кестеде келтірілген.
1-кесте - «А» фазасында бір фазалы ҚТ болған кездегі мәндер К(1)А кезіндегі токтар
мен кернеулер
ҚТ болғанға дейін ҚТ болған сәтте ҚТ кейінгі сәттер
IA 151 А 1750А 1,9А
IB 150А 99,1А 1,34А
IC 153А 170А 0,78А
I1 151А 531А 1,29А
I2 2,89А 670А 0,58А
I0 0,35А 547А 0,24А
UA 132кВ 114кВ 130кВ
UB 133кВ 131кВ 129кВ
UC 132кВ 126кВ 129кВ
U1 133кВ 123кВ 130кВ
U2 0,65кВ 8,93кВ 0,67кВ
U0 0,072кВ 2,64кВ 0,13кВ
IA,IB, IC и UA,UB,UC – фазалық токтар мен кернеулердің әсер етуші мәндері;
I1,I2, I0 и U1,U2,U0 – токтар мен кернеулердің тура, кері және нөлдік реттіліктердегі әсер етуші мәндері.
44
ҚТ пайда болғанға дейінгі, пайда болған сәттегі және қысқа тұйықталудан кейінгі сәттер үшін токтар мен кернеулердің векторлық диаграммалары 4-суретте келтірілген.
а) б) в) 4-сурет - Токтар мен кернеулердің векторлық диаграммалары:
а – ҚТ пайда болғанға дейінгі, б – ҚТ пайда болған сәттегі, в – ҚТ кейінгі.
Алынған деректерді талдағаннан кейін (1-кесте) және токтар мен кернеулердің векторлық диаграммалары, сонымен қатар қысқа тұйықталу кезіндегі шектік шарттарды ескере отырып, 2- кестеде келтірілген қысқа тұйықталудың бейсимметриялық түрлерін анықтау ережелерін аламыз.
2-кесте - Зақымдалған «А» фазасына қатысты ҚТ бейсимметриялық түрлерін анықтауға арналған ережелер
ҚТ түрлері
ikA1 ikA2 ik0 ikA ikB ikC
К(1) қатты
өседі ikA2= ikA1 ik0= ikA1 3 ikA1 0 0 К(2) қатты
өседі
ikA2=- ikA1 0 0 ikB=- ikC ikC=- ikB
К(1.1) қатты
өседі
ikA2≠ ikA1 қатты өседі
0 | ikB |=| ikC | ϕB≠ ϕC
| ikC |=| ikB | ϕC≠ ϕB
ҚТ пайда болғанға дейінгі, болған сәттегі және одан кейінгі токтардың эксперименттік мәндеріне сәйкес (1-кесте) қысқа тұйықталу токтарының қалыпты режим токтарына қатысты еселіктерін анықтаймыз:
К(1), зақымдалған фаза - «А» фазасы
«А» фазасындағы тура реттілікегі ток IA1=531 A құрады, кері реттіліктегі ток IA2=670 A, нөлдік реттіліктегі ток I0=547 A.
«А» фазасындағы толық ток симметриялық құраушылар арқылы анықталады, яғни IA=IA1+ IA2+ I0=531+670+547=1750 A.
«В», «С» фазаларындағы толық токтар сәйкесінше: IB=99,1А, IC=170 A.
Қалыпты режимдегі ток (ҚТ пайда болғанға дейінгі): IА=151 A, IВ=150 A, IС=153 A.
45
Ережелерді құру үшін және сәйкестендіру функцияларын анықтау үшін қалыпты режімге қатысты қысқа тұйықталу токтарының (ҚТТ) еселігі анқталады:
kA = IA
IнормA=1750
151 = 11,6 kB = IB
IнормB=99,1
150= 0,66 kC = IC
IнормC=170
153= 1,11
5-суретте қалыпты режімдегі токтарға қатысты ҚТТ еселіктері келтірілген. Мұнда қысқа тұйықталу кезінде кернеу нөлге дейін төмендейтінін, ал ток шамасының өсетінін ескеру маңызды.
а) б) в)
5-сурет – Бірфазалы қысқа тұйықталу кезінде үшбұрыш түрінде көрсетілген ҚТТ еселіктерінің сәйкестендіру функциялары:
а – «А» фазасындағы бір фазалы қысқа тұйықталу, б - «В» фазасындағы бір фазалы қысқа тұйықталу, в - «С» фазасындағы бір фазалы қысқа тұйықталу.
Токтар мен оның құраушыларының өзгеру тенденциясын ескеріп, анық емес логика элементтерін қолдана отырып, қысқа тұйықталу түрлерін анықтау ережелерін жасаймыз.
Бір фазалы қысқа тұйықталуды анықтауға арналған анық емес ережелер базасы:
- егер IA қатты өссе, I0 қатты артады, ал IB айтарлықтай төмендесе және IC айтарлықтай төмендесе, яғни бұл К(1) «А» фазасында;
- егер IB қатты өссе, I0 қатты артады, ал IA айтарлықтай төмендесе және IC айтарлықтай төмендесе, яғни бұл К(1) «В» фазасында;
- - егер IC қатты өссе, I0 қатты артады, ал IA айтарлықтай төмендесе және IB айтарлықтай төмендесе, яғни бұл К(1) «С» фазасында.
Екі фазалы қысқа тұйықталу кезіндегі эксперименттік деректер 3-кестеде келтірілген.
3-кесте - «А» және «С» фазаларындағы екі фазалы ҚТ болған кездегі мәндер
К(2)АС кезіндегі ҚТ болғанға дейін ҚТ болған сәтте ҚТ кейінгі сәттер
46 токтар мен
кернеулер
IA 100 А 2390А 1,4А
IB 104А 90,3А 1,69А
IC 100А 2450А 2,4А
I1 100А 1360А 1,7А
I2 0,9А 1440А 0,8А
I0 0,48А 3,98А 0,10А
UA 134кВ 110кВ 133кВ
UB 135кВ 133кВ 134кВ
UC 134кВ 112кВ 133кВ
U1 134кВ 118кВ 133кВ
U2 0,59кВ 15,9кВ 0,62кВ
U0 0,0556кВ 0,0743кВ 0,0609кВ
6-суретте екі фазалы қысқа тұйықталу үшін қалыпты режімдегі токтарға қатысты ҚТТ еселіктері келтірілген.
а) б) в) 6-сурет – Екіфазалы қысқа тұйықталу кезінде үшбұрыш түрінде көрсетілген ҚТТ
еселіктерінің сәйкестендіру функциялары:
а – «А» және «С» фазаларындағы екі фазалы қысқа тұйықталу, б - «В» және «С» фазаларындағы екі фазалы қысқа тұйықталу, в - «А» және «В» фазаларындағы екі фазалы қысқа тұйықталу.
Екі фазалы қысқа тұйықталуды анықтауға арналған анық емес ережелер базасы:
- егер IA қатты өссе, ал IB азайса, IC қатты өссе, ал I0 шамалы өссе, яғни бұл К(2) «А» және «С»
фазаларында;
- егер IA қатты өссе, ал IB қатты өссе, IC азайса, ал I0 шамалы өссе, яғни бұл К(2) «А» және «В»
фазаларында;
- егер IB қатты өссе, ал IC қатты өссе, IA азайса, ал I0 шамалы өссе, яғни бұл К(2) «В» және «С»
фазаларында.
Екі фазалы жерге қысқа тұйықталу кезіндегі эксперименттік деректер 4-кестеде келтірілген.
47
4-кесте - «А» және «С» фазаларындағы екі фазалы ҚТ болған кездегі мәндер К(1.1)АС кезіндегі
токтар мен
кернеулер
ҚТ болғанға дейін ҚТ болған сәтте ҚТ кейінгі сәттер
IA 29,574 А 1674,7А 6,30А
IB 32,19А 26,709А 0,1326А
IC 29,56А 2308,8А 8,10А
I1 30,44А 1253,1А 4,12А
I2 1,20А 1021,6А 4,21А
I0 0,6269А 312,77А 0,5633А
UA 68,058кВ 38,813кВ 45,143кВ
UB 68,217кВ 62,330кВ 61,624кВ
UC 67,956кВ 36,316кВ 42,863кВ
U1 68,077кВ 43,846кВ 49,211кВ
U2 0,05783кВ 17,627кВ 11,551кВ
U0 0,1002кВ 1,8918кВ 1,5367кВ
7-суретте екі фазалы жерге қысқа тұйықталу үшін қалыпты режімдегі токтарға қатысты ҚТТ еселіктері келтірілген.
а) б) в)
7-сурет – Екіфазалы жерге қысқа тұйықталу кезінде үшбұрыш түрінде көрсетілген ҚТТ еселіктерінің сәйкестендіру функциялары:
а – «А» және «С» фазаларындағы екі фазалы жерге қысқа тұйықталу, б - «В» және «С»
фазаларындағы екі фазалы жерге қысқа тұйықталу, в - «А» және «В» фазаларындағы екі фазалы жерге қысқа тұйықталу.
Жерге екі фазалы қысқа тұйықталуды анықтауға арналған анық емес ережелер базасы:
- егер IA қатты өссе, IB азайса, IC қатты өссе және I0 қатты өссе, яғни бұл К(1.1) «А» және «С»
фазаларында;
48
- егер IA қатты өссе, IB қатты өссе, IC азайса және I0 қатты өссе, яғни бұл К(1.1) «А» және «В»
фазаларында;
- егер IB қатты өссе, IC қатты өссе, IA азайса және I0 қатты өссе, яғни бұл К(1.1) «В» және «С»
фазаларында.
Кіріс шамалар ретінде нақты уақыттағы фазалық токтар мен нөлдік реттіліктегі токтың мәндері қолданылады.
Қысқа тұйықталудың барлық түрлерінде нөлдік реттіліктегі ҚТТ еселігіне назар аударған маңызды:
бір фазалы қысқа тұйықталу үшін
kI0= I0
Iнорм0= 547
0,35= 1562
екі фазалы қысқа тұйықталу үшін
kI0= I0
Iнорм0=3,98
0,48= 8,29
екі фазалы жерге қысқа тұйықталу үшін
kI0= I0
Iнорм0=312,77
0,6269= 498,92
Нөлдік реттіліктегі ҚТТ еселіктері қысқа тұйықталудың түрін дұрыс анықтауға мүмкіндік береді.
Қорытынды
Осылайша, жүйенің күйін талдай отырып, токтар мен кернеулердің мәндерінің өзгеру тренді бойынша сұлба параметрлеріне тәуелді сандық мәндерді пайдаланбай ақ зақымдану түрлерін анықтау мүмкіндігі қарастырылды.
Күштік трансформаторларда және әуе электр беріліс желілерінде қорғаныс түрлерінің көптігі, олардың өзара әрекетінің күрделілігін, сондай-ақ оларды баптау қажеттілігін ескере отырып, анық емес логика элементтерін қолдану арқылы сәйкестендірудің ұсынылып отырған әдісі қысқа тұйықталу түрлерін анықтау процесін жеделдетуге, жалған іске қосуларды болдырмауға мүмкіндік береді.
Анық емес логикаға негізделген бұл тәсіл қысқа тұйықталудың барлық түрлерінде өте тиімді және нәтижелі болуы мүмкін. Ұсынылып отырған әдіс зақымдануларды анықтап қана қоймай, зақымдалған фазаларды көрсету арқылы қысқа тұйықталу түрлерін де анықтай алады. Әдіс логикасы қарапайым, өйткені тек кейбір лингвистикалық ережелерді ғана талап етеді.
Лингвистикалық ережелер базасын микропроцессорда бағдарламалауға болады. Бұл қорғаныстың жылдам әрекет етуін және зақымдалған аймақты анықтау дәлдігін арттыруға мүмкіндік береді.
ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
[1] Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем:Учебное пособие для техникумов.-Энергоатомиздат, 1998-798с.
[2] Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения.-М:Высшая школа, 2008-6391с.
[3] Копьев В.Н. Релейная защита. Принципы выполнения и применения:Учебное пособие.- Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009-153с.
[4] Анисимов Ю.В. Применение технической диагностики в устройствах релейной защиты и автоматики распределительных сетей 10-110 кВ:Учебное пособие.-Астана:КазГАТУ, 2004-92с.
[5] Ансабекова Г. Н. Электр жүйелері объектілерінің қорғаныс және автоматикасының қолданыстағы әдістері мен құрылғыларын талдау. Қазақстан Республикасы Тәуелсіздігінің 30
49
жылдығына арналған «Сейфуллин оқулары – 17: «Қазіргі аграрлық ғылым: цифрлық трансформация»
атты халықаралық ғылыми – тәжірибелік конференцияға материалдар.- 2021.- Т.1, Ч.2 - Б.312-314.
[6] Леоненков А.В. Нечеткое моделирование в среде MATLAB и fuzzyTACH.-СПб.:БХВ- Петербург, 2005.-736с.
[7] Ансабекова Г.Н. Анализ применения элементов нечеткой логики для идентификации видов коротких замыканий в электроэнергетических сетях. "Innovation Management and Technology in the Era of Globalization": Materials of the IX International Scientific-Practical Conference. In two volumes.
Volume I – Edinburgh, UK: Regional Academy of Management, 2022. (178 стр.).
[8] Chanda D, Kishore NK, Sinha AK. Application of multi-resolution wavelet analysis for identification and classification of faults on transmission lines. Electr Power Syst Res 2005. - №73:323–
333.
[9] Jamil M, Sharma SK, Singh R (2015). Fault detection and classification in electrical power transmission system using artificial neural network. SpringerPlus. 2015.- №4(334):1–13.
[10] Ansabekova G. Possibilities of using fuzzy logic elements in protection and automation devices of electric power networks. The scientific heritage (Budapest, Hungary) The journal is registered and published in Hungary. Format - A4 ISSN 9215 — 0365, VOL 1, No 80 (80) (2021) (8 стр.).
[11] Ансабекова Г.Н., Сарсикеев Е.Ж. Әуе электрберіліс желілерін бір фазалы қысқа тұйықталудан қорғау жүйесін құру үшін анық емес логиканы қолдану.– Павлодар: Торайғыров университетінің хабаршысы Ғылыми журналы. Энергетикалық сериясы, №2,2022.-412.
[12] Nguyen T, Liao Y. Classification of transmission line faults types based on new features and neuro-fuzzy system. Electric Power Compon Sist. 2010.- №38(6):695–709.
[13] Shuma Adhikari, Nidul Sinha and Thingam Dorendrajit. Fuzzy logic based on-line fault detection and classification in transmission line. SpringerPlus (2016)5:1002 DOI 10.1186/s40064-016-2669-4.
LIST OF REFERENCES
[1] Chernobrovov N. V., Semenov V. A. Releinaya zaschita energeticheskih sistem: Uchebnoe posobie dlya tehnikumov [Relay protection of energy systems: Textbook for technical schools].- Energoatomızdat, 1998-798s.
[2] Andreyev V.A. Releynaya zashchita i avtomatika sistem elektrosnabzheniya [Relay protection and automation of power supply systems].-M.:Vysshaya shk., 2008.-639s.
[3] Kopev V. N. Releinaya zaschita. Principi vipolneniya i primeneniya:Uchebnoe posobie [Relay protection. Principles of implementation and application:Study guide].-Tomsk: Izd-vo Tomskogo politehnicheskogo universiteta, 2009-153s.
[4] Anisimov Yu.V. Primenenie tehnicheskoi diagnostiki v ustroistvah releinoi zaschiti i avtomatiki raspredelitelnih setei 10-110 kV: Uchebnoe posobie [Application of technical diagnostics in relay protection and automation devices of 10-110 kV distribution networks:Study guide].- Astana:KazGATU, 2004_92s.
[5] Ansabekova G. N. Elektr júıeleri obektileriniń qorǵanys jáne avtomatıkasynyń qoldanystaǵy ádisteri men qurylǵylaryn taldaý [Analysis of existing methods and devices of protection and automation of objects of electrical systems]. Qazaqstan Respýblıkasy Táýelsizdiginiń 30 jyldyǵyna arnalǵan "Seıfýllın oqýlary – 17: "Qazirgi agrarlyq ǵylym: sıfrlyq transformasıa" atty halyqaralyq ǵylymı – tájirıbelik konferensıaǵa materıaldar.- 2021.- T.1, CH.2 - B.312-314.
[6] Leonenkov A.V. Nechetkoye modelirovaniye v srede MATLAB i fuzzyTACH [Fuzzy modeling in MATLAB and fuzzyTACH].-SPb.:BKHV-Peterburg, 2005.-736s.
[7] Ansabekova G.N. Elektr energetıkalyq jelilerdegi qysqa tuıyqtalý túrlerin anyqtaý úshin anyq emes logıka elementterin qoldanýdy taldaý [Analysis of the use of fuzzy logic elements to identify types of short circuits in electric power networks]. "Jahandaný dáýirindegi Inovasıalyq menedjment jáne tehnologıalar": IX Halyqaralyq ǵylymı-praktıkalyq konferensıa materıaldary. Eki tomdyq. I Tom-Edınbýrg, Ulybrıtanıa - Volume I – Edinburgh, UK: Regional Academy of Management, 2022. (178 стр.).
[8] Chanda D, Kishore NK, Sinha AK. Application of multi-resolution wavelet analysis for identification and classification of faults on transmission lines. Electr Power Syst Res 2005. - №73:323–
333.
[9] Jamil M, Sharma SK, Singh R (2015). Fault detection and classification in electrical power transmission system using artificial neural network. SpringerPlus. 2015.- №4(334):1–13.
50
[10] Ansabekova G. Possibilities of using fuzzy logic elements in protection and automation devices of electric power networks. The scientific heritage (Budapest, Hungary) The journal is registered and published in Hungary. Format - A4 ISSN 9215 — 0365, VOL 1, No 80 (80) (2021) (8 стр.).
[11] Ansabekova G.N., Sarsıkeev E.J. Áýe elektrberilis jelilerin bir fazaly qysqa tuıyqtalýdan qorǵaý júıesin qurý úshin anyq emes logıkany qoldaný [The use of fuzzy logic to create a single-phase short-circuit protection system for overhead power lines].– Pavlodar: Toraıǵyrov ýnıversıtetiniń habarshysy Ǵylymı jýrnaly. Energetıkalyq serıasy, №2,2022.-412.
[12] Nguyen T, Liao Y. Classification of transmission line faults types based on new features and neuro-fuzzy system. Electric Power Compon Sist. 2010.- №38(6):695–709.
[13] Shuma Adhikari, Nidul Sinha and Thingam Dorendrajit. Fuzzy logic based on-line fault detection and classification in transmission line. SpringerPlus (2016)5:1002 DOI 10.1186/s40064-016-2669-4.
РАЗРАБОТКА НОВОЙ МОДЕЛИ ИДЕНТИФИКАЦИИ ВИДОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В СЕТЯХ НАПРЯЖЕНИЕМ 110 кВ
Г.Н. Ансабекова1, Е.Ж. Сарсикеев1, Ж.С. Абдимуратов2
1НАО «Казахский агротехнический университет имени Сакена Сейфуллина», Астана, Казахстан
2НАО «Алматинский университет энергетики связи имени Гумарбека Даукеева», Алматы, Казахстан E-mail: [email protected], [email protected], [email protected]
Аннотация. На сегодняшний день в различных отраслях используются элементы нечеткой логики, которые демонстрируют положительные качества. Существующие схемы защиты и автоматики в релейной защите взаимосвязаны множеством видов защит, что снижает их быстродействие и надежность в целом.
Быстродействие и надежность, в свою очередь, являются основными требованиями, предъявляемыми к релейной защите и автоматике.
В данной статье обоснована тенденция снижения надежности релейной защиты, связанная с переходом от аналоговых к цифровым видам защиты. По результатам анализа причин возникновения повреждений в электрических системах выделены ряд характерных недостатков защиты и автоматики элементов электрических систем. А именно: сложность реализации взаимодействия защит между собой;
снижение быстродействия по определению видов коротких замыканий; ложные срабатывания; срабатывание защиты без установления причины. Быстродействие и надежность являются основными требованиями, предъявляемыми к защите и автоматике. Однако в работе показано, что существующие методы и схемы релейной защиты и автоматики (РиА) взаимосвязаны между собой, требуют индивидуальной настройки. В связи с этим предложена новая модель идентификации несимметричных видов короткого замыкания в сетях 110 кВ на основе нечеткой логики (НЛ), которая сегодня в автоматике демонстрирует положительные качества. Рассмотрены подходы к постановке задачи, проанализированы осциллограммы токов и напряжений в линиях 110 кВ. Сформированы граничные условия по результатам экспериментальных данных.
Ключевые слова: устройства защиты и автоматики, реле, микропроцессорные устройства защиты, нечеткая логика, короткое замыкание.
DEVELOPMENT OF A NEW MODEL FOR IDENTIFICATION OF TYPES OF SHORT CIRCUIT IN 110 kV NETWORKS
G.N. Ansabekova1, E.Jh. Sarsikeev1, Jh.S. Abdimuratov2
¹Non-profit JSC Kazakh Agrotechnical University named after Saken Seifullin, Astana, Kazakhstan
2Non-profit JSC “Almaty University of Power Engineering and Telecommunications named after Gumarbek Daukeyev”, Almaty, Kazakhstan
E-mail: [email protected], [email protected], [email protected]
51
Abstract. Elements of fuzzy logic are used in various industries today. They demonstrate positive qualities.
Existing schemes of protection and automation in relay protection are interconnected by many types of protections. This reduces their speed and reliability in general. Speed and reliability in turn are the main requirements for relay protection and automation.
The tendency of decreasing reliability of relay protection, associated with the transition from analog to digital types of protection, is substantiated in this article. A number of characteristic disadvantages of protection and automation of elements of electrical systems are highlighted by the results of the analysis of the causes of faults in electrical systems. Namely: the complexity of implementing the interaction of protections with each other; reduction of the speed of determining the types of short circuits; false triggers; triggering protection without identifying the cause.
Speed and reliability are the main requirements for protection and automation. However, the article shows that the existing methods and schemes of relay protection and automatics (RiA) are interrelated with each other. They require individual adjustment. In this regard, we preface a new model of identification of asymmetrical short-circuit types in 110 kV networks based on fuzzy logic (NL). Today, fuzzy logic in automation shows positive qualities. Approaches to the problem statement have been considered. Oscillograms of currents and voltages in 110 kV lines have been analyzed.
Boundary conditions based on experimental data have been generated.
Keywords: protection and automation devices, relays, microprocessor protection devices, fuzzy logic, short circuit.
Басылымның шығыс деректері
Мерзімді баспасөз басылымының атауы «Алматы энергетика және байланыс университетінің Хабаршысы» ғылыми- техникалық журналы
Мерзімді баспасөз басылымының меншік иесі «Ғұмарбек Дәукеев атындағы Алматы энергетика және байланыс университеті»
коммерциялық емес акционерлік қоғамы, Алматы, Қазақстан
Бас редактор Профессор, т.ғ.к., В.В. Стояк
Қайта есепке қою туралы куәліктің нөмірі мен күні және берген органның атауы
№ KZ14VPY00024997, күні 17.07.2020,
Қазақстан Республикасының Ақпарат және қоғамдық даму министрлігі
Мерзімділігі Жылына 4 рет (тоқсан сайын)
Мерзімді баспасөз басылымының реттік нөмірі және жарыққа шыққан күні
Жалпы нөмір 59, 4-басылым, 2022 жылғы 30 желтоқсан
Басылым индексі 74108
Басылым таралымы 200 дана
Баға Келісілген
Баспахана атауы, оның мекен-жайы «Ғұмарбек Дәукеев атындағы Алматы энергетика және байланыс университеті»
КЕАҚ баспаханасы, Байтұрсынұлы көшесі, 126/1 үй, А120 каб.
Редакцияның мекен-жайы 0 5 0 0 1 3 , Алм а т ы қ. , «Ғ ұ м а р бе к Дә ук е ев а т ы н да ғы А л м а т ы эн ер г ет и ка ж ә н е ба й ла н ы с ун и в ер с и т ет і » К ЕА Қ, Б а й т ұ р с ы н ұ лы к- с і , 1 2 6 / 1 ү й , ка б. А 2 2 4 , т е л. : 8 ( 7 2 7 ) 2 9 2 5 8 4 8 , 7 08 8 8 0 7 7 9 9 , e - m a i l : v e s t n i k @ a u e s . k z
Выходные данные
Название периодического печатного издания Научно-технический журнал «Вестник Алматинского университета энергетики и связи»
Собственник периодического печатного издания
Некоммерческое акционерное общество «Алматинский университет энергетики и связи имени Гумарбека Даукеева», Алматы, Казахстан
Главный редактор Профессор, к.т.н., Стояк В.В.
Номер и дата свидетельства о постановке на переучет и наименование выдавшего органа
№ KZ14VPY00024997 от 17.07.2020
Министерство информации и общественного развития Республики Казахстан
Периодичность 4 раза в год (ежеквартально)
Порядковый номер и дата выхода в свет
периодического печатного издания Валовый номер 59, выпуск 4, 30 декабрь 2022
Подписной индекс 74108
Тираж выпуска 200 экз.
Цена Договорная
Наименование типографии, ее адрес Типография НАО «Алматинский университет энергетики и связи имени Гумарбека Даукеева», ул. Байтурсынулы, дом 126/1, каб. А 120
Адрес редакции 050013, г. Алматы, НАО «Алматинский у ниверситет э нергетики и с вязи имени Гумарбека Даукеева», ул. Байтурсынулы, дом 126/1, каб. А 224, т ел.: 8 (727) 292 58 48, 708 880 77 99, e-mail: [email protected]
Issue output
Name of the periodical printed publication Scientific and technical journal "Bulletin of the Almaty University of Power Engineering and Telecommunications"
Owner of the periodical printed publication Non-profit joint-stock company "Almaty University of Power Enginnering and Telecommunications named after Gumarbek Daukeyev", Almaty, Kazakhstan
Chief Editor Professor, candidate of technical sciences Stoyak V.V.
Number and date of the registration certificate and the name of the issuing authority
№ KZ14VPY00024997 from 17.07.2020
Ministry of Information and Social Development of the Republic of Kazakhstan
Periodicity 4 times a year (quarterly)
Serial number and date of publication of a periodical printed publication
Number 59, edition 4, December 30, 2022
Subscription index 74108
Circulation of the issue 200 copies
Price Negotiable
The name of the printing house, its address Printing house of Non-profit joint-stock company "Almaty University of Power Enginnering and Telecommunications named after Gumarbek Daukeyev", 126/1 Baitursynuly str., office A 120, Almaty, Republic of Kazakhstan
Editorial office address 050013, Non-profit joint-stock company "Almaty University of Power Enginnering and Telecommunications named after Gumarbek Daukeyev",
A 2 2 4 , t e l .: 8 (727) 292 58 48, 708 880 77 99, e-mail: [email protected]
