ОСОБЕННОСТИ ИДЕНТИФИКАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ В ПРОГРАММАХ РАСЧЕТА ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
7 августа 2010Горшков К.Е., Коровин Ю.В.
Южно-Уральский государственный университет,
Россия, г. Челябинск, пр. имени В.И. Ленина, 76
Электроэнергетическая система является сложной структурой, включающей большое количество различных элементов. Сложная топология, большие масштабы, а также непрерывность процессов производства, передачи и распределения энергии требуют постоянной разработки и внедрения новых, более эффективных технологий анализа и управления режимами энергосистемы.
Информация о токах короткого замыкания (КЗ) является необходимой при анализе работы каждого объекта и всей энергосистемы в целом. Точность расчета обеспечивает правильную и эффективную работу устройств релейной защиты и автоматики (РЗА). Современные устройства РЗА, выполняемые на микропроцессорах, обладают большей точностью и функциональностью в сравнении с предшествующими аналогами. Вследствие чего предъявляют более жесткие требования к расчету уставок и соответственно токов КЗ защищаемых объектов.
Применение специализированных программ позволяет многократно снизить время, затрачиваемое на проведение расчетов токов КЗ на ЭВМ, а также повысить точность и достоверность результатов. Но программы, разработанные 5-10 лет назад, обладают рядом существенных недостатков [1]. Таковыми являются:
• отсутствие механизма идентификации одноименной электрической схемы электроэнергетической системы или ее объектов;
• невозможность интеграции с аналогичными программами, а также программами расчета нормального, предаварийного режима и переходного процесса;
• слабая функциональность, не учет схем и групп соединения обмоток трансформаторов и автотрансформаторов.
Примером может служить широко известная программа «ТКЗ-3000» [2]. Программа позволяет определять с высокой точностью начальное действующее значение и фазу периодической составляющей тока КЗ при различных видах повреждений, в том числе сложных, симметричные составляющие тока, их распределение по ветвям и т.д. Однако, исходная информация задается в виде таб-
лиц, описывающих параметры и конфигурацию графа схемы замещения, который формируется пользователем самостоятельно. Такой подход имеет недостатки:
• самостоятельная идентификация элементов объекта энергосистемы и ввод пользователем графа схемы замещения требует специальных знаний, определенных навыков и времени;
• трудоемок процесс отслеживания изменений в топологии расчетной схемы и, следовательно, пересчета токов короткого замыкания;
• исходная информация формируется индивидуально для каждого приложения, входящего в программный комплекс анализа режимов или сетевого анализа.
Кроме того, в программе не учитывается фазоповорот токов и напряжений трансформаторов с различными схемами и группами соединения обмоток.
Поэтому представляется актуальным разработка программного модуля с алгоритмами идентификации элементов рассматриваемого объекта, обеспечивающих ввод исходной информации в общепринятом виде и формирование схем замещения для дальнейших расчетов.
Для решения этой проблемы разработан программный модуль «ТоКо: Расчет токов короткого замыкания» с механизмом ввода и идентификации элементов электроэнергетической системы [3]. Решены задачи формализации и алгоритмизации автоматического анализа состояния топологии расчетной схемы электроустановки (участка электроэнергетической системы) и ее преобразования в узловую модель.
Ввод исходной информации реализован в виде мнемонической расчетной схемы, состоящей из элементов, соответствующих основным элементам электроэнергетической системы: генератор, двигатель, трансформатор, линия электропередач и т.д.
Анализ и преобразование исходной схемы в схему замещения осуществляется специальными алгоритмами, обеспечивающими минимизацию числа узлов графа схемы замещения с привязкой узлов и ветвей к эле - ментам расчетной схемы [4]. В ходе анализа каждому мнемоническому элементу ставиться в соответствие ранее заложенная схема замещения. Оптимизация может осуществляться как на этапе анализа графа мнемонической расчетной схемы, так и по окончании формирования графа схемы замещения.
Для трансформаторов и автотрансформаторов используются П-образные схемы замещения [5]. Для этого разработана методика применения П-образных схем замещения трансформаторов, позволяющая формировать схемы замещения не только прямой, а также обратной и нулевой последовательности [6].
Применение П-образных схем замещения позволило решить ряд проблем, таких как:
• расчет в именованных единицах с реальными коэффициентами трансформации трансформаторов;
• учет регулирования напряжений обмоток трансформаторов;
• расчет схем с параллельно работающими трансформаторами с различными коэффициентами трансформации.