Устройство противоаварийной режимной автоматики электростанции

Союз Соеетскик Социапистическик Республик(22) Заявлено 020874 (21) 2060472/24-07 (51) М, Кл.2 Н 02 У 3/24 с присоединением заявки Ио Государственный коинтет СССР но пелаи изобретений и открытий(53) УДК б 21. 316. .728(088.8) Дата опубликования описания 180780(54) УСТРОЙСТВО ПРОТИВОАВАРИЙНОЙ РЕЖИМНОЙ АВТОМАТИКИ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ ния 2 . Изобретение относится к автоматичемкому управлению энергетическими системами в частности к устройствам противоаварийной режимной автоматики, предназначенной для сохранения и по- э .вышения динамической устойчивости объединенных энергосистем, содержащих мощные электростанции, при коротких замыканиях в системообразующей сети 220-750 кВ. 1 ОИзвестны различные способы автоматического управления аварийными режимами энергосистем с целью сохранения их динамической устойчивости и устройства, реализующие эти способы. 13 Известно устройство, содержащее блок измерения активной мощности линии, блок выделения сброса активной мощности по линии, блок признаков 2 О коротких замыканий, блок определения длительности к,з., блок обработки телеинформации об отключениях и струк- турных изменениях на линиях, блок реализации предварительно аппроксимироманных параллельными линиями границ синхронной динамической устойчивости посредством операционных уснлителей, ключевых схем и нуль-органов 11 . ЭО 2Основными недостатками устройства являются: низкое быстродействие; снижение точности аварийной разгрузки, обуславливаемое неравенством величины сброса активной мощности, фиксируемой в момент короткого замыкания, ее величине в момент отключения повреждения от релейной защиты, после действия которого автоматика осуществляет разгрузку;. снижение надежности действия автоматики из-за необходимости передачииполучения телесигналов об отключении повреждения в аварийных и послеаварийных режимах энергосистем.Известно также устройство, в которое, с целью обеспечения необходимой точности устройства при работе мощности электростанции на два и более направления, дополнительно введены блоки измерения активной мощности и блоки выявления сброса активной мощности, установленные во вторичных цепях каждой отходящей линии и каждого генератора электростанции, а также блок суммирования сбросов активных мощностей, определяющий общую ее величину с учетом возможной затяжки отключения короткого замыкаНаибблее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяустройство, содержащее блок измерения суммарной вырабатываемой электростанцией активной мощности, блокопределения фактического суммарногосброса активной мощности, блок определения фактического суммарного сброса активной мощности, блок информации о составе электропередачи, блокпризнаков коротких замыканий и конечный блок логики 31 .Его недостатками являются: сравнительно невысокое быстродействие, ограничивающееся временем действия релейной защиты и получения информацииоб отключении поврежденного участкалинии электропередачи (в пределах0,15 сек ); невысокая точность аварийной разгрузки из-за ограниченногочисла используемых н устройстве нелинейных блоков, аппроксимирующихграницы синхронной динамической устойчивости (ГСДУ) и ожидания отключения повреждения.Все это обусловливает увеличениевероятного экономического ущерба отаварий в эчергообъединении.Цель изобретения - повышение быстродействия устройств противоанарийнойрежимной автоматики и точности антоматической разгрузки электростанциипри коротких заьюканиях н энергосистемах. Достижение этой цели позволяет обеспечить минимум народнохозяйстненного ущерба при авариях, вызванных короткими замыканиями, из-занедоотпуска электроэнергии потребителям.Эта цель достигается тем, что нустройстве противоаварийной режимной"автоматики электростанции, содержащем блок измерения суммарной актинной мощности, вырабатываемой наэлектростанции, выход которого подключен ко входу блока сброса активной мощности, блок информации структуры основной системообразующей сети энергообъединения, блбк прогнОзаопасности аварийной ситуации, одиниэ входов которого присоединен к выходу блока информациИ структурыэнергообъединения, блок логики, одиниз входов которого связан с выходомблока прогноза опасности, другой -с блоком признаков коротких замыканий, а выход подключен к исполнительно 4 у блоку, блок сброса активной мощ.ноСти состоит из инвертора, блокапамяти и сумматора, причем выход блока памяти связан с одним из входовсумматора и аналоговым входом блокаинформации структуры основной системообразующей сети энергообъединения," " а выход сумма. тора соединен о вторъщвходом бло:а"и,огне:-й опасяостй аварийной ситуац."и,С целью повышения тсчноств работыпри изменен;ях в структуре основной системообразующей сети, блок информации структуры основной системообразующей сети содержит шинки включенного положения выключателей этой сети и элементы НЕ, И, ИЛИ и НЕТ,образующие раздельные логические каналыавтоматического управления, причемв первом логическом канале входы элемента И соединены со всеми шинкамивключенного положения выключателей,а его выход через элемент НЕ подключен к дискретному входу элемента НЕТ,в последующих логических каналах ккаждой шинке подключен вход одногоэлемента НЕ и трех элементов И, выход каждого элемента НЕ соединен не15 менее чем с одним элементом И, выходыкоторых через элементы ИЛИ и НЕ связаны с дискретным входом элементаНЕТ, причем число шинок выбрано равным числу выключателей основной сети,20 положение которых контролируется,а число логических каналовавтоматического управления равно числу реально возможных вариантов структуры основной системообразующей сети энергообъединения,С целью повышения точности автоматической дозировки управляющего воздействия блок прогноза опасности аварийной ситуации содержит паРаллельныегруппы ячеек, каждая из которых состоит из нуль-органа и диодного нелинейного элемента, в котором аппроксимирована соответствующая границасинхронной динамической устойчивости,причем выход кажого нелинейного элемента связан с одним из входов нуль-.органов, а другой вход нуль-органасоединен с выходом сумматора блокасброса активной мощности, число параллельных групп ячеек ."нелинейный40 элемент-нуль-орган" установлено равньм числу каналов автоматического управления, а число таких ячеек в каждой параллельной группе установленоравным максимальному числу ступеней4 аварийной разгрузки в соответствующем канале антоматического управления.С целью обеспечения селективностиработы, блок логики содержит параллельные группы из элементов НЕ и И,один из входов всех элементов Исоединен с выходом блока признаков коротких замыканий, другие их входысоединены с выходом нуль-органоввсех предыдущих, своей и последующихступеней аварийной разгрузки, причемэлементы И с нуль-органами последующих ступенейсвязаны через элементНЕ, а их выходы соединены с исполнительным блоком.60 На фиг. 1 приведена блок-схемаустройства противоаварийной режимнойавтоматики (ПРА); на фиг, 2 - блоксхема блока информации структуры основной системообразующей сети энергообъедирения (БИС); на фиг, 3 -блок-схема блока прогноза опасности аварийной ситуации (БПАС) и блока ло/гики; на фиг, 4 - границы синхронной динамической устойчивости (ГСДУ). Устройство (Фиг. 1) содержит блок 1 измерения суммарной активной мощности, на входы которого подаются сигналы от датчиков активной мощнос- ти, устанавливаемых на каждом генераторе, а выход подключен к блоку сброса активной мощности, состоящего из сумматора 2, блока 3 памяти (БП), инвертора 4. Выход блока памяти соединен с одним из входов сумматора и с входом блока 5 информации стрУктуры основной системообразующей сети энергообъединения (БИС), выход которого подключен ко входу блока 6 прогноза опасности (БПАС), второй вход которого подключен к выходу сумматора 2. Выход блока 6 соединен со входом блока 7 логики (БЛ), второй вход которого подключен к выходу блока 8 признаков коротких замыканий, Выход блока логики соединен со входом исполнительного блока 9. При этом элементы устройства выполняют следующие Функции, Сумматоры 1 и 2 (на базе операционного усилителя), выходное напряжение которых пропорционально (равно) суммарной активной мощности, вырабатываемой на ЭС, или сбросу активной. мощности на ней при коротких замыканиях; блок 3 памяти (ВП), периодически запоминающий предшествующее значение активной мощности с последующим его сбросом (например, с частотой 4-5 Гц); инвертирующчй блок 4 (ИБ) на базе операционного усилителя; блок 5 информации структуры (БИС) основной системообразующей сети энергообъединения (включающую и рассматриваемую электростанцию), имеющий дискретные и аналоговые входы и выходы, осуществляющий автоматический перебор каналов управления в зависимости от изменений в структуре сети в предаварийных режимах; блок 6 прогноза опасности аварийной ситуации (БПАС), состоящий из полупроводниковых нелинейных элементов, в которыхаппроксимируются границы сичхронной динамической устойчивости (ГСДУ) Й нуль-органов, обеспечивающих преобразование сигнала суммарной активной мощности в сигналы расчетных сбросов этой мощности, их сравнение и получение дискретного сигнала хп, блок 7 логики, который в зависимости от сочетания выходных сигналов БПАС опре"/деляет интенсивность управляющего воздействия, и генерирует на своем выходе дискретный сигнал у; блок 8 признаков коротких замыканий (БПКЗ), выявляющий и запоминающий признаки (например токи нулевой и обратной последовательностей) коротких замыканий (с последующим преобразованиемих в дискретный сигнал х);выходнойблок 9 (ВБ), в котором выработанныйдозированный управляющий сигнал реализуется в управляющий импульс определенной интенсивности (амплитудыи продолжительности, если на ЭС установлены т/генераторы) или же в управляющую команду (на отключение определенного числа г/генераторов),Блок 5 информации структуры (БИС)(Фиг. 2) содержит шинки 10 включенного положения выключателей системаобразующей сети, логический элемент11 И к выходу которого подключенлогический элемент 12 НЕ, выход которого подключен ко входу логическогоэлемента 13 НЕТ, ко второму (аналоговому) входу которого подключен выход блока 3 памяти, Эти блоки образу"ют первый логический канал.20 Логические элементы 14 НЕ, 15 И,16 ИЛИ, 17 НЕ и 18 НЕТ образуют второй логический канал. Логические эле-менты 19 НЕ, 20 И, 21 ИЛИ, 22 НЕ и23 НЕТ образуют третий логический ка 25 налБлок 6 БПАС (Фиг, 3) содержит нелинейные элементы 24, реализованныена базе диодных ячеек и операционныхусилителей, и нуль-органы 25. БЛ ЗО содержит логические элементы 26 НЕй элементы 27 И.На фиг, 4 приведены границы син-.хронной динамической устойчивоси(ГСДУ), реализуемые посредствои диоду ных ячеек в элементах 24 блока 6,построенные для различных ступеней(О, ),аварийной разгрузки, Тамже показано преобразование сигналасуммарной мощности аР в сигналырасчетных сбросов активной мощностипосредством ГСДУ - а Р,а РрИ) С 41,Устройство ПРА действует следующимобразом.В исходных нормальных режимахэлектростанции (ЭС) и определенномварианте структуры сети (напримерполный состав силовых элементов) вырабатываемая генераторами ЭС мощностьпосредством сумматора 1 преобразуетсяв аналоговый сигнал Р . Этот сигналблок 3 преобразует в сигнал, пропорциональный предшествующему значениюактивной мощности Р , а блок 4 еГопреобразует в сигнал Р. Эти сигналыподаются на входы блока 2, Так как висходных режимах небаланс между текущим значением активной мощности Ри предшествующим ее значением Р отсутствует, то на выходе блока сбросамощности сигнал равен нулю, т.е.ЬО Р -РеО. В этом случае (фиг; 2)открыт первый логичесКий канал, соответствующий полному составу сети, авсе остальные каналы заперты, таккак сигнаЛы на входах блоков 11, 1665 и 21 Ф :1, Ф Фф = О. При этом(фиг. 3) на выходах элементов 25 блоков б, а также элементов 27 блока 7, сигналы хи у равны нулю и устройстно не осуществляет аварийную разгрузку.При любом коротком замыкании (к.з) на любом участке сети, например при аварии с координатой в точке "к" (фиг. 4), со сбросом мощности ьР на выходе блока сброса мощности появится сигнал Ро -Р = ь Р а на выходе блока 8 будет сигнал х: 1. Так как в доаварийном режиме сигнал Ро через выход блока сброса мощности через 1-ый канал блока 5 подавался на входы элементов 24, то на их выходах к моменту аварии имелись сигналы а Р и л Р") (см, фиг, 3 и 4) .бр ЯРВ этом случае на выходах элементов 25 блока б н силу неравенства д Р ( ь Р,ь Р") будут генерированы сигналы со значениями х, х =х :х 4 О, Тогда на выходе первого элемента 26 блока 7 сигнал х = 1. Выходные сигналы элементов 27 блока 7 соответствуют следующим логическим уравненияму " хкзлу, = хкзл хл х лхзу = х х лх ЛхЛх 43Уд = хкзл Хл лХЛХЗЛХ 4 поэтому прй дайной аварии получим управляющее воздеЙствие уэ= у = 1, т.е. соответствующее аварийной разгрузке равной единичной мощности одного генератора, так как в этом случае у- у, = У 4= О, у.: 1, Аналогичным образом устройство ПРА действует при любых других аварийных ситуациях.Таким образом, устройство ПРА осуществляет автоматическую настройку программы своего действия (посредством изменения своей структуры) в зависимостиот изменений в структуре энергообъединения в предаварийных режимах (чем существенно повышается его быстродействие) и обеспечивает дозировку управляющего сигнала в зависимости от тяжести (опасности) ава рийных ситуаций.ПредЛоженное устройство ПРА позво ляет довести быстродействие аварийной разгрузки до 0,04-0,05 с, пбвыШая ее точность, и таким образом, обеспечить снижение вероятного техни ко-экономического ущерба от аварий н энергосистемах, представляющих опасность устойчивости параллельной работе электростанций.Формула изобретения1. устройство противоанарийной режимной автома;ики электростанции, содержащее блок измерения суммарной активной мощно ли, вырабатываемой на. электростан.:н"., выход которого подключен ко входу блска сброса активной мощности, блок информации структуры основной системообразующейсети энергообъединения, блок прогноза опасности аварийной ситуации, одиниз входов которого присоединен к выходу блока информации структурыэнергообъединения, блок логики, одиниз входов которого связан с выходомблока прогноза опасности, другой -с блоком признаков коротких замыканий, а выход подключен к исполнительному блоку, о т л и ч а ю щ е е с я 0 тем, что, с целью повышения быстродействия и точности автоматическойаварийной разгрузки электростанциипри коротких замыканиях, блок сбросаактивной мощности состоит из инверто ра, блока памяти и сумматора, причемвыход блока памяти связан с одним извходов сумматора и аналоговым входомблока информации структуры основнойсистемообразующей сети энергообъедищ 0 нения, а выход сумматора соединен совторым входом блока прогноза опасности аварийной ситуации.2. Устройство по и, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности работы при изменениях в структуре основной системообразующей сети, блок информации структуры основной системообразующей сетисодержит шинки включенного положениявыключателей этой сети и элементы НЕ, З 0 И, ИЛИ и НЕТ, образующие раздельныелогические каналы автоматическогоуправления, причем в первом логическом канале входы элемента И соединены со всеми шинками включенного полоЗ 5 жения выключателей,а его выход черезэлемент НЕ подключен к дискрЕтномувходу элемента НЕТ, в последующих логических каналах к каждой шинке подключен вход одного элемента НЕ и трех 40 элементов И, выход каждого элементаНЕ соединен не менее, чем с однимэлементом И, выходы которых черезэлементЫ ИЛИ и НЕ связаны с дискретным входом элемента НЕТ, причем число шинок выбрано равным числу выключателей основной сети,.положение которых контролируется, а число логических каналов автоматического управления равно числу реально возможных вариантов структуры основнойсистемообразующей сети энергообъединения,3. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, чтс, с цельюповышения точности автоматическойдозировки управляющего воздействияблок прогноза опасности аварийнойситуации содержит параллельные группы ячеек, каждая из которых состоитиз нуль-органа и диодного нелинейно го элемента, в котором аппроксимирована соответствующая граница синхронной динамической устойчивости, причем ныход каждого нелинейного элемента связан с одним из входов нуль-ор ганон, а другой вход нуль-органа соенУйР Мсосеабс оснбюимеемеоЬ ЗЗСфиа 1 динен с выходом сумматора блока сброса активной мощности, число параллельных групп ячеек "нелинейный элемент- нуль-орган" установлено равным числу каналов автоматического управления, а число таких ячеек в каждой параллельной группе установлено равным максимальному числу ступеней аварийной разгрузки в соответствующем ка нале автоматического управления,4. Устройство по и. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения селективности работы, блок логики содержит параллельные группы из элементов НЕ и И, один из входов всех элементов И соединен с выходом блока признаков коротких замыканий, другие их входы соединены с выходами нуль-органов всех предыдущих, своей и последующей ступенейаварийной разгрузки, причем элементы И с нуль-органамипоследующих ступеней связаны через элемент НЕ, а ихвыходы соединены с исполнительнымблоком,Источники информации,принятые во внимание при экспртизе1, Авторское свидетельство СССРВ 248041, кл. Н 02 Х 3/24, 1967.2. Авторское свидетельство СССР9 312341, кл. Н 02 Х 3/24, 1968,3. Марикулиев И.Я. Вопросы противоаварийной режимной автоматики дальних электропередач переменного тока.АвтореФ. дис. на соиск, учен. степени кандидата техн. наук, Новочеркасск, 1971, рис. Ч,И Эаказ 4379/17 Тираж 78 филиал ППППатент г Ужг ро одписно тная, 4