Релейная защита
Вопросы внедрения современных технологий в практику отечественной электроэнергетики – постоянная тема множества статей, выступлений и публичных дискуссий.
Перспективам применения цифровых технологий для повышения качества электрооборудования посвящена статья, подготовленная коллективом специалистов проектных и эксплуатационных организаций, разработчиков оборудования и ученых.
ЦИФРОВОЕ
МОДЕЛИРОВАНИЕ
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ
В РЕЖИМАХ
РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ
Внедрение
в практику
эксплуатации
электрооборудования
Вячеслав Рябов, к.т.н.,
Владимир Ионайтес, Емельян Плахтына, д.т.н.,
Андрей Куцык, д.т.н.
НПП «РТС-Электро», г. Санкт-Петербург
Виктор Волков, Андрей Минаев
ОАО «Атомэнергопроект», г. Санкт-Петербург
Валерий Ванин, д.т.н.,
Георгий Евдокунин, д.т.н.,
Максим Попов, к.т.н.
СПБГПУ, г. Санкт-Петербург
Анатолий Козярук, д.т.н.
Национальный минерально-сырьевой
университет «Горный», г. Санкт-Петербург
Камиль Юзмиев
ОАО «Концерн «Росэнергоатом», г. Москва
Александр Булычев, д.т.н.
ЗАО «Бреслер», г. Чебоксары
Повышение качества и надежности энергетического оборудования неразрывно связано с применением на всех этапах его жизненного цикла – от проектирования до эксплуатации на объекте – современных цифровых технологий, а также методов математического моделирования энергетических систем.
Особенно актуально применение новых технологий при проектировании, создании и испытаниях различных систем управления, в т.ч. систем управления возбуждением синхронных генераторов, регуляторов различных типов, АСУ ТП, локальных и системных комплексов защит и противоаварийной автоматики, систем управления вставками постоянного тока передачи мощности и т.п.
Разработка многих видов электроэнергетического оборудования требует использования специальных установок для исследований и испытаний. Испытания электрооборудования на заводах-изготовителях, качественная и эффективная наладка и диагностика при вводе его в эксплуатацию, на этапах регламентных работ и в период самой эксплуатации практически невозможна вне комплекса энергетического оборудования объекта. При этом возможности испытаний на объекте, в частности на атомных электростанциях (АЭС), крайне ограничены, а в некоторых режимах (особенно аварийных) вообще невозможны.
В ноябре 2011 г. на совещании Электротехнического совета ОАО «Концерн Росэнергоатом» подчеркивалось, что повышение качества и надежности оборудования неразрывно связано с внедрением эффективных систем диагностики в практику эксплуатации АЭС и созданием подразделений диагностики электрооборудования в составе электрических цехов станций.
При этом отмечалось, что повышение надежности и безопасности работы объектов атомной энергетики и качества их эксплуатации – задача комплексная и определяется не только уровнем надежности электрооборудования, но и уровнем профессиональной подготовки электротехнического персонала станций. Сегодня решать эти задачи позволяет цифровое моделирование с использованием современных аппаратных и программных средств.
Цифровое моделирование
Разработка цифровых моделей энергетических систем для расчета электромагнитных и электромеханических процессов с высокой степенью адекватности процессам в физических объектах исследования – сложная задача. Ее сложность определяется не столько высоким порядком уравнений моделей объекта, сколько наличием в схемах современных электроэнергетических систем полупроводниковых устройств различных типов (полупроводниковых выпрямителей, преобразователей частоты на тиристорах и IGBT-модулях, различных видов полупроводниковых систем возбуждения (СВ) синхронных генераторов и т.п.).
Современные энергетические объекты – это машинно-вентильные комплексы. Наличие полупроводниковых устройств в энергетических системах требует не только специальных методов их моделирования, но и высокого порядка дискретности расчета для получения устойчивого численного решения так называемых жестких систем дифференциальных уравнений, моделирующих объект исследования. Это требует применения аппаратных и программных средств соответствующего уровня с обязательным использованием операционных систем жесткого реального времени.
Решение такой задачи позволяет получить виртуальный аналог энергетического объекта исследования и мгновенные значения электромагнитных и механических (частоты вращения) параметров в элементах электрической схемы в любых рабочих и аварийных режимах работы (расчетные осциллограммы).
В свою очередь работа модели в темпе процесса дает возможность решить задачу испытаний физического оборудования совместно с виртуальной моделью объекта его эксплуатации. При этом испытываемое оборудование работает как единое целое с виртуальным объектом эксплуатации и находится совершенно в тех же условиях, что и при работе в реальной электрической схеме объекта (то же количество и те же параметры аналоговых и дискретных сигналов).
Таким образом, появляется возможность провести комплексные испытания оборудования схемы с алгоритмами работы систем автоматики и релейной защиты. При необходимости могут быть уточнены и другие важные характеристики элементов оборудования, например, тепловая нагрузка электрических машин, величины крутильных колебаний в валопроводах агрегатов в аварийных режимах работы и т.п.
Отечественные разработки
Аппаратно-цифровые комплексы реального времени с подключением физического оборудования к модели – эффективный и проверенный метод, интенсивно внедряемый в практику мировой энергетики для решения широкого диапазона задач на качественно более высоком уровне. В России также идет освоение этих технологий для проектирования, испытаний и исследований электрооборудования, обучения и повышения уровня подготовки персонала энергетических предприятий.
На базе Санкт-Петербургского политехнического университета начато освоение цифровых технологий реального времени для разработки систем релейной защиты, исследования режимных вопросов работы энергосистем и внедрения в процесс обучения студентов энергетических специальностей.
Петербургским НПП «РТС-Электро» создан инструмент для исследования рабочих и аварийных режимов работы в сложных электромеханических комплексах и энергосистемах. Работа программ в режиме реального времени позволяет разрабатывать аппаратно-цифровые системы для диагностики, испытаний и исследования различных видов ответственного оборудования энергетических систем (СВ синхронных генераторов, АСУ ТП, системной автоматики и релейной защиты и ряда других) при работе данного физического оборудования в замкнутом контуре с учетом схемы и параметров объекта его эксплуатации (рис. 1). При этом решена задача работы с физическим оборудованием в режиме удаленного доступа.
Рис. 1. Структурная схема работы цифрового диагностического комплекса реального времени
с испытуемым физическим оборудованием (объект диагностирования)
Одно из возможных применений разработки – цифровой диагностический комплекс реального времени (ЦДК-РТ) для испытаний и наладки СВ синхронных генераторов (фото 1).
Фото 1. Испытания системы возбуждения генераторов с использованием ЦДК-РТ на площадке завода-изготовителя
Так, на выставке «Энергетика и Электротехника» (16–20 мая 2011 г., Санкт-Петербург) была продемонстрирована совместная работа СВ дизель-генераторов схемы резервного питания Ленинградской АЭС с ЦДК-РТ. Испытания СВ проводились в замкнутом контуре с учетом параметров и алгоритмов работы систем резервного питания АЭС.
Испытания на цифровом диагностическом комплексе проводились и для СВ дизель-генераторов Курской АЭС, как на самой АЭС, так и на площадке завода-изготовителя систем возбуждения.
Проведенные испытания различных типов СВ на цифровом диагностическом комплексе показали высокую эффективность, необходимость и большие перспективы новых технологий. Их применение особенно актуально в связи с необходимостью технически обосновывать решения о возможности продления сроков эксплуатации и увеличения генерирующей мощности энергоблоков АЭС, а также с введением дополнительных резервных систем электроснабжения собственных нужд при запроектных тяжелых авариях (ЗТА) с полной потерей электропитания от резервных источников.
Создание и комплексное внедрение таких технологий позволит повысить качество производимого оборудования, надежность и безопасность объектов энергетики.
|
