Автоматизированная подсистема микропроцессорной релейной защиты фидеров контактной сети переменного тока

Актуальность работы. Диссертационная работа Вострикова М.В. посвящена актуальной научно-прикладной задаче, связанной с повышением селективности существующих устройств микропроцессорной релейной защиты путем создания автоматизированной подсистемы микропроцессорной релейной защиты (АП МРЗ) в составе нижнего и среднего уровней автоматизированной системы управления режимами работы элементов тяговой подстанции переменного тока (ТППТ). Предложенные в диссертационном исследовании средства, алгоритмы и научно-обоснованные практические рекомендации имеют научную новизну и практическую значимость. Целью работы является повышение эффективности работы микропроцессорной релейной защиты фидеров контактной сети, за счет использования автоматизированной подсистемы непрерывного мониторинга, анализа и краткосрочного прогнозирования контролируемых МРЗ ФКС электрических параметров в составе нижнего и среднего уровня АСУ ТП переменного тока. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 1. Проанализировать современное состояние МРЗ ФКС переменного тока. 2. На основании выполненного анализа разработать: а) методику непрерывного мониторинга, сбора, обработки и хранения контролируемых МРЗ электрических параметров с их одномоментной привязкой к графику исполненного движения поездов; б) методику и устройство фильтрации и выделения первой гармоники тока и напряжения на основе фазовой автоподстройки частоты; в) способ и устройство для краткосрочного прогнозирования изменения контролируемых МРЗ электрических параметров. 3. На основании п. 2 предложить структуру АП МРЗ в составе нижнего и среднего уровней АСУ ТП переменного тока. 4. Провести апробацию предложенной АП МРЗ в составе нижнего и среднего уровней АСУ ТП переменного тока. Объектом исследования является АП МРЗ ФКС железных дорог переменного тока, рассматриваемая как система автоматизированного управления объектами СТЭ. Предметом исследования являются алгоритмы непрерывного сбора, обработки и хранения контролируемых электрических параметров и краткосрочного прогнозирования их изменения в АП МРЗ в составе нижнего и среднего уровней АСУ ТП переменного тока. Научная новизна работы состоит в том, что: 1. Разработана методика непрерывного мониторинга со сжатием сплайн-интерполяцией контролируемых МРЗ электрических параметров с их одномоментной привязкой к графику исполненного движения поездов. 2. Разработана методика фильтрации и выделения первой гармоники тока и напряжения на основе фазовой автоподстройки частоты. 3. Разработана имитационная модель процесса краткосрочного прогнозирования изменения контролируемых МРЗ электрических параметров, отличающаяся от известных тем, что принятие решения на отключение защищаемого объекта осуществляется за период, меньший периода времени штатного срабатывания устройств МРЗ. Практическая значимость работы заключается в том, что: 1. Разработана автоматизированная система непрерывного мониторинга со сжатием сплайн-интерполяцией контролируемых МРЗ электрических параметров с их одномоментной привязкой к графику исполненного движения поездов. 2. Разработано устройство фильтрации и выделения первой гармоники тока и напряжения на основе фазовой автоподстройки частоты для возможности более точного измерения характеристик контролируемых МРЗ электрических параметров, что подтверждено Актом об использовании результатов научной работы в Забайкальской дирекции по энергообеспечению – СП «Трансэнерго» - филиале ОАО «РЖД». 3. Разработан алгоритм и устройство краткосрочного прогнозирования изменения контролируемых МРЗ электрических параметров, разграничивающий аварийные режимы работы СТЭ и кратковременные режимы, связанные с действием переходных и пусковых токов, протекающих в контактной сети. 4. Разработана АП МРЗ в составе нижнего и среднего уровней АСУ ТП переменного тока, позволяющая существенно снизить число срабатываний МРЗ по ранее не установленным причинам, что подтверждено Актом об использовании результатов научной работы в Забайкальской дирекции по капитальному ремонту и реконструкции объектов электрификации и электроснабжения – СП «Центральной дирекции по капитальному ремонту и реконструкции объектов электрификации и электроснабжения» - филиале ОАО «РЖД». Тематика работы соответствует пунктам паспорта специальности 2.3.3: п. 10 «Формализованные методы анализа, синтеза, исследования и оптимизация модульных структур систем сбора, хранения, обработки и передачи данных в АСУТП, АСУП, АСТПП и др.»; п. 14 «Теоретические основы и прикладные методы резервирования контуров управления, повышения эффективности, надежности и живучести АСУ на этапах их разработки, внедрения и эксплуатации»; п. 15 «Теоретические основы, методы и алгоритмы диагностирования (определения работоспособности, поиск неисправностей и прогнозирования) АСУТП, АСУП, АСТПП и др.». Методы исследований. Выводы и результаты работы получены с использованием математического аппарата статистической и цифровой обработки информации, теории электрических цепей, теории надежности, методов математического и имитационного моделирования на ПЭВМ в математическом пакете Mathcad 15. Степень достоверности результатов работы подтверждается результатами апробации аппаратных средств АП МРЗ ФКС и вычислительных экспериментов. На защиту выносятся следующие положения и результаты: 1. Методика непрерывного мониторинга со сжатием контролируемых МРЗ электрических параметров, отличающаяся большей информативностью и эффективностью при анализе и выявлении причин аварийных отключений. 2. Методика фильтрации и выделения первой гармоники тока и напряжения, характеризуемая минимальными погрешностями определения величин контролируемых МРЗ электрических параметров за счет прямого метода их измерений. 3. Имитационная модель процесса краткосрочного прогнозирования изменения контролируемых МРЗ электрических параметров, обеспечивающая четкое разграничение между аварийными режимами работы СТЭ и режимами, связанными с действием пусковых и переходных токов.