Adaptacja funkcji zabezpieczeniowych układów automatyki elektroenergetycznej jednostek wytwórczych

Rozwój techniki cyfrowej w dziedzinie sprzętu i algorytmów oraz postępująca integracja układów elektronicznych umożliwiają zastąpienie istniejących analogowych systemów elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej (EAZ) – o strukturze odrębnych (tj. autonomicznych) elementów elektromechanicznych stykowych – systemami cyfrowymi. Zastosowanie nowoczesnych rozwiązań układów automatyki elektroenergetycznej jednostek wytwórczych pozwala sprostać wymaganiom i zadaniom, które wynikają m.in. z (na podstawie [2, 6]):

• systematycznego zmniejszania marginesu bezpieczeństwa źródeł zasilania ze względu na dążenie do maksymalizacji ich zdolności wytwórczych,
• wymogu zapewnienia poprawnego sterowania systemem elektroenergetycznym (SEE) w warunkach deregulacji rynku energii oraz obecności wielu producentów i dystrybutorów energii elektrycznej,
• potrzeby obniżenia do minimum energii, która nie została dostarczona odbiorcom,
• konieczności szybkiego przetwarzania danych i podejmowania decyzji,
• pozyskiwania i akwizycji dużego zbioru informacji o zabezpieczanym obiekcie,
• identyfikacji aktualnego stanu pracy nadzorowanej jednostki,
• zdolności adaptowania swoich właściwości do warunków systemowych,
• poprawności działania w stanach niestacjonarnych itd.

Złożoność strukturalna i funkcjonalna jednostek wytwórczych (traktowanych jako zbiór odrębnych elementów, układów lub urządzeń) oraz możliwość szerokiego zakresu zmian powiązań elektrycznych obiektów składowych zarówno w obrębie bloku, węzła, jak i w jego sąsiedztwie, wymuszają potrzebę stosowania adaptacyjnych systemów elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej. Pozwala to modyfikować parametry aktywnych funkcji pomiarowych i zabezpieczeniowych lub wręcz aktywować nowe zestawy algorytmów dostosowanych do zmieniającego się charakteru pracy elementów tworzących aktualną konfigurację obiektu wytwórczego.

W artykule jako węzeł wytwórczy traktuje się podstawową strukturę elektryczną elektrowni złożoną z bloków energetycznych, układu potrzeb własnych ogólnych węzła, układu zasilania rezerwowo-rozruchowego oraz układów dodatkowych zależnych od typu źródła. Natomiast połączenie generator – transformator blokowy – układ potrzeb własnych blokowych to blok energetyczny, jednostka lub obiekt wytwórczy (nazwy stosowane zamiennie).

Wykorzystanie możliwości techniki cyfrowej w układach elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej pozwala na adaptowanie, tj. dostosowanie, parametrów funkcji pomiarowych i zabezpieczeniowych do zmieniającego się stanu pracy obiektów składowych chronionej jednostki wytwórczej, przy wykorzystaniu sygnałów lub informacji zwykle pomijanych przez zabezpieczenia przy podejmowaniu decyzji (na podstawie [6]). W [3] adaptację definiuje się jako automatyczne i autonomiczne dostosowywanie się konfiguracji i funkcjonalności systemu automatyki elektroenergetycznej do dynamicznych zmian zachodzących w nadzorowanym procesie i to zarówno w warunkach normalnych, jak i zakłóceniowych. Wprowadzenie zmian w realizacji poszczególnych algorytmów pomiarowych i zabezpieczeniowych niejednokrotnie może być niewystarczające, ponieważ ich dalsza aktywność może zakłócić pracę chronionego obiektu.Wówczas zaleca się aktywację nowego zestawu algorytmów. Konieczność analizy prawidłowego funkcjonowania aktualnie aktywnych funkcji systemu EAZ – jako podstawa operacji adaptacji – jest podyktowana dużą różnorodnością możliwych stanów pracy jednostki wytwórczej. Wynika to z dwóch zasadniczych przyczyn, tj. zmian struktury powiązań elektrycznych obiektów składowych danej jednostki wytwórczej bądź zmian stanu ich pracy, czego konsekwencją są m.in. zmiany częstotliwości (np. podczas rozruchu częstotliwościowego generatorów częstotliwości zmienia się w zakresie 0..f_N). Każda z wymienionych przyczyn wymaga innego podejścia do zagadnienia adaptacji funkcji pomiarowych i zabezpieczeniowych.