Введение к работе
Актуальность проблемы. Дальнейшая интенсификация производства обуславливает все более жесткие требования к эффективности работы электрических сетей, что в значительной мере зависит от четкой работы устройств релейной защиты и автоматики. Одним из основных датчиков сигналов для этих устройств являются измерительные трансформаторы напряжения (ТН).
Опыт эксплуатации и исследования режимов работы ТН в сетях с изолированной нейтралью показывают, что ежегодно выходят из строя.Є-8Ж ТН. Имеются сети, которые из-за регулярных повреждений ТН длительно эксплуатируются без устройств общей сигнализации от замыканий на землю и средств учета электроэнергии. Токи, возникающие в первичных обмотках ТН при насыщении его магнито-проводов, могут оказывать влияние на работу релейных защит от замыканий на землю. По данным оперативных журналов ПО "Зкибас-тузуголь" время простоя оборудования по причинам неселективной работы защит ежегодно составляет более 2500 часов, что определяет значительный материальный ущерб.
В сетях с заземленной нейтралью 110-500 кВ опасность насыщения магнитопроводов и повреждения каскадных ТН типа НКФ существует при фэррорезонансных процессах на подстанциях с воздушными, а в последнее время и с масляными, выключателями, имеющими емкостные делители напряжения.
Актуальность проблемы подтверждается большим количеством работ, посвященных исследованию режимов работы ТН. Однако, имеются разногласия в оценках причин ненормальной работы ТН, количественных характеристик процессов и защитных элементов, эффективности применяемых мероприятий. Отсутствует достоверное математическое описание процессов, сопровождащихся насыщением электромагнитных ТН различных конструкций.
Целью настоящей работы является повышение эффективности работы электрической сети путем снижения повреждаемости электромагнитных ТН и улучшения селективности устройств релейной защиты при длительном насыщении магнитопроводов ТН.
Для достижения цели были поставлены и ревены следующие
задача.
-
Выбор и обоснование метода для численного решения "жестких" систем нелинейных дифференциальных уравнений, описнвапцих схемы включения электромагнитных ТН, в условиях коммутационных переключений и изменения параметров схем в процессе .расчета.
-
Разработка алгоритмов и программного обеспечения для:
математической модели участка сети 110-500 кв с заземленной нейтралы, включающего каскадный ТН типа НКФ, которая позволяет исследовать режим отключения шин распределительного устройства от внесшей системы;
математических моделей трехфазной сети с изолированной нейтралью с подключенными ТН контроля изоляции типов НТЩ И НАМИ, позволяпщх исследовать переходные процессы при коммутациях и перемежающихся дуговых замыканиях с учетом возможного взаимодействия степени насыщения ТН и характера горения дуги.
3. Определение условий возникновения феррорезонанса на
шинах ОРУ в сетях с заземленной нейтралью и анализ опасных
режимов с определением расчетных параметров в конкретных схемах.
4. Исследование процессов при феррорезонанса и дуговых
замыканиях на землю в сетях с изолированной нейтралью и анализ
их влияния на повреждаемость ТН и работу устройств релейной
зашиты.
Б. Оценка эффективности различных мероприятий по предотвращению последствий насыщения ТН и расчет параметров элементов, -необходимых для защиты ТН и повышения селективности защит от замыкания на землю.
Основная идея работы заключается в использовании метода вычислительного эксперимента для разработки и обоснования мероприятий, направленных на снижение повреждаемости электромагнитных ТН и улучшение селективности устройств релейной защиты при ' длительном насыщении магнитопроводов ТН.
Методы исследования. При решении поставленных задач использовались положения теории электрических цепей, теории электромагнитных переходных процессов, математического анализа. Исследования проводились с использованием математического моделирования, физического моделирования и натурного эксперимента.
Научная новизна работы состоит в следующем.
-
Разработаны алгоритмы решения "жестких" систем дифференциальных уравнений, описыващих схемы включения алектромагнитнах ТН типов НТМИ, НАМИ и НКФ, основанные на применении неявного метода Эйлера совместно с методом спуска.
-
Предложена методика определения момента гашения перемежающейся дуги на основании оценки теплового состояния дугового .промежутка, позволяющая учитывать взаимодействие дуги и насыщения магнитопроводов ТН при математическом моделировании электромагнитных процессов в сетях с изолированной нейтралью.
-
Впервые показано влияние разности напряжений зажигания дуги различных полярностей и ее момента гашения на повреждение ТН старых (НТМИ) и новых (НАМИ) конструкций в сетях с изолированной нейтралью.
-
Разработана методика определения возможности возникновения феррорезонанса на шинах ОРУ в сетях 110-500 кВ, основанная на предложенной математической модели каскадного ТН, учитывающей насыщение каждого стержня его магнитопровода.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются совпадением качественных и количественных результатов расчетов и экспериментальных исследований в производственных условиях в сетях 10 кВ с изолированной нейтралью и на шинах ОРУ-220 кВ в сети с заземленной нейтралью. В диссертации показано, что отклонение расчетных значений характерных параметров процессов соизмеримо с погрешностью их измере-. ния. .
Основные положения а результаты исследований, выносимые на защиту.
-
Алгоритмы решения систем нелинейных дифференциальных уравнений математических моделей электрических сетей с подключенными электромагнитными ТН типа НТМИ, НАМИ и НКФ, основанные на использовании метода Эйлера с коррекцией переменных по методу спуска, для расчета токов ТН в условиях коммутационных переключений.
-
Обоснование значений дополнительных сопротивлений, необходимых для зашиты ТН контроля изоляции и каскадных ТН от токо-
вых перегрузок с учетом места и момента подключения.
-3. Устройство и рекомендаций для повышения селективности защит от замыкания на землю в условиях насыщения магнитопроводов ТН в сетях с изолированной нейтралью.
Связь теш диссертации с государственными програшами и с плавом работы университета. Работа выполнялась в соответствии с координационным планом кинуглепрома СССР на І98Є-І990 гг. (этап 3.-9.5 "Исследование переходных процессов в сетях 6-10 кВ угольных разрезов объединения "Экибастузуголь"), в соответствии с "Павлодарской областной целевой комплексной программой энергосбережения на I994-1996 гг. и до 2000 г.", утвержденной постановлением N76 от 26.04.94 Павлодарской областной администрацией, и в соответствии с программой "Развитие теории и новых технических решений по созданию высокоэффективных электроустановок и электротехнологий энергетических, промышленных и горных, предприятий", утвержденной на НТО ЛГУ.
Практическая ценность. Применение разработанных устройств и мероприятий позволит сократить повреждения ТН, повисить селективность защит от замыкания на землю, обеспечив более надежное электроснабжение потребителей и повысив безопасность эксплуатации электроустановок. Разработанные математические модели могут использоваться для определения возможности возникновения опасных режимов в конкретных сетях, для расчета параметров защитных устройств, необходимых для их предотвращения, для анализа влияния отдельных параметров при проектировании новых ТН и устройств релейной защиты, а так же для изучения процессов в сетях с изолированной нейтралью и на шинах ОРУ в сетях с заземленной нейтралью.
Реализация. Основываясь на результатах исследований, проведенных в рамках данной работы, для ПЭО "Павлодарэнвргр" дано заключение о возможности возникновения феррорезонансных колебаний и повреждения каскадных ТН на шинах ОРУ-220 кВ Ермаковской ГРЭС после предполагаемой реконструкции и разработаны мероприятия по предотвращению возможных повреждений ТН. Разработаны и переданы в Ермаковское предприятие электрических сетей мероприятия по снижению повреждаемости ТН в сетях с изолированной ней-
тралъю. Устройство по ограничению токов в ТН-типа НТШ-Ю в 1990 году установлено на подстанции "Евгеньевна" ЕПЭС. За время эксплуатации устройства повреждения ТН не зарегистрировано. Рекомендации но улучшению селективности направленных защит от замыкания на землю внедрены на подстанциях сети Є кВ энергоснабжения угольных разрезов ГАО "Экибастузкомир". Там же находится в опытной эксплуатации разработанное устройство гашения субгармонических колебаний. Это позволило значительно сократить количество излишних отключений добывающего оборудования. Программное обеспечение для моделирования переходных процессов в сетях с изолированной нейтралью и на шинах ОРУ в сетях с заземленной нейтралью используется для инженерных расчетов в ЕЭО "Павлодарэнер-го", в Новочеркасском Государственном техническом университете, а так же в учебном процессе в ПГУ.
Апробация работы/Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзных и региональных научно-технических конференциях: "Ыолодые ученые области ускорению научно-технического прогресса и развитию науки", (Павлодар, 1987), "Современное состояние и перспективы энергетики и технологии в энергостроении" (IV Бенардосовские чтения, Иваново, .1989), "Современные методы и средства быстродействующего преобразования режимных параметров энергосистем (Челябинск, 1990), "Современная релейная защита объектов" (Чебоксары, 1991), "Наука и новая технология в развитии Павлодар-Экибастузского региона" (Павлодар, 1993), VIII Всесоюзной научно-технической конференции по трансформаторостроению (Запорожье, 1990); на Международных научно-технических конференциях "Состояние и перспективы развития электротехнологии" (VI Бенардосовские чтения", Иваново, 1992), "Проблемы энергетики Казахстана" (Павлодар, 1994).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ, в том числе одно авторское свидетельство.
Объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на Ш_ стр. машинописного текста, содержит А7_ рисунка, __ таблиц, список использованной литературы из 9А наименований.
