Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время большинство подстанций распределительных сетей 35-110 кВ выполняется по упрощенным схемам без выключателей на стороне высшего напряжения (ВН) с применением корот-козамыкателей и отделителей. Для аварийного управления такими подстанциями применяются упрощенные схемы релейной защиты и автоматики, что приводит к понижению их надежности. Многие проблемы, характерные для указанных подстанций, присущи также подстанциям на постоянном оперативном токе с выключателями на стороне высшего напряжения.
В качестве источников оперативного тока для автоматики подстанций, выполненных по упрощенным схемам, применяются предварительно заряженные конденсаторы. Наиболее универсальным способом заряда накопительных конденсаторов является совместное использование двух типов зарядных устройств: устройства заряда по цепи напряжения, подключаемого к трансформатору напряжения или трансформатору собственных нужд, и устройства заряда по цепи тока, подключаемого к трансформатору тока защищаемого трансформатора. Однако серийно выпускаемые устройства, включаемые в токовые цепи, могут применяться лишь при определенной мощности силовых трансформаторов, которая, например, при напряжении 110 кВ составляет величину не менее 6,3 МВА. Трансформаторы меньшей мощности не обеспечивают необходимой величины тока, при которой надежно работает устройство заряда.
Согласование максимально-токовых защит (МТЗ) комплектных распределительных устройств (КРУ), применяемых на стороне низшего напряжения подстанций, вступает в противоречие с требованиями ПУЭ по их ло-кализационной способности к внутренним коротким замыканиям (КЗ), сопровождаемым электрической дугой. Время выдержки МТЗ часто превышает время локализационной способности КРУ, что приводит к необходимости установки быстродействующей релейной защиты, тхредотвращающей переход дуги в смежные ячейки и снижающей ущерб от повреждений оборудования на подстанциях.
В большинстве КРУ современной конструкции устанавливается дуговая защита клапанного типа, реагирующая на повышение давленім внутри отсеков КРУ при КЗ, сопровождаемых электрической дугой. Недостаточная чувствительность и надежность этой защиты, несмотря на ее простоту и высокое быстродействие, ограничивают область ее применения токами КЗ выше 4-5 кА. В настоящее время в эксплуатации на подстанциях находится большое количество ячеек КРУ 6-Ю кВ, выпущенных до принятия ГОСТ 14693-77 и требующих установки защит от дуговых КЗ. Об актуальности внедрения защит от дуговых КЗ указано в приказе РАО "ЕЭС России" №120
от 1.07.98 г. "О мерах по повышению взрывопожаробезопасности энергетических объектов" (п. 1.12.5).
Представленные в диссертации результаты получены в Южно-Российском государственном техническом университете (НПИ) при решении задач в рамках комплексной научно-технической программы Минэнерго СССР, Минвуза РСФСР "Энергосистема", региональной программы "Улучшение экологии и повышение надежности энергетики Ростовской области" и гранта Минобразования РФ №36 ГР-98 "Исследование нормальных, анормальных и аварийных режимов работы распределительных сетей электроэнергетических систем и разработка алгоритмов и устройств адаптивных защит дальнего резервирования воздушных линий с ответвлениями".
Цель работы. Разработка технических средств, повышающих эффективность функционирования релейной защиты подстанций, выполненных по упрощенным схемам.
Для достижения поставленной цели в рамках диссертационной работы решались следующие основные задачи:
-
Теоретический анализ, математическое и физическое моделирование и разработка токовых блоков заряда (БЗТ) накопительных конденсаторов, обеспечивающих гарантированное питание устройств защиты и коммутационных аппаратов от трансформаторов тока силовых трансформаторов напряжением НО кВ мощностью менее 6,3 MB А.
-
Экспериментальное и теоретическое исследование составляющих светового поля в отсеках ячеек КРУ при дуговых замыканиях и исследование помех в соединительных проводниках фртодатчиков.
-
Разработка методики определения чувствительности оптико-электрических защит, реагирующих на световое излучение столба дуги, и определение оптимального расположения фотодатчиков в отсеках ячеек КРУ.
-
Разработка алгоритмов построения и практическая реализация оптико-электрических устройств дуговой защиты (ОЭДЗ) ячеек КРУ 6-10 кВ.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы теории выбора и принятия решений, математического и физического моделирования, натурные эксперименты, аналитические и численные методы расчетов с применением ЭВМ.
Научная новизна выполненных исследований и разработок состоит в следующем:
1. Получены аналитические зависимости характеристик токовых блоков заряда накопительных конденсаторов от параметров элементов их схем. Разработаны схемы и устройства, обеспечивающие гарантированное питание для подстанций с трансформаторами малой мощности.
-
Разработана методика определения коэффициентов чувствительности оптико-электрических дуговых защит,
-
Разработана методика определения составляющих светового поля на боковых плоскостях отсеков ячеек КРУ в начальный момент дугового короткого замыкания.
-
Предложены алгоритмы функционирования устройств дуговой защиты ячеек КРУ, обладающих высокими быстродействием и чувствительностью, и отстроенных от влияния внешних помех.
-
Разработаны алгоритмы функционирования микропроцессорной системы дуговой защиты с дискретизацией времени передачи информации от фотодатчика к устройству защиты.
Практическая ценность работы. Определены места расположения фотодатчиков в отсеках ячеек КРУ 6-Ю кВ, в которых необходимая чувствительность ОЭДЗ обеспечивается при различных видах КЗ.
Разработаны токовый блок заряда с переключением коэффициента трансформации промежуточного трансформатора тока и токовый блок заряда с умножением напряжения, и предложены схемы их подключения, обеспечивающие гарантированное питание РЗ и А маломощных трансформаторов.
Разработаны устройства оптико-электрических защит ячеек КРУ 6-Ю кВ и схемы защиты одиночной ячейки, группы ячеек и секции шин от дуговых КЗ в ячейках.
Реализация результатов работы. Устройства для заряда накопительных конденсаторов внедрены в опытную эксплуатацию в ОАО "Воронежэнерго". При непосредственном участии автора внедрено более 200 устройств дуговой защиты КРУ на подстанциях ОАО "Ростовэнерго", ОАО "Ставропольэперго", ОАО "Воронежэнерго". На устройства дуговой защиты получен сертификат соответствия № РОСС RU.ME33. Н00986 Испытательного центра электрооборудования Ростовского ЦСМ. Разработанные устройства защищены авторскими свидетельствами СССР и патентами РФ, и демонстрировались на ВДНХ, ВВЦ и международной выставке "ЛЭП-99". За участие в разработках устройств автор награжден медалями Лауреата и Участника ВВЦ РФ.
Апробация работы. По основным результатам работы сделаны доклады на Всесоюзном совещании "Опыт разработки, внедрения и эксплуатации устройств защиты и автоматики на основе использования микропроцессорной техники" (г. Москва, 1989 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции "Современная релейная защита электроэнергетических объектов" (г. Чебоксары, 1991 г.), на Первой научно-технической конференции Чебоксарского центра РЗА "Релейная защита и автоматическое управление электроэнергетическими системами" (г. Чебоксары, 1997 г.), на научно-технической конференции "Релейная защита и автоматика энергосистем-98"
(г. Москва, 1998 г.), на семинарах-совещаниях начальников служб РЗА, начальников лабораторий электрических станций, ведущих специалистов РЗА ОЭС Северного Кавказа, РАО "ЕЭС России", РП "Южэнергонадзор" (г. Пятигорск, 1998-1999 г.г.), на международной выставке "ЛЭП-99" (г. Москва, 1999 г.), на семинарах АН России "Кибернетика электрических систем" по тематике "Электроснабжение промышленных предприятий" и "Диагностика электрооборудования" (г. Новочеркасск, 1990-1999 г.г.), на технических советах ОАО "Ростовэнерго" (г. Ростов-на-Дону в 1995-1999 г.г.), на научных сессиях ЮРГТУ (НПИ), 1990-1999 г.г.
Публикации. По результатам работы опубликовано 12 печатных работ и 5 отчетов по НИР, получено 7 авторских свидетельств СССР и 1 патент РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованных источников из 205 наименований и двух приложений. Работа изложена на 222 страницах, в том числе: 124 с. текста, 66 с. рисунков, 21 с. списка использованной литературы, 11с. приложений.
