Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 6
Глава 1 ПРОБЛЕМЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ
РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ
СЕТЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ 25
1Л - Анализ основных свойств релейной защиты
распределительных сетей 25
1 -2_ Классификация способов резервирования 31
1.3. Схемы и режимы работы линий с ответвлениями и
проходными подстанциями 38
1А Релейная защита на линиях с ответвлениями 50
1 -5. Выбор направления совершенствования релейной
защиты подстанций, выполненных по упрощеїшьім
схемам 54
1,6. Выводы 67
Глава 2 ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ
РЕЗЕРВНЫХ ЗАЩИТ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ
С ОТВЕТВЛЕНИЯМИ 69
2Л. Учет влияния двигательной нагрузки 69
2.2. Учёт влияния комплексной нагрузки
ответвительных подстанций при коротких
замыканиях за трансформатором 76
2,3- Учет влияния броска намагничивающего тока 86
Влияние переходного сопротивления электрической дуги на функционирование резервных защит.. 97
Учет влияния емкостной проводимости на токи короткого замыкания за трансформаторами.; 111
Режимы продольно-поперечной несимметрии
в электрических сетях с эффективно заземленной
нейтралью , И 7
2.7. Выводы 131
Глава З ПОСТРОЕНИЕ ЗАЩИТ
ДАЛЬНЕГО РЕЗЕРВИРОВАНИЯ
ПОВЫШЕННОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ 134
3.1. Классификация способов выполнения релейной
защиты дальнего резервирования 134
Анализ технических решений выполнения релейной защиты дальнего резервирования 140
Измерительные органы с контролем
фазовых соотношений 162
Измерительные органы ортогональных составляющих токов 168
Измерительные органы с контролем приращений входных сигналов 172
Измерительные органы симметричных составляющих и их оптимизация 178
Анализ методов распознавания
аварийных режимов 191
Защиты радиальных воздушных линий 197
Защиты кольцевых сетей 206
Защиты транзитных воздушных линий 216
Особенности выполнения релейной защиты дальнего резервирования на параллельных
транзитных воздушных линиях 222
3.12. Выводы 230
Глава 4 АНАЛИЗ СПОСОБОВ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАЩИТ
ОТ ДУГОВЫХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ В
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВАХ
КОРПУСНОЙ КОНСТРУКЦИИ 233
4.1. Характеристика объекта и основные требования к
его защите 233
4.2. Анализ способов выполнения защит 235
4.3. Анализ несимметрии при коротких замыканиях
через электрическую дугу 245
Учет характеристик столба дуги на работу оптико-электрических защит 261
Анализ технических решений выполнения дуговой защиты 269
Выбор путей совершенствования оптико-электрических дуговых защит 279
4.7. Выводы 284
Глава 5. ИССЛЕДОВАНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ
ОПТИКО-ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДУГОВЫХЗАЩИТ. 286
Общие замечания 286
Исследования световых полей одиночного столба
дуги 288
Учет влияния вторичных излучателей 295
Учет многократных отражений светового потока... 298
Экспериментальные исследования 303
Анализ источников электромагнитных помех
и путей их воздействия на оптико-электрические
дуговые защиты 321
Исследования помех в линиях связи от сильноточных цепей 327
Исследования помех от коммутаций в цепях оперативного тока 333
5.9. Оценка методов подавления помех в линиях связи.. 339
5.10. Выводы 344
Глава 6. ПОСТРОЕНИЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДУГОВЫХ ЗАЩИТ КОМПЛЕКТНЫХ
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ 347
6.1. Защиты с неизменными алгоритмами функциони
рования 347
Защиты с адаптивными алгоритмами функционирования 357
Централизованные защиты 365
Пусковые органы дуговых защит..., ,, 372
6.5. Примеры выполнения дуговой защиты подстанции 377
6.6_ Выводы 385
Глава 7. РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ С ПОВЫШЕННЫМ
ТЕХНИЧЕСКИМ СОВЕРШЕНСТВОМ 387
7Л. Общие замечания 387
7.2. Релейная защита дальнего резервирования
трансформаторов на ответвлениях
воздушных линий 388
7.3. Устройства защиты (сигнализации)
от неполнофазных режимов 396
7.4. Устройства защиты от замыканий на землю в сетях
с изолированной нейтралью 400
7*5, Устройства защиты от дуговых коротких
замыканий в комплектных распределительных
устройствах 403
Устройство защиты ближнего резервирования трансформаторов 408
Программное обеспечение расчета и анализа нормальных и аварийных режимов 409
7.8. Выводы 413
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 415
ЛИТЕРАТУРА 422
ПРИЛОЖЕНИЯ 455
Введение к работе
Релейная защита и автоматика (РЗА) является неотъемлемой частью современных энергетических систем, без которых невозможно их падежное функционирование. Усложнение схем электрических сетей с многообразием режимов их работы, внедрение нового оборудования с максимальным использованием свойств конструкционных материалов требует дальнейшего совершенствования релейной защиты и автоматики, обеспечивающих их защиту в аварийных режимах и оптимальное управление в нормальных и анормальных режимах. Проходящие в настоящее время процессы реформирования электроэнергетики обуславливают повышение роли РЗА в обеспечении управляемости и надежности работы, как энергосистем, так и отдельных энергетических объектов. В связи с этим наблюдаются процессы пересмотра философии построения системы РЗА, что во многом объясняется широким внедрением микропроцессорной техники, расширяющей возможности ее совершенствования.
До настоящего времени сложившийся подход в построении релейной защиты, как технически, так и организационно в целом удовлетворял основным требованиям по выполняемым ею функциям. При этом основная доля находящихся в эксплуатации устройств релейной защиты выполнена на электромеханической и микроэлектронной основе. По оценкам специалистов по релейной защите парк технических средств РЗА морально и физически стареет, что требует постоянного увеличения трудозатрат на их эксплуатацию. С учетом практически полного отсутствия работ по реконструкции технических средств РЗА за последние годы увеличивается ее доля с практически отработавшим ресурсом. С учетом сказанного можно сделать вывод о необходимости пересмотра подходов к РЗА, сложившихся не только при ее эксплуатации, но и при разработке, проектировании, монтаже и наладке. Поэтому, например, на XV научно технической конференции «Релейная защита и автоматика энергосистем 2002», проводимой ЦЦУ ЕЭС России в 21-23 мая 2002 г, в Москве, департаментом
стратегии развития и научно-технической политики была предложена следующая концепция технического перевооружения систем РЗА, которая должна выполняться по двум направлениям:
L Реконструкция и техническое перевооружение в рамках аналогичных работ, проводимых для всего энергообъекта в целом. При этом необходима полная замена устройств РЗА и цепей вторичной коммутации на современные микропроцессорные устройства и системы РЗА с возможностью их интегрирования в систему АСУ энергообъекта н максимальной возможностью применения во вторичных цепях волоконно-оптических кабелей.
2. Замена в плановом порядке вне зависимости от реконструкции и
технического перевооружения энергообъекта в следующей последовательности:
замена физически и морально устаревших устройств РЗА;
замена устройств, пониженная надежность которых, в случае аварийной ситуации может привести к развитию крупной аварии;
- замена устройств РЗА, улучшение характеристик которых позволяет
реализовать условия ближнего и дальнего резервирования.
В данном случае допускается применение как новых микропроцессорных устройств РЗА, так и устройства на электромеханической и микроэлектронной элементной базе.
Подобный подход к пересмотру философии выполнения релейной защиты и автоматики и ее технической реализации требует пересмотра подходов в исследованиях, разработке и проектировании. При разработке новых микропроцессорных устройств релейной защиты должны использоваться не только новые алгоритмы, применение которых сдерживалось существующей электромеханической и микроэлектронной элементной базой, но и традиционные алгоритмы, апробированные многолетней практикой, что психологически хорошо воспринимается специалистами по релейной защите. Такая тенденция отмечается в настоящее время, что, например, было продемонстрировано на упомяну-
той выше конференции, проводимой на базе Всероссийского выставочного центра РФ (ВВЦ РФ) с представлением последних достижений отечественных и зарубежных фирм.
Наиболее пристальное внимание специалистов обращено на энергообъекты напряжением 220 кВ и выше, от которых в существенной степени зависит надежность и устойчивость работы энергосистем. Поэтому, как правило, в первую очередь происходит обновление релейной защиты в сетях данного класса напряжения. Новые экономические условия требуют пересмотра подобных подходов к обеспечению надежности работы распределительных сетей напряжением 110 кВ и нижа При этом необходимо отметить большее многообразие схемных решений в сетях данного класса напряжений по сравнению с электрическими сетями более высокого класса напряжения.
Применение с конца пятидесятых годов в распределительных электрических сетях напряжением 6-110 кВ подстанций с упрощенными схемами первичных соединений с одной стороны снизили капитальные затраты на их сооружение и обслуживание, но с другой стороны породили ряд специфических проблем, в том числе и надежности работы первичного оборудования и релейной защиты. На данных подстанциях вместо высоковольтных выключателей используются короткозамыкатели и отделители, предназначенные для создания искусственного короткого замыкания и последующего отключения линии, к которой подключена данная: подстанция.
Отключение отделителя производится в бестоковую паузу. Однако недостаточно высокая надежность короткозамыкателеи и релейной защиты данных подстанций, не имеющих источника оперативного постоянного тока, потребовали проведения ряда схемотехнических мероприятий повышающих их живучесть. Так, например, во многих энергосистемах применяется отключение короткого замыкания отделителем в случае отказа в действии короткозамыкателя. Отмечается достаточно высокая эффективность данного мероприятия, т.к. даже при повреждении отделителя сохраняется более дорогостоящее оборудование,
например, трансформатор или комплектное распределительное устройство. Отказ в действии релейной защиты или потеря цепей источника оперативного тока, выполняемого зачастую, от блоков питания, подключаемых к трансформаторам собственных нужд (трансформаторам напряжения), трансформаторам тока, не позволяет выполнить не только включение короткозамыкателя, но и, безусловно, отделителя. Питание цепей отключения отделителя осуществляется от блоков предварительно заряженных конденсаторов, надежность которых также вызывает нарекания у специалистов по релейной защите.
На стороне низшего напряжения данных подстанций, работающих, в большинстве случаев, без обслуживающего персонала, защиты отходящих кабельных или воздушных линий выполнены на основе электромеханических реле, в том числе и на реле тока прямого действия, типа РТМ и РТБ, которые недостаточно надежны и имеют нестабильные параметры срабатывания, что во многих случаях вызывает отказ их срабатывания из-за загрубления или замедление в отключении коротких замыканий. Замена данных реле на реле типа РТ-80 не дает существенных преимуществ в надежности релейной защиты данных подстанции. Как правило, на данных подстанциях применение микропроцессорной техники ограничено по соображениям отсутствия стабильного и надежного источника оперативного постоянного тока. К тому же зачастую отсутствует полноценная защита от внутренних коротких замыканий, что вызывает их отключение со временем не обеспечивающим термическую стойкость комплектных распределительных устройств внутренней и наружной установки»
Еще одним мероприятием по повышению живучести подстанций распределительных сетей явилось внедрение дополнительной защиты ближнего резервирования, имеющей автономное питание от цепей измерительных трансформаторов тока стороны высшего напряжения силового трансформатора и воздействующей на штатные соленоиды короткозамыкателя (отделителя) или на дополнительные соленоиды этих коммутационных аппаратов. Это, безусловно, повышает надежность в отключении коротких замыканий, но не позво-
ляет отказаться от мероприятии по дальнему резервированию, т.к. возможны отказы механической части короткозамыкателей и отделителей.
Кроме того, в сетях рассматриваемого класса напряжения возможны не-полнофазные режимы, как с коротким замыканием, так и без него. При этом если обрыв фазы сопровождается падение провода на землю со стороны защищаемой подстанции, то величина токов, как правило, не превышает суммарный нагрузочный ток линии, но вместе с тем может превысить номинальный ток упомянутого трансформатора, что вызывает его перегрев при длительном существовании данного режима» Данное положение усугубляется тем, что замыкание фазы, в которой установлен короткозамыкатель, не приводит к существенному увеличению тока со стороны питающей подстанции даже при его включении. Существуют также затруднения в выявлении режима обрыва фазы без короткого замыкания. Попытки реализации защиты от неполнофазных режимов на основе установки дополнительной (пятой) ступени нулевой последовательности не всегда эффективны, т.к. ее чувствительность имеет ограничения, кроме того, это вызывает перегрузку измерительных трансформаторов тока (из-за значительного сопротивления реле тока с малыми токами срабатывания).
Из изложенного выше следует, что требуется не только повышение технического совершенства релейной защиты ответвительных и проходных подстанций, в том числе и пересмотра концепции их ближнего резервирования, а также совершенствование защиты дальнего резервирования, которая должна иметь высокую чувствительность не только к коротким замыканиям за трансформаторами, но и при различных видах неполнофазных режимов.
Построение релейной защиты элементов распределительных сетей с повышенным техническим совершенством требует не только перехода на новую элементную базу, но как указывалось выше, но и разработки новых алгоритмов функционирования, углубленного исследования режимов работы первичного оборудования, на основе которых должны быть сформулированы технические
требования к устройствам РЗА. Особенно это важно при разработке концепций построения релейной защиты электроэнергетических объектов, тж. их изменение представляет достаточно инерционный процесс и принятие неверного стратегического решения может приводить к существенным экономическим издержкам.
Наметившиеся тенденция проектирования подстанций с выключателями и замена отделителей и короткозамыкателей на выключатели не означает отказа от мероприятий направленных на повышение надежности подстанций данного типа. Об этом свидетельствуют материалы технической печати, нормативные и директивные материалы РАО ЕЭС России, решения, принимаемые на многочисленных конференциях и совещаниях, проводимых службой релейной защиты ЦДУ ЕЭС России- Поэтому вопрос совершенствования РЗА данных подстанций является актуальным в настоящее время.
Вопросам построения релейной защиты воздушных линий с ответвле-нииями посвящена монография А.Н. Кожина, В.А. Рубинчика, а вопросам резервирования отключения коротких замыканий в электрических сетях - монография В.А. Рубинчика, которые имеют как прикладное, так и научное значение- Комплексный подход в построении РЗА распределительных сетей напряжением содержится в работах Я.С. Гельфанда, M.JL Голубева, М.И, Царева, М.А. Шабада, В.А. Андреева и других специалистов.
Решению проблемы повышения технического совершенства резервных защит посвящены работы В.Е. Полякова, А.В. Богдана, МЛ. Клецеля, К.И. Никитина, В.А, Зильбермана, А.С- Саухатаса и других авторов.
Исследованию поведения релейной защиты линий, питающих ответви-тельные подстанции, при включении их на холостой ход посвящены работы учеников школы релейной защиты профессора, докт. техн. наук АД- Дроздова: А.С. Засыпкина, В.В. Платонова, Э.В. Подгорного, Г.В. Бердова, М.М Середина и других.
Исследованию режимов работы электродвигателей, построению их релейной защиты посвящены многочисленные работы И,А. Сыромятникова, К.П. Ковача, И, Раца, CJL Кужекова, В,Ф. Сивокобыленко, В.Ф. Минакова, И.И. Байтера, а особенности ее выполнения на ответвительных и проходных подстанциях разработаны у Ю.М. Голоднова, А.Х Хореняна, М.А. Шабада, и других.
Созданию теоретических основ расчетов сложных видов несимметрии, в том числе и режимов продольно-поперечной несимметрии, посвящены многочисленные работы H.R Щедрина, СЛ. Ульянова, А.Б. Чернина, СБ. Лосева, А.М. Авербуха и других авторов.
Вопросы построения релейной защиты от замыканий на землю достаточно глубоко рассмотрены в работах В.А- Шуииа, JLE. Дударева, И.В. Волошека, Е.Ф. Цапенко, Р.А. Вайпштейна, Я.С. Гельфанда, И.М. Сироты, В.М. Кискачи, Е.Ф. Бухтоярова и других авторов.
Длительное время комплектные распределительные устройства были оснащены клапанной дуговой защитой, реагирующей на приращение давления при коротких замыканиях сопровождающихся открытой электрической дугой» Недостаточная надежность и чувствительность данной защиты вызвали необходимость разработки более совершенной защиты с иными принципами построения. Разработкой защит этого типа достаточно успешно занимаются в Южно-Российском государственном техническом университете (Новочеркасском политехническом институте) (ЮРГТУ(НПИ)), Научно-исследовательском институте импульсной техники (НИИИТ), отечественных производственно-технических фирмах «Энерготехника», «Промэлектроника», «ПРОЭЛ» и зарубежных фирмах ABB, ALSTOM. Необходимо отмстить, что данной проблемой как у нас в стране, так и за рубежом начали заниматься достаточно интенсивно в последнее десятилетие. При этом возникла достаточно парадоксальная ситуация, когда имеется конечный продукт, т.е. устройства защиты, а теоретические основы релейной защиты по данному направлению не получили дос-
таточного развития, что объясняется получением конечного результата в основном на основе проведения экспериментальных исследований- Такое положение требует развития теории построения быстродействующих дуговых защит с нетрадиционными информационными признаками, не присущими для классических релейных защит. Это требует подхода к релейной защите с позиции технического совершенства, теоретические основы которого начали формироваться в Чебоксарской школе релейной защиты (ЮЛ. Лямец, Г\С. Нудельман, Н.А. Дони3 A.M., Ю.Н. Алимов, A.M. Дмитренко и др.)- Важным фактором при этом являются вопросы электромагнитной совместимости (ЭМС) новых устройств с установленным электротехническим оборудованием на подстанции, что связано, как с применением измерительных органов на микроэлектронной и микропроцессорной основе, но главное из-за наличия маломощных и высокоомных датчиков информации. Решению проблем ЭМС посвящены работы Московской школы в Московском энергетическом институте (МЭИ(ТУ)) (Б.К. Максимов, ЯЛ. Арцишевский, И.П. Кужекин, Р.К Борисов, О.И. Кондратов, К.И. Кузнецов и др,).
Современные системы защиты и автоматики невозможно представить без элементов диагностирования, функционального и тестового контроля, теоретические основы которого разработаны в работах Е.П. Фигурнова, Ю.И. Жаркова, В.Е. Полякова, С.Ф. Жукова, А.И. Шалина и др.
Целью работы является повышение технического совершенства релейной защиты распределительных сетей напряжением 6-110 кВ электроэнергетических систем путем анализа режимов работы защищаемых объектов, разработки новых алгоритмов функционирования и внедрение устройств их реализующих в эксплуатационную практику энергосистем.
В работе обобщаются результаты исследований и разработок, выполненных при научной консультации и непосредственном участии автора, связанных с решением указанной проблемы. Исследования по теме диссертации выполнялись в соответствии с: отраслевыми научно-техническими программами по раз-
витию диагностического оборудования и повышению надежности электрических сетей энергосистем (ОНТП:01.01.06.; 01.01.03; 406.1; 03.03.06), комплексной научно-технической программой Минэнерго СССР, Минвуза РСФСР «Энергосистема», региональной программой «Улучшение экологии и повышение надежности энергетики Ростовской области», грантом Минобразования РФ №36Гр-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», Межвузовской НТП «Системы контроля и управления процессами в атомной энергетике и при разработке газовых месторождений» (TLT. 473).
В основу решения рассматриваемой проблемы положена концепция системного подхода: определение режимных факторов работы электрических сетей, анализ их интегрального влияния на расчетные параметры релейной защиты, синтез алгоритмов функционирования и оценка их реализуемости, разработка структурных, принципиальных схем устройств защиты, опытных образцов, проверка их работоспособности в лабораторных условиях, проведение натурных испытаний и внедрение в эксплуатацию. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
анализ проблем совершенствования релейной защиты распределительных сетей напряжением 6-110 кВ и выбор направления исследования на основе методов выбора и принятия решений;
анализ режимов работы электрических сетей с ответвительными и проходными подстанциями с учетом факторов, отражающих их специфику;
определение и уточнение расчетных параметров релейной защиты дальнего резервирования;
разработка алгоритмов функционирования защит дальнего резервирования с повышенной селективностью и чувствительностью;
сопоставительный анализ алгоритмов функционирования защит дальнего резервирования с учетом их классификации и оценка области их применения в сетях различной конфигурации;
оптимизация параметров и синтез частотно-компенсированных фильтров симметричных составляющих;
анализ способов выполнения релейной защиты от дуговых коротких замыканий в распределительных устройствах корпусной конструкции и их классификация;
теоретические и экспериментальные исследования влияния характеристик столба электрической дуги на работу релейной защиты повышенного быстродействия и чувствительности;
анализ чувствительности и электромагнитной совместимости оптико-электрических дуговых защит;
теоретические и экспериментальные исследования световых полей в распределительных устройствах корпусной конструкции при дуговых коротких замыканиях;
разработка алгоритмов функционирования быстродействующих устройств дуговой защиты;
разработка высокоэффективных устройств релейной защиты распределительных электрических сетей.
Для решения поставленных задач использованы методы теоретической электротехники, математического анализа, оптимизации, математического моделирования и натурного эксперимента, технической светотехники и источников света, распознавания образов, теории выбора и принятия решений, логического анализа и синтеза схем.
Научная новизна и основные научные результаты- Новые научные результаты, полученные в диссертации, состоят в следующем:
1, Уточненная модель распределительной сети с учетом электродвигательной и комплексной нагрузки, броска намагничивающего тока (БНТ), пе-
реходного сопротивления электрической дуги в месте междуфазного короткого замыкания, емкостной проводимости и продольно-поперечной несимметриИр
2. Методика определения области существования режимов сети и влияния их на параметры резервных защит,
3- Классификация способов и новые высокоэффективные принципы построения резервных защит повышенной чувствительности и быстродействующих защит от дуговых коротких замыканий,
Математическая модель несимметричного трехфазного короткого замыкания через электрическую дугу в сетях с изолированной нейтралью.
Метод расчета световых полей от столба электрической дуги для слабозаполненных оборудованием отсеков ячеек КРУ с учетом вторичных излучателей и многократных отражений и методика масштабных коэффициентов для отсеков со значительным заполнением оборудованием,
Методика выбора оптимальных параметров фильтров симметричных составляющих по критерию минимума погрешности из-за влияния частоты сети.
Алгоритмы функционирования чувствительных защит дальнего резервирования и быстродействующих дуговых защит комплектных распределительных устройств.
Достоверность результатов подтверждена лабораторными и натурными испытаниями, а также многолетним опытом эксплуатации разработанных устройств.
Практическая ценность и внедрение результатов. Практическая ценность работы состоит в том, что созданы:
- методика оценки предельных параметров режимов распределительных сетей различной конфигурации, учитывающая электродвигательную и комплексную нагрузки, БНТ, переходное сопротивление электрической дуги в месте междуфазного К3? емкостную проводимость и продольно-поперечную несимметрию;
- выбор направления совершенствования релейной защиты и формирова
ния требований к устройствам релейной защиты на основе метода экспертных
оценок;
- алгоритмы функционирования адаптивных измерительных органов,
реагирующих на приращения входных сигналов, ортогональные составляющие,
измерительных органов с торможением для резервных защит и дуговых защит
КРУ, а также их структурные схемы;
метод амплитудно-фазовых портретов режимов защищаемой сети, позволяющий графоаналитически выполнять оценку возможности распознавания нормальных и аварийных режимов резервных защит;
предельные параметры переходного сопротивления, падения напряжения на дуге, освещенности, времени перехода двухфазных в трехфазные КЗ, напряжения нулевой последовательности и их зависимости от тока дугового КЗ в распределительных устройствах напряжением 6-Ю кВ;
расчетные и экспериментальные параметры сигналов помех, создаваемых сильноточными цепями и цепями оперативного тока, их влияние на электрические линии связи оптико-электрических дуговых защит;
структурные схемы дуговых защит подстанций на основе индивидуального и централизованного принципов построения;
алгоритмы и структурные схемы быстродействующих пусковых органов тока, отстроенных от апериодических составляющих и от насыщения трансформаторов тока;
метод экспериментальных исследований световых полей и оценки чувствительности оптико-электрических дуговых защит;
программа расчета режимов электрической сети с множественной продольно-поперечной несимметрией и с учетом нагрузки.
Разработан и внедрен комплекс устройств релейной защиты элементов распределительных сетей в энергосистемах и промышленных предприятиях РФ: защиты дальнего резервирования с «жесткими» и адаптивными алгоритма-
ми функционирования, серия быстродействующих индивидуальных и централизованных устройств дуговой защиты КРУ, защиты от неполнофазных режимов в распределительных сетях и асинхронных электродвигателях, защита ближнего резервирования трансформаторов, защиты от замыкания на землю с адаптацией к режиму замыкания и контролем перенапряжений»
Освоен НИИ энергетики ГОРГТУ(НПИ) с 1996 г. серийный выпуск устройств дуговой защиты типа РДЗ-012МТ, РДЗ-015 и других типов, имеющих сертификаты соответствия РОСС RU.ME33.H00986, РОСС RU.ME33.H000O1, РОСС RU.ME33-H00009 Испытательного центра электрооборудования ФГУ «Ростовский ЦСМ». Внедрение разрабатываемых устройств защиты также выполняется НИИ энергетических технологий (г. Новочеркасск)- В 1993 г_ выпущена опытная партия устройств дуговой защиты в количестве 215 штук ОАО ОКТБ «СТАРТ» (г. Новочеркасск). Всего в эксплуатации находится более 1300 комплектов устройств дуговой защиты в энергосистемах РФ: Архэнерго, Аст-раханюнерго, Воронежэнерго? Иркутскэнерго, Красноярскэнерго, Кубаньэнер-го, Курганэнерго, Пермьэнерго, Ростовэнерго, Ставропольэнерго, Тверьэнерго, Ярэнерго, ТОП ЮжМЭС, ТОП МЭС Сибири и др. энергосистемах и подстанциях промышленных предприятий: ОАО «НЭВЗ», «НЭЗ», «Ростовский аэропорт», «Калитвасельмаш» и др., партия устройств защиты передана КРУ-строительному заводу ОАО «Московский завод электрощит». Устройства защиты ближнего и дальнего резервирования (КЕДР-03Р, КЕДР-07), защиты от неполнофазных режимов в распределительных сетях (УСОФ-2М) и асинхронных электродвигателях (КЗД-04), защиты от замыкания на землю (РНМ-02КИ, УЦЗ) внедрены партиями от 5 до 50 штук в энергосистемах и на промышленных предприятиях РФ.
Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе при подготовке инженеров и магистров в лекционных курсах, лабораторных занятиях, курсовом и дипломном проектировании, а также для слушателей
ФПК предприятий электрических сетей. Опубликованная монография применяется эксплуатационным персоналом при решении практических задач.
Апробация работы и публикации. Основные положения и научные ре-зультатьг диссертации докладывались на 38 научно-технических конгрессах, конференциях, семинарах и совещаниях. В том числе на ежегодных семинарах АН России «Кибернетика электрических систем» (г. Новочеркасск, 1992-2001 г.г.); на II Республиканской научно-технической конференции «Диагностика неисправностей устройств релейной защиты и автоматики электрических систем» (г. Жданов, 1982 г.); на I и II республиканской научно-техническом конференции «Программируемые устройства релейной защиты и автоматики энергосистем» (г, Рига, 1986 г. и 1988 г.); на совещании специалистов по релейной защите «Опыт разработки, внедрения и эксплуатации устройств защиты и автоматики на основе и использовании микропроцессорной техники» (Москва, 1989 г-); на Всесоюзной научно-технической конференции «Современная релейная защита электроэнергетических объектов» (г. Чебоксары, 199In); на Всесоюзном семинаре «Маркетинг разработок. Электробезопасность и надежность эксплуатации электрооборудования» (г. Светлогорск- г. Калининград, 1991 г.); на Международной конференции «Единая энергетическая система России: пути развития и перспективы международного сотрудничества» (г. Москва, 1995 г.); на Первой научно-технической конференции Чебоксарского Центра РЗА «Релейная защита и автоматическое управление электроэнергетическими системами» (Чебоксары, 1997 г.); на научно-технических конференциях "Релейная защита и автоматика энергосистем - 98, -2000, -2002", ЦПУ ЕЭС России (г. Москва, 1998, 2000, 2002 г\г.); на научно-технических семинарах «Современные решения а проектировании, строительстве и эксплуатации электрических сетей» (ЛЭП-97 и ЛЭП-99, ЛЭП-2001)» (г. Москва, 1997, 1999, 2001 г.г.); на семинаре-совещании начальников служб РЗА АО-энерго, начальников электролабораторий электрических станций, ведущих специалистов РЗА ОЭС Северного Кавказа, РАО "ЕЭС России", РП "Южэнерготехнадзор", Южный центр
подготовки кадров (Пятигорск, 1998, 1999, 2001 г.г,), Международных научно-практических конференциях «Интеллектуальные электромеханические устройства, системы и комплексы», «Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики», «Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах», «Микропроцессорные, аналоговые и цифровые системы: проектирование и схемотехника, теория и вопросы применения», «Моделирование, Теория, методы и средства», «Современные энергетические системы и комплексы и управление ими» (г. Новочеркасск, 2000, 2001, 2002 г.г.), Международной научно-практической конференции «Рациональное использование электроэнергии в строительстве и на транспорте» (г. Ростов-на-Дону, 2000 г.), Международной научно-технической конференции «Управление режимами работы объектов электрических систем» (г, Донецк, Украина, 2000 г,), Всероссийской научно-технической конференции «Энергосистема: управление, качество, безопасность» (Екатеринбург, 2001), VI симпозиуме «Электротехника 2010 год. Перспективные виды электротехническотхр оборудования для передачи и распределения электроэнергии» (Московская обл., 2001 г.), Научно-практической конференции «Электротехника и энергетика Поволжья на рубеже тысячелетий» (Чебоксары, 2001).
Устройства релейной защиты, разработанные под руководством и при непосредственном участии автора, неоднократно демонстрировались на ВДНХ СССР, ВВЦ РФ (г. Москва) и отмечены 6 дипломами. За разработку новых устройств РЗА автор награжден 5 медалями ВДНХ СССР и ВВЦ РФ.
Личный вклад автора- По теме диссертации опубликовано 221 печатная работа, из них автором написаны лично 21 работа и 200 работ в соавторстве. Основные научные результаты диссертации и результаты внедрения изложены в 86 нубликациях? в том числе в 1 монографии, в 28 статьях в реферируемых и рецензируемых журналах, 36 патентах и авторских свидетельствах, 1 свидетельстве об официальной регистрации программы для ЭВМ, 20 статьях в сборниках международных или всероссийских конференций. Соавторы, которые в
большинстве случаев выполняли конкретные разработки аппаратных или программных средств являются соискателями ученой степени кандидата технических наук (К.В, Чижов), его аспирантами и магистрантами (А.С. Войтенко, А.С. Иванов, В.В. Мироненко), либо выполняли диссертационную работу при его научной консультации (СВ. Сарры, С.Н. Грабовсков). Другие работы, выполненные в соавторстве, объединены общей проблемой, сформулированной автором диссертации.
Основные научные положении, выносимые на защиту:
Информационные характеристики режимов распределительных сетей с ответвительными и проходными подстанциями, учитывающие влияние: электродвигательной и комплексной нагрузки, броска намагничивающего тока, переходного сопротивления электрической дуги, емкостной проводимости и продольно-поперечной несимметрии; методика выбора параметров резервных защит с учетом влияющих факторов, метод амплитудно-фазовых портретов режимов защищаемой сети, позволяющий графоаналитически выполнять оценку возможности распознавания нормальных и аварийных режимов.
Классификация способов и новые высокоэффективные принципы построения резервных защит повышенной чувствительности и быстродействующих защит от дуговых коротких замыканий и реализация их в устройствах релейной защиты с повышенным техническим совершенством,
Модель несимметричного трехфазного короткого замыкания через электрическую дугу в сетях-с изолированной нейтралью, новые информационные признаки, характеризующие данный режим сети, полученные в результате расчетов и натурных испытании.
Методика оптимального выбора параметров фильтров симметричных составляющих по критерию минимума погрепгности из-за влияния частоты сети, структурные и принципиальные схемы частотно-компенсированных фильтров,
Методика расчета световых полей от столба электрической дуги
для слабозаполненных оборудованием отсеков ячеек КРУ с учетом вторичных излучателей и многократных отражений и методика масштабных коэффициентов для отсеков со значительным заполнением отсеков.
6. Структурные схемы дуговых защит подстанций на основе индивидуального и централизованного принципа построения, алгоритмы и структурные схемы быстродействующих пусковых органов тока, отстроенных от переходных процессов в первичных и вторичных цепях.
Структура и содержание диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения. Списка литературы и приложения.
В первой главе выполнен анализ проблем построения релейной защиты распределительных сетей с ответвительными и проходными подстанциями, рассмотрены основные схемы выполнения данных сетей с радиальными, транзитными и кольцевыми ВЛ и особенности построения РЗА в сетях данного класса. На основе результатов экспертных оценок выполнен выбор первоочередных мероприятий по повышению надежности работы подстанций с упрощенными схемами первичных соединений, т.е. использующих в своих схемах короткозамыкатели и отделители.
Во второй главе выполнено исследование режимов работы распределительных сетей с учетом пусков (самозапусков) электродвигателей па рассматриваемых подстанциях, влияния комплексной нагрузки при коротких замыканиях за одним из їрансформаторов, переходного сопротивления в месте повреждения при междуфазных коротких замыканиях, емкостной проводимости, обусловленной как собственной проводимостью линий, так и установленными на подстанциях с целью регулирования напряжения батарей конденсаторов. Уточнены влияния бросков намагничивающего тока при включении трансформаторов на холостой ход и влияние режимов продольно-поперечной несимметрии в сетях с эффективно заземленной нейтралью на выбор параметров резервных защит.
В третьей главе классифицированы способы построения резервных за-
щит, выполнен анализ существующих технических решений и разработаны структуры защит дальнего резервирования с повышенной чувствительностью к мевдуфазным КЗ за трансформаторами ответвительных подстанций, исследовано функционирование адаптивных измерительных органов и измерительных, контролирующих аварийные составляющие, ортогональные составляющие в распределительных сетях с различными типами BJL Здесь же по критерию минимального влияния изменения частоты сети оптимизированы параметры частотно-компенсированных фильтров симметричных составляющих, синтезированы их структурные и принципиальные схемы.
В четвертой главе выполнен анализ способов и устройств выполнения защит от дуговых коротких замыканий в распределительных устройствах корпусной конструкции, предложена классификация способов, осуществлена оценка чувствительности оптико-электрических защит для применения их шинных отсеках, исследованы установившиеся и переходные процессы при трехфазных коротких замыканиях через электрическую дугу, приведены результаты натурных испытаний при междуфазных КЗ в КРУ и установлены новые информационные признаки, характеризующие дуговое короткое замыкание,
В пятой главе выполнены теоретические и экспериментальные исследования световых полей в отсеках с различным заполнением оборудованием, как от одиночного столба дуги, так и с учетом влияния вторичных излучателей и многократных отражений, также проведены теоретические и экспериментальные исследования электромагнитной совместимости оптико-электрических защит с установленным сильноточным и слаботочным оборудованием и аппаратурой, приведены рекомендации по снижению влияния электромагнитных помех на электрические линии связи и измерительные органы дуговой защиты.
В шестой главе выполнена разработка оптико-электрических защит с «жесткими» и адаптивными алгоритмами функционирования, как в индивидуальном, так и в централизованном исполнении, предложены алгоритмы и
структурные схемы быстродействующих пусковых органов, отстроенных от переходных процессов в первичных и вторичных цепях, разработаны схемы релейной защиты подстанций на основе индивидуальных и централизованных у-стройств защиты.
Седьмая глава посвящена разработке и внедрению устройств релейной защиты элементов распределительных сетей, описаны принципы выполнения и даны технические характеристики устройств, разработанных и внедренных при непосредственном участии автора:
- резервные защит дальнего резервирования повышенной чувствительно
сти к коротким замыканиям за трансформаторами ответвительных и проходных
подстанций;
-устройство ближнего резервирования релейной защиты трансформаторов;
- устройства быстродействующих дуговой защиты комплектных распре
делительных устройств;
устройства защиты и сигнализации от неполнофазных режимов воздушных линий и асинхронных электродвигателей;
устройства релейной защиты от замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью;
-устройства диагностики состояния вторичных цепей коммутационных аппаратов (короткозамыкателей, отделителей и выключателей на стороне низшего и среднего напряжения рассматриваемых подстанций);
- программный комплекс для расчетов аварийных режимов с множест
венной продольно-поперечной несимметрией и учетом предшествующих на
грузочных режимов в распределительных сетях.
Автор выражает благодарность Заслуженному деятелю науки и техники Российской Федерации, доктору технических наук, профессору В.В Платонову за методическую помощь и научные консультации при подготовке диссертации.
