Введение к работе
Актуальность работы. Современный эти развития 'электроэнергетики характеризуется высокими мощностями установленного электрооборудования и усложнением конфигурации схем электрических сетей. Значительное увеличение стоимости энергетического оборудования и ущерба от недоотпуска электроэнергии потребителям, определяют необходимость повышения требований надежности. Важнейшим условием рационального проектирования и надежной эксплуатации электроустановок является знание действительных значений токов короткого замыкания (КЗ), так как последние являются одним из основных факторов, влияющих на надежность работы электроустановок.
Аварийные режимы дугового КЗ, являюются, как правило, причиной пожаров в электроустановках и кабельном хозяйстве, приводящих к значительному материальному ущербу. Экспериментальные данные и опыт эксплуатации свидетельствуют о весьма существенном токоогранищиваюшем влиянии дуги в месте КЗ на значение тока КЗ. Неучет ограничения тока КЗ сопротивлением дуги может явиться причиной несрабатывания защит и защитной аппаратуры, и как следствие, привести к увеличению размеров повреждения электроустановок. Неучет токоограничивающего влияния дуги может привести также к завышенным расчетным значениям и неоправданному повышению требовании к параметрам электрооборудования, устанавливаемого в этих электроустановках и, как следствие, к перерасходованию средств на их сооружение. Правильный учет токоограничивающего влияния дуги на стадии проектирования защит электрических сетей собственных нужд (СН) электростанций и подстанций позволит исключить или значительно сократить случаи нечувствительности я отказов в работе защит при аварийных дуговых КЗ в сети.
Вопросам определения токоограничивающего влияния дуги при КЗ посвящен ряд работ отечественных и зарубежных авторов. Некоторые из этих работ основаны на экспериментальных исследованиях проведенных в лабораториях и на промышленных предприятиях.
Предварительный анализ показал, что условия проведения опытов КЗ в лабораториях и на промышленных предприятиях не всегда соответствует условиям КЗ в электроустановках СН переменного и постоянного токов напряжением до 1кВ электростанций и подстанций. Кроме того, практически вес авторы экспериментальных исследований
плинний дуги на ток КЗ указываю і на недостаточное количсиио проведенных экспериментов для убедительной оценки их результатов и рекомендуют дополнительные исследования.
Следствием неоднозначности оценок степени снижения тока при дуговом КЗ и недостаточности экспериментальных данных, подтверждающих тот или иной подход к оценке влияния дуги, является противоречивость методов учета влияния дуги в существующих руководящих и методических материалах.
Отсутствие единого, имеющего достаточное экспериментальное обоснование подхода к проблеме учета токоограничивающего влияния электрической дуги в сетях СН электростанций и подстанций, часто является причиной неверного выбора расчетных условий при проектировании защит сетей СН. приводящей к отказам неселективной работе и снижению надежности электроснабжения потребителей.
В связи с этим одной из актуальных задач повышения надежности электростанций является разработка методики учета токоограничивающего действия дуги при КЗ, основанной на натурных экспериментах в условиях действующего электрооборудования электростанций. Использование такой методики на стадии проектирования и в эксплуатации позволило бы повысить надежность защиты сези СН электростанций и подстанций от дуговых КЗ.
Цель работы. Основной целью настоящей работы является разработка методики учета влияния активного сопротивления дуги при расчете токов КЗ в сетях переменного и постоянного тока напряжением до 1кВ электростанций и подстанций на основе натурных опытов КЗ в действующих электроустановках.
Для достижения указанной цели в работе необходимо решить следующие задачи:
-провести анализ аварийности на электростанциях и подстанциях;
-обобщить существующие способы учета электрической дуги при расчете токов КЗ;
-провести анализ опубликованных экспериментальных исследований дуговых КЗ;
-разработать методику и технические средства для проведения натурных опытов металлических и дуговых КЗ в действующих элек-троустановках.Проведение опытов не должно нарушать нормальный
режим работы технологического оборудования и не создавать угрозы возникновения пожара в электроустановках;
-создать специальные констукции для инициирования дуги, позволяющие моделировать реальные ситуации аварийных дуговых КЗ;
-разработать методику статистической обработки и анализа результатов опытов КЗ;
-получить достаточное количество опытных статистических данных, позволяющих выявить закономерности влияния дуги на ток КЗ в реальных условиях эксплуатации;
-рассчитать вероятностные характеристики влияния дуги на ток КЗ;
-разработать методику учета электрической дуги при расчете токов КЗ в электроустановках переменного и постоянного тока напряжением до 1кВ;
-оценить достоверность существующих методик расчета токов металлического КЗ путем сопоставления результатов расчета с опытными данными;
-разработать рекомендации по повышению надежности работы защит в системе собственных нужд электростанций и подстанций.
Научная новизна. В работе получены следующие новые научные и практические результаты:
-разработана методика и технические средства экспериментальных исследований дуговых коротких замыканий в условиях действующего электрооборудования электростанции и подстанций;
-впервые получены обширные статистические данные о токах металлических и дуговых КЗ в системе СН переменною и постоянного тока электростанций и подстанций;
-установлено, что дуговое КЗ может быть устойчивым, прерывистым или самопогасающим;
-на основе статистических данных получена функциональная зависимость тока дугового КЗ от сопротивления короткознмкнутой цепи в условиях действующих электроустановок;
-расчитаны вероятностные характеристики влияния электрической дуги на ток КЗ;
-разработаны методики учета токоогракичевающего влияния дуги при расчетах токов КЗ в системе СН переменного и постоянного токов напряжением до 1кВ.
Практическая ценность. Результаты диссертационной работы используется проектными организациями, электростанциями и подстанциями при проектировании и выборе защит и защитных аппаратов, установленных в сети СН переменного и постоянного токов.
Основные защищаемые положения.
В диссертации обоснованы, разработаны и вынесены на защиту:
-анализ аварийности в системе собственных нужд электростанций и подстанций;
-результаты анализа методов учета токоограничивающего влияния электрической дуги;
-методика и технические средства экспериментальных исследований дуговых КЗ;
-результаты натурных опытов КЗ в системе СН переменного тока 0.4кВ электростанций и подстанций;
-результаты натурных опытов КЗ в системе постоянного гока электростанций и подстанций;
-методика статистической обработки результатов опытов КЗ;
-методика учета электрической дуги при расчете токов КЗ.
Реализация результатов работы.
Результаты исследований автора внедрены:
1. В нормативные документы:
-ГОСТ Р50 270-92. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1кВ; -ГОСТ 29176-91. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках постоянного тока.
2. В руководящие и методические указания:
-Руководящие указания "Релейная защита питающих элементов П1 'ГЭС И АЭС", Атомтеилоэлектропроект. 1990г.;
-Методические указания по расчету токов короткого замыкания в сет напряжением до 1кВ электростанций и подстанций с учетом влияния электрической дуги. Минтопэнерго. Фирма ОРГРЭС, 1992г.
3. При проведении экспериментальных работ по определению уровней
токов КЗ и повышению надежности защит сетей СН переменного и по
стоянного токов электростанция и подстанций, а именно, на Красно
ярской ГРЭС-2, подстанции Камала, Омской ТЭЦ-4, Московской
ТЭЦ-21, Московской ТЭЦ-26, Кастромской ГРЭС, а также на ряде других электростанций.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались:
и» заседании -электротехнической секции ПТС CotoucxMicpm. Москва, |9Я8г\;
на VI-м международном сипозиуме "Токи короткого замыкания в шергегических системах", Белі.гия, Льеж, 1994г.;
на Всероссийском, постоянно действующем, семинаре "Электрическая часть электрических станций и подстанций", МЭИ. Москва, 1995г.;
- на Всероссийской научной конференции "Токи короткого замы
кания в энергосистемах", Москва, 1995г.
Публикации. По результатам выполнения исследований опубликовано 11 печатных работ.
Объем работы. Диссертация общим объемом 170 страниц состоит ні введения и четырех глав, заключения, приложения списка литературы из 39 наименований, содержит 60 рисунков и 15 таблиц. Машинописный текст диссертации сосгоит из 101 страницы.
