Введение к работе
Актуальность работы
На электростанциях и подстанциях растет количество ложных срабатываний микропроцессорных релейных защит.и автоматики (МПРЗА), приводящих к неоправданным отключениям силового электрооборудования, что, в конечном итоге, существенно снижает надежность энергосистем. Действующие нормативные документы не содержат требований по отстройке ДВ от замыканий на землю, замыканий с сетью переменного напряжения и от инжектируемых импульсов устройств активного поиска мест снижения сопротивления полюсной изоляции относительно земли в системе оперативного постоянного тока (СОПТ).
Одним из наиболее уязвимых мест МПРЗА являются оптронные преобразователи дискретных сигналов, далее называемые «дискретными входами» (ДВ). Энергия, необходимая для переключения ДВ МПРЗА на четыре порядка меньше, чем у электромеханических реле. В отличие от электромеханических промежуточных реле, имеющих ток срабатывания 10-50 мА и время срабатывания, измеряемое в миллисекундах, ДВ МПРЗА имеют ток срабатывания 2-5 мА и могут переключаться за микросекунды. Меньшая энергоемкость ДВ МПРЗА позволила значительно снизить выделение тепла в релейных шкафах, увеличить коммутационный ресурс управляемых контактов в цепях релейных защит. Однако практика показала, что ДВ МПРЗА уязвимы по условиям электромагнитной совместимости.
Производители МПРЗА работают над повышением помехоустойчивости ДВ, однако до настоящего времени эффективного решения не достигнуто и помехозащищенность многих типов МПРЗА не отвечает условиям эксплуатации.
Характеристики ДВ не нормируются и, следовательно, возможен их значительный разброс даже в пределах одного типа МПРЗА.
В этой связи актуальной является разработка требований к характеристикам ДВ МПРЗА, рекомендаций по их испытанию и условиям работы СОПТ.
Объектом исследования является система питания электроприемников постоянного тока электрических станций и подстанций.
Предметом исследования являются электромагнитные переходные процессы в системе питания устройств микропроцессорных релейных защит и автоматики, вызванных замыканиями на землю в системе оперативного постоянного тока, замыканиями с сетью переменного напряжения и работой устройств поиска мест снижения полюсной изоляции в системе оперативного постоянного тока относительно «земли», и их влияние на работу дискретных входов.
Целью работы является разработка рекомендаций по предотвращению ложных срабатываний дискретных входов микропроцессорных релейных защит и автоматики при замыканиях на землю в системе оперативного постоянного тока, замыканиях между элементами системы оперативного постоянного тока и сетью переменного напряжения 0,4 кВ, работе устройств поиска мест снижения сопротивления полюсной изоляции относительно «земли» в системе оперативного постоянного тока.
Задачи работы, поставленные для достижения указанной цели:
-
Систематизация и обобщение результатов ранее выполненных работ, посвященных исследованиям ложных срабатываний электромеханических релейных защит под влиянием замыканий в СОПТ, сопоставление и анализ характеристик ДВ МПРЗА известных типов на основании обзора технической документации.
-
Разработка математической модели СОПТ с ДВ МПРЗА. Разработка методики определения характеристик ДВ МПРЗА и ее апробация на нескольких устройствах. Верификация модели на основе натурных экспериментов.
-
Исследование и анализ элект ромагнитных переходных процессов при замыканиях на «землю» в СОПТ с использованием модели. Разработка рекомендаций по предотвращению ложной работы ДВ МПРЗА при замыканиях в СОПТ, в частности требований к характеристикам ДВ для повышения помехоустойчивости ДВ МПРЗА. Разработка специализированного устройства для проверки характеристик ДВ МПРЗА.
-
Исследование электромагнитных переходных процессов при замыканиях между сетями СОПТ и переменного напряжения 0,4 кВ и при работе автоматических устройств поиска мест снижения сопротивления полюсной изоляции в СОПТ. Подтверждение корректности полученных в расчетно-экспериментальном исследовании результатов результатами натурных экспериментов. Синтез рекомендаций к условиям эксплуатации ДВ МПРЗА, в частности к контролю напряжений полюсов СОПТ относительно «земли» и настройкам устройств автоматического поиска мест снижения сопротивления полюсной изоляции относительно «земли».
Методы исследования
Решение поставленных задач проводилось посредством теоретических расчетов и проведения серий натурных экспериментов. Расчеты производились с помощью метода математического моделирования на основе системы обыкновенных дифференциальных уравнений. Для исследования переходных процессов в СОПТ использовалась специализированная программа EMTP-RV. Эксперименты производились на физической модели и на действующей электроустановке.
Научная новизна
В диссертации получены следующие новые научные результаты:
1. Разработана математическая модель СОПТ с ДВ МПРЗА и компьютерная модель, отличающиеся от ранее известных тем, что учитывают режективный импульс ДВ и содержат логику работы современных ДВ устройств МПРЗА. Компьютерная модель позволяет исследовать влияние замыканий полюсов сети постоянного тока на землю, влияние случайных
гальванических связей между СОПТ и сетью переменного напряжения 0,4 кВ, влияние работы устройств поиска мест снижения сопротивления полюсной изоляции относительно земли на работу ДВ МПРЗА.
-
Разработаны методика и алгоритм определения характеристик ДВ МПРЗА, а также специализированное устройство, позволяющие комплексно оценить характеристики ДВ МПРЗА на соответствие требованиям разработанного стандарта ОАО «ФСК ЕЭС».
-
Разработаны рекомендации по повышению помехозащищенности ДВ МПРЗА от замыканий на «землю» в СОПТ посредством высокоомного резистивного заземления отрицательного полюса СОПТ.
Достоверность научных положений диссертационной работы обусловлена обоснованностью принятых допущений и удовлетворительным совпадением результатов расчетов с результатами натурных экспериментов.
Практическое значение:
-
Разработана модель СОПТ с ДВ МПРЗА, позволяющая проводить расчетные эксперименты, направленные на изучение влияния переходных процессов в СОПТ на работу ДВ МПРЗА. Результаты исследования использованы при разработке стандарта организации ОАО «ФСК ЕЭС» содержащего требования к характеристикам ДВ МПРЗА, позволяющие снизить возможность ложного срабатывания ДВ и не препятствующие приборам поиска поврежденного присоединения локализовать место снижения сопротивления изоляции присоединения за ДВ.
-
Разработан диагностический прибор для определения характеристик ДВ МПРЗА как в лабораторных условиях, так и на действующих подстанциях.
-
Разработана методика определения характеристик ДВ МПРЗА, используемая при аттестации электрооборудования в ОАО «ФСК ЕЭС».
Положения, выносимые на защиту:
-
Модель СОПТ с подключенным ДВ МПРЗА, позволяющая проводить расчетные эксперименты для выявления влияния переходных процессов в СОПТ на работу ДВ МПРЗА.
-
Требования к характеристикам ДВ МПРЗА, позволяющие снизить вероятность ложной работы ДВ МПРЗА при замыканиях в СОПТ.
-
Рекомендации по отстройке ДВ МПРЗА от ложных срабатываний из-за работы устройств автоматического поиска мест снижения сопротивления полюсной изоляции СОПТ относительно «земли».
Реализация результатов работы.
-
Разработанные требования к ДВ МПРЗА реализованы в стандарте организации ОАО «ФСК ЕЭС»;
-
Методика испытаний ДВ внедрена в ОАО «ФСК ЕЭС» и используется производителями МПРЗА;
-
Разработанный диагностический прибор используется для проведения испытаний ДВ МПРЗА.
Апробация результатов работы
Работа была апробирована на пятнадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (МЭИ (ТУ), 26-27 февраля, г. Москва, 2009 г.), Шестнадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика (МЭИ (ТУ), 25-26 февраля, г. Москва, 2010 г.), на международной научно-практической конференции и выставке «Релейная зашита и автоматизация электроэнергетических систем России» (РЕЛАВЭКСПО-2012, 17-20 апреля 2012, г. Чебоксары).
Публикации. По результатам исследований было опубликовано шесть печатных работ, в том числе одна статья в журнале «Известия вузов. Электромеханика», входящем в перечень журналов ВАК РФ.
Личный вклад соискателя. Разработка требований к характеристикам ДВ на основании расчетно-теоретического исследования по работе ДВ при замыканиях на землю в СОПТ[1,3,5], требования к работе устройств контроля изоляции и поиска «земли» [2]. Экспериментальное подтверждение результатов расчетно-теоретического исследования [4,5]. Разработка методики испытания ДВ МПРЗА на соответствие характеристик стандарту [6].
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка, состоящего из 50 наименований источников. Основной текст диссертации изложен на 124 страницах, включает 45 рисунков и 11 таблиц. Общий объем диссертации, включая приложения, составляет 124 страницы.
Похожие диссертации на Разработка рекомендаций по предотвращению срабатываний микропроцессорных средств защиты и автоматики энергообъектов от замыканий в системе оперативного тока
