Введение к работе
з
Актуальность темы. Повышение интенсивности возникновения аварийных ситуаций в энергосистемах, в условиях, когда надежность электроснабжения во многом определяет уязвимость жизнеобеспечения общества, приводит к угрожающему росту опасности их развития в глобальные аварии с катастрофическими последствиями. Ежегодно в отечественных энергосистемах происходит более трехсот отключений базовых источников электроэнергии - турбогенераторов, и выходит из строя от 10% до 25% общего парка наиболее массовых приемников электроэнергии - электродвигателей. Практически, каждый день энергосистемы теряют по одному генератору и несколько тысяч электродвигателей. Это не только огромные материальные убытки, но и высокий риск потери управления процессами.
Подавляющее большинство аварий связано с нарушениями изоляции. Повреждения в цепях статора, как правило, начинаются или сопровождаются однофазными замыканиями на землю и наиболее часто инициируются перегревом обмоток, являющимся следствием перегрузок электрических машин. Обычно электрическому пробою предшествует достаточно длительный процесс старения изоляции и только в завершающей стадии пробой развивается сравнительно быстро. Поэтому непрерывный контроль состояния изоляции и теплового режима электрических машин, практически, исключает возможность внезапного повреждения изоляции из-за ее износа и обеспечивает возможность предотвращения развития более тяжелых аварий. Для этих целей необходимы пересмотр требований к системам защиты, разработка новых методов защиты и аппаратных средств на базе современной микроэлектроники, а также существенное расширение их функциональных возможностей в части предупредительного действия.
В этих условиях совершенствование защит базовых источников и наиболее массовых приемников электроэнергии энергосистем ифает важную роль в достижении требуемой надежности электроснабжения и представляет собой крупную и актуальную научно-техническую проблему.
Исследования по теме диссертации выполнялись в соответствии с целевыми научно-техническими профаммами "Энергосистема" (п. 03.03.06), "Электрооборудование", "Энергия", научно-техническими профаммами "Повышение надежности, экономичности и экологичное энергетической системы России", "Конверсия", "Финт-РВО".
Цель работы заключается в разработке и реализации новых высокоэффективных средств релейной защиты основного электрооборудования электрических станций и систем электроснабжения, обладающих свойствами предупредительного действия, предназначенных для использования в составе автоматизированных систем управления (АСУ) технологическими процессами.
Основные научные результаты и их ноиіпна состоят в следующем:
-
Осуществлена разработка новых микроэлектронных систем защиты блоков генерагор-грансформатор и электродвигателей, обладающих новыми свойствами предупредительного действия, повышающими эффективность защит в части предотвращения возможных внезапных аварий. Во вновь разработанных системах, предназначенных для работы в составе АСУ, реализована предложенная новая концепция построения защит, предусматривающая защиту электрической сети не только традиционным путем быстрого отключения поврежденного элемента, но и за счет предотвращения аварийных ситуаций путем предупреждения о их приближении и принятия ответных мер.
-
Созданы научно-методические основы построения защит от однофазных замыканий на землю в сети генераторного напряжения блока генератор-трансформаюр на основе методов непрерывного контроля сопротивления изоляции сети с улучшенными показателями по точности и избирательности. Своеобразие методов заключается в способности контролировать сопротивление изоляции в широком диапазоне его изменения в нормальных условиях работы сети и определять характер и место возникновения повреждения изоляции в аварийных ситуациях.
-
Предложены, исследованы и реализованы в защитах новые методы непрерывного контроля сопротивления изоляции сети генераторного напряжения блоков і енератор-трансформатор, обеспечивающие высокую точность контроля в широком диапазоне изменения сопротивления, достигнутую путем использования для контроля собственных э.д.с. статора генератора.
-
Предложены, разработаны и реализованы методы определения места возникновения повреждения изоляции сети генераторного напряжения блока, обеспечивающие высокую избирательность поиска и ускорение процесса обнаружения дефектов изоляции при выполнении профилактических и ремонтных работ. Разработаны алгоритмы определения места возникновения повреждения, основанные на измерении интегральных параметров н спектральном анализе токов утечки в цепях, формируемых с помощью специальных коммутаторов, соединяющих контролируемую сеть с землей. Впервые достигнута возможность определения поврежденной обмотки и удаленности места возникновения повреждения от ее выводов при работающем оборудовании.
-
Предложен новый принцип построения и разработана высокоэффективная защита от перегрузки асинхронных электродвигателей с использованием методов непрерывного контроля тепловых и механических параметров машин, чго позволило улучшить предупредительные свойства защит и более полно использовать нагрузочные возможности защищаемых машин. Обоснована возможность выявления механических дефектов во вращающихся узлах асинхронных электродвигателей и в механической нагрузке в предаварнйных ситуациях путем спектрального анализа тока статора.
5 б. Разработана методология сопряжения микроэлектронних систем защиты с защищаемыми объектами и АСУ. Предложены улучшенные математические модели электромагнитных первичных преобразователей сигналов, которые положены в основу исследования их погрешностей в стационарных и динамических режимах работы. Сформированы требования к точности преобразования сигналов в тракте, содержащем первичные и входные преобразователи сигналов, которые во многом определяют точность работы систем защиты в целом. Предложен новый активный трансформаторный входной преобразователь ток-напряжение, имеющий улучшенные технико-экономические показатели. Разработана методика синтеза входных преобразователей сигналов.
Практическая ценность н реализация результатов работы:
-
Разработаны, изготовлены и внедрены на электрических станциях Лен-знерго, Вологдаэнерго, Пермьзнерго, Кировэнерго и в системах электроснабжения предприятий Вологодской области новые высокоэффективные устройства релейной защиты основного электрооборудования, обеспечивающие повышение надежности его работы и снижение ремоптно-эксплуатационных расходов. Начурные испытания и опытная эксплуатация подтвердили основные теоретические положення диссертации и позволили выбрать наиболее оптимальные варианты построения систем защиты.
-
Создана защита от однофазных замыканий на землю в сети генераторного напряжения блока генератор-трансформатор, обеспечивающая непрерывный контроль сопротивления изоляции и определение места возникновения дефекта изоляции при работающем оборудовании, которая прошла производственные испытания на генераторе действующей электростанции Ленэнерго. Результаты испытаний подтвердили теоретические характеристик заншты и правомерность принятых при разработке допущений.
-
Основные положения диссертации использованы при организации серийного производства, создании рабочих проектов и производстве азтематизн-роаанной комплексной системы защиты электродвигателей (АКЗ) на предприятиях г. Вологда (Вологодсгаїй оптико-механический завод, Вологодское отделение СП ТЕККОМ) и в Вологодском политехническом институте.
-
Решена проблема сопряжения микроэлектронных систем защиты с объ-етегамн и АСУ. Сформированы кріггерии сценки возможности применения п ыикроэлектронных системах защиты электромагнитных измерительных трансформаторов и рекомендации, направленные на повышение точности преобразования сигналов в тракте, содержащем первичные и входные преобразователи сигналов, которые во многом определяют точность работы систем защиты в целом. Разработана мзтоди:<а синтеза входных пр-гобразояателей, необходимая для проекпфопаггия новых мккроэлектронных систем защиты.
-
Материалы теоретических, методичесюж п практических разработок нзшлп отражение в учебных пособиях и используются в учебном процессе ву-
зов (СПбГТУ, Вологодскою политехнического инстигута и др.), а также учебного пешра 1'ЛО НС России.
Апробация работы и публикации. Основные результаты проведенных исследований обсуждались на международных, всесоюзных, всероссийских и реї иональных научно-технических конференциях и семинарах. Среди них семинар "Электрические машины и аппараты" на международной универсальной здектроіехпической вьісіавке UNbL-96 (С-Петербург, 1996 г.); международная научно-іехничсская конференция "Проблемы повышения технического уровня злекірошергетическнх систем и электрооборудования кораблей, плавучих сооружений и трансморшых средств" (С-Петербург, 1998 г.); Всероссийская научно-техническая конференция с участием специалистов стран СНГ, Литвы и дальнею зарубежья "Релейная защита и автоматика энергосистем-98" (Москва, 1998 г.); Всероссийские межвузовские научно-технические конференции "Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике" (г. Чебоксары, 1996, 1998 г.); семинар "Кибернетика электрических систем" (г. Новочеркасск, 1996 г.); Всесоюзный научно-технический семинар "Релейная защита и авюмашка энергосистем"' (г. Рига, 1984 г.); Всесоюзный научно-технический семинар "Опыт применения средств технической диагностики и коїггроля за со-сюяннем электроэнергетическою оборудования" (г. Иваново, 1986 г.); Российская научно- іехническая конференция "Инновационные наукоемкие технологии для России" (С-Нстербург, 1995 г.).
Устройства, разработанные под руководством и при непосредственном участии автора, экспонировались на ВДНХ СССР (Москва), международной электротехнической выставке "Энергетика-95" (С-Петербург), региональных выставках научно-технических достижений в г. Пермь и г. Вологда.
Информационные материалы о разработках автора были представлены на международных выставках Энергетика-95 и UNEL-96 (С-Петербург) и распространялись по системе центров научно-технической информации (ЦНТИ).
Похожие диссертации на Совершенствование защит блоков генератор - трансформатор и электродвигателей
