Содержание к диссертации
Стр.
Введение...... 8
Глава 1. Научно-технические проблемы защиты воздушно-кабельных
сетей от однофазных замыканий на землю 13
Современные проблемы защиты и эксплуатации систем электроснабжения 13
Изолированная нейтраль 17
Заземление нейтрали через резистор 19
Компенсация емкостных токов на основе резонансного заземления нейтрали 20
Полное подавление дуговых замыканий на землю на основе резонансного заземления и компенсации активной составляющей напряжения и тока промышленной частоты 23
1.6. Цели и задачи диссертационной работы 24
Глава 2. Выбор эффективного способа заземления нейтрали в сетях
среднего напряжения 6-35 кВ 26
2.1. Структурная модель контура нулевой последовательности
трехфазной сети в режиме однофазного замыкания 26
2.2. Исследование режимов нейтрали систем электроснабжения 28
2.3. Дуговые процессы при однофазном замыкании на землю 29
2.4. Анализ токов и напряжений при однофазных замыканиях
в сети с незаземлённой нейтралью 35
2.5. Анализ токов и напряжений при однофазных замыканиях в
сети с резонансным заземлением нейтрали 37
2.6.Анализ резистивного способа заземления нейтрали 43
2.7. Время деионизации при пробое изоляции сети 46
2.8.Параметры, характеризующие рациональный режим 47
4 нейтрали
2.9. Полное подавление дуговых замыканий на землю на основе
резонансного заземления и компенсации активной составляющей 52
напряжения и тока промышленной частоты
2.10. Математическая модель трехфазной электрической сети в
режиме 033
2.11. Разработка рекомендаций по выбору структуры и
параметров защиты от 033 электрических комплексов добычи и 61
транспортировке полезных ископаемых
2.11.1. Сеть с нейтралью, заземленной через высокоомный
резистор
2.11.2.Алгоритм работы защит в резистивно-заземленных
сетях
2.11.3 .Сеть с. нейтралью, заземленной через низкоомный
резистор
2.11.4. Система полной компенсации емкостных токов
однофазного замыкания на землю
Выводы к главе 2 70
Глава 3. Построение децентрализованной системы электроснабжения на основе автоматических пунктов
Характеристика систем электроснабжения 73
Схемы секционирования линий 75
Параллельное секционирование 75
Последовательное секционирование 76
Секционирование линии с двухсторонним питанием 77
Секционирование ответвлений с использованием плавких предохранителей 78
Секционирование ответвлений с использованием автоматических отделителей 79
3.3. Сдерживающие факторы на пути реализации концепции
автоматического секционирования 80
3.4. Существующие подходы к секционированию линий 82
3.5. Общая характеристика децентрализованной системы
секционирования воздушных распределительных сетей среднего
напряжения 84
3.6. Алгоритмы децентрализованной системы секционирования 87
3.6.1 Параллельное и последовательное секционирование
линий с односторонним питанием 87
Параллельное и последовательное секционирование линий с двухсторонним питанием 88
Секционирование линий с применением плавких предохранителей 8 8
3.6.4. Секционирование с применением автоматических
линейных отделителей 89
3.7. Недостатки децентрализованной системы секционирования
на основе АПС 90
Выводы к главе 3 91
Глава 4. Разработка устройства определения поврежденной фазы 93
4.1. Параметры и характеристики устройств определения
поврежденного присоединения 93
Алгоритмы функционирования и характеристики устройств определения поврежденной фазы 94
Постановка задачи 97
Методика исследования амплитудно фазовых соотношений
для напряжений 99
4.5. Аналитическое определение напряжений в установившемся
режиме замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью
4.5.1. Симметрия проводимостей фаз относительно земли 99
4.5.2. Емкостная несимметрия фаз А, В или С 106
4.5.3. Несимметрия емкостной проводимости на
поврежденной фазе
4.5.4. Несимметрия емкостной проводимости на отстающей
1010 фазе
4.5.5. Несимметрия емкостной проводимости на
опережающей фазе
4.5.6. Несимметрия активной проводимости на отстающей
фазе
4.5.7. Несимметрия активной проводимости на
опережающей фазе
4.5.8. Несимметрия активной проводимости на отстающей
фазе и емкостной проводимости на поврежденной фазе
4.5.9. Несимметрия активной проводимости на
опережающей фазе и емкостной проводимости на 116
поврежденной фазе
4.5.10. Несимметрия активной проводимости на отстающей
фазе и емкостной проводимости на опережающей фазе
4.5.11. Несимметрия активной проводимости на
опережающей фазе и емкостной проводимости на 118
отстающей фазе
4.6. Амплитудно-фазовые характеристики, характеризующие
поврежденную фазу сети в режиме однофазного замыкания на
землю 120
4.7. Определитель поврежденной фазы 128
Выводы к главе 4 137
Глава 5. Оценка надежности и эффективности децентрализованной
системы электроснабжения на основе автоматических пунктов
секционирования 140
5.1. Повышение надежности электроснабжения группы
потребителей 140
5.2. Математическая модель СЭС при резервировании с
замещением 142
Оценка повышения надежности с использованием средств АВР 140
Определение эффективного варианта системы электроснабжения 149
Оценка экономической целесообразности реконструкции СЭС 151
Мероприятия по снижению потерь электрической энергии 153
Ущерб от перерывов электроснабжения 154
5.9. Оценка эффективности применения автоматического
секционирования 155
5.9.1. Показатели характеризующие эффективность
применения автоматического секционирования 155
5.9.2. Секционирование выездными бригадами 159
Последовательное секционирование линии с односторонним питанием 160
Последовательное секционирование линии с двухсторонним питанием 161
5.9.5. Последовательно-параллельное секционирование с
применением секционирующих аппаратов на ответвлениях 162
Выводы к главе 5 164
Заключение 166
Список использованной литературы 169
Введение к работе
Актуальность работы. Эффективность функционирования предприятия по добыче и переработке полезных ископаемых в значительной мере определяется надежностью и экономичностью работы его системы электроснабжения (СЭС).
Основными потребителями электроэнергии на данных предприятиях являются стационарные и передвижные установки большой единичной мощности. Как правило, эти установки относятся к потребителям первой категории по надежности и бесперебойности электроснабжения или к электроустановкам, нарушение электроснабжения которых приводит к значительному недоотпуску продукции.
Большая протяженность низко- и высоковольтных сетей, территориальная рассредоточенность потребителей электроэнергии, неравномерность графиков электрических нагрузок потребителей, (что обусловлено самой технологией и организацией работ), являются основными преградами на пути повышения надежности и экономичности электроснабжения. Поэтому добиться повышения надежности и экономичности можно в случае, если одновременно с увеличением потребляемой мощности и развитием предприятия будут приняты меры по реконструкции электросетей.
Особое место в решении задачи повышения надежности электроснабжения играют распределительные электрические сети среднего напряжения 6(10) кВ. Данные сети являются наиболее протяженными. Их общая протяженность составляет почти 45% от общей протяженности всех линий электропередачи 0,4-110 кВ. При этом 70% всех нарушений электроснабжения происходит именно в сетях 6(10) кВ. Не менее 75 % из этих аварийных повреждений в данных сетях связаны с однофазными замыканиями на землю (033);
9 Эксплуатационные качества электрических сетей, способы локализации
аварийных повреждений и условия бесперебойного электроснабжения
потребителей в значительной мере определяются режимом заземления
нейтрали. При правильно выбранном режиме нейтрали, характеристиках и
уставках срабатывания защитных аппаратов представляется возможным быстро
и селективно локализовать однофазное замыкание на землю. Однако для этого
требуется применять автоматическое секционирование для селективного
выделения поврежденных участков и резервирования электроснабжения
неповрежденных потребителей. Существующие в распределительных сетях
средства релейной защиты и коммутационные аппараты не позволяют
выполнять такие функции.
Научные положения по усовершенствованию СЭС сформулированы в
работах Шабада М.А., Евдокунина Е.А., Обабкова В.К., Абрамовича Б.Н.,
Смоловика СВ., Павлова В.В. Однако, к настоящему времени не решен
комплекс вопросов, связанных с ограничением перенапряжений и
обеспечением надежного секционирования в децентрализованных системах
электроснабжения. В этой ситуации задача повышения надежности и
эффективности систем электроснабжения с автоматическим секционированием
на стороне 6(10) кВ представляется актуальной, особенно для предприятий
нефтегазодобычи и переработки, где технологические процессы
характеризуются непрерывностью и значительными экономическими
ущербами при нарушениях электроснабжения.
Цель работы - Повышение надежности и эффективности электроснабжения электроустановок предприятий по добыче и переработке полезных ископаемых путем устройства эффективной системы заземления нейтрали и предотвращения аварийных режимов, связанных с однофазными замыканиями на землю при автоматическом секционировании линий электропередачи на стороне 6(10) кВ.
Идея работы заключается в обеспечении надежного и эффективного электроснабжения предприятий по добыче и переработке полезных
10 ископаемых, путём обоснования рационального режима заземления нейтрали и
на основе этого построения децентрализованной системы электроснабжения, в
которой исключается возможность двухфазного замыкания на землю при
автоматическом секционировании на стороне 6(10) кВ,
Задачи исследования:
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
выявить зависимость уровня перенапряжений на электроустановках электротехнического комплекса от параметров системы электроснабжения, включая напряжение, параметры питающих линий электропередачи, нагрузки, устройства заземления нейтрали и характер деионизации изоляционных промежутков;
выявить закономерности, позволяющие определить поврежденную фазу в сети с номинальным напряжением 6(10) кВ при вариации переходного сопротивления в месте однофазного замыкания и проводимостей фаз относительно земли;
разработать рекомендации по выбору эффективной системы заземления нейтрали в зависимости от параметров электрических сетей и нагрузки, позволяющие селективно выявить поврежденные участки и фазы при секционировании на стороне 6(10) кВ;
разработать структуру автоматического секционирования линии
1 электропередачи, обеспечивающую повышение надежности и
эффективности предприятий по добыче и переработке полезных
ископаемых;
Методы исследований: в работе использованы методы теории электрических цепей, теории систем электроснабжения электротехнических комплексов, численные методы решения уравнений, теории вероятности, метод моделирования электромагнитных процессов в системах электроснабжения с помощью ЭВМ.
Положения, выносимые на защиту:
Зависимости тока однофазного замыкания и уровней перенапряжения на изоляции элементов системы электроснабжения при вариации продольных и поперечных параметров линии, системы заземления нейтрали, времени деионизации изоляционных промежутков, вида нагрузки, включая преобразовательные установки, средств защиты, позволяют установить рациональные режимы нейтрали, степень компенсации тока утечки, тока однофазного замыкания на землю и уровень координации изоляции электрооборудования.
Метод секционирования и защиты сетей среднего напряжения 6-35кВ путем резервирования электропитания отдельных линий или объединения системы сборных шин на стороне 6(10)кВ территориально рассредоточенных подстанций посредством применения автоматических пунктов секционирования с использованием средств автоматического включения резерва и децентрализованной автоматизации распределительной сети позволяет обеспечить надежность электроснабжения электроприемников при однофазном замыкании на землю разноименных фаз, подлежащих секционированию частей системы электротехнического комплекса.
Научная новизна работы:
выявлены зависимости уровней перенапряжениий на элементах электрооборудования электротехнического комплекса горных предприятий от параметров системы электроснабжения среднего напряжения, включая напряжение и параметры питающих линий электропередачи, нагрузки и времени деионизации изоляционных промежутков, позволяющие выбрать рациональный режим нейтрали в децентрализованной системе электроснабжения;
установлены зависимости напряжений в поврежденных фазах и нейтрали системы электроснабжения в режиме 033 при вариации в широком диапазоне переходного сопротивления в месте замыкания
12 фазы сети на землю и проводимостей фаз относительно земли,
позволяющие выявить фазу, в которой имеет место замыкание на
землю; разработан алгоритм определения поврежденной фазы в
децентрализованной системе электроснабжения при однофазных
замыканиях на землю разноименных фаз секционируемых линий; Обоснованность и достоверность научных положений базируется на применении положений теории электрических цепей, теории электромагнитных процессов в системах электроснабжения и электрических машинах, теории вероятности, численных методах решения уравнений, методах математического моделирования с помощью ЭВМ, удовлетворительной сходимостью теоретических результатов с экспериментальными данными.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
\ разработана структура автоматического секционирования линий
электропередачи, обеспечивающая повышение эффективности и надежности электроснабжения;
разработана методика определения эффективного способа заземления нейтрали с использованием математической модели электротехнического комплекса в среде MathLAB;
дана оценка эффективности и надежности секционирования линий электропередач 6(10) кВ.
Апробация. Основные положения и результаты работы докладывались и получили положительную оценку на конференциях молодых ученых «Полезные ископаемые России и их освоение» в 2003, 2005, 2006 гг. в СШТИ (ТУ); политехническом симпозиуме: «Молодые ученые промышленности Северо-западного региона», 2004 г.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 6 печатных работах.
