Введение к работе
Актуальность проблемы. Повышение эффективности работы электрических сетей является одной из актуальных задач, связанных с увеличением надежности электроснабжения потребителей электрической энергии, которая может быть обеспечена только при широком применении современных технических средств управления, в том числе релейной защиты.
В настоящее время широкое применение в России и за рубежом имеют релейные защиты, основанные на применении микропроцессорной техники. Однако, несмотря на технические и информационные достоинства микропроцессорные терминалы имеют отказы в своей работе при возникновении аварийных ситуаций в электрических сетях, количество которых в некоторых случаях превышает отказы релейной защиты на электромагнитной базе.
Таким образом, повышение технического совершенства релейной защиты электрических сетей имеет важное значение для обеспечения надежности потребителей электрической энергии.
Токовые релейные защиты являются основными для защиты электрических сетей всех уровней напряжения и основаны на использовании токовых реле. При этом для реализации токовых защит используются различные информационные признаки, которые формируются исходя из поставленных задач обеспечения надежной работы токовых реле в переходных режимах и при искажениях информации. В настоящее время требуется разработка новых подходов к решению данной проблемы, так как усложнения алгоритмов микропроцессорных устройств защит для улучшения их работы при искажениях информации не всегда повышает надежность работы релейной защиты и даже ухудшает технико-экономические показатели в целом.
Таким образом, совершенствование токовых реле на основе использования новых устройств является актуальной задачей.
Цель работы. Совершенствование токовых релейных защит электрических сетей посредством разработки реле тока на основе однофазного трансформатора с вращающимся магнитным полем.
Задачи исследования:
- обосновать необходимость разработки новых токовых реле для совершенствования релейной защиты электрических сетей;
- разработать однофазный трансформатор с вращающимся магнитным полем;
- получить математическую модель однофазного трансформатора с вращающимся магнитным полем;
- разработать методику идентификации параметров однофазных трансформаторов с вращающимся магнитным полем;
- разработать реле тока на основе трансформатора с вращающимся магнитным полем;
- выполнить математическое моделирование реле тока с применением однофазного трансформатора с вращающимся магнитным полем;
- разработать конструкцию и экспериментальный образец предлагаемого реле тока;
- провести экспериментальные исследования токового реле в установившихся и переходных режимах.
Методика исследования. Для решения поставленных задач использовались методы математического и физического моделирование, методы параметрической оптимизации, теория переходных процессов в электроэнергетических системах, теория пространства состояний, теория электрических цепей, теория электрических машин.
Научная новизна:
Разработан способ получения вращающегося магнитного поля для однофазных многообмоточных трансформаторов.
Предложены теоретические основы идентификации параметров однофазных трансформаторов для получения вращающегося магнитного поля.
Разработана математическая модель однофазного трансформатора с вращающимся магнитным полем.
Разработано новое реле тока с использованием трансформатора с вращающимся магнитным полем.
Практическая ценность:
Разработан и изготовлен однофазный трансформатор с вращающимся магнитным полем для получения многофазной системы напряжений на вторичных обмотках.
Предложена методика определения параметров однофазных трансформаторов с вращающимся магнитным полем.
Разработан и изготовлен экспериментальный образец реле тока на основе однофазного трансформатора с вращающимся магнитным полем.
Для подтверждения основных теоретических выкладок были проведены экспериментальные исследования работы предложенного токового реле в установившихся и переходных режимах в лаборатории релейной защиты и автоматики ОАО «Кубаньэнерго».
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались:
- на заседаниях научных семинаров кафедры электроснабжения промышленных предприятий «Кубанского государственного технологического университета;
- на научно-практической конференции «Электротехнические комплексы и системы» (Краснодар, 2007, 2008, 2009);
- на международной научной конференции «Технические и технологические системы» (Краснодар, 2009 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, из них 2 – в периодическом издании, рекомендованном ВАК России для публикации научных работ. Получен патент на изобретение.
Основные положения, выносимые на защиту:
Принципы получения вращающегося магнитного поля для однофазных цепей переменного тока на основе многообмоточных систем.
Методику идентификации параметров однофазных трансформаторов с вращающимся магнитным полем.
Формирование информационного признака сигнала – амплитуды тока – с использованием многофазных вторичных обмоток однофазных трансформаторов с вращающимся магнитным полем.
Новое реле тока на основе трансформатора с вращающимся магнитным полем и применением многофазных вторичных обмоток.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения. Работа содержит 134 страницы, 98 рисунков, 3 таблицы и 87 источников.
