Введение к работе
Актуальность работы. Электротехнические комплексы являются одним из основных компонентов сооружений, определяющих технико-экономические и энергетические показатели предприятий по добыче, переработке и транспортировке твердых, жидких и газообразных полезных ископаемых. Надежность их функционирования в значительной мере определяется надежностью электрооборудования напряжением 6(10) кВ. К основным видам оборудования электротехнических комплексов на горных предприятиях в первую очередь относятся электрические распределительные сети и электротехнологическое-оборудова-ние напряжением 6(10) кВ, в том числе синхронные и асинхронные двигатели стационарных и передвижных технологических установок, которые могут рассматриваться как дополнительные источники электропитания после отключения от энергетической системы."
В распределительных сетях горных предприятий напряжением 6(10) кВ в соответствии с ПУЭ и отраслевыми Правилами безопасности должны устанавливаться устройства защиты от междуфазных коротких замыканий и замыканий и утечек на землю, которые призваны обеспечить защиту сетей и установок от всех видов повреждений. Применяемые в настоящее время устройства защиты от замыканий и утечек на землю не обеспечивают контроль всех видов повреждений, не в полной мере отвечают предъявленным к ним требованиям и обладают достаточно низкой функциональной надежностью. Основным недостатком серийно выпускаемых устройств защиты от однофазных замыканий на землю являются ложные срабатывания (неселективные и групповые отключения, число которых достигает 40%),. что при массовом внедрении приводит к снижению надежности электроснабжения, простою высокопроизводительного оборудования и ощутимым ущербам.
Для повышения уровня электробезопасности и снижения числа ложных отключений в электротехнических, комплексах на открытых горных работах предусматриваются определители поврежденного присоединения, поврежденной фазы и шунтирования ее на землю на питающей подстанции или распределительном пункте. Протяженность отходящих присоединений напряжением 6(10) кВ, как правило, превышает длину, в пределах которой обеспечивается электробезопасность, что требует установки короткозамыкателя непосредственно у дополнительного источника питания.
Для обеспечения селективного действия защиты в электротехнических комплексах напряжением 6(10) кВ необходимо повысить надежность выявления поврежденного присоединения, поврежденной фазы и
преодолеть территориальную рассосредоточенность энергообъектов при управлении шунтированием поврежденной фазы.
Актуальность исследований, связанных с работой защит от однофазных замыканий на землю энергообъектов территориально рассредоточенных электротехнических комплексов, подчеркивается в работах ведущих специалистов в данной области, в том числе в публикациях В.И. ВДуцкого, Б.М. Ягудаева, Е.Ф. Цапенко, В.В. Дегтярева, В.И. Корогодского, В.Я. Чаронова, В.П. Ганского, В.В. Павлова и др. Однако, к настоящему времени не решен комплекс вопросов, связанных с повышением электробезопасности и снижением числа ложных отключений электроустановок горных предприятий. Поэтому чрезвычайно актуальным представляется разработка защиты от однофазных замыканий на землю, обеспечивающей селективное определение поврежденного присоединения, надежное определение поврежденной фазы и ее шунтирование на землю путем передачи информационно-управляющего сигнала на короткозамыкатель, расположенный непосредственно на дополнительном источнике питания.
Работа выполнена на кафедре электротехники и электроснабжения горных предприятий Санкт-Петербургского государственного горного института (технического университета) в соответствии с планами ГП «Роснефть», НГДУ «Джалильнефть» АО «Татнефть» и Государственного комитета Российской Федерации по высшему образованию.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является разработка системы и средств повышения электробезопасности в распределительных сетях 6(10) кВ горных предприятий при наличии дополнительных источников питания.
Для практической реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
разработать математическую модель для определения параметров однофазных замыканий на землю при наличии дополнительных источников питания:
выявить амплитудно-фазовые соотношения для напряжений в трехфазной сети при вариациях проводимостей фаз относительно земли и характеристик дополнительных источников питания;
разработать структуру, алгоритм функционирования и компоненты устройств защитного шунтирования поврежденной фазы и отключения поврежденного присоединения;
разработать метод и схемные реализации элементов устройств защитного шунтирования, защитного отключения и их информационного взаимодействия в условиях территориально рассосредото-ченных объектов с использованием электрической сети в качестве
передающей среды.
Идея работы. Заключается в повышении уровня электробезопасности и снижении ущербов от перерывов электроснабжения путем повышения селективности выявления поврежденных присоединений и фазы, быстродействующей передачи информации о поврежденной фазе по линиям 6(10) кВ к дополнительным источникам питания, шунтировании на землю поврежденной фазы непосредственно у дополнительного источника и отключении поврежденного присоединения.
Методы исследований. В работе использованы теория электрических цепей, методы математического моделирования, метод симметричных составляющих, теоретическое и физическое моделирование затухания высокочастотного сигнала в линии электропередачи, методы обработки экспериментальных данных, методы теоретического и экспериментального определения параметров электротехнических комплексов.
Научная новизна работы:
выявлены закономерности и параметры, характеризующие амплитудно-фазовые соотношения для токов и напряжений при возможных режимах однофазного замыкания на землю при реальной вариации параметров секций сборных шин 6(10) кВ, в том числе закономерности изменения начальной фазы вектора напряжения нулевой последовательности;
выявлены закономерности изменения пределов начальной фазы вектора напряжения нулевой последовательности при заданной вариации параметров распределительной сети. Показано, что величина начальной фазы вектора напряжения нулевой последовательности однозначно характеризует замкнувшуюся фазу во всем диапазоне варьирования параметров сети. В диапазоне изменения начальной фазы вектора напряжения нулевой последовательности выделены области значений, которые она принимает только в режиме замыкания на землю одной из фаз сети А, В или С:
разработан метод, обеспечивающий повышение селективности выявления поврежденного присоединения и фазы и информационное взаимодействие компонентов устройства защиты в условиях территориально рассосредоточенных объектов с использованием электрической сети в качестве передающей среды.
Обоснованность научных положений базируется на применении известных положений теории электрических цепей, теории электромагнитных процессов в системах электроснабжения, теоретического и физического моделирования затухания высокочастотного сигнала в линии электропередачи.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций
подтверждены достаточным объемом теоретических исследований с использованием стандартных допущений, близкой сходимостью расчетных и опытных данных, а также положительными результатами внедрения разработок в АО «Татнефть».
Практическая ценность работы заключается в следующем:
разработаны технические средства, обеспечивающие повышение селективности выявления поврежденного присоединения и фазы и информационное взаимодействие компонентов устройства защиты в условиях территориально рассосредоточенных объектов с использованием электрической сети в качестве передающей среды;
предложена оптимальная структура построения защиты от однофазных замыканий на землю в электротехнических комплексах напряжением 6(10) кВ с дополнительными источниками питания, обладающая повышенной селективностью действия независимо от протяженности .линии электропередачи в пределах горного предприятия;
даны рекомендации по проектированию каналообразующей аппаратуры и минимизации мощности передающего устройства.
Реализация выводов и рекомендаций работы.
Обоснован и реализован комплекс технических средств защиты от однофазных замыканий на землю в электротехнических комплексах напряжением 6(10) кВ с дополнительными источниками питания нефтегазодобывающего управления «Джалильнефть». За счет использования результатов диссертационной работы при внедрении технических средств защиты от однофазных замыканий на землю сокращено время простоя добычного оборудования и повышен уровень электробезопасности. Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения результатов исследований в размере 47 тыс. руб.
Положения, выносимые на защиту:
-
Закономерности и параметры, характеризующие амплитудно-фазовые соотношения для токов и напряжений при возможных режимах однофазных замыканий на землю при реальной вариации параметров секций сборных шин 6(10) кВ, в том числе закономерности изменения пределов начальной фазы вектора напряжения нулевой последовательности.
-
Структура и технические средства защиты электротехнических комплексов 6(10) кВ от однофазных замыканий на землю при наличии дополнительных источников питания, включая определитель поврежденного присоединения, определитель поврежденной фазы и канал связи компонентов устройства защиты по линиям электропередачи.
Апробация. Основные положения диссертационной работы док-
ладывались и обсуждались на семинарах ученых кафедры электротехники и электроснабжения горных предприятий СПГГИ(ТУ), конференциях молодых ученых СПГГИ(ТУ) в 1995 - 1998 годах, на Международном симпозиуме «Энергосберегающие технологии добычи, транспортировки и переработки твердых, жидких и газообразных полезных ископаемых», Санкт-Петербург, 1996, на V Международном Форуме «Горное оборудование, переработка минерального сырья, новые технологии, экология» (ETER), Санкт-Петербург, 1997, производственно-техническом совещании «Создание нового энергетического оборудования для нефтяной и нефтеперерабатывающей отраслей», г. Альметьевск, 1997 год.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 7 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на fS6 страницах. Содержит Л?рисунков,^отаблиц, список литературы из to/ наименований и приложений. Общий объем работы///страницы.
