Введение к работе
Актуальность работы. Релейная защита и автоматика (РЗА) играет ключевую роль в обеспечении надежности работы объектов электроснабжения. Усложнение схем электрических сетей электроснабжения, разнообразие режимов их работы и большое количество изношенного оборудования, требуют дальнейшего совершенствования, особенно повышения быстродействия, чувствительности и селективности релейной защиты и автоматики, обеспечивающих защиту электрооборудования в аварийных режимах. В настоящее время роль РЗА в обеспечении надежности работы систем электроснабжения имеет повышенное значение. В связи с этим возникают вопросы по пересмотру принципов построения системы РЗА, с внедрением микропроцессорной техники. Использование микропроцессорной техники позволяет расширить возможности по совершенствованию и созданию новых алгоритмов работы РЗА, различной сложности.
В сетях электроснабжения промышленных предприятий напряжением 6 -10 кВ наиболее широкое применение в качестве защит получили наиболее простые и надежные токовые защиты (токовая отсечка, максимальная токовая защита). Данные защиты по своему назначению и принципу действия предназначены для отключения электрооборудования при появлении аварийных сверхтоков короткого замыкания или опасных сверхтоков перегрузки.
Значительный вклад в решение проблем стоящих перед релейной защитой распределительных сетей, внесли A.M. Федосеев, Н.В. Чернобровов, Я.С. Гельфанд, В.А. Андреев, М.А. Шабад, В.Г. Гарке, А.И. Федотов и другие.
На данный момент в релейной защите распределительных сетей до сих пор не решена следующая проблема «накопления» выдержек времени ступенчатых токовых защит, особенно существенное для головных элементов в многоступенчатых сетях, что может приводить к необходимости завышать сечение кабельных линий по условиям термической стойкости, а также к снижению напряжения при коротких замыканиях и невозможности самозапуска электродвигателей.
Объектом исследования является токовые защиты распределительных сетей, а предметом исследования - алгоритмы токовых защит распределительных сетей, позволяющие повысить их быстродействие и чувствительность.
Цель исследования: создание токовых защит распределительных сетей с повышенным быстродействием и чувствительностью, позволяющих уменьшить затраты на кабельные линии связи между электрооборудованием распределительных сетей и устранить критическое воздействие токов короткого замыкания на электрооборудование, приводящее к выходу его из строя.
Задача исследования. Разработка принципов построения, алгоритмов функционирования и методик моделирования токовых защит
распределительных сетей, обеспечивающих повышение их быстродействия и чувствительности.
Задача исследования решается в следующих направлениях:
-
Анализ и оценка возникающих повреждений, и существующих принципов токовых защит электрооборудования распределительных сетей.
-
Разработка алгоритма ступенчатой токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания.
-
Исследование факторов, влияющих на быстродействие предлагаемых алгоритмов ступенчатых токовых защит с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания.
-
Разработка методики согласования ступенчатой токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания для систем электроснабжения промышленных предприятий, имеющих различные параметры сети.
-
Оценка достоверности разработанной математической модели ступенчатой токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания по результатам компьютерного эксперимента, а также исследование в рамках эксперимента факторов, влияющих на ее быстродействие.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Предложены алгоритмы построения ступенчатых токовых защит с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания, позволяющие повысить быстродействие токовых защит.
-
Исследованы факторы, влияющие на быстродействие ступенчатой токовой защиты: минимальный режим энергосистемы; двухфазные короткие замыкания, короткие замыкания через переходное сопротивление (дугу).
-
Разработана методика согласования времятоковых характеристик ступенчатой токовой защиты для систем электроснабжения промышленных предприятий, имеющих различные параметры сети.
-
Получены результаты компьютерных экспериментов по оценке достоверности разработанной математической модели ступенчатой токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания, а также исследования факторов, влияющих на быстродействие данной защиты.
Методы исследования: положения теоретической электротехники и релейной защиты, теория электромагнитных переходных процессов в электрических сетях, теория комплексных переменных, математического и компьютерного моделирования.
На защиту выносится:
1. Алгоритмы ступенчатых токовых защит с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания, позволяющие повысить быстродействие токовых защит и тем самым уменьшить затраты на кабельные линии связи между электрооборудованием и устранить критическое воздействие токов короткого замыкания на электрооборудование распределительных сетей, приводящее к выходу его из строя.
-
Результаты исследования факторов, влияющих на быстродействие ступенчатой токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания в системе электроснабжения промышленных предприятий.
-
Методика согласования времятоковых характеристик ступенчатой токовой защиты в сетях электроснабжения промышленных предприятий, позволяющая обеспечивать селективное действие ступенчатых токовых защит с меньшим «накоплением» времен срабатывания.
-
Результаты компьютерных экспериментов по оценке достоверности разработанной математической модели ступенчатой токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания, а также исследования в рамках экспериментов факторов, влияющих на ее быстродействие.
Апробация результатов исследований.
Результаты исследований докладывались и обсуждались на IV открытой молодежной научно-практической конференции «Диспетчеризация в электроэнергетике: проблемы и перспективы» (Казань, 2009 г.), на XVI научно-технической конференции «Обмен опытом проектирования, наладки и эксплуатации устройств РЗА и ПА в энергосистемах Урала» (Екатеринбург,
2010 г.), на XX и XXI конференции «Релейная защита и автоматика
энергосистем» (Москва, 2010, 2012гг.), на Всероссийской научно-технической
конференции «Энергетика глазами молодежи» (Екатеринбург, 2010 г.), на
Ежегодной открытой молодежной научно-практической конференции,
посвященная Дню энергетика, Филиал ОАО "СО ЕЭС" РДУ Татарстана
(Казань, 2010 г.), на конференции «Энергосистема и активные адаптивные
электрические сети: проектирование, эксплуатация, образование» (Самара,
2011 г.), на VI ежегодной международной научно-практической конференции
«Повышение эффективности энергетического оборудования - 2011» (Иваново),
на VII Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские
чтения» (Казань, 2012 г.), на РЕЛАВЭКСПО - 2012 международной научно-
практической конференции и выставки «Релейная защита и автоматизация
электроэнергетических систем России» (Чебоксары, 2012 г.). Кроме того,
результаты диссертационной работы включены в Отчет о научно-
исследовательской работе «Разработка алгоритмов токовых защит с
зависимыми временными характеристиками срабатывания и автоматики
управления выключателем» (№ 031 3 ДГКС).
Результаты проведенных в рамках диссертационной работы исследований внедрены в ООО «КЭР-Автоматика» и используются при разработке проектной документации по модернизации релейной защиты электрооборудования. Также результаты исследований внедрены в учебный процесс кафедры Электрооборудования КНИТУ-КАИ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе 2 статьи в журналах из перечня рекомендуемых ВАК МОиН РФ. Получен патент Российской Федерации на полезную модель.
Достоверность полученных результатов базируется на корректном использовании классической теории электрических цепей, теории релейной
защиты и теории электромагнитных переходных процессов в ЭЭС, сходимостью результатов, полученных аналитическим методом и на компьютерной модели.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 61 наименования и 2 приложений. Основной текст включает 133 стр., 69 илл.
