Крівченя Павло Володимирович

            Електротехнічний факультет (ЕТФ)

            Кафедра: електричні станціі (ЕС)

           Спеціальність : " Електричні станціі "

Удосконалення релейного захисту при замиканні на земль в мережах власних потреб ТЕС

ННауковий керівник:

д.т.н., проф.   Сибокобиленко Віталій Федорович

АВТОРЕФЕРАТ

Вступ. 

Однофазні замикання на землю є  найбільш частішим видом пошкодження в електричних мережах середнього класу напруги (в межах до 85-90% від загального числа порушень нормальної роботи мереж в залежності від їх призначення і конструктивного виконання). Вони призводять до перенапруг, пошкодження ізоляції і в більшості випадків вони розвиваються в міжфазних короткі замикання або багатомісні пробої ізоляції з груповим виходом з ладу електроустаткування, супроводжуючись великим матеріальним збитком та недоотпуском електроенергії споживачам.

Актуальність

На сьогоднішній день існує велика кількість як спрямованих, так і ненаправлений захистів від замикань фази на землю [1], але всі вони не досить надійні і в багатьох випадках спрацьовують помилково. Тому в даній роботі стоїть завдання створити захист більш селективний і більш чутливий, ніж захисти, засновані на реле типу ЗЗП-1 або РТЗ-51.

З багаторазово проведених досліджень в системі власних потреб ТЕС можна зробити висновок, що з-за різної віддаленості навантаження підключеною до шин 6 кВ, а також різних умовах прокладки кабелів фідерів струми замикання на землю на всіх фідерах сильно відрізняються один від одного. При цьому вони мають, як правило, дуже маленькі значення, а сумарний струм замикання на землю рідко коли досягає значення 10 А. З-за всього цього виникає складність налаштування уставок захисту і відповідно чутливість встановлених захистів не завжди досягає мінімально-допустимого значення.

З статистичних даних отриманих на Зуївській ТЕС, на якій встановлені на двигунах захисти від замикань на землю працюють на відключення пошкодженого приєднання, відомо, що при замиканні на землю на фідері з малим власним ємнісним струмом на землю, крім пошкодженого приєднання відключаються фідери з найбільшим струмом замикання на землю, що говорить про неселективного встановленої захисту на реле типу РТЗ-51.

Що стосується спрямованих захистів на реле ЗЗП-1, які реагують на напрям потужності, то з [2] відомо, що в багатьох випадках відключення пошкодженого приєднання при виникає явище феррорезонанса  і дані реле помилково спрацьовують через втрату спрямованості.

Виходячи з вищевикладеного задача розробки більш чутливою і селективного захисту від замикань фази на землю по праву вважається актуальною.

            Цілі і завдання роботи. Передбачувана наукова новизна.

Скласти математичну модель для написання програми в MathCAD для розрахунку перехідних процесів в мережах власних потреб
Підвищити селективність і чутливість захистів від однофазних замикань на землю в системі власних потреб Зуївської ТЕС шляхом удосконалення існуючого захисту або розробки принципово нового.

Завдання дослідження.

Для реалізації поставлених цілей в роботі потрібно виконати наступні завдання:

1. Аналіз встановлених захистів і обгрунтування необхідності проведення дій, щодо їх удосконалення.

2. Розробка більш надійного захисту.

3. Розробка математичної моделі мережі з ізольованою нейтраллю.

4. Реалізація мат. моделі в математичному редакторі MathCAD.

5. Розрахунок коефіцієнта чутливості встановлених і нових захистів.

6. Порівняння роботи встановленої і розробленої захистів.

Передбачувана практична цінність.

Результати даної роботи можуть бути використані для збільшення чутливості і селективності захисту від замикань фази на землю в будь-якій системі з ізольованою нейтраллю. Особливо ефективна захист в системі з малим струмом замикання на землю.

Огляд існуючих методів рішення задачі.

З метою забезпечення підвищеної надійності і селективності поставлена задача та технічний результат досягаються тим, що в пристрій захисту від замикань на землю в мережі з ізольованою нейтральною, котрий містить трансформатори струму нульової послідовності по кількості лінійних приєднань, до виходу яких паралельно підключені обмежувачі напруги та проміжні трансформатори з випрямними мостами, виходи яких з'єднані з входами RC-ланцюгів і підключені до підсилювачів постійного струму, виходи останніх з'єднані з виконавчими реле, і перші розділильні діоди по кількості приєднань, джерело напруги нульової послідовності, до виходу якого підключене реле напруги з витримкою часу, джерело запираючої напруги, а також резистор, з клемами для підключення між нейтральною мережі та землею, при цьому пристрій також має по кількості приєднань перемикаючі контакти виконавчих реле на вході підсилювачів сталого струму, рухливі контакти яких через розмикаючий контакт реле напруги з витримкою часу приєднані до полюса плюсової полярності джерела замикаючої напруги, замикаючі нерухливі контакти підключені до плюсового полюса джерела замикаючої напруги безпосередньо, а розмикаючі нерухомі контакти через відповідні розділювальні діоди - до конденсаторів вказаних RC-ланцюгів, додатково введені по числу приєднань струмообмежувальні резистори, включені послідовно з розділювальними діодами, підсилювачі постійного струму миттєвої дії і нормально розімкнуті контакти, включені послідовно в ланцюзі вхідних сигналів кожного з реагуючих органів пристрою.

Спільні з прототипом суттєві ознаки наведені в обмежувальній частині формули, до них відносяться: трансформатори струму нульової послідовності по кількості лінійних приєднань, обмежувачі напруги та проміжні трансформатори з випрямними мостами, RC-ланцюги, підсилювачі постійного струму, виконавчі реле, розділильні діоди по кількості приєднань, джерело напруги нульової послідовності, реле напруги з витримкою часу, джерело запираючої напруги, а також резистор, також по кількості приєднань перемикаючі контакти виконавчих реле на вході підсилювачів сталого струму, рухливі контакти реле напруги з витримкою часу, замикаючі нерухливі контакти і розмикаючі нерухомі контакти через, які схемно включені через відповідні розділювальні діоди – до конденсаторів вказаних RC-ланцюгів.

Суттєві відмінні ознаки заявленого пристрою захисту від замикань на землю разом з відомими ознаками забезпечують отримання технічного результату, як то: досягнуто підвищеної надійності і селективності захисту від замикань на землю. 

На кресленні показана принципова схема пристрою захисту від замикань на землю для двох приєднань. 

Пристрій має трансформатори 1 і 2 струму нульової послідовності (ТТНП), вимірювальні органи, виконані у вигляді RC-ланцюгів і підсилювачів 3 і 4 сталого струму з проміжним герконовими реле відповідно 5 і 6 на виході, які виконують також функції виконавчого органа, підключені до трансформаторів струму 1 і 2 через випрямлювачі 7 і 8, проміжні трансформатори 9 і 10, джерело 11 напруги нульової послідовності, підключені до його виходу реле 12 напруги нульової послідовності з витримкою часу; розділювальні діоди 13 і 14, обмежники 15 і 16 напруги.

Крім того, пристрій має високоомний резистор 17, який включений між нейтральною мережі (наприклад, нульовою точкою обмотки високої напруги трансформатора власних потреб підстанції) і землею, який створює додатковий активний струм замикання на землю, рівний по величині 50-100% ємнісного струму металевого замикання в мережі (але не менш 3-4А); блок 18 живлення, який одночасно є джерелом замикаючої напруги; а також перекидні контакти 19 і 20. Додатково введені резистори 21 і 22, що включені послідовно з діодами 13 і 14, та нормально розімкнуті контакти 22 і 23, які керуються підсилювачами 24 і 25. 

Пристрій працює в такий спосіб. 

У нормальному режимі, при відсутності зниження опору ізоляції однієї з фаз відносно землі нижче припустимого, тобто, до стану однофазного замикання, реле 12 не спрацьовує. Контакти реле 5, 6 і 12 знаходяться у вихідному стані, конденсатори через замкнені контакти реле 5, 6 і 12, діоди 13 і 14 заряджені від блоку 18 живлення напругою, яка закриває транзистори підсилювачів 3 і 4 постійного струму, реле 5 і 6 залишаються в обезструмленому стані, контакти 22 і 23 розімкнені. 

При однофазному замиканні на землю через опори, значення яких знаходяться в зоні захисного відключення, спрацьовує реле 12 і з витримкою часу розмикається його контакт, спрацьовують елементи 24 і 25, замикаються контакти 22 і 23, тим самим забезпечуються однакові умови перезарядки конденсаторів „С", незважаючи на введення в схему струмообмежуючих резисторів 21 і 22, конденсатори RC-ланцюгів починають перезаряджатися від ТТНП 1 і 2 через проміжні трансформатори 9 і 10, випрямлювачі 7 і 8 і тим швидше, чим більше струм нульової послідовності в лінії. Після Модель предлагаемой защиты досягнення на конденсаторі необхідного рівня потенціалу спрацьовують реле 5 (при підтвердженні лінії 1), подається сигнал на відключення відповідного вимикача, а перекидний контакт 19 здійснює переключення джерела 18 запираючої напруги таким чином, що на конденсаторах RC-ланцюгів всіх інших приєднань відновлюється замикаюча напруга, і спрацювання виконавчих реле на інших приєднаннях не відбувається.
Після відключення ушкодженої лінії, схема вертається у вихідний стан. Необхідна для селективної роботи пристрою різниця між амплітудними значеннями струмів нульової послідовності в ушкоджених і неушкоджених приєднаннях, забезпечується заземленням мережі через високоомний резистор 17. Таким чином винахід забезпечує стабільність уставки спрацювання виконавчих реле в блоках усі х приєднань, а також має досить високі показники перешкодостійкості, селективності і надійності в роботі.
Застосування даного пристрою дозволяє підвищити надійність електропостачання споживачів і поліпшити умови безпечної роботи персоналу під час експлуатації електроустановок у розподільних мережах.

Рисунок 1 - Модель пропонованої захисту. Принцип роботи при замиканні в двигуні. (Анімація: 10кадрів 10 повторень 123 кб)

Велика кількість робіт [3,4,5] на цю тему пропонують поєднувати фазу з найбільшим значенням напруги відносно землі з землею через перший опір, одночасно поєднувати фазу з найменшим значенням напруги відносно землі з землею через другий опір, вимірюють струм витоку на землю, фазні напруги і визначають опір ізоляції мережі відносно землі, порівнюють його з допустимим значенням і, якщо воно виявляється менше допустимого, то формують сигнал на відключення пошкодженого елемента мережі, реєструють значення опору ізоляції в певні моменти часу, по них визначають майбутнє значення опору ізоляції, порівнюють його з допустимим значенням і, якщо воно виявляється менше допустимого, то формують інформаційний сигнал про наближення моменту можливої аварії, причому кожне знову зареєстроване значення опору ізоляції використовують при подальшому обчислюванні майбутнього значення опору ізоляції і визначають залишковий ресурс ізоляції.

Проте такий спосіб захисту від ОЗЗ значно складний у реалізації і вимагає заміни основного устаткування, наприклад реле. До того ж в описі цих винаходів не розглядається помилкові спрацьовування при відключеннях інших приєднань.

Суть методу, що використовується в магістерській роботі
 

Суть методу полягає в підвищенні селективності і чутливості захисту від ОЗЗ за рахунок встановленого обладнання, при цьому створити захист більш селективну і чутливу ніж розглянуті вище.

Принцип дії захисту заснований на підмагнічування трансформаторів струму нульової послідовності [6], що складається з двох однакових магнітопроводів на кожен з яких намотана по дві обмотки, що дозволяє виконати відбудову від струмів небалансу і підвищити коефіцієнт чутливості на ушкодженій приєднання за рахунок посилення основного магнітного потоку створюваного струмом у первинної обмотки потоком створювати підключення до напруги нульової послідовності обмоткою підмагнічування.

Недоліком пристрою-прототипу є можливість помилкових спрацьовувань при відключенні замикання на пошкодженому приєднаннь через що виникає перезарядження між собою ємностей.

Метою винаходу є підвищення селективності і чутливості спрямованого захисту від однофазних замикань на землю.

Висновок

1. Проведено аналіз причин неселективної роботи захистів від замикань на землю в мережах власних потреб ТЕС з ізольованою нейтраллю і обрані напрямки вдосконалення захисту, в яких за основу взято струмова захист за підмагнічування спрямованої дії сердечника трансформатора струму нульової послідовності за допомогою додаткової обмотки, підключеної до трансформатора напруги.  

2. Апробація захисту на ЕОМ і на фізичній моделі підтвердили правильність принципів пристрої захисту від замикань фази на землю.

При написанні даного автореферату кваліфікаційна робота магістра ще не завершена. Дата закінчення завершення роботи: 01.12.2010. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть побут отримані у автора або його наукового керівника після вказаної дати.

Література

1. Назаров В.В. Защита электрических сетей от однофазных замыканий на землю – Киев «Либідь», 1992, 124 с.

2. Сивокобыленко В.Ф., Лебедев В.К., Ковязин А.В., Сердюков Р.П., Кряжок С.А., Гребенкин А.И, Зубенко В.В., Рябчук И.Э. Повышение надежности работы карьерных сетей при однофазных замыканиях на землю. – Наукові праці Донецького національного університету №9(158), 2009. ISSN 2074-2630.

3. Заявка: 2006111302/09, 06.04.2006 Булычев А.В. Гуляев В.А. Дежнев В.А - Способ защиты трёхфазной сети с изолированной нейтралью от однофазных замыканий на землю.

4. Заявка: 95117700/09, 28.09.1995 Булычев А.В., Ванин В.К. - Способ защиты трёхфазной сети с изолированной нейтралью от однофазных замыканий на землю.

5. Заявка: 2006140511/09, 16.11.2006 Буланов Р.Н., Гуров А.А., Мишутинский В.Е. – Устройство селективной защиты от однофазынх и многофазных замыканий на землю электрической кабельной сети с изолированной нейтралью.

6. Авторское свидетельство №74018 по заявке от 7 апреля 1947г.

7. Правила устройства электроустановок. – М.: Энергоатомиздат, 1985.– 640 с

http://www.electromonter.info/download/

8. Петренко Л.И. Электрические сети и системы – Киев: Вища школа, 1981 320с.

9.  Сирота И.М., Кисленко С.Н., Михайлов А.М. Режимы нейтрали электрических сетей. Киев: Наукова думка, 1985. –  264 с.