ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

На сегодняшний день в условиях постоянного ухудшения технического состояния распределительных сетей из–за отсутствия необходимых средств на своевременную замену и качественный ремонт поврежденного электрооборудования все острее становится проблема поддержания на достаточно необходимом уровне надежности работы систем электроснабжения потребителей электрической энергии. Средняя продолжительность эксплуатации большей части основного электрооборудования значительно превышает нормативные сроки службы. Распределительные сети имеют, как правило, длительную протяженность и работают в весьма тяжелых условиях загрязнения, увлажнения, частых динамических и термических перегрузок. Все эти факторы приводят к увеличению повреждаемости электрооборудования сетей по причинам различных дефектов, в том числе развивающихся под действием эксплуатационного напряжения [1].

1. Актуальность темы

Наибольшую опасность представляют дуговые перенапряжения, при наличии которых возможно возникновение значительных перенапряжений, приводящих к пробою изоляции высоковольтных электродвигателей, междуфазным замыканиям, пожарам и др.. Кроме этого, для с.н. электростанций характерным является относительно низкий уровень емкостных токов замыкания на землю, что во многих режимах работы блока приводит к недостаточной чувствительности защит от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) [2].

С целью повышения надежности работы сетей 6–10 кВ, ведутся интенсивные поиски путей решения двух главных вопросов:

  1. повышения чувствительности и селективности действия релейной защиты от однофазных замыканий на землю;
  2. ограничение перенапряжений и предотвращение феррорезонансных процессов, которые могут быть причиной многоместных повреждений сети, сокращения срока службы изоляции и выхода из строя электрооборудования [3,4].

Одним из путей решения данных вопросов в настоящее время является резистивное (высоко или низковольтное) заземление нейтралей сетей с помощью присоединительных трансформаторов (ПТ) [5].

2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Цель работы Рассмотреть достоинства и недостатки сетей с резистивно–заземленной нейтралью. Проанализировать способ повышения надежности работы сетей с изолированной нейтралью при замыкании фазы на землю с использованием комплексного устройства низковольтного заземления нейтрали и автоматического шунтирования поврежденной фазы, с помощью которого решаются проблемы повышения чувствительности релейной защиты, ограничения перенапряжений и исключения длительных дуговых замыканий.

Задачи исследования:

  1. Оценить эффективность использования низковольтного резистивного заземления нейтрали сети 6 кВ собственных нужд электростанций по результатам математического моделирования и экспериментам на физической модели.
  2. Выполнить моделирование однофазного замыкания на землю при использовании предложенного способа и показать его преимущества.
  3. Разработать устройство реализации предлагаемого способа, схему его защиты и управления, которые исключают длительные дуговые замыкания на землю и не требуют установки высоковольтного термостойкого резистора.

Объект исследования: процессы в сетях с изолированной нейтралью

Предмет исследования: переходные процессы при ОЗЗ и способы минимизации их влияния на надежность работы сетей.

3. Выбор величины резистора для заземления нейтрали

Электрические сети напряжением 6–35кВ получили широкое распространение и относятся к сетям, работающим с изолированной нейтралью. Для повышения надежности работы этих сетей, в зависимости от величины напряжения сети, при емкостных токах замыкания на землю свыше 10–30 А применяется заземление нейтрали через индуктивное сопротивление для компенсации емкостных токов [6]. Для сетей с токами замыкания меньше указанных, в последнее время применяют заземление нейтрали сети через активное сопротивление.

В сети собственных нужд 6 кВ тепловых (ТЭС) и атомных (АЭС) электрических станций требуется заземление нейтрали сети через низкоомный резистор величиной 100 Ом, который подключается к нейтрали специального трансформатора ТСНЗ–63–10 мощностью 63 кВА. Установка такого резистора увеличивает токи замыкания на землю, что обеспечивает селективную работу релейной защиты, которая действует на отключение поврежденного присоединения [7]. Однако с целью снижения термического действия дуги и повышения термостойкости самого резистора, в [8] рекомендуется применение высокоомных резисторов величиной 1000–2000 Ом. К положительным сторонам установки резисторов относятся снижение уровня перенапряжений до (2,2 – 2,5)Uф, предотвращение возникновения феррорезонансных процессов и повышение четкости действия релейной защиты. В настоящее время Новосибирским предприятием «ПНП Болид» разработаны и выпускаются резисторы из материала «Эком» (электропроводящий композиционный материал – керамика с электропроводящими добавками), которые имеют повышенную термостойкость и могут длительно (до 6 ч) оставаться в работе при однофазных замыканиях на землю. Однако недостатком таких резисторов является высокая стоимость, громоздкость конструкции, сложность монтажа и наладки. В связи с изложенным, актуальным является дальнейшее совершенствование способа увеличения активной составляющей тока замыкания на землю, не требующего установки высоковольтных резисторов.

Существует 2 способа подключения резистора:

  1. подключение резистора к нейтрали обмоток высшего напряжения трансформатора (рис. 1);
  2. подключение резистора в разомкнутый треугольник обмоток низшего напряжения трансформатора( рис.2).
Схема подключения резистора к нейтрали обмоток высшего напряжения трансформатора

Рис. 1. Схема подключения резистора к нейтрали обмоток высшего напряжения трансформатора

Схема подключения резистора в разомкнутый треугольник обмоток низшего напряжения трансформатора

Рис. 2. Схема подключения резистора в разомкнутый треугольник обмоток низшего напряжения трансформатора

По методике, изложенной в [9], были получены расчетные осциллограммы возникновения и погасания дуги при различных величинах заземляющего резистора, включенного по схемам рис.1, рис.2. Расчетные осциллограммы приведены на рис.3,4, на которых показаны напряжения нулевой последовательности и поврежденной фазы, а также токи в месте замыкания на землю.

Осциллограмма напряжений и токов при возникновении и отключении ОЗЗ при неоптимальной величине резистора

Рис. 3. Осциллограмма напряжений и токов при возникновении и отключении ОЗЗ при неоптимальной величине резистора

Осциллограмма напряжений и токов при возникновении и отключении ОЗЗ при оптимальной величине резистора, анимация, 5 кадров, 10 повторов

Рис. 4. Осциллограмма напряжений и токов при возникновении и отключении ОЗЗ при оптимальной величине резистора

Как видно из рис.3, при значении высоковольтного резистора 100 кОм в нейтрали трансформатора или эквивалентного ему резистора 3,9 кОм в цепи разомкнутого треугольника, напряжение нулевой последовательности затухает за время порядка 0,2с, что при повторном ОЗЗ может вызвать значительные перенапряжения и феррорезонансный процесс.

При включении же резисторов соответственно величиной 1000 Ом для схемы рис.1 и 39 Ом для схемы рис.2 затухание напряжения нулевой последовательности при исчезновении ОЗЗ (рис.4) происходит за требуемое время, составляющее 0,01с.

В результате вышесказанного можно сделать вывод о целесообразности использования низковольтного резисторного заземления нейтрали сети. Этот способ требует меньших затрат при той же технической эффективности.

4. Схема управления устройства резистивного заземления нейтрали

Схема управления (рис.5) устройства резистивного заземления нейтрали сети работает следующим образом. В нормальном режиме реле контроля фазных напряжений KVА, KVВ, KVС, подключенные к выводам обмоток низшего напряжения ПТ, находятся в сработанном состоянии и их контакты разомкнуты. Напряжение нулевой последовательности отсутствует и реле напряжения KV0, промежуточные реле KLA, KLB и KLC находятся в несработаном состоянии, блок-контакты шунтирующих контакторов КМА, КМВ и КМС замкнуты. При замыкании в сети 6 кВ, например, фазы А на землю, срабатывают реле KV0 и промежуточное реле KLА, которое запускает реле времени KT1. По истечении заданного времени реле KT1 замыкает свой контакт и подает напряжение на катушку включения КМА шунтирующего контактора фазы А, который включается и переводит дуговое замыкание на этой фазе в глухое, что предотвращает развитие феррорезонансных процессов и появление значительных импульсных перенапряжений в сети. Через размыкаемый блок-контакт КМА отключается напряжение с катушки промежуточного реле КL0, контакты которого отпадают с выдержкой времени и снимают напряжение с катушки контактора КМ0, что приводит к размыканию силового контакта КМ0 в цепи низковольтного резистора RН , обеспечивая его термостойкость при длительном ОЗЗ. Аналогично схема работает и при замыкании на землю фазы В или С.

Кроме стандартных защит на присоединительном трансформаторе ПТ (токовая отсечка, МТЗ) предусмотрены также максимальные токовые защиты, предотвращающие длительное протекание тока через резистор RН в случае отказа в отключении контактора КМО. Эти защиты действуют на отключение выключателя Q и выполнены на реле тока КА1, КА2 и реле времени КТ2, уставка которого на ступень больше, чем у реле КТ1. С целью предотвращения одновременного включения нескольких контакторов (КМА, КМВ, КМС), в схеме предусмотрены взаимные блокировки по цепям их включения с помощью промежуточных реле KLA, KLB, KLC.

Принципиальная схема управления резистивным заземлением и шунтированием поврежденной фазы при ОЗЗ

Рис. 5. Принципиальная схема управления резистивным заземлением и шунтированием поврежденной фазы при ОЗЗ

KVA, KVB, KVC – реле контроля фазных напряжений; KV0 – реле контроля напряжения нулевой последовательности; KT1, KT2 – реле времени; KLA, KLB, KLC – промежуточные реле; KA1, KA2 – токовые реле; KM0 – контактор для отключения резистора RН ; KMA, KMB, KMC – контакторы шунтирования поврежденной фазы при ОЗЗ ; KLO – промежуточное реле с задержкой на отпадание.

Планируемые результаты

Планируется проведение исследований для нахождения способов повышения надежности работы сетей с изолированной нейтралью напряжением 6–10 кВ при замыканиях фазы на землю с использованием низковольтного резистивного заземления нейтрали сети и шунтирования поврежденной фазы, который комплексно решает проблему ограничения перенапряжений и повышения чувствительности релейной защиты от замыканий на землю.Функционирование системы резистивного заземления нейтрали сети и автоматического шунтирования повреждения (СРЗ и АШП) планируется полечение результатов с помощью математической модели, описанной в [10].

Выводы

В дальнейшем планируется разработка устройства реализации предлагаемого способа, схемы его защиты и управления, которые исключают длительные дуговые замыкания на землю и не требуют установки высоковольтного термостойкого резистора. По результатам расчетов с помощью математической модели и опыту эксплуатации элементов СРЗ и АШП будет сделан вывод , является ли предлагаемое устройство ограничения перенапряжения и повышения чувствитедльности релейной защиты от ОЗЗ в сетях 6–10 кВ эффективным.

Список источников

  1. Терещенко А.В. Эксплуатация ОПН в сетях 6–35 кВ ОАО «Крымэнерго»
  2. Сивокобыленко В.Ф., Лебедев В.К., Сердюков Р.П. Ограничение перенапряжений и повышение чувствительности защит от замыкания фазы на землю в сети собственных нужд 6 кВ электростанций. – Сб. научных трудов ДонГТУ. Серия: Электротехника и энергетика.
  3. О необходимости изменений режимов нейтрали в сетях 3–35кВ / [Стогний Б.С., Масляник В.В., Назаров В.В. и др.] // Энергетика и Электрификация. – 2001. – №4. – С. 27–29.
  4. О регламентации вариантов заземления нейтрали электрических сетей 3–35 кВ / [Стогний Б.С., Масляник В.В., Назаров В.В. и др.] // Энергетика и Электрификация. – 2001. – №11. – С. 28–31.
  5. Лебедев В.К., Алесич Н.С. Повышение эффективности функционирования сетей 6–10 кВ в режимах замыкания на землю – Тезисы научно–технической конференции «Электротехнические и электромеханические системы». – Донецк, 2012.
  6. Правила устройства электроустановок. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 640с.
  7. Циркуляр Ц-01-88. О повышении надежности сетей 6 кВ собственных нужд энергоблоков АЭС. – М., 1988. –7с.
  8. Евдокунин Г.А., Гудилин С.В., Корепанов А.А. Выбор способа заземления нейтрали в сетях 6-10 кВ. – Электричество, 1998, №12. –С. 8–22.
  9. Сивокобыленко В.Ф., Лебедев В.К. Переходные процессы в системах электроснабжения собственных нужд электростанций (учебное пособие). РВА ДонНТУ, Донецк – 2002, 136с.
  10. Повышение надежности работы карьерных сетей при однофазных замыканиях на землю / [Сивокобыленко В.Ф., Лебедев В.К., Ковязин А.В., Сердюков Р.П. и др.] // Сб. научн. тр. ДонНТУ. Серия: «Электротехника и энергетика». – Вып. 9(158). – Донецк: ДонНТУ, 2009. – С. 211–220.