ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

На сьогоднішній день в умовах постійного погіршення технічного стану розподільних мереж через відсутність необхідних коштів на своєчасну заміну і якісний ремонт пошкодженого електрообладнання все гостріше стає проблема підтримки на достатньо необхідному рівні надійності роботи систем електропостачання споживачів електричної енергії. Середня тривалість експлуатації більшої частини основного електроустаткування значно перевищує нормативні терміни служби. Розподільні мережі мають, як правило, тривалу протяжність і працюють у досить важких умовах забруднення, зволоження, частих динамічних і термічних перевантажень. Всі ці фактори призводять до збільшення пошкоджуваності електрообладнання мереж з причин різних дефектів, у тому числі розвиваються під дією експлуатаційного напруги [1].

1. Актуальність теми

Найбільшу небезпеку представляють дугові перенапруження, при наявності яких можливе виникнення значних перенапруг, що призводять до пробою ізоляції високовольтних електродвигунів, міжфазних замикань, пожеж та ін Крім цього, для в.п. електростанцій характерним є відносно низький рівень ємнісних струмів замикання на землю, що в багатьох режимах роботи блоку призводить до недостатньої чутливості захистів від однофазних замикань на землю (ОЗЗ) [2].

З метою підвищення надійності роботи мереж 6–10 кВ, ведуться інтенсивні пошуки шляхів вирішення двох головних питань:

  1. підвищення чутливості і селективності дії релейного захисту від однофазних замикань на землю;
  2. обмеження перенапруг і запобігання ферорезонансних процесів, які можуть бути причиною багатомісних ушкоджень мережі, скорочення терміну служби ізоляції та виходу з ладу електрообладнання [3,4].

Одним із шляхів вирішення даних питань в даний час є резистивні (високо чи низьковольтне) заземлення нейтралей мереж за допомогою приєднувальних трансформаторів (ПТ)

2. Мета та задачі дослідження

Мета роботи: Розглянути переваги і недоліки мереж з резистивно-заземленою нейтраллю. Проаналізувати спосіб підвищення надійності роботи мереж з ізольованою нейтраллю при замиканні фази на землю з використанням комплексного пристрою низьковольтного заземлення нейтралі і автоматичного шунтування пошкодженої фази, за допомогою якого вирішуються проблеми підвищення чутливості релейного захисту, обмеження перенапруг і виключення тривалих дугових замикань.

Завдання дослідження:

  1. Оцінити ефективність використання низьковольтного резистивного заземлення нейтралі мережі 6 кВ власних потреб електростанцій за результатами математичного моделювання та експериментів на фізичній моделі.
  2. Виконати моделювання однофазного замикання на землю при використанні запропонованого способу і показати його переваги.
  3. Розробити пристрій реалізації запропонованого способу, схему його захисту і управління, які виключають тривалі дугові замикання на землю і не вимагають установки високовольтного термостійкого резистора.

Об'єкт дослідження: процеси в мережах з ізольованою нейтраллю

Предмет дослідження: перехідні процеси при ОЗЗ і способи мінімізації їх впливу на надійність роботи мереж.

3. Вибір величини резистора для заземлення нейтралі

Електричні мережі напругою 6–35кВ отримали широке розповсюдження і відносяться до мереж, що працюють з ізольованою нейтраллю. Для підвищення надійності роботи цих мереж, в залежності від величини напруги мережі, при ємнісних струмах замикання на землю понад 10–30 А застосовується заземлення нейтралі через індуктивний опір для компенсації ємнісних струмів [6]. Для мереж із струмами замикання менше зазначених, останнім часом застосовують заземлення нейтралі мережі через активний опір.

У мережі власних потреб 6 кВ теплових (ТЕС) і атомних (АЕС) електричних станцій потрібно заземлення нейтралі мережі через низькоомний резистор величиною 100 Ом, який підключається до нейтралі спеціального трансформатора ТСНЗ–63–10 потужністю 63 кВА. Встановлення такого резистора збільшує струми замикання на землю, що забезпечує селективну роботу релейного захисту, яка діє на відключення пошкодженого приєднання [7]. Однак з метою зниження термічної дії дуги та підвищення термостійкості самого резистора, в [8] рекомендується застосування високоомних резисторів величиною 1000–2000 Ом. До позитивних сторін установки резисторів відносяться зниження рівня перенапруг до (2,2 – 2,5) Uф, запобігання виникнення ферорезонансних процесів і підвищення чіткості дії релейного захисту. В даний час Новосибірським підприємством ПНП Болід розроблені і випускаються резистори з матеріалу Еком (електропровідний композиційний матеріал – кераміка з електропровідними добавками), які мають підвищену термостійкість і можуть довгостроково (до 6 год) залишатися в роботі при однофазних замиканнях на землю. Однак недоліком таких резисторів є висока вартість, громіздкість конструкції, складність монтажу та наладки. У зв'язку з викладеним, актуальним є подальше вдосконалення способу збільшення активної складової струму замикання на землю, не вимагає установки високовольтних резисторів.

Існує 2 способи підключення резистора:

  1. підключення резистора до нейтралі обмоток вищої напруги трансформатора (рис. 1);
  2. підключення резистора в розімкнутий трикутник обмоток нижчої напруги трансформатора (рис.2).
Схема підключення резистора до нейтралі обмоток вищої напруги трансформатора

Рис. 1. Схема підключення резистора до нейтралі обмоток вищої напруги трансформатора

Схема підключення резистора в розімкнутий трикутник обмоток нижчої напруги трансформатора

Рис. 2. Схема підключення резистора в розімкнутий трикутник обмоток нижчої напруги трансформатора

За методикою, викладеною в [9], були отримані розрахункові осцилограми виникнення і згасання дуги при різних величинах заземлюючого резистора, включеного за схемами рис.1, рис.2. Розрахункові осцилограми приведені на рис.3, 4, на яких показані напруги нульової послідовності і пошкодженої фази, а також струми в місці замикання на землю.

Осцилограма напруг і струмів при виникненні і відключенні ОЗЗ при неоптимальной величиною резистора

Рис. 3. Осцилограма напруг і струмів при виникненні і відключенні ОЗЗ при неоптимальной величиною резистора

Осцилограма напруг і струмів при виникненні і відключенні ОЗЗ при оптимальній величині резистора

Рис. 4. Осцилограма напруг і струмів при виникненні і відключенні ОЗЗ при оптимальній величині резистора

Як видно з рис.3, при значенні високовольтного резистора 100 кОм в нейтралі трансформатора або еквівалентного йому резистора 3,9 кОм в ланцюзі разомкнутого трикутника, напруга нульової послідовності загасає за час близько 0,2 с, що при повторному ОЗЗ може викликати значні перенапруги і ферорезонансний процес.

При включенні ж резисторів відповідно величиною 1000 Ом для схеми рис.1 і 39 Ом для схеми рис.2 загасання напруги нульової послідовності при зникненні ОЗЗ (рис.4) відбувається за необхідний час, що становить 0,01 с.

В результаті вищесказаного можна зробити висновок про доцільність використання низьковольтного резисторного заземлення нейтралі мережі. Цей спосіб вимагає менших витрат при тій же технічної ефективності.

4. Схема управління пристрою резистивного заземлення нейтралі

Схема управління (рис.5) пристрою резистивного заземлення нейтралі мережі працює таким чином. У нормальному режимі реле контролю фазних напруг KVА, KVВ, KVС, підключені до висновків обмоток нижчої напруги ПТ, знаходяться в спрацьованої стані і їх контакти розімкнуті. Напруга нульової послідовності відсутній і реле напруги KV0, проміжні реле KLA, KLB і KLC знаходяться в несработаном стані, блок-контакти шунтуючих контакторів КМА, КМВ та КМС замкнуті. При замиканні в мережі 6 кВ, наприклад, фази А на землю, спрацьовують реле KV0 і проміжне реле KLА, яке запускає реле часу KT1. Після закінчення заданого часу реле KT1 замикає свій контакт і подає напругу на котушку включення КМА шунтуючого контактора фази А, який включається і переводить дугове замикання на цій фазі в глухе, що запобігає розвитку ферорезонансних процесів і поява значних імпульсних перенапруг в мережі. Через розмикаємо блок-контакт КМА відключається напруга з котушки проміжного реле КL0, контакти якого відпадають з витримкою часу і знімають напругу з котушки контактора КМ0, що призводить до розмикання силового контакту КМ0 в ланцюзі низьковольтного резистора RН, забезпечуючи його термостійкість при тривалому ОЗЗ. Аналогічно схема працює і при замиканні на землю фази В або С.

Крім стандартних захистів на приєднувальному трансформаторі ПТ (струмова відсічення, МТЗ) передбачені також максимальні струмові захисту, що запобігають тривалий перебіг струму через резистор RН в разі відмови у відключенні контактора КМО. Ці захисту діють на відключення вимикача Q і виконані на реле струму КА1, КА2 і реле часу КТ2, уставка якого на ступінь більше, ніж у реле КТ1. З метою запобігання одночасного включення декількох контакторів (КМА, КМВ, КМС), в схемі передбачені взаємні блокування по ланцюгах їх включення з допомогою проміжних 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 контролю фазних напруг; KV0 – реле контролю напруги нульової послідовності; KT1, KT2 – реле часу; KLA, KLB, KLC - проміжні реле; KA1, KA2 – струмові реле; KM0 – контактор для відключення резистора RН; KMA, KMB, KMC – контактори шунтування пошкодженої фази при ОЗЗ; KLO – проміжне реле із затримкою на відпадіння.

Плановані результати

Планується проведення досліджень для знаходження способів підвищення надійності роботи мереж з ізольованою нейтраллю напругою 6-10 кВ при замиканнях фази на землю з використанням низьковольтного резистивного заземлення нейтралі мережі та шунтування ушкодженої фази, який комплексно вирішує проблему обмеження перенапруг і підвищення чутливості релейного захисту від замикань на землю . Функціонування системи резистивного заземлення нейтралі мережі і автоматичного шунтування пошкодження (СРЗ і АШП) планується отриманий позичальником результатів за допомогою математичної моделі, описаній в [10].

Висновки

В результаті проведених досліджень запропоновано спосіб підвищення надійності роботи мереж з ізольованою нейтраллю напругою 6–10 кВ при замиканнях фази на землю з використанням низьковольтного резистивного заземлення нейтралі мережі та шунтування ушкодженої фази, який комплексно вирішує проблему обмеження перенапруг і підвищення чутливості релейного захисту від замикань на землю.

Надалі планується розробка пристрою реалізації запропонованого способу, схеми його захисту і управління, які виключають тривалі дугові замикання на землю і не вимагають установки високовольтного термостійкого резистора. За результатами розрахунків за допомогою математичної моделі та досвіду експлуатації елементів СРЗ і АШП буде зроблено висновок, чи є запропоноване пристрій обмеження перенапруження і підвищення чувствітедльності релейного захисту від ОЗЗ в мережах 6-10 кВ ефективним.

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.