автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Обеспечение нормированных условий эксплуатации релейной защиты и автоматики в распределительных устройствах наружной установки

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ СНЯЬШХОЗЯЙСТВШОГО ПРОИЗВОДСТВА имени В.П.Горячкина

ОБЕСПЕЧЕНИЕ НОРМИРОВАННЫХ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ РЕЛЕЙНОЙ 5ЛЩИТН И АВТОМАТИКИ В РАСЯЩШТЕШЫХ УСТРОЙСТВАХ НАРУЖНОЙ УСТАНОВКИ

Специальнрсть: 05.09.03 - электротехнические „ комплексы и системы, включая их управление и регулирование

На правах рукописи

КОРОБОВ Владимир Михайлович

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москра - 1990

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Бнаиени институте иикенеров сельскохозяйственного производства шени В.П.Горячнина

Научный руководитель - заслуженный деятель науки и техники

РСФСР, академик ВАСХНИЛ, доктор технических наук, профессор БЗДЗК0 И.А,

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

АШЩЗ Ю.И. - кандидат технических наук, доцент . АРЦШПЕВСКИЙ ЯЛ. Ведущее предприятие - ПО С0ЮЗТЕХЗНЕРГ0 .

Защита состоится " /7* 1990 г. в /3 часов

на заседании специализированного Совета К>2 (К 120.12.02) Московского ордена Трудового'Красного Знамени института кнкенеров сельскохозяйственного производства шени В.ШГорлчкина по адресу: 127650, Москва, И-550, ул. Тимирязевская, д, 58.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИСП Автореферат разослан " ^" У J 1990 г.

Ученый секретарь специализированного Совета, кандидат технических наук,

профессор $ о лимф" А.П.Фоменков

ОБ'ЦАЛ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблема. В современных сельских сетях напряге- . нием 6-10 кВ получили широкое распространение комплектные распределительные устройства наружной установки (КРУН). Отказ от строительства закрытых распределительных устройств (ЗРУ), применение полностью укомплектованных на заводах-изготовителях шкафов обеспечили значительный экономический эффект за счет сокращения объемов строительно-монтажных работ и сроков ввода нового оборудоса-ния в эксплуатацию. Однако, электрооборудование КРУН, особенно устройства релейной защиты и автоматики (РЗА), оказались менее защищенными от воздействий окружающей среды, чем в ЗРУ. Проводимые институтами, энергосистемами и заводами-изготовителями мероприятия по повышению надежности КРУН направлены, как правило, на улучшение условий эксплуатации высоковольтных отсеков. В то же время, статистический анализ причин отказов РЗА в КРУН показывает, что до 30% отказов, приведших к отключениям и авариям с недо-отпуском электроэнергии потребителям, происходит за счет ускоренного износа, старения-и воздействия на устройства РЗА неблагоприятных климатических факторов.

Существующие средства защиты устройств РЗА от воздействия неблагоприятных климатических факторов, системы регулирования микроклимата в релейных отсеках несовершенны, неэкономичны, не обеспечивают нормируемых условий эксплуатации РЗА в КРУН. Современные тенденции развития средств РЗА, переход на.микроэлектронную и микропроцессорную элементную базу, значительно повышают требования к условиям эксплуатации. Обеспечение нормируемых условий эксплуатации РЗА в КРУН является существенным резервом повышения надежности, поэтому разработка методов и устройств регулирования микроклимата в релейных отсеках является актуальной. Решению этой задачи посвящена реферируемая работа, которая выполнялась в соответствии с заданием первого уровня общесоюзной программы по реализации научно-технической проблемы 0.51.21.01 ГКНГ СССР на 19&5 -1990 годы "Разработать и внедрить методы, системы и автоматизированные устройства для обеспечения надежного, высококачественного и экономичного электроснабжения сельских потребителей".

Цель работы. Повышение надежности РЗА в КРУН путем создания методов и средств обеспечения нормированных условий их эксплуатации.

Задачи исследования:

- анализ причин снижения срока службы устройств РЗА в КРУН, методов и средств повышения их надежности;

- экспериментальное исследование условий работы устройств РЗА в КРУН« тешературно-вяажностных режимов;

теоретические исследования температурно-влажностных режимов в релейных отсеках КРУН, разработка методики расчетов;

- разработка практических рекомендаций и алгоритмов управления микроклиматом в релейных отсеках существующих и перспективных шкафов КРУН;

- разработка технических средств контроля и управления микроклиматом релеЛных отсекоЕ существующих и перспективных шкафов КРУН;

- сценка надежности разработанных средств управления микроклиматом и их технико-экономическое обоснование. •

Методы исследования. При решении указанных задач были использованы методы теории вероятности и математической статистики, теории теплопередачи и тепломассообмена, теории электрических цепей, измерительная и,вычислительная техника.

Научная новизна. Исследована экспериментально и теорет-чески зависимость параметров микроклимата в релейных отсеках КРУН от параметров 0!;ружа1.._цей среды. Разработана методика тепловых расчетов для релейных отсеков существующих и перспективных КРУН, проведено имитационное моделирование тепловых режимов на ЭВМ. Разработаны алгоритмы контроля и управления микроклиматом в релейных отсеках и устройства для их реализации.

Новизна принятых технических решений защищена авторским свидетельством №1589177 и положительными решениями ВНИЖТ1Э о ввдаче авторских свидетельств по заявкам М415809, 1,4427070, №4624948.

Практическая ценность. Разработана методика темлературно- . влакностных расчетов, позволяющая обосновать параметры системы обогрева в релейных отсеках существующих и перспективных шкафов КРУН, выбрать мощнисть нагревательных элементов, уставки срабатывания системы управления обогревом, .оценить условия эксплуатации устройств РЗА в КРУН в зависимости от климатического района, где они эксплуатируются. Предложены технические решения, направленные на улучшение условий эксплуатации устройств РЗА и экономию электроэнергии на обогрев,, не требующие существенных материальных затрат. Разработано устройство регулирования микроклимата УРМ-1 для' находящихся в эксплуатации шкафов КРУП, базовые узлы, блоки и

о

- з -

программы устройства контроля и управления микроклиматом в составе микропроцессорной РЗА (МП РЗА) для перспективных КРУП.

Реализация. Разработанное устройство УРМ-I успеино прошло лабораторные и производственные испытания и внедрено в эксплуата- о цию в ряде предприятий Псковэнерго, Молдзнерго, Бурятэнерго. Организуется его мелкосерийное производство в Псковском городском центре НТШ "Политехник".Расчетный годовой экономический эффект 228,3 рубля на устройство. УРМ-I отмечено серебрянкой медалью ВДНХ.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов МИИСП им, В.П. Горячкина (г.Москва, 1988-1990 г.г.), на научно-технической конференции "Вклад вузовских ученых в создание наукоемкой продукции высокого уровня" (г.Псков, 1989 г.), на III-ей Всесоюзной научно-технической конференции "Техническая диагностика устройств релейной защиты и автоматики электрических систем" (г.Мариуполь,1990г.).

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и общих выводов. Она содержит 1tt? страниц основного текста, 40 рисунков и 7 таблиц, список литературы из 180 наименований и 4 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приведен анализ причин снижения срока службы устройств РЗА в КРУН и существующих методов повышения "X надежности.

В результате статистического анализа причин отказов РЗА за 1983-1988 г.г. установлено, что отказы РЗА, связанные с внутренними дестабилизирующими факторами, остаются на высоком уровне (до 60% в общем числе-отказов), но лмевт тенденцию к уменьшению, э основном за счет сокращения числа эксплуатационных, недостатков.

Отказы РЗА, связанные с вьешними дестабилизирующими факторами, т.е. неблагоприятными воздействиями окружающей среды, составляют около 30%. Практически ни один тип юкафов 1СРУН, выпусками в настоящее время, не вырабатывает до замены свой нормативный срок службы в 25 лет. Опыт эксплуатации устройств РЗА в КРУН показывает, что по большинству типов реле наработка до первого отказа не превышает 5-8 лет, а по ряду позиций - 2-3 года.

Из анализа условий эксплуатации устройств РЗА в КРУН следует, что они эксплуатируются в чрезвычайно кестких.климатических условиях, характеризующихся широким диапазоном температур и высокой влажностью. Это вызывает ускоренный кз.чсс и старение, корр-/-

зию, нарушение механических, химическ-х и электрических характеристик электротехнических материалов, изменение уставок и несрабатывание аппаратов РЗА.

. Все электротехнические изделия, выпускаемые электротехнической промышленностью СССР, должны соответствовать ГОСТ 15150-69, ГОСТ 15543-70, в которых устанавливается предельное значение рабочих -гемперагур (+1...-н10)оС и влажности воздуха (не выше 80%) для климатического исполнения УХИ4. Поэтому релейные отсеки существующих КРУН снабжаются системами электрообогрева. В то же время большинство КРУН сельскохозяйственного назначения устройствами автоматического обогрева не снабжены, а установленные в них нагревательные элементы включаются в зимнее время (с ноября по март) постоянно и в роеоопасные периоды (весна, осень) на 8-14 часов в сутки, что приводит в среднем к расходу 10-15 МВт>ч электроэнергии в год на распредустройство. Выпускаемые в настоящее время шкафы КРУН комплектуется датчиками температуры типа'ДКГБ и влажности типа ВДК, имеющими низкие метрологические характеристики. Общим недостатком имеющихся средств регулирования микроклимата в релейных отсеках является значительный перерасход электроэнергии; Как показывает анализ, это связано с отсутствием либо несовершенстгом систем автоматического регулирования, в ряде случаев излишней мощностью нагревательных элементов (НЭ), отсутствием методики по обоснованию параметров систем электрообогрева в КРУН'как на стадии проектирования, так и в процессе эксплуатации"применительно к конкретным климатическим зонам, отсутствие рекомендаций по выбору уставок регулирующей аппаратуры, пренебрежительным отношением обслуживающего персонала к необходимости обеспечения нормированных условий эксплуатации для РЗА.

Обеспечение нормированных условий эксплуатации РЗА в КРУН является существенных резервом'повышения их надежности, поэтому не-, обходимо разработать методики температурно-вляжностных расчетов релейных отсеков для обоснования параметров систем их обогрева в. существующих и перспективных КРУН применительно к конкретным климатическим зонам, предложить практические рекомендации, алгоритмы и устройства, решающие задачу регулирования микроклимата. Особенно актуальными становятся эти проблемы вевязи с разработкой новых видов защит на микроэлектронной и микропроцессорной элементной базе.

Во второй главе выполнены экспериментальные исследования условий работы устройств ГЗА в КРУН.

Проведенные рядом авторов исследования темлературно-влажност-ных режимов высоковольтных отсеков КРУН, данные справочников по метеорологии не могут быть в полной мере, приложены к.релейным отсекам КРУН, имеющим свои эксплуатационные и конструктивные особенности. Поэтому было необходимо исследовать темлературно-влажностный режим релейного отсека КРУН в естественных условиях эксплуатации, установить взаимосвязь параметров микроклимата в нем с параметрами окружающей среды.С этой целью в 1969 году проводились измерения этих параметров на п/ст 110/35/10 кВ "Ляпуны" Опочецкого РЭС Псковской области с помощью нестандартного оборудования, разработанного соискателем. Результаты намерений обобщались и их анализ позволил установить следующие зависимости:

1. Амплитуда колебаний температуры и влажности в релейном отсеке, за ;1с;глечс:и*с.м зимнего времени, в 1,5-2 раза превышает амплитуду колебаний параметров наружного воздуха, что связано с воздействием на микроклимат солнечной радиации.

2. Наиболее неблагоприятные условия работы устройств РЗА складываются в предутрешше и утренние часы, характеризующиеся повышенной влажностью и возможностью выпадения росы. При этом системы электрообогрева либо вообще отключены (летний период), либо принципиально не могут сработать из-за ограниченного диапазона своих уставок, неправильного размещения датчиков. Очевидно, что недопустимо высокая влажность в это время суток является обычным явлением для большинства эксплуатируемых: в настоящее время КРУН.

3. Большую часть времени (70-75$) превышения влажностью 60$ в релейных отсеках приходится на зимний период, при этом около 1000 часов в год - на весну, лето и осень. Примерно такое же количество времени температура во внутреннем объеме релейного отсека ниже температуры наружного воздуха, что связано с радиационным выхолаживанием в предутренние часы.

4. Перегревы КРУН в летнее время за счет солнечной радиации могут достигать 10 и более градусов. Величина перегрева зависит от географической широты местности, ориентации КРУН, вида окраски, интенсивности теплоотдачи (ветер) и т.п.

Экспериментальные исследования позволили сделать вывод о том, что в зимнее время роль дестабилизирующих факторов, влияющих на надежность устройств РЗА, играет совместное действие отопительных температур и высокой влажности. Б' остальное время года дестабилизирующим фактором является 'высокая влажность в пролутр'-нн;*';

и утренние часы в сочетании с резкими колебаниями температуры в течение суток. Экспериментальные исследования подтвердили неэффективность существующих систем регулирования микроклимата в КРУН, позволили выбрать направление теоретических исследований при разработке методики температурно-влажностных расчетов и алгоритмов регулирования.

В третьей главе проведены теоретические, исследования темпера-турно-влажностных режимов релейных отсеков, разработана методика расчетов параметров микроклимата, на основе имитационного моделирования получен ряд практических рекомендаций, позволяющих улучшить условия эксплуатации РЗА в КРУН, и разработаны алгоритмы контроля и управления микроклиматом в шкафах КРУН.

Для выявления взаимосвязи параметров микроклимата релейного отсека с параметрами окружающей среди решалось уравнение теплового баланса:

сИОнэ + ¿Яви + сШс - сШ™ =о /I/

где <ЮНЭ ~ количество тепла, выделяемое НЭ за время с(.2";с106Н - количество тепла, выделяемое элементами РЗА. за время <1 ¿Г ; сК?с - количество тепла, получаемое вследствие солнечной радиации за время А.Т ;сЮш/1- количество тепла, отводимое в окружающую среду.

. В результате "совместного решения уравнения /I/ и общего уравнения теплопередачи вида:

сКЗохл = н-ст - т^-г-Лг /2/

где К - коэффициент теплопередачи; Р - площадь поверхности теплоотдачи; Т - средняя температура внутреннего воздушного потока; Тц - температура наружного воздуха, было получено выражение для расчета температуры во внутреннем объеме релейного отсека КРУН:

т. Ркэ 4 Рвн + с1£1'Ес ^__г+Тв /3/

где Р{(Э - мощность нагревательных элементов; Рвн - суммарная мощность потерь элементов РЗА; с^ - эмпирический коэффициент, учитывающий время года, суток, географическую широту, состояние атмосферы; Ес - сблучательная способность солнца; Рс - площадь поверхности, освещаемая солнцем"; § - толщина стенки отсека; Д с, А вп,

Лц ~ коэффициенты теплопроводности стойки, пограничного слоя воздуха во внутренне« сбгеыв и наружного воздуха соответственно; V - скорость ветра; Ь спрздояяв'дий пазмер; сип- постоянные;

о

д - кинематическая вязкость воздуха; £1 - поглощательная способность тела по отношению к солнечным лучам; ¿пр - степень черноты. Уравнение /3/ соответствует установившемуся режиму.

Принимая в качестве расчетной Тц - максимальную отрицательную температуру по данным многолетних, наблюдений в данном регионе, а в качестве расчетной Т - минимальную температуру, устанавливаемую ГОСТом или'ТУ заводов-изготовителей, и.учитывая малую модность потерь в элементах РЗА и то, что максимальная отрицательная температура наружного воздуха наблюдается, как правило,ночью, т.е. Рвн= = ^¿^ = 0, получаем выражение для расчета максимальной требуемой мощности НЭ для конкретного релейного отсека:

Р = К- С Т - Т )• ¥ /4/

гнэ макс п ^ 1 хв ' г

Для выбора места установки НЭ в релейном отсеке, уставок срабатывания системы регулирования микроклимата, оценки взаимного расположения НЭ и аппаратов РЗА с целью исключения перегревов при работе системы обогрева, было получено выражение для расчета температурного поля в релейном отсеке: - г т(С-к)

т{с -»е .]+ Ле£ -е

Т = ТВ+(ТНЭ - у- и ^ ымгр^ -^р-С^

Ав

где Тнэ — температура'нагревательных элементов; С - высота отсека; х - координата по высоте; коэффициент теплоотдачи конвекцией;

Для оценки перегревов элементов и Аппаратов РЗА за счет мощ-. н.ости потерь было получено эмпирическое выражение:

ДТ = а-^-4/х /б/

где дТ - перегрев; О. = 0,223 - эмпирический коэффициент; УУ-удельная мощность;^ - эквивалентный размер; Д - теплопроводность.

Относительная влажность воздуха в релейном отсеке зависит от температуры. Если по психрометрическим таблицам рассчитать значение температуры дТ, на которое нужно повысить температуру в релейном отсеке, то оказывается, что в достаточно широком диапазон« от 0°С до 30°С она равна (3,0.,.3,4)°С для снижения относительной влажности на 20%. Таким сбраэом, для поддержания в релейном отсеке влажности не выпе 60$ необходимо превышение температура во внутреннем объеме над температурой наружного воздуха на 3,4°С. Эта зависимость может быть описана эмпирической формулой:

Д«? = 8 ДТ . /7/

где - изменение влаанссгл; б - кот^'ш.-ент.

Выражения 3-6 составили основу разработанной методики расчетов температурных режимов в релейных отсеках КРУН. При проектировании новых. КРУП необходимо:

Г. Рассчитать среднюю температуру во внутреннем объеме релейного отсека по формуле /3/, задаваясь его геометрическими размерами и параметрами окружающей среды. Варьируя в известных пределах указанные величины, а такие другие характеристики (вид окраски, толщину стенки и т.п.), найти оптимальный вариант с точки зрения ■ ра&сода конструкционных материалов, технологичности, экономии . электроэнергии при условии обеспечения нормального температурного режима.

2. Определить максимальную требуемую мощность НЭ в системе обогрева по формуле /4/.

3. Для найденного варианта рассчитать температурное поле. Исходя из этого расчета, произвести компановку-устройств РЗА и НЭ в релейном отсеке, исключив перегрев отдельных элементов РЗА при работе системы обогрева. В зависимости от местоположения датчиков системы управления обогревом, оценить требуемые уставки при предельных климатических параметрах'окружающей среды.

4. Уточнить взаимное расположение отдельных элементов РЗА и ГО, произведя расчет перегревов за счет потерь.

Анализ условий эксплуатации РЗА в КРУН показал, что существующие системы регулирования микроклимата работают неэффективно. Однако, возможно некоторое улучшение этих условий в эксплуатируемых ■ КРУН, для чего необходимо:

1. По экстремальным климатическим параметрам для данного региона рассчитать предельную среднюю температуру в релейном отсеке в зимний и летний период по формуле /ЗЛ Для зимнего времени выбрать мощность Н8 по формуле /4/. Для летнего времени, если в релейном отсеке имеет места перегрев за счет солнечной радиации, предусмотреть установку затеняющих экранов, окраску светоотражающими краска),™ и т.п.

2. Рассчитав температурное поло в релейном отсеке для экстремальных зимних параметров окружающей среди по формуле /5/, выбрать требуемую уставку срабатывания датчика системы обогрева. Оценить' возможность перегревов элементов РЗА, расположенных вблизи от НЭ. При необходимости снизить температуру ИЗ доступным способом (включением ¡¡а поиикешюе напряжение, установкой рассеивающих экранов и т.п.).

Как следует 'иа форцули /3/, температурный режим в релейном

отсеке KWH зависит от параметров, окружающей среди и от геометрических, конструкционных, теплсфизических параметров самого релейного отсека. При имитационном моделировании, выполненном с применением вычислительной техники, била проведена оценка влияния перечисленных факторов, на тенпературний режим. В результате моделирования был получен ряд практических рекомендаций по улучшению условий эксплуатации устройств РЗА в КРУН, не требующих существенных материальных затрат при реализации в эксплуатируемых шкафах КРУН:

- возможность экономии до 36% электроэнергии на обогрев в зимнее время и снижение перегревов в 2-3 раза из-за воздействия солнечной рсд.иации в летнее время путем окраски шкафов ЮТН светоотражающими красками, например, алюминиевой;

- снижение требуемой мощности КЭ и экономия электроэнергии на обогрев в зимнее время до 50$ путем введения теплоизоляции;

- регулирование влажностного режима в релейном отсеке в летнее время переключением НЭ на меньшую мощность (10& от максимальной зимней).

В общэм виде алгоритм управления микроклиматом в релейном отсеке заключается в контроле температуры и влажности и поддержании их в заданных пределах за счет электрообо'грева. Однако, на этот алгоритм накладываются дополнительные требования и ограничения, обус-, ловлешые особенностями работы системы обогрева в КРУН, техническими возможностями устройств, осуществляющих управление, гспросами экономия электроэнергии и т.д. Если .вопрос контроля температуры технически решается достаточно просто, то измерение влажности связано с трудностью выбора датчика, способного удовлетворительно работать в условиях КЕУН. Поэтому был разработан алгоритм косвенного контроля влажности с использованием двух датчиков температуры (рис.1). Суть такого способа регулирования вытекает из эмпирического уравнения /7/, свяэивающего изменение относительной влажности с изменением температуры. По этому алгоритму обеспечивается поддержание температуры за счет работы системы обогрева выше +1°С, но ниже -i4C0C при влажности не вше 80%, что и требует ГОСТ 15150-69. Была проанализирована эффективность этого алгоритма с точки зрения экономии электроэнергии. Расчеты показывает, что а сравнении с существующими способами управления электрообогрзвом а 3-5 раз сокращается расход электроэнергии и время включенного состояния НЭ.

Недостатком рассмотренного алгоритма является повышенный'рас-. • ход электроэнергии в период положительных температур, т.е. при регулировании по влшшостк, т.к. при этом предусматривается постоял-'

-ТО-

на 3,4°С. Кроме того, в нем не; предусмотрен контроль эффективности работы системы обогрева. С целью устранения указанных недостатков был предложен алгоритм, представленный на рис.2. В рамках этого алгоритма предусматривается контроль температуры и влажности в релейном отсеке и сравнение их с заданными уставками. После вычисления разности температур, на которую нужно нагреть воздух в релейном отсеке, определяется большая из этих разностей, требуемая мощность НЭ и осуществляется регулирование. Для контроля эффективности работы.системы обогрева, исправности НЭ фиксируется температура в релейном отсеке в момент подачи команды на включение НЭ и через некоторое, достаточно малое, время Т . Вычисляется скорость изменения этой температуры и при отрицательной либо равной нулю скорости включается сигнал "ооогрев мз эффективен".

В четвертой главе рассмотрены вопросы технической реализации предложенных аг^оритмов контроля и управления микроклиматом в релейном отсеке КРУН.

На рис. 3 приведена функциональная схема устройства регулирования микроклимата УРМ-1 для эксплуатируемых в настоящее время КРУК, реализующая рассмотренный впе алгоритм (рисЛ). УРМ-1 содержит: ДН1 - ДН4 - делители напряжения' с датчиками температуры; К1 - КЗ - компараторы; ИИ - логический элемент У.7.У.; КО - гепелн::-нмдъкый оргая; НЭ - нагревательные элементы.

- и

( ндцлло

bi-F;K¿W

/il '

РНЭ1 'к■ üTi -F

За

г-н—1- г—'s—*-

вкл. НЭ Г ВКП.Н9 I Рид 1 Рюг

Г'т-7

'аво Т

¡'но. 2

МИ ям* m из

„ J.,,,,

»«н ¡ir1!—. 1

J.

Рис.3

УРМ-1 отличается простотой наладки, поверки, ввода в эксплуатацию, не требует изменения электрической схемы в релейном отсеке. Была проведена оценка аппаратурной надежности УРМ-1.Гарантированный срок службы составил более 12 ле* при вероятности'безотказной работы 0,922. Расчетный экономический эффект до 228,3 рубля на устройство. Опытные экземпляры УРМ-1 установлены в эксплуатацию в ряде предприятий Псковэиерго, Молдзнерго, Бурятэнерго, организуется мелкосерийное производство по заказам электросетевых предприятий.

При проектировании новых шкафов КРУН с микроэлектронной и № РЗА одним из важных вопросов, который должен решаться на стадии проектирования, является обеспечение нормируемых условий эксплуатации для новых видов защит как способ повышения их надешюсти. Поэтому г реферируемой работе рассматривались технические проблемы, связанные с решением этой'задачи. Анализ существующих первич-. них преобразователей температуры показал, что в качества датчиков температуры удобно использовать многоэлементные транзисторные тер-ыедатчики тта ГШ-5А1, разработанные в Ленинградском агрофизическом институте, которые отличаются высокими метрологическими характеристиками, линейность», долговечностью, миниатюрностью, работают в широком температурном диапазоне. Среди известных датчиков влажности условиям КРУН наиболее полно отвечают сорбционные электрические датчики влажности (гигрис'торы) на основе ионообменных смол, которые также отличаются большинством из перечисленных выше свойств. Недостатком гигристоров является их нелинейность и поляризуемость, что затрудняет построение.измерительных трактов влажности с малыми погрешностями измерений. С целью устранения указанных недостатков был предложен ряд технически:: решений, защищенных авторским свидетельством и тремя положительными решениями ВНШГПЭ о выдаче авторских свидетельств. -

Стандартный измерительный тракт, построенный на базе рмалого-цифрового преобразователя (АЦП) поразрядного уравновешивания, с датчиками резистивного или емкостного типа имеет вид, приведенный на рис.4. Он содержит:Уд , - источники опорного напряжения датчика, цифроала л с нового преобразователя, ФП - функциональный преобразователь; АЦП, состоящий из цифроаналогового преобразователя (ЦАЛ) и компаратора (К).

Для такой схемы может быть записано следующее уравнение:

- <9 = Кц-и^-ы / кд-ил /с/

где - измеряемая величина; 1/. , \_!ч - оперны? напряжения датчика и ДАЛ; Кц, Кц - масштабные коэффициенты пчтч.-ка у ЦДЛ5 N - ц'.'фро-

Рис. 4

вой код, устанавливаемый в конце АЦ-преобразссанкя.

Точность измерений в такой схеме определяется временной и температурной стабильностью опорных напряжений и масштабных коэффициентов. Поскольку температурные и временные воздействия являются немаловажным фактором для аппаратуры, работающей в условиях КРУН, были предложены технические решения, позволяющие устранить зависимость измеряемого параметра от временных и температурных флуктуация параметров элементов схемы. Это достигается введением циклов предустановки. В первом,случае вместо источника опорного напряжения датчика в схему вводится устройство выборки-хранания (УВХ), залитыпаемое с аналогового выхода ЦДЛ, при этом формула /6/ преобразуется к виду:

^ = N / Кд-No /9/

где N0- произвольный цифровой код, устанавливаемый в цикле предустановки. А во втором случае в схему дополнительно вводятся еще одно УВХ и эталонный датчик. При этом формула /8/ принимает эид:

<5> = N /N¿<£>0 / ю/

где - эталонный параметр. Таким образом, измеряемая величина не зависит от временных и температурных: флуктуаций. Новизна этих технических решений защищена положительными решениями ВШИГПЭ о выдаче авторских свидетельств.

Спектр технических решений, рассмотренных выше, и алгоритм контроля и управления микроклиматом (рис.2) позволили разработать структурную схему устройства, осуществляющего регулирование!!рис.5), Оно содержит: ДТ - датчик температуры; ДВ - датчик влажности; ФП1, ФП2 - функциональнее преобразователи; Ali - аналоговый коммутатор; АЦП; ЭВМ - микроЭВМ на базе микропроцессорного комплекта} ПР.- про-

РисЛЗ

порциональннй регулятор; НЭ - нагревательные элементы.

В предложенной структуре нецелесообразно применять отдельную микроЭВЫ для регулирования микроклимата. Поскольку основной режим работы устройств РЗА - режим ожидания, то, выделяя в МП РЗА резервные ячейки памяти и шину управления, можно организовать регулирование микроклимата в перспективных шкафах КРУН как фоновую задачу для МП РЗА. Для реализации структурной схемы по рис.5 разработаны принципиальные схемы отдельных узлов и блоков, написаны подпрограммы обслуживания первичных преобразователей и АЦП на языке Ассемблера для микропроцессорного комплекса серии К50О. Эти технические решения могу с быть взяты за основу при проектировании перспективных КРУН с МП РЗА. •

ОБЩ® ВЫВОДЫ

1. Анализ статистических данных по отказам и неправильным срабатываниям устройств РЗА, -приведшим к авариям и недсотпуску элект- ■ роэнергии потребителям, показал, что отказы, связанные с воздействием внешних дестабилизирующих факторов, находятся примерно на уров-,не 30$ в общем числе отказов и вызываются ускоренным износом, старением, коррозией элементов РЗА под воздействием неблагоприятных климатических условий эксплуатации.

2. Существующие средства регулирования микроклимата в релейных отсеках несовершенны, не обеспечивают требуемых ГОСТом и ТУ заводов-изготовителей параметров микроклимата, вызывают повышенный расход олактроэнергии на обогрев.

3. Отсутствует методика температуряо-влагностных расчетов релейных отсеков, выбора мощности нагревательных элементов, уставок систем регулирования в зависимости от климатического района как на стадии проектирования нсвых, так и в процессе -эксплуатации существующих КРУН.

- 15 -

4. В зимнее время роль внеяних дестабилизирующих факторов, влияющих на надежность РЗЛ, игдает совместное действие отрицательных температур и вцсокой влажности (всего около 3600«часов в год в зависимости от региона). В летнее время дестабилизирующим фактором является высокая влажность в предутренние и утренние часы в сочетании с резкими колебаниями температуры в течение суток (всего около 1000 часов в год). Амплитуда колебаний температуры и влажности в релейных отсеках КРУн а 1,5-2 раза превышает амплитуду колебаний параметров наружного воздуха.

5. Газработгна методика темлературно-влаяностных расчетов релейных' отсеков, по которой можно обосновать параметры системы регулирования микроклимата для перспективных и находящихся в эксплуатации КРУН.

6. Обоснована целесообразность окраски шкафов КРУН светоотражающими красками и введение теплоизоляции, что позволяет снизить перегревы оборудования в л.етнее время в 2-3 раза и экономить до 50% электроэнергии на обогрев зимой.

7. Разработаны алгоритмы управления микроклиматом п релейных отсеках КРУН,■реализованные в технических роаениях и устройствах. Устройство УРМ-1 позволяет обеспечить нормируемые условия эксплуатации в существующих КРУН, в 3-5 раз сокращает расход электроэнергии на обогрев. Оно внедрено в ряде злектрссетевых предприятий Пскокэнерг.о, Молдзнерго, Бурятэнерго, организуется его мелкосерийное производство по заказом предприятий. Расчетный экономический эффект от внедрения - 228,3 рубля в год на устройство. Предложены технические решения базовых узлов, блоков, первичные преобразователи, подпрограммы их обслуживания, а также структурная схека устройства контроля и управления микроклиматом в релейных отсеках перспективных КРУН с микропроцессорной РЗЛ.» Технические решения защищены положительными, решениями ВНИИГПЭ и авторским свидетельством.

8. Внедрение устройств регулирования микроклимата, методики температурно-влажыостных расчетов в практику проектирования к эксплуатации позволит обеспечить нормируемые условия эксплуатации РЗА, повысить -ее надежность, даст значительный эффект за счет снижения расходов электроэнергии и потребности в ремонтно-профилвкти-ческих работах.

Основные положения диссертации отражены в работах: I. Коробов В.М. Устройство-регулирования микроклимата в релейных отсеках шкафов КРУН//Теэ.докл. на н.-т.конференция "Вклад вуоовоккя

ученых в создание наукоемкой продукции высокого уровня". - Псков, 1939.- С.104-106.

2. Козырев И.Н..Коробов В.М..Михайлов В.А,Измерение температуры и влажности в микропроцессорных системах прогнозирования опасных метеоявлений/Дез.докл. на н.-т.конференции "Вклад вузовских ученых в создание наукоемкой продукции высокого уровня".-Псков,1989.-0.33-35

3. Селиьахин А.И.Коробов В.Ы. Анализ факторов снижения срока службы основного оборудования КРУН//Рациональное проектирование и эксплуатация устройств сельского электроснабжения: Сб.науч.тр./Моск. ин-т инж. с.-х. пр-ва.- 1989,- С.42-45.

4. Гловацкий В.Г..Коробов В. М.Расчет мощности нагревательных элементов в комплектных распределительных устройствах наружной уста-новки//Электрификация технологических процессов сельскохозяйственного производства:Сб.науч. тр. Д1о ск.ин-т июй.с.-х. пр-ва. -1989.-С.23-Й6.

5. Коробов В.Ы. Измерение влажности воздуха в микропроцессорных системах регулирования микроклимата//Автоматика и вычислительная техника в сельскохозяйственной.! производстве: Сб.науч.тр./Коек, ин-т нкж. с.-х. пр-ва.- 1990,- С.68-71,

6. Коробов В.М.Регулирование микроклимата в релейных отсеках КРУН 6-10 кВ//Проектирование сельского электроснабжения и обнаружения аварийных режимов: Сб.науч.тр./Моск.ин-т ига;, с.-х. пр-ва.- 1990.

7. Коробов В.М.Повышение надежности релейной защиты и автоматики в КРУН 6-10 кВ/Дез.докл. на III Всесоюзной н.-т.конференции "Диагностика - 90",- Ь!ариуполь,1990.- С. 101.

8. Коробов В.М. Ус тройство регулирования микроклимата в релейных отсеках КРУН 6-10 кВ//Энергетика VI электрификация: Электрооборудование электрических станций и подстанций.-1990.-Вып.4.-С.7-9.

9. А.с.1589ГГ/ССССР) Цифровой гигрометр/Коробов В.Ы.,Селивахин А.И. - Опубл. в Б.И., 1990, №32.

10. Решение ЕНИИГПЭ ф.1/9 от 5.04,89 по з.4415809/31, Устройство измерения влажности/Коробов В.Ы..Селивахин А.И.,Винаров А.З.

11. Решение ВНИИГПЭ ф.1/9 от 29.11.89 по з.4427070/24, Цифровой гигромегр/Коробг з В.Ы. .Селивахин А.И. ,1!ихайлов В.А, .Козырев И.Н.

12. Решение ВШИГПЭ ф.1/9 от I8.I2.a9 по з.4624948/31, Цифровой преобразователь влажности/Коробов В. 15. .Селивахин А.И. .Козырев И. Н., Инхайлоз В.А.