автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Применение дифференцирующих индукционных преобразователей тока в защите горного электрооборудования от токов обратной последовательности

4839853

СОЛОВЬЕВ ДЕНИС БОРИСОВИЧ

ПРИМЕНЕНИЕ ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩИХ ИНДУКЦИОННЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ТОКА В ЗАЩИТЕ ГОРНОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ОТ ТОКОВ ОБРАТНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

Специальность: 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владивосток 2011

О 3 2дП

4839853

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный технический университет (ДВПИ им. В. В. Куйбышева)»

Научный руководитель -

заслуженный энергетик РФ, доктор технических наук, профессор Г. Е. Кувшинов

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Н.В. Киншт

кандидат технических наук, доцент Н.Н. Мазалёва

Ведущая организация: ГОУ ВПО Амурский государственный университет, г. Благовещенск

Защита состоится «16» марта 2011 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета К 212.055.03 при Дальневосточном государственном техническом университете по адресу: 690600, Владивосток, Аксаковский переулок, 3, ауд. Б-107.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Дальневосточного государственного технического университета.

Автореферат разослан « » февраля 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного со£ кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Многие отрасли промышленности, такие как чёрная и цветная металлургия, энергетика, перерабатывающий и строительный сектор, в той или иной мере, зависят от положения дел в сфере добычи полезных ископаемых. За последнее десятилетие горнодобывающая промышленность России стала одним из наиболее динамично развивающихся секторов экономики. Сохранение, а тем более увеличение инвестиционной привлекательности добывающей отрасли, невозможно без развития её материально-технической базы, снижения производственных издержек и применения современных решений в области автоматизации и контроля систем управления электротехническими комплексами.

На сегодняшний день на большинстве предприятий добывающего сектора наблюдается значительный рост отказов оборудования и механизмов, задействованных на добыче и транспортировании полезных ископаемых. Более половины из общего числа отказов связаны с повреждением электрооборудования горных машин, выходом из строя электродвигателей, систем управления главными приводами и т.д. Выход из строя любого из электродвигателей вспомогательных приводов приводит к остановке всего комплекса. Такое резкое увеличение потока отказов обуславливается значительным износом всех типов карьерных, шагающих и роторных экскаваторов, средний срок службы которых превышает в 1,5-2 раза нормативные сроки эксплуатации. Отличительной чертой отрасли является большая капиталоёмкость проводимых модернизаций, что значительно увеличивает время замены выработавшего свой ресурс оборудования на новое, которое в кризисном состоянии экономики рассчитано на 10—15 лет. А это означает, что и в ближайшие десятилетия горнодобывающим предприятиям придётся поддерживать в работоспособном состоянии изношенный парк добычных машин, что делает актуальной проблему повышения эффективности использования электрооборудования технологических комплексов, применяемых на открытых горных работах.

На сегодняшний день электродвигатели снабжены общепромышленными видами защит от перегрузки, коротких замыканий, однофазных замыканий, которые не способны реагировать в ряде случаев на несимметричные (в частности, на неполнофазные) режимы работы.

Промышленностью выпускаются защитные устройства от несимметричных режимов работы, выполненные на базе пассивных и активных элементов. Однако их установка регламентирована лишь в порядке исключении: для асинхронных двигателей (АД), защищенных предохранителями и не имеющих защиты от перегрузки, если двухфазный режим ведёт к выходу АД из строя с особо тяжёлыми последствиями. Одним из основных элементов защитного устройства от неполнофазных режимов работы является чувствительный элемент -фильтр напряжения или тока обратной последовательности. Схемы защиты с применением этих фильтров, по сравнению с простыми токовыми защитами,

имеют то преимущество, что они реагируют не только на количественные, но и на качественные изменения электрических параметров защищаемой установки. Однако необходимость измерения токов у каждого АД технологического комплекса сводит на нет использование таких защит. Препятствием расширенного применения защиты с использованием фильтров тока являются существенные недостатки трансформаторов тока (ТТ) - высокие значения массы, размеров и стоимости этих измерительных преобразователей тока (ИПТ).

Таким образом, имеется необходимость в создании комплексных, многофункциональных защит и диагностических систем, одним из основных элементов которых являются ИПТ, свободные от указанных недостатков ТТ.

Целью диссертационной работы является разработка и исследование таких ИПТ, входящих в устройства релейной защиты электроустановок горных предприятий, в частности защиты от неполнофазных режимов работы, которые путём замены ТТ на дифференцирующие индукционные преобразователи тока (ДИГГГ) обеспечивают повышение точности и снижение массогабаритных показателей этих устройств.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Исследование характерных режимов работы основных электроприёмников, используемых при добыче полезных ископаемых открытым способом.

2. Сравнительный анализ ИПТ трансформаторного типа с целью выявления возможности и целесообразности замены ТТ на ДИПТ в электрических сетях горнодобывающих предприятий.

3. Синтез пяти- и двухэлементных фильтров напряжения обратной последовательности (ФНОП), входящих наряду с ДИПТ в состав измерительных преобразователей тока обратной последовательности (ИПТОП).

4. Обоснование выбора таких параметров элементов, входящих в состав ИПТОП, при которых обеспечивается минимум суммы их расчётных мощностей. Создание методики расчёта ИПТОП, выполненных на основе ДИПТ.

5. Исследование тех переходных процессов в ФНОП, входящих в состав ИПТОП и подключённых как к ТТ, так и к ДИПТ, которые происходят при включении нагрузки на источник напряжения и при обрыве одной фазы питающей линии.

Анализ результатов компьютерного моделирования переходных процессов, возникающих в асинхронном электроприводе насоса при подключении асинхронного двигателя (АД) к сети и при переходе его к неполнофазному режиму питания.

6. Разработка методики расчёта параметров катушек ДИПТ, которые предназначены для подключения к защите электрических комплексов, работающих при напряжении 6-35 кВ.

Объектом исследований является система защиты электротехнических комплексов на открытых горных работах. Предметом исследований - эффективность новых разновидностей этой системы при широком использовании в ней дифференцирующих индукционных преобразователей тока.

Методы исследований. При решении поставленных задач использованы положения теоретической электротехники, в частности топологических методов анализа электрических цепей, электрических машин, автоматики электроэнергетических систем, методы численного анализа и математической обработки результатов, а также математического моделирования с применением программ Марк 12 и БипиНпк пакета МАТЬАВ.

Достоверность полученных научных результатов подтверждается строгим обоснованием расчетных методик и принимаемых допущений, корректным применением современных методов научных исследований, а также подтверждается близостью теоретических результатов с данными, полученными при использовании средств для моделирования и анализа динамических систем.

Научная новизна полученных в диссертации результатов заключается в следующем:

1. Выполнен синтез и анализ нескольких вариантов ИПТОП (для трёх- и четырёхпроводных линий передачи, с одинаковыми и различными ДИПТ). При этом новая структура ФНОП и новые соотношения между параметрами элементов, входящих в состав ИПТОП, найдены с учётом внутренних сопротивлений ДИПТ как источников, ЭДС которых пропорциональны не измеряемым токам, а их производным. В частности, для ИПТОП с одинаковыми ДИПТ в состав ФНОП вошли не четыре, как у ранее известных ФНОП, а пять элементов.

2. Для каждого элемента ИПТОП найдены значения тока, напряжения и расчётной мощности, в каждом из различных установившихся режимов защищаемого устройства: токи нагрузки образуют только прямую последовательность или один, любой, провод питающей линии оборван. И для каждого элемента определён режим, в котором его расчётная мощность максимальна.

3. Разработана методика выбора параметров ИПТОП, согласно которой выбираются такие параметры ИПТОП, при которых достигается минимум суммы указанных в предыдущем пункте максимальных мощностей элементов ИПТОП.

4. Исследованы переходные процессы, возникающие в ИПТОП при подключении связанной с ним активно-индуктивной нагрузки к сети с напряжениями, образующими только прямую последовательность, и в случаях, когда один, любой, провод питающей линии оборван. Для каждого такого режима выполнена оценка максимума и продолжительности отклонения выходного напряжения ИПТОП от его напряжения, которое имеет место после окончания переходных процессов в нагрузке и в ФНОП. Установлено, что полученные оценки близки к тем, что найдены при компьютерном моделировании переходных процессов, возникающих в асинхронном электроприводе при подключении АД к сети и при переходе его к неполнофазному режиму питания.

5. Разработана методика выбора параметров катушки ДИПТ, которая охватывает проходной изолятор и предназначена для сетей с напряжением 6-35 кВ. Эта методика обеспечивает минимизацию массы, индуктивности и активного сопротивления проектируемой катушки.

Практическая ценность работы состоит в решении важной прикладной задачи, связанной с увеличением надёжности и эффективности работы асинхронных электроприводов технологических комплексов, используемых для добычи полезных ископаемых открытым способом, с исключением повреждений АД этих комплексов от работы в неполнофазных режимах питания.

Предлагаемые миниатюрные ДИПТ, в отличие от громоздких ТТ, можно устанавливать в сочетании с разработанными малогабаритными ФНОП, как в новых, так и в давно находящихся в эксплуатации технологических комплексах. Релейная защита, основанная на применении образуемых указанньм сочетанием новых ИПТОП, превосходит аналогичную защиту, выполненную на базе ТТ, не только по массогабаритным показателям, но также по чувствительности и быстродействию.

Положения, выносимые на защиту:

1. Принципиальные схемы и принцип действия ИПТОП для трёх- и четы-рёхпроводных линий передачи, с одинаковыми и различными ДИПТ.

2. Методика расчёта параметров ИПТОП, выполненных на базе ДИПТ и предназначенных для подключения к входам электромеханических или/и микропроцессорных реле.

3. Результаты исследования переходных процессов, возникающих в ИПТОП при подключении связанной с ним активно-индуктивной нагрузки или АД к сети с напряжениями, образующими только прямую последовательность, и в случаях, когда один провод питающей линии оборван или обрывается во время работы АД.

4. Методика расчёта параметров катушек ДИПТ для использования в электрических сетях с напряжением от 6 до 35 кВ.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на восьмой международной ежегодной конференции и выставке «Russia Power 2010», Москва;

международном научном симпозиуме «Неделя горняка-2007», Москва;

Всероссийском конкурсе научно-исследовательских работ аспирантов и молодых учёных в области энергосбережения в промышленности «Эврика-2010», Новочеркасск;

Всероссийском смотре-конкурсе инновационных идей в области энергосбережения и энергоэффективности «Flylab», Санкт-Петербург, 2009;

пятой Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов», г. Благовещенск, 2008;

на полуфинале конкурса инновационных проектов «Зворыкинская премия», Москва, 2010;

на региональных научных конференциях «Молодежь и научно-технический прогресс», 2006-2008 гг., а также на научно-технических конференциях ДВГТУ «Вологдинские чтения», 2004—2010 гг., г. Владивосток.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 38 печатных работах (основные из них приведены в списке публикаций), в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК, - 14 и одном патенте.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка, включающего 149 наименований, и четырёх приложений. Работа изложена на 212 страницах, содержит 51 рисунок и 10 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрыта актуальность темы, сформулированы цели исследования, представлены основные положения, выносимые на защиту диссертации, а также данные о практической ценности и научной новизне работы.

В первой главе рассматриваются особенности эксплуатации электрифицированных технологических комплексов на горнодобывающих предприятиях, ведущих добычу полезного ископаемого открытым способом в условиях Приморского края.

Анализируются данные, полученные в результате внедрения автоматизированной системы учёта электрической энергии на угольном разрезе. Приводятся графики потребления активной и потребления/генерации реактивной энергии основных крупнейших энергоприёмников разреза. На основании полученных экспериментальных данных делаются выводы о современном состоянии потребления энергии на угольном карьере. Отмечается, что основной особенностью распределительных сетей на открытых горных работах является то, что от одной, идущей от стационарной бортовой подстанции, магистральной линии наиболее часто получают питание один-три экскаватора и один-четыре буровых станка. Буровые станки представляют собой активно-индуктивную нагрузку (являются потребителями реактивной мощности). При этом потребляемая станком реактивная мощность может изменяться в широких пределах. А генерируемая синхронным двигателем экскаватора реактивная мощность, обусловленная номинальным током возбуждения, практически всегда превышает потребное количество, что приводит к её перетокам в энергосистеме с соответствующей платой за выдаваемую мощность и энергию.

Проведенный анализ причин выхода из строя АД, используемых в условиях предприятий, производящих добычу и переработку полезных ископаемых, и собранные, на основе литературных источников и сведений автора, статистические данные о количественных соотношениях между причинами выхода из строя электродвигателей в условиях горнодобывающих предприятий Дальнего Востока РФ показали следующее. Основными причинами выхода из строя электрооборудования являются неполнофазные режимы работы электроприводов на горнодобывающих предприятиях. Эти режимы при прочих равных условиях, по ряду причин, протекают значительно тяжелее, чем у двигателей общего назначения.

Показано, что в измерительных частях релейных защитных устройств от ненормальных режимов работы целесообразно использовать фильтры симметричных составляющих. Отмечено, что для релейных защитных устройств, используемых в горнодобывающей промышленности, наибольшие распространение получили фильтры напряжения обратной последовательности и фильтры тока нулевой последовательности.

Делается основной вывод, что кардинальному решению задач, направленных на повышение эффективности использования электроэнергии на открытых горных работах, препятствуют недостатки известных, выполненных на основе ТТ, измерительных преобразователей. ТТ обладают рядом недостатков: увеличенная масса; недостаточная точность, особенно в переходных режимах; использование в качестве нагрузки резисторов, что способствует значительным выделениям тепла. Поэтому целесообразно изучить возможность применения в составе автоматизированных систем управления и релейных защитных устройств вместо ТТ других измерительных преобразователей переменного тока.

Во второй главе производится обзор существующих средств измерения, использующихся в устройствах релейной защиты от ненормальных режимов работы трёхфазных электроустановок. Показано, что характеристики токовой защиты можно значительно улучшить путём улучшения показателей работы первичных ИПТ. В качестве альтернативы ТТ, в первую очередь для тяжёлых условий эксплуатации горнодобывающих предприятий, необходимо рассматривать трансреакторы или, как их называют ещё, ДИПТ. В ДИПТ так же, как и в ТТ, используется трансформаторный эффект. Только ДИПТ измеряют не сами токи, а их производные. Так как ДИПТ работают в режиме, близком к холостому ходу, то они имеют огромное преимущество по сравнению с ТТ - значительно меньшую массу. Наилучшие метрологические свойства присущи ДИПТ, у которых магнитный сердечник отсутствует. Они известны также под названием «катушки Роговского». Такие ДИПТ обладают следующими положительными свойствами: не подвержены магнитному насыщению; пропускают большие токи перегрузки без повреждения; могут измерять очень большие токи без увеличения размеров; диапазон частот значительно шире, чем даже у специализированных высокочастотных ТТ; могут измерять производную тока до 40 кА/мкс; их обмотка не соединена с электрической цепью, в которой производится измерение тока, и поэтому имеет потенциал земли, как у ТТ; они имеют низкое потребление мощности, небольшую массу и стоимость. В то же время всестороннее внедрение ДИПТ, вместо используемых ТТ, сдерживается трудностями, связанными с построением и согласованием параметров элементов фильтров симметричных составляющих при использовании их совместно с ДИПТ. По результатам проведённых исследований делается вывод о необходимости разработки научно обоснованных методов построения ИПТОП, получающих первичную информацию от ДИПТ.

Третья глава посвящена разработке ИПТОП, выполненных на основе ДИПТ и пригодных для использования в качестве измерительного органа ре-

лейных защитных устройств электрооборудования, которые обеспечивают защиту от несимметричных режимов работы. В ИПТОП входит фильтр напряжения (а не тока, как в известных ИПТОП) обратной последовательности (ФНОП). Предлагаются две конструкции ИПТОП: с лятиэлементным ФНОП (рисунок 1, а) и с двухэлементным ФНОП (рисунок 1,6).

а) б)

Рисунок 1. Схемы ИПТОП с ФНОП: а - пятиэлементным, б - двухэлементным

Источниками напряжения для обоих ИПТОП служат ЭДС Е„ и Еь дифференцирующих индукционных преобразователей тока ДИПТ1 и ДИПТ2, катушки которых индуктивно связаны соответственно с токопроводами фазы А и В. (Сочетание выбранных фаз может быть любым, важно лишь соблюсти следующее условие: составляющая прямой последовательности фазного тока, индуктивно связанного с катушкой ДИПТ1, должна на 120° опережать аналогичную составляющую фазного тока, индуктивно связанного с катушкой ДИПТ2.)

Катушки ДИПТ в ИПТОП с пятиэлементным ФНОП (рисунок 1, а) имеют равные сопротивления и взаимные индуктивности М с соответствующими токопроводами. В установившихся режимах, при синусоидальной форме токов системы, векторы токов и 1Ь связаны с векторами соответствующих ЭДС соотношениями:^ = ]соМ Еь= у (У М ■ 1Ь, где _/ - мнимая единица, а со - угловая частота измеряемых токов.

Резисторно-конденсаторная цепь ФНОП состоит из двух конденсаторов: первого С\ и второго С2, которые имеют сопротивления (-]Хх) и (-/АУ, и трёх резисторов с сопротивлениями Л;, /?2 и Л3. Рассматриваемый ФНОП отличается от известных четырёхэлементных ФНОП наличием пятого элемента - третьего резистора. С помощью этого элемента компенсируется влияние индуктивного сопротивления )Хк катушки ДИПТ2. Соблюдением известных соотношений: К, == Хг =%/зй2, а также предложенных условий: X, =Я2 + Хк и Щ =у!ъ Хк - обес-

печивается равенство нулю выходного напряжения ФНОП (УоМ в установившемся режиме, когда токи , и образуют прямую последовательность.

Для получения оценки влияния сопротивлений катушки ДИГТГ и нагрузки в общем виде вводятся три параметра: т = Хк/Я2, тг=Як/Хк и тщ = К2/К„,, > где Ящ - сопротивление нагрузки ФНОП (сопротивление защитного реле). При использовании этих параметров и приведённых выше соотношений и условий все сопротивления элементов ИПТОП могут быть выражены в относительных единицах. В качестве базисного сопротивления принято сопротивление

Для ИПТОП с двухэлементным ФНОП (рисунок 1, б) взаимная индуктивность катушки ДИПТ фазы А с токопроводом этой фазы в два раза больше, чем аналогичная взаимная индуктивность ДИПТ фазы В с токопроводом фазы В. Для упрощения технологии изготовления катушек ДИПТ параметры их желательно унифицировать в максимальной степени. Поэтому для ДИПТ, не имеющих магнитного сердечника, рекомендуется использовать катушки с одинаковыми размерами, в каждой фазе по одной, но у катушки фазы А число витков в два раза больше. Так как индуктивность торообразной катушки пропорциональна квадрату числа её витков, а активное сопротивление её пропорционально первой степени числа витков, то индуктивное X^ и активное Яш сопротивления у катушки ДИПТ2 меньше, чем у катушки ДИПТ1 (Хи и Яы), соответственно в четыре и два раза: Хы = • т■ Я, Хш = -т -

Яы=^-т-тг-Я, Ди=(^-/«-тг-Д)/2,где т = Хи/(£я), тг=Яи/Хи.

Влияние Хи компенсируется выбором конденсатора с сопротивлением: Х = (1 + т) Х0, где Хь=\!ъ- к - сопротивление конденсатора при пренебрежимо малом сопротивлении катушки. Следовательно, влияние индуктивного сопротивления катушки ДИПТ проявляется в необходимости уменьшения ёмкости конденсатора ФНОП в (1 + т) раз. Сопротивление Я связано с сопротивлением нагрузки соотношением: Я = Яп? ■ тщ.

Анализ работы ИПТОП удобно выполнять с помощью {/-графа, соответствующего методу узловых потенциалов (рисунок 2). Он соответствует принципиальным схемам (рисунок 1) при заземлённом узле с. Напряжения узлов а и Ъ, по отношению к узлу с обозначены как иа и [/4. Числители передач ветвей графа равны проводимостям ветвей электрической цепи, а знаменатели этих передач равны собственным проводимостям короткого замыкания узлов, к которым направлены соответствующие ветви.

Для пятиэлементного ФНОП: Уш = УАа + Уь + Уа,Гш = Ут + Ул + Ук, где -проводимость резистора Яз, а У, - проводимость последовательного соединения второго конденсатора Сг и резистора Яз. Для двухэлементного ФНОП: = Ум + У„ъ + у„, Уьъ = ут + Уаь, где Уа - проводимость резистора Я.

Г»/Г№ Е„

1 \ / -I

и..

Рисунок 2. и-граф электрической цепи ФНОП

Результаты анализа показали, что параметр тг влияет на значения токов, напряжений и полных мощностей элементов ИПТОП незначительно. При пренебрежении активным сопротивлением катушек ДИПТ для пятиэлементного ФНОП при = 0,5 ошибка определения суммы расчётных мощностей элементов ФНОП снижается с уменьшением параметра т и составляет 1,1% при т = 0,5 (реальное значение этого параметра не превосходит 0,5). Для двухэлементного ФНОП аналогичная ошибка при тщ = 1 и т = 0,5 несколько больше (3,1%), но и в этом случае погрешность не выходит за пределы необходимой для инженерных расчётов точности. Поэтому в приведённых ниже выражениях, с целью достижения их большей компактности, параметр тг принимается равным нулю.

Для анализа установившихся режимов используются проводимости, выраженные в комплексной форме. Относительные значения этих проводимостей для ИПТОП с пятиэлементным ФНОП определяются выражениями:

у. ■ С1)

для ИПТОП с двухэлементным ФНОП:

Ум =0'-«-«Ч[-И-</з+т)-'ОГ1. у- = 1> У» (2)

Зависимость напряжения нагрузки от ЭДС катушек ДИПТ находится по правилу Мэзона:

Е>У» Е. ГАа (Уш + Уь)-Еь Гвь (ГА„ + К)

оЬ у 2 у у _у 2 " V /

\ _ аЬ ьь оЬ

У Ль

Путём подстановки выражений (1) в формулу (3) получается комплексная форма зависимости напряжения нагрузки ИПТОП от ЭДС катушек ДИПТ для пятиэлементного ФНОП:

и .3 (4)

2 2■S-2■m„g■{\-2■m)-г■{2+2■m„¡¡+S■m„|¡}j

Аналогичным образом была получена зависимость для двухэлементного ФНОП:

иоЬ = (5)

При обрыве фазы А ЭДС Еа равна нулю, при обрыве фазы В ЭДС Ек равна нулю, а при обрыве фазы С имеет место равенство Еь = Еа. Во всех случаях абсолютное значения сомножителя при ЭДС равно 2. Это означает, что при одинаковых значениях амплитуд ЭДС амплитудное значение напряжения нагрузки ИПТОП во всех этих случаях одинаково. В режиме, когда токи трёхфазной системы симметричны и образуют прямую последовательность, ЭДС Еь опережает ЭДС Еа на угол л-/3, то есть Еь = £„ехр(у'гг/3). При этом числители выражений (4) и (5) тождественно равны нулю. Таким образом, предложенные ИПТОП (с пяти- и двухэлементным ФНОП) нужным образом реагируют на токи прямой последовательности и на отсутствие тока в одной из фаз.

Абсолютное значение ЭДС, выраженное по отношению к напряжению нагрузки ИПТОП, для пятиэлементного ФНОП находится по формуле:

а для двухэлементного - по формуле:

+ . (7)

Анализ выражений (6) и (7) показывает, что е увеличивается с ростом т^ и, в меньшей степени, при росте т.

В результате анализа работы ИПТОП в следующих режимах: оборвана фаза А; оборвана фаза В; оборвана фаза С; токи /„, /4 и /с образуют прямую последовательность - было установлено для каждого элемента ИПТОП, в каком режиме полная мощность элемента максимальна. Это значение принимается в качестве расчётной мощности элемента. Для пятиэлементного ФНОП: расчётной мощности катушки ДИПТ1 соответствует режим обрыва фазы б; катушки ДИПТ2 — обрыва фазы А; резистора - прямой последовательности; резистора Лг — обрыва фазы А; резистора Я3 — прямой последовательности; конденсатора С] - обрыва фазы В\ конденсатора Сг - прямой последовательности. Для двухэлементного ФНОП: расчётной мощности катушки ДИПТ1 - обрыва фаз В или С или прямой последовательности (определяется одним и тем же выражением), катушки ДИПТ2 - обрыва фазы С или прямой последовательности, резистора Я - прямой последовательности, конденсатора С - обрыва фазы В.

Установлено, что минимум суммы расчётных мощностей всех элементов достигается для ИПТОП с пятиэлементным ФНОП при т„я = 0,5, для ИПТОП с двухэлементным ФНОП т„,% = 1.

На рисунке 3 построены графики зависимостей расчётных мощностей двух катушек ДИПТ для ИПТОП с двух- и пятиэлементным ФНОП для тех значений параметра тщ, которым соответствует минимум суммарной мощно-

сти элементов ИПТОП. На рисунке 4 показаны зависимости от параметра т суммарных расчётных мощностей элементов двух разработанных вариантов ИПТОП.

Рисунок 3. Расчётная мощность двух катушек ДИГТТ: 1) пятиэлементный ФНОП; 2) двухэлементный ФНОП, катушки из одинакового провода; 3) двухэлементный ФНОП, катушка фазы В из более тонкого провода

о 0,2 0,4 т 0,6 0,8 1

Рисунок 4. Суммарная расчётная мощность элементов ИПТОП с ФНОП: 1) пя-тиэлементным; 2) двухэлементным, катушки из одинакового провода, 3) двухэлементным, катушка фазы В из более тонкого провода

Анализ графиков, приведённых на рисунке 3, показывает, что при любом значении параметра т суммарная расчётная мощность катушек для ИПТОП с двухэлементным фильтром меньше, чем у варианта с пятиэлемент-ным фильтром, если катушки выполнены из разного провода (при т = 0 на 13%, а при т = 1 - на 34%). Суммарная расчётная мощность катушек варианта с двухэлементным фильтром при катушках из одинакового провода меньше, чем у варианта с пятиэлементным фильтром, при т > 0,32. При т = 0 она больше на 5,9%, а при т = 1 - меньше на 11,6%. Можно также констатировать, что для двухэлементного ФНОП минимум массы катушек наблюдается при параметре т, равном примерно 0,6. Но от этого параметра суммарная расчётная мощность катушек зависит слабо: при изменении т от 0 до 0,6 она снижается менее чем на 2%.

Преимущество ИПТОП с двухэлементным ФНОП подтверждает рисунок 4. Суммарная расчётная мощность элементов такого ИПТОП при т = 0 меньше, чем у ИПТОП с пятиэлементным ФНОП, на 6% (16%), а при т = 1 меньше на 4,6% (11,7%). В скобках приведены результаты для катушек из разного провода.

В четвертой главе производится анализ динамических режимов ИПТОП с двух- и пятиэлементным ФНОП. Эти режимы сопровождают переходные процессы в системах, которые такие ИПТОП защищают от несимметричных режимов. К числу рассмотренных переходных процессов относятся те, которые происходят при подключении нагрузки к источнику напряжения и при обрыве одной фазы питающей линии.

Анализ указанных динамических режимов и переходных процессов производится с помощью преобразования Лапласа. Обычно такое преобразование выполняется заменой сомножителя ja> на s - аргумент изображения функций времени t. Для этого выражения (1) - (3) переводятся из комплексной формы в операторную. Обычно такое преобразование выполняется заменой сомножителя ja на s. Но в диссертации переменная s рассматривается как нормированная, у которой базисной величиной является угловая частота со. При этом аргументом оригиналов преобразованных по Лапласу величин является не время, а угол 9 = at, символ j заменяется на s, если перед J стоит или предполагается знак плюс. В противном случае j заменяется на 1/i (изображение операции интегрирования), а знак минус перед слагаемым, в которое входил сомножитель j, заменяется плюсом.

В результате указанных действий были найдены изображения напряжения нагрузки ФНОП:

для пятиэлементного фильтра:

"„(«) = з , м„ +Ss, М, = mV +Ss + m+1,

n3s + n2s +n,s + n0

пъ =3-m-m„E(l + m) + \/3m, п2=з(гп-тП!,(} + 2у/з)+1 + т), (8)

=3-mng({l + mf +S)+S(4 + m), n0 =3-(l + m)-(l + mjl + mjl + л/з))); для двухэлементного фильтра:

/ \ , M„e„(i-)+Mkei>(i) w r- ( 2 Л

„ (,) = 4—- "u, M. =-i, M„ =V3- i2-m + m + lj+s,

n3S +n2S +n,i + «0

«3 =3-m2-mng, n2 = V3-m-(4 + 5-m„J, и, =3-m„s-т-{т + \)+Л, (9)

"о =4-S-(m + m„l,+m-m„!:+\).

где ejs) и eh(s) изображения относительных значений ЭДС катушек ДИПТ1 и ДИПТ2.

С помощью формул (8) и (9), с выполнением обратного преобразования Лапласа, можно рассчитать любой переходный процесс для обоих ИПТОП. Для этого достаточно задать изображения ЭДС катушек, оригиналы которых пропорциональны производным заданных фазных токов. Переходные процессы, возникающие в ИПТОП при воздействии на него заданных установившихся и свободных составляющих измеряемых токов, легко рассчитываются с помощью программ компьютерной математики типа Maple. Но формулы выходного напряжения ФНОП для описания различных переходных процессов имеют слишком громоздкий вид, что затрудняет их изображение. Ещё большие трудности возникают при попытке аналитического описания переходных процессов, когда защищаемое оборудование имеет сложное математическое описание. К такому электрооборудованию относится, в частности, асинхронный электропривод, которому соответствует сложная система нелинейных дифференциальных уравнений. Поэтому при помощи программы Maple были рассмотрены только два, но очень важных, переходных процесса: подключение

короткозамкнутого асинхронного двигателя к симметричной трёхфазной системе и к системе с одной оборванной фазой.

Принуждённая составляющая пускового тока превосходит номинальный ток АД в пять и более раз. Поэтому можно пренебрегать относительно небольшим намагничивающим током двигателя и не учитывать наличие намагничивающего контура в схеме замещения АД. На первом этапе пуска, когда скольжение ротора АД близко к единице, а частота токов ротора /2 = /, ■ - к частоте сети/], активное сопротивление г2'/л-ш цепи ротора в схеме его замещения изменяется незначительно. Ведь при запуске АД знаменатель сопротивления г2'Д» снижается, а в результате уменьшения частоты /2, вытеснение тока в стержнях обмотки к наружной поверхности ротора и активное сопротивление обмотки ротора г2 падают, что приводит к уменьшению и числителя сопротивления .

Следовательно, как для неподвижного двигателя, так и для начинающегося разгоняться, справедлива простейшая схема замещения АД, когда его фазе соответствует сопротивление короткого замыкания.

Токи АД рассматривались в относительных единицах, т.е. базисной величиной служила амплитуда переменной составляющей его пускового тока. Тогда при подключении АД к симметричной сети токи, измеряемые катушками ДИПТ, и изображения этих токов определяются выражениями:

/„ =5т(0 + /?)-5т(/?)-е~°, ¡ь = + /? + ■ я-^ - эт^Д + ■ л^ • , (10)

. ( ^ со5Р + Р а%\г\Р . ( \ 1 (1 + У35-)СОБ^ — (Уз^ — аг5ш(/? + я73)

где /? — начальная фаза периодической составляющей тока фазы А, а = а>-т - нормированное значение постоянной времени, соответствующей сопротивлению короткого замыкания АД.

В принятой системе относительных единиц и нормированного времени взаимные индуктивности М катушек ДИПТ заменяются амплитудным значением их ЭДС, которое определяется для пятиэлементного фильтра формулой (6), а для двухэлементного фильтра формулой (7). При этом изображения относительных значений ЭДС катушек для токов АД, образующих прямую последовательность, находятся по формулам:

е„(л) = е-.у-/„(л), = . (12)

На рисунке 5 (а, в) показаны графики переходного процесса выходного напряжения иаЬ(в) ИГГГОП при подключении заторможенного АД к трёхфазному источнику, напряжения которого образуют прямую последовательность. Эти графики представляют собой динамическую ошибку ИГГГОП - переход его выходного напряжения к установившемуся нулевому значению. Графики построены при т„в = 1 и тг! = 0,5 для двух- и пятиэлементного фильтра соответственно, когда суммарная расчётная мощность элементов ИПТОП минимальна.

И

1,0

0,8

0,6 0,4 0,2

в

15

°0 ' 5 ' ~10 б)

15

в

и

и

15

в

О

5 г) ю

15

0

в

Рисунок 5. Динамические ошибки выходного напряжения ИПТОП при подключении заторможенного АД к симметричному трёхфазному источнику для /? = я/6: а и в - при использовании ДИПТ: сплошная линия - т = ОД; пунктирная линия - т = 0,5; штриховая линия - т = 1,0, а - пятиэлементный ФНОП, в - двухэлементный ФНОП; б и г - при использовании ТТ: а - сплошная линия - т„я = 0,1, штриховая линия - т„г = 1,0, б - пятиэлементный ФНОП, г - двухэлементный ФНОП

Анализ этих и других графиков позволяет сделать следующие выводы:

1. Максимум динамической ошибки имеет место при = яг/6.

2. Увеличение параметра тп% и уменьшение относительной постоянной времени а приводят к росту и максимума динамической ошибки, и скорости её затухания.

3.Увеличение параметра т вызывает снижение максимума динамической ошибки, увеличение колебательности переходного процесса и уменьшение скорости его затухания.

Для сравнения, на рисунке 5 (б и г) показаны графики динамической ошибки ИПТОП, выполненного на основе ТТ, при том же самом переходном процессе. В таком ИПТОП ЭДС Еа и Еь образуются с помощью балластных резисторов, подключённых к вторичной обмотке двух ТТ. При расчёте эти трансформаторы рассматривались как идеальные: у них учитывался только один параметр - коэффициент трансформации. Так как в соответствующей схеме замещения ТТ индуктивности отсутствуют, то параметр т принимался равным нулю. Видно, что максимальные значения динамической ошибки на рисунке 5, б и на рисунке 5, а (при т = 0,5) практически одинаковы, но у ИПТОП, выполненного на основе ТТ, затухание этой ошибки происходит гораздо медленнее. Следовательно, замена ТТ на ДИПТ приводит не только к огромному снижению массы первичных измерительных преобразователей тока, но и к заметному улучшению динамических свойств ИПТОП.

Аналогичным образом было проведено исследование выходных напряжений ИПТОП, возникающих при подключении АД к системе с одной оборванной фазой. Для примера, на рисунке 6 показаны графики выходного напряжения ИПТОП (с двух и пятиэлементным фильтром) при подключении АД к системе с обрывом фазы С.

фазы С: а- двухэлементный ФНОП, б - пятиэлементный ФНОП: при использовании ДИПТ: сплошная линия - т = 0,1, р = 0; штриховая линия - т = 0,5, р = - л/2; при использовании ТТ, т - 0, т„& = 0,5, ¡} = -и12- пунктирная линия

Для преодоления указанных выше упрощений: пренебрежимо малый ток намагничивания АД и постоянство его входного сопротивления - было применено моделирование динамических процессов в АД и ИПТОП с помощью программы 8шшПпк пакета МАТЬАВ. При моделировании были использованы параметры АД мощностью от 50 до 160 кВт, которые идентичны АД, применяемым для привода насосных установок в условиях горнодобывающих предприятий Приморского края. Параметры элементов ИПТОП рассчитывались в соответствии с приведёнными в третьей главе зависимостями (сопротивление нагрузки было принято равным 30 кОм).

На рисунке 7 в качестве примеров показаны графики выходного напряжения ИПТОП с двух- и пятиэлементным ФНОП для случаев обрыва одной фазы у АД, находившегося в работе. На каждом из рисунков: а, б - верхние графики относятся к ИПТОП с ДИПТ, а нижние - с ТТ.

-3" .....; ■ :........................- ...........--з..............:...........;................................................!...................

_4 1(.'4 , ь7, , а'к ¡12 1.14 116 ТмГ'1Т"'1.?.24 "¡'"¿Г.....Гоб~ТоГ.......и........П2 ' Гн".....иГм» 13 1.22

Рисунок 7. Выходное напряжение ИПТОП при обрыве фазы А: ' а - для ИПТОП с двухэлементным ФНОП; б - для ИПТОП с пятиэлементным ФНОП

Установлено, что протекание переходных процессов с двухэлементным фильтром в большинстве исследуемых режимов проходит с большими скачками выходного напряжения ФНОП. При использовании ТТ совместно с двухэлементным ФНОП переходные процессы имеют затяжной характер, в среднем время переходных процессов больше на 30-40%. При использовании ДИПТ в обоих вариантах ИПТОП, графики выходного напряжения ФНОП имеют схожий вид и практически не отличаются (для обоих вариантов ИПТОП характерно, что время практического окончания переходных процессов составляет около 0,02 с). При подключении АД к симметричной системе двухэлементный ФНОП выдает скачок выходного напряжения больше, чем пятиэлементный ФНОП, на 30%. В общем, по результатам моделирования переходных процессов можно сделать вывод, что оба варианта ИПТОП являются конкурентоспособными.

На основании результатов исследований, приведённых в четвёртой главе, сделаны рекомендации по выбору таких уставок срабатывания и выдержки времени реле, которые обеспечивают необходимую чувствительность и отсутствие ложных срабатываний защиты от работы АД в неполнофазном режиме.

В пятой главе проводится анализ возможности совместной работы защитных устройств на микропроцессорной основе с вариантами разработанных ИПТОП. Для условий Приморского края наибольшее распространение получили автоматизированные системы учёта электрической энергии, которые одновременно выполняют функции микропроцессорных релейных защит (МРЗ) от всевозможных ненормальных режимов работы электроустановок.

Главное назначение МРЗ в настоящее время - резервная защита для основных защит, снабжённых электромеханическими реле. В таком случае ФНОП должен быть рассчитан на параллельное подключение к его выходу входов сразу двух реле: МРЗ и электромеханического.

Приводится методика расчёта ИПТОП, выполненных на основе ДИПТ, которая обеспечивает минимум суммы максимальных расчётных мощностей элементов ИПТОП с двух- и пятиэлементным ФНОП. Основным вводным параметром для расчёта является выходное сопротивление ФНОП - эквивалентное сопротивление параллельно включённых входов МРЗ и электромеханического реле.

Так как параметры ФНОП зависят от сопротивлений катушек ДИПТ, а взаимная индуктивность этих катушек с токопроводами защищаемой системы определяются параметрами ФНОП, то расчёт ИПТОП производится итеративным способом. На первой стадии расчёта необходимо задаться ориентировочным значением параметра т. При последующих итерациях это значение уточняется. С целью сокращения времени, необходимого для проведения расчётов параметров ИПТОП, был составлен алгоритм и программа на языке Паскаль.

ДИПТ для защиты АД с напряжением 400 В целесообразно выполнять как трансреакторы с магнитным сердечником, имеющим воздушные зазоры. Эти особенности позволяют изготавливать ДИПТ с рекордно малыми габарит-

ными размерами. Расчёт подобных ДИПТ мало отличается от широко известного расчёта обычных реакторов переменного тока. Проложенные в карьерах линии и некоторые, входящие в комплекс добычи полезных ископаемых, потребители электроэнергии имеют напряжение от 6 до 35 кВ. В этом случае ДИПТ должны иметь другую конструкцию: магнитный сердечник отсутствует, катушка ДИПТ охватывает проходной изолятор токопровода с измеряемым током. При одинаковой мощности ток потребителя электроэнергии обратно пропорционален его напряжению. Поэтому при переходе от 400 В, например к 6 кВ, ток потребителя снижается в 15 раз. Во столько же раз должна увеличиться взаимная индуктивность катушки и токопровода ДИПТ.

Некоторые новые разновидности катушек Роговского отвечают требованиям к их размещению. Они имеют печатную обмотку, нанесённую на плоское кольцо, внутренний диаметр которого несколько больше наружного диаметра проходного изолятора. Недостаток такой конструкции - слишком малая площадь обмотки. ЭДС таких катушек (десятки-сотни милливольт) недостаточна для непосредственного, без промежуточных усилителей, подключения ДИПТ к ФНОП, нагруженному на электромеханическое реле. Чтобы обеспечить высокую надёжность работы такой и комбинированной защит, целесообразно отказаться от применения усилителей и разработать ДИПТ, пригодные для непосредственного подключения к входам ФНОП.

Проведённые исследования позволяют сделать следующие рекомендации. Для снижения массы и индуктивности катушки, а также для защиты её от мешающих магнитных полей её следует делать двухслойной, намотанной так, что мешающие ЭДС первого и второго слоя вычитаются, а ЭДС, которые наводятся в этих слоях катушки магнитным полем измеряемого тока, складываются. Токи катушек ДИПТ, предназначенных для МРЗ, очень малы из-за высокого входного сопротивления микропроцессора (100-250 кОм). Поэтому обмоточный провод катушки следует выбирать не по допустимой плотности тока, а по условию достаточной механической прочности провода при его механизированной намотке.

Расчёт параметров катушки целесообразно выполнять с проверки возможности изготовления двухслойной катушки, полностью обмотанной витками при минимальном шаге намотки. Отношение полученных в ходе расчёта диаметров витка & катушки и её осевой линии Ок не должно значительно выходить за пределы 0,15-0,3, в которых находится это отношение у торообразных катушек ДИПТ, изготовленных ведущими электротехническими фирмами. При очень малом отношении к следует увеличить шаг намотки и это приведёт к увеличению ^ик снижению длины провода и индуктивности катушки. Если же это отношение слишком велико, то следует увеличить число пар слоёв катушки. Тогда диаметр ¿4 уменьшится, что облегчит процесс намотки катушки. Пример расчёта параметров ДИПТ для двух- и пятиэлементного ФНОП приведен в приложении 2 диссертационной работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации изложены научно обоснованные технические разработки, имеющие существенное значение для совершенствования защиты асинхронных электроприводов от неполнофазных режимов работы. Основные выводы работы заключаются в следующем.

1. Из всех причин внеплановых простоев оборудования и механизмов, задействованных на добыче и переработке полезных ископаемых, наиболее значимыми являются отказы по электрической части, связанные с выходом из строя электропривода горных машин из-за неполнофазных режимов работы.

2. На основании анализа существующих измерительных преобразователей тока для релейных защитных устройств от неполнофазных режимов работы, было установлено, что, для использования в качестве первичных измерительных преобразователей тока, ДИ111 имеют явное преимущество перед ТТ. Последние громоздки, имеют большую массу и худшие эксплуатационные характеристики по сравнению с ДИПТ. Использование ДИПТ позволяет создать устройства для измерения токов обратной последовательности, способные выполнять свои функции при любых особенностях эксплуатации и места установки защищаемого электродвигателя.

3. Предложены и разработаны несколько вариантов ИПТОП, содержащих ДИПТ, подключённые к входам пяти- или двухэлементные ФНОП, которые обеспечивают высокую избирательность защиты от работы в несимметричных режимах. Такие ИП'ГОП имеют значительно меньшую суммарную массу, по сравнению с аналогами. Кроме того, эти ИПТОП пригодны для непосредственного сопряжения с аналого-цифровыми преобразователями.

4. Разработана методика расчёта, позволяющая производить выбор таких параметров элементов ФНОП и ДИПТ, входящих в ИПТОП, при которых обеспечивается минимальное значение суммы расчётных мощностей этих элементов.

5. Проведены исследования переходных процессов, возникающих в ИПТОП при подключении связанной с ним симметричной активно-индуктивной нагрузки или АД в следующих случаях: подключение к источнику с трёхфазным напряжением прямой последовательности, один провод питающей линии оборван до подключения АД или обрывается во время его работы.

6. Создана методика, позволяющая рассчитать ДИПТ, предназначенные для установки в сетях с напряжением 6-35 кВ. Двухслойная тороидальная катушка таких ДИПТ обеспечивает заданное значение взаимной индуктивности с токопроводом, который она охватывает, защиту от мешающих магнитных полей и минимальную массу обмоточного провода.

7. Полученные результаты и рекомендации пригодны не только для защиты электрооборудования открытых горных работ, но и для электротехнических комплексов и систем другого, самого широкого, назначения.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 .Соловьёв Д. Б., Кувшинов Г. Е. Применение дифференцирующих индукционных преобразователей тока в защите электроустановок обогатительных фабрик // Энергобсзопасность и энергосбережение,-№4. 2010. - С. 31-34.

2. Соловьёв Д. Б., Кувшинов Г. Е. Моделирование режимов работы измерительного преобразователя тока обратной последовательности, выполненного на основе дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей // Электротехнические комплексы и системы управления. - № 3. 2010. - С. 2-7.

3. Соловьёв Д. Б. Обеспечение безопасной эксплуатации технологического комплекса на основании защитного устройства от неполнофазных режимов работы//Промышленная энергетика. - №6. 2010.-С. 15-20.

4. Соловьёв Д. Б., Кувшинов Г. Е. Замена трансформаторов тока на дифференцирующие измерительные преобразователи тока в релейной защите и автоматике электротехнических комплексов и систем // Электротехнические комплексы и системы управления. - № 4. 2010. - С. 51-56.

5. Соловьёв Д. Б. Особенности эксплуатации экскаваторного парка в условиях юга Дальнего востока России //Горное оборудование и электромеханика. — №1.

2010.-С. 29-31.

6. Соловьёв Д. Б. Оценка энергозатрат выемочно-погрузочных машин на перемещение горной массы в зависимости от геомеханического состояния массива для условий Приморского края // Горное оборудование и электромеханика. -№5.2010.-С. 22-26.

7. Соловьёв Д. Б. Анализ электропотребления угольного разреза при внедрении автоматизированной системы учёта электрической энергии // Горное оборудование и электромеханика. - № 10. 2010. - С.17-20.

8. Соловьёв Д. Б. Потребление активной и реактивной энергии при работе одноковшовых экскаваторов. [Текст] / Дорошев Ю. С., Соловьёв Д. Б. // Горное оборудование и электромеханика. - № 11. 2010. - С. 34-39.

9. Соловьёв Д. Б. Микропроцессорная система управления электроприводом карьерных экскаваторов // Горное оборудование и электромеханика. - № 1. 2006.-С. 17-18.

10. Соловьёв Д. Б., Дорошев 10. С. Оптимизация режимов возбуждения сетевых синхронных двигателей одноковшовых экскаваторов на угольных разрезах на основе и-образных характеристик // Горное оборудование и электромеханика. — №8. 2006.-С. 21-24.

11. Соловьёв Д. Б., Кувшинов Г. Е. Повышение точности измерения токов в электроэнергетических системах // Энергобезопасность и энергосбережение. — №1.2011.-С. 32-36.

12. Соловьёв Д. Б. Переходные процессы в измерительном преобразователе тока обратной последовательности, основанном на использовании катушек Ро-говского // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. — № 2.

2011.-С. 23-28.

13. Соловьёв Д. Б., Кувшинов Г. Е. Защита электротехнических комплексов горнодобывающих предприятий от токов обратной последовательности // Промышленная энергетика. - №3. 2011. Принята к опубликованию.

14. Дорошев Ю.С., Соловьев Д.Б., Карпушенко В.Б. Патент РФ № 2258291 на изобретение «Многоканальное защитное устройство от анормальных режимов работы трехфазных электроустановок». Н02Н7/08. 2005.

15. Соловьев Д.Б. Исследование синхронного двигателя в среде Simulink // Труды ДВГТУ. Вып.141.-Владивосток: ДВГТУ, 2005.-С. 120-122.

16. Соловьев Д.Б. Математическое моделирование синхронного двигателя карьерного экскаватора // Материалы НТК «Вологдинские чтения», №52, «Раздел общие вопросы». - Владивосток: ДВГТУ, 2005. - С. 3-5.

17. Соловьев Д.Б. Экономические аспекты применения энергосберегающих технологий. [Текст] / Дорошев Ю. С., Кувшинов Г. Е., Соловьев Д.Б. // Материалы конференции «Инновация в электропромышленности». - Благовещенск: изд-во Амур, 2008. С.145-150.

18. Соловьёв Д. Б. Измерительный преобразователь переменного тока для устройств защиты от ненормальных режимов работы. [Текст] / Козлов А.Н., Кувшинов Г. Е., Соловьёв Д. Б. // Материалы НТК «Вологдинские чтения». - Владивосток: ДВГТУ, 2010. С. 46-47.

19. Соловьёв Д. Б. Применение дифференцирующих индукционных преобразователей тока в системах защиты и управления электроустановок // Сборник научно-исследовательских работ финалистов конкурса аспирантов и молодых учёных в области энергосбережения в промышленности, г. Новочеркасск, октябрь 2010. - Новочеркасск: Юж. Рос. гос. техн. ун-т. (НПИ), 2010. - С. 65-69.

Соловьёв Денис Борисович

ПРИМЕНЕНИЕ ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩИХ ИНДУКЦИОННЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ТОКА В ЗАЩИТЕ ОТ ТОКОВ ОБРАТНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 10.02.2011. Формат 60x84/16 Усл. печ. л. 1,39 Уч.-изд. л. 1,2 Тираж 100 Заказ 368 Редакционно-издательское отделение Владивостокского филиала Российской таможенной академии 690034, Владивосток, ул. Стрелковая, 16в

Содержание.

Введение.

Глава 1.Электротехнические комплексы горных предприятий, ведущих добычу полезных ископаемых открытым способом.

1.1. Особенности распределительных линий горнодобывающих предприятий, ведущих добычу открытым способом.

1.2. Анализ электропотребления угольного разреза при внедрении системы автоматизации контроля электроэнергетического хозяйства.

1.3. Потребление активной и реактивной энергии при работе одноковшовых экскаваторов.

1.4. Анормальные режимы асинхронных электродвигателей.

1.5. Защитные устройства электрических установок технологических комплексов, использующихся на горнодобывающих предприятиях.

1.6. Принцип построения релейной защиты, использующей систему симметричных составляющих.

1.7. Выводы по главе 1 и задачи исследования.

Глава 2.Повышение надёжности электроустановок горных предприятий применением релейной защиты от ненормальных режимов работы.

2.1. Обзор существующих средств измерения, использующихся в устройствах релейной защиты от ненормальных режимов работы трёхфазных электроустановок.

2.2. Разработка защитного устройства от неполнофазных режимов работы

2.3. Принцип работы фильтра напряжения обратной последовательности.

2.4. Измерительные преобразователи переменного тока для релейных защитных устройств.

2.5. Трансреакторы и особенности их использования в измерительной части релейной защиты.

2.6. Выводы по главе 2.

Глава 3. Анализ работы ИПТОП, выполненных на основе ДИПТ

3.1. Разновидности ИПТОП, выполненных на основе ДИПТ, для трёхфазных трёхпроводных сетей.

3.2. Анализ ФНОП при действии токов прямой, обратной и нулевой последовательностей.

3.3. Передачи ÍZ-графа электрической цепи ФНОП.

3.4. Расчётные мощности элементов ИПТОП.

3.5. Сравнение суммарных расчётных мощностей элементов ИПТОП с двух- и пятиэлементными ФНОП.

3.6. ИПТОП для трёхфазных четырёхпроводных сетей обогатительных фабрик.

3.7. Выводы по главе

Глава 4. Работа ИПТОП в переходных режимах.

4.1. Переходные процессы в электротехнических комплексах.

4.2. Переходные процессы в электрических цепях с ИПТОП, получающих первичную информацию от двух ДИПТ.

4.3. Исследование переходных процессов ИПТОП с ДИПТ с помощью пакета Simulink системы MATLAB.

4.4. Выводы по главе 4.

Глава 5. Использование ИПТОП в системах микропроцессорной автоматики и релейной защиты электрических систем.

5.1. Применение микропроцессорных защитных терминалов в условиях горнодобывающих предприятий, ведущих добычу открытым спосо

5.2. Принципы работы микропроцессорных защитных систем для тяжелых условий эксплуатации.

5.3. Методика выбора параметров элементов ИПТОП при использовании микропроцессорных реле.

5.4. Выводы по главе 5.

Многие отрасли промышленности, такие как чёрная и цветная металлургия, энергетика, перерабатывающий и строительный сектор, в той или иной мере, зависят от положения дел в сфере добычи полезных ископаемых. За последнее десятилетие горнодобывающая промышленность России стала одним из наиболее динамично развивающихся секторов экономики. Сохранение, а тем более увеличение инвестиционной привлекательности добывающей отрасли, невозможно без развития её материально-технической базы, снижения производственных издержек и применения современных решений в области автоматизации и контроля систем управления электротехническими комплексами.

На сегодняшний день на большинстве предприятий добывающего сектора наблюдается значительный рост отказов оборудования и механизмов, задействованных на добыче и транспортировании полезных ископаемых. Более половины из общего числа отказов связаны с повреждением электрооборудования горных машин, выходом из строя электродвигателей, систем управления главными приводами и т.д. Выход из строя любого из электродвигателей вспомогательных приводов приводит к остановке всего комплекса. Такое резкое увеличение потока отказов обуславливается значительным износом всех типов карьерных, шагающих и роторных экскаваторов, средний срок службы которых превышает в 1,5-2 раза нормативные сроки эксплуатации. Отличительной чертой отрасли является большая капиталоёмкость проводимых модернизаций, что значительно увеличивает время замены выработавшего свой ресурс оборудования на новое, которое в кризисном состоянии экономики рассчитано на 10 - 15 лет. А это означает, что и в ближайшие десятилетия горнодобывающим предприятиям придётся поддерживать в работоспособном состоянии изношенный парк добычных машин, что делает актуальной проблему повышения эффективности использования электрооборудования технологических комплексов, применяемых на открытых горных работах.

На сегодняшний день электродвигатели снабжены общепромышленными видами защит от перегрузки, коротких замыканий, однофазных замыканий, которые не способны реагировать в ряде случаев на несимметричные (в частности, на неполнофазные) режимы работы.

Промышленностью выпускаются защитные устройства от несимметричных режимов работы, выполненные на базе пассивных и активных элементов. Однако их установка регламентирована лишь в порядке исключении: для асинхронных двигателей (АД), защищенных предохранителями и не имеющих защиты от перегрузки, если двухфазный режим ведёт к выходу АД из строя с особо тяжёлыми последствиями. Одним из основных элементов защитного устройства от неполнофазных режимов работы является чувствительный элемент — фильтр напряжения или тока обратной последовательности. Схемы защиты с применением этих фильтров, по сравнению с простыми токовыми защитами, имеют то преимущество, что они реагируют не только на количественные, но и на качественные изменения электрических параметров защищаемой установки. Однако необходимость измерения токов у каждого АД технологического комплекса сводит на нет использование таких защит. Препятствием расширенного применения защиты с использованием фильтров тока является существенные недостатки трансформаторов тока (ТТ) — высокие значения массы, размеров и стоимости этих измерительных преобразователей тока (ИПТ).

Таким образом, имеется необходимость в создании комплексных, многофункциональных защит и диагностических систем, одним из основных элементов которых являются ИПТ, свободные от указанных недостатков ТТ.

Целью диссертационной работы является разработка и исследование таких ИПТ, входящих в устройства релейной защиты электроустановок горных предприятий, в частности защиты от неполнофазных режимов работы, которые путём замены ТТ на дифференцирующие индукционные преобразователи тока (ДИПТ) обеспечивают повышение точности и снижение массогабаритных показателей этих устройств.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Исследование характерных режимов работы основных электроприёмников, используемых при добыче полезных ископаемых открытым способом.

2. Сравнительный анализ ИПТ трансформаторного типа с целью выявления возможности и целесообразности замены ТТ на ДИПТ в электрических сетях горнодобывающих предприятий.

3. Синтез пяти- и двухэлементных фильтров напряжения обратной последовательности (ФНОП), входящих наряду с ДИПТ в состав измерительных преобразователей тока обратной последовательности (ИПТОП).

4. Обоснование выбора таких параметров элементов, входящих в состав ИПТОП, при которых обеспечивается минимум суммы их расчётных мощностей. Создание методики расчёта ИПТОП, выполненных на основе ДИПТ.

5. Исследование тех переходных процессов в фильтрах напряжения обратной последовательности (ФНОП), входящих в состав ИПТОП и подключённых как к ТТ, так и к ДИПТ, которые происходят при включении нагрузки на источник напряжения и при обрыве одной фазы питающей линии.

Анализ результатов компьютерного моделирования переходных процессов, возникающих в асинхронном электроприводе насоса при подключении асинхронного двигателя (АД) к сети и при переходе его к неполнофазному режиму питания.

6. Разработка методики расчёта параметров катушек ДИПТ, которые предназначены для подключения к защите электрических комплексов, работающих при напряжении 6-35 кВ.

Объектом исследований является система защиты электротехнических комплексов на открытых горных работах. Предметом исследований - эффективность новых разновидностей этой системы при широком использовании в ней дифференцирующих индукционных преобразователей тока.

Методы исследований. При решении поставленных задач использованы положения теоретической электротехники, в частности топологических методов анализа электрических цепей, электрических машин, автоматики электроэнергетических систем, методы численного анализа и математической обработки результатов, а также математического моделирования с применением программ Maple 12 и Simulink пакета MATLAB.

Достоверность полученных научных результатов подтверждается строгим обоснованием расчетных методик и принимаемых допущений, корректным применением современных методов научных исследований, а также подтверждается близостью теоретических результатов с данными, полученными при использовании средств для моделирования и анализа динамических систем.

Научная новизна полученных в диссертации результатов заключается в следующем:

1. Выполнен синтез и анализ нескольких вариантов ИПТОП (для трёх- и четырёхпроводных линий передачи, с одинаковыми и различными ДИПТ). При этом новая структура ФНОП и новые соотношения между параметрами элементов, входящих в состав ИПТОП, найдены с учётом внутренних сопротивлений ДИПТ как источников, ЭДС которых пропорциональны не измеряемым токам, а их производным. В частности, для ИПТОП с одинаковыми ДИПТ в состав ФНОП вошли не четыре, как у ранее известных ФНОП, а пять элементов.

2. Для каждого элемента ИПТОП найдены значения тока, напряжения и расчётной мощности, в каждом из различных установившихся режимов защищаемого устройства: токи нагрузки образуют только прямую последовательность или один, любой, провод питающей линии оборван. И для каждого элемента определён режим, в котором его расчётная мощность максимальна.

3. Разработана методика выбора параметров ИПТОП, согласно которой выбираются такие параметры ИПТОП, при которых достигается минимум суммы указанных в предыдущем пункте максимальных мощностей элементов ИПТОП.

4. Исследованы переходные процессы, возникающие в ИПТОП при подключении связанной с ним активно-индуктивной нагрузки к сети с напряжениями, образующими только прямую последовательность, и в случаях, когда один, любой, провод питающей линии оборван. Для каждого такого режима выполнена оценка максимума и продолжительности отклонения выходного напряжения ИПТОП от его напряжения, которое имеет место после окончания переходных процессов в нагрузке и в ФНОП. Установлено, что полученные оценки близки к тем, что найдены при компьютерном моделировании переходных процессов, возникающих в асинхронном электроприводе при подключении АД к сети и при переходе его к иеполнофазному режиму питания.

5. Разработана методика выбора параметров катушки ДИПТ, которая охватывает проходной изолятор и предназначена для сетей с напряжением 6-35 кВ. Эта методика обеспечивает минимизацию массы, индуктивности и активного сопротивления проектируемой катушки.

Практическая ценность работы состоит в решении важной прикладной задачи, связанной с увеличением надёжности и эффективности работы асинхронных электроприводов технологических комплексов, используемых для добычи полезных ископаемых открытым способом, с исключением повреждений АД этих комплексов от работы в неполнофазных режимах питания.

Предлагаемые миниатюрные ДИПТ, в отличие от громоздких ТТ, можно устанавливать, в сочетании с разработанными малогабаритными ФНОП, как в новых, так и в давно находящихся в эксплуатации технологических комплексах. Релейная защита, основанная на применении образуемых указанным сочетанием новых ИПТОП, превосходит аналогичную защиту, выполненную на базе ТТ, не только по массогабаритным показателям, но также по чувствительности и быстродействию.

Положения, выносимые на защиту:

1. Принципиальные схемы и принцип действия ИПТОП для трёх- и четы-рёхпроводных линий передачи, с одинаковыми и различными ДИПТ.

2. Методика расчёта параметров ИПТОП, выполненных на базе ДИПТ и предназначенных для подключения к входам электромеханических или/и микропроцессорных реле.

3. Результаты исследования переходных процессов, возникающих в ИПТОП при подключении связанной с ним активно-индуктивной нагрузки или АД к сети с напряжениями, образующими только прямую последовательность, и в случаях, когда один провод питающей линии оборван или обрывается во время работы АД.

4. Методика расчёта параметров катушек ДИПТ для использования в электрических сетях с напряжением от 6 до 35 кВ.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на восьмой международной ежегодной конференции и выставке «Russia Power 2010», Москва; международном научном симпозиуме «Неделя горняка-2007», Москва; Всероссийском конкурсе научно-исследовательских работ аспирантов и молодых учёных в области энергосбережения в промышленности «Эврика-2010», Новочеркасск;

Всероссийском смотре-конкурсе инновационных идей в области энергосбережения и энергоэффективности «Flylab», Санкт-Петербург, 2009; пятой Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов», г. Благовещенск, 2008; на полуфинале конкурса инновационных проектов «Зворыкинская премия», Москва, 2010; на региональных научных конференциях «Молодежь и научно-технический прогресс», 2006-2008 гг., а также на научно-технических конференциях ДВГТУ «Вологдинские чтения», 2004-2010 гг., г. Владивосток.

Выводы по главе 5

1. Вследствие развивающейся в последние годы тенденции к использованию автоматизированных систем учёта потреблённой электрической энергии на горнодобывающих предприятиях, в распределительных сетях карьеров происходит попутное внедрение микропроцессорных релейных защит.

2. В условиях горнодобывающих предприятий, ведущих добычу полезного ископаемого открытым способом, большое распространение получили системы защиты, одновременно использующие электромеханические и резервные микропроцессорные релейные защитные устройства.

3. Использование микропроцессорных защитных реле в качестве резервной защиты приводит к снижению числа отказов и выхода из строя электрических машин из-за возникновения неполнофазных режимов работы.

4. Разработанные в главе 3 ИПТОП способны выдавать сигналы для срабатывания релейных защитных устройств, выполненных как на электромеханической, так и микропроцессорной основе.

5. Разработанная методика выбора параметров элементов ИПТОП, с точки зрения обеспечения минимального потребления мощности её составляющих элементов, может быть использована и при условии применения микропроцессорных защитных устройств, т.к. основным вводным параметром для расчёта является сопротивление используемого реле.

6. Разработана методика расчёта всех параметров катушек ДИПТ для использования их на понизительных подстанциях напряжением до 35 кВ.

7. Приводится методика для выбора значений параметров ИПТОП с двух-и пятиэлементным ФНОП. Она пригодна для расчёта защиты с применением как микропроцессорного, так и электромеханического реле.

8. С целью сокращения времени для выполнения расчётов параметров элементов ИПТОП, на основе разработанной методики был составлен алгоритм и программа на языке Паскаль.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации изложены научно обоснованные технические разработки, имеющие существенное значение для совершенствования защиты асинхронного электропривода от неполнофазных режимов работы. Основные выводы работы заключаются в следующем.

1. Из всех причин внеплановых простоев оборудования и механизмов, задействованных на добыче и переработке полезных ископаемых, наиболее значимыми являются отказы по электрической части, связанные с выходом из строя электропривода горных машин из-за неполнофазных режимов работы.

2. На основании анализа существующих измерительных преобразователей тока для релейных защитных устройств от неполнофазных режимов работы, было установлено, что, для использования в качестве первичных измерительных преобразователей тока, ДИПТ имеют явное преимущество перед ТТ. Последние громоздки, имеют большую массу и худшие эксплуатационные характеристики по сравнению с ДИПТ. Использование ДИПТ позволяет создать устройства для измерения токов обратной последовательности, способные выполнять свои функции при любых особенностях эксплуатации и места установки защищаемого электродвигателя.

3. Предложены и разработаны несколько вариантов ИПТОП, содержащих ДИПТ, подключённые к входам пяти- или двухэлементные ФНОП, которые обеспечивают высокую избирательность защиты от работы в несимметричных режимах. Такие ИПТОП имеют значительно меньшую суммарную массу, по сравнению с аналогами. Кроме того, эти ИПТОП пригодны для непосредственного сопряжения с аналого-цифровыми преобразователями.

4. Разработана методика расчёта, позволяющая производить выбор таких параметров элементов ФНОП и ДИПТ, входящих в ИПТОП, при которых обеспечивается минимальное значение суммы расчётных мощностей этих элементов.

5. Проведены исследования переходных процессов, возникающих в ИПТОП при подключении связанной с ним симметричной активно-индуктивной нагрузки или АД в следующих случаях: подключение к источнику с трёхфазным напряжением прямой последовательности, один провод питающей линии оборван до подключения АД или обрывается во время его работы.

6. Создана методика, позволяющая рассчитать ДИПТ, предназначенные для установки в сетях с напряжением 6 - 35 кВ. Двухслойная тороидальная катушка таких ДИПТ обеспечивает заданное значение взаимной индуктивности с токопроводом, который она охватывает, защиту от мешающих магнитных полей и минимальную массу обмоточного провода.

7. Полученные результаты и рекомендации пригодны не только для защиты электрооборудования открытых горных работ, но и для электротехнических комплексов и систем другого, самого широкого, назначения

1. Плащанский Л.А. Основы электроснабжения горных предприятий. Учебник 2-е издание. М.: Изд-во Московского гос.горного университета; 2006 г. - 499 стр.

2. Шклярский Я. Э. Моделирование нагрузок в узлах рудничной электрической распределительной сети напряжением 6-10 кВ калийных предприятий. Сборник научных трудов ВНИИВЭ, Донецк, 1985., с. 43-47.

3. Соловьёв Д. Б. Особенности эксплуатации экскаваторного парка в условиях юга Дальнего востока России. «Горное оборудование и электромеханика». № 1, 2010, стр. 29-31.

4. Белых Б. П., Заславец Б. И. Распределительные электрические сети рудных карьеров. -М.: Недра, 1978, 239 с.

5. Бухгольц В. П., Скрипка В. Л. Электрооборудование и электроснабжение буровых и горных работ. М.: Недра, 1987. — 312 с.

6. Данилов А. Современные промышленные датчики тока. «Современная электроника», № 10 2004. с. 26-35.

7. Измерители параметров электрических сетей. Паспорт анализатора качества электрической энергии МТ 1010. Motech industries inc. 2003, 5 с.

8. Чернобров Н. В., Семёнов В. А. Релёйная защита энергетических систем: М.: Энергоатомиздат, 1998. - 800 с.

9. Мелехин В. Т. Основные направления совершенствования нормирования при системном подходе к использованию топливно-энергетических ресурсов / Промышленная энергетика, 1983. № 8. - с. 5 - 8.

10. Ю.Праховник А. В., Розен В. Т., Дегтярёв В. В. Энергосберегающие режимы электроснабжения горнодобывающих предприятий. М.: Недра, 1985.-367 с.

11. Оценка удельных энергозатрат на экскавацию горной массы Лучегорского разрезо-строительного управления. Отчёт по науки кафедры ГЭМ за 1990. Владивосток, изд-во ДВПИ, 1990.-24 с.

12. Разработка норм расхода электроэнергии на экскавацию горной массы для условий Лучегорского разрезо-строительного управления. Отчёт по науки кафедры ГЭМ за 1990. Владивосток, изд-во ДВПИ, 1990. 37 с.

13. Астахов А. С. Динамические методы оценки эффективности горного производства. -М.: Недра, 1973, 236 с.

14. Воскобойников Д. М. Экономическое стимулирование рационального использования электроэнергии в промышленности. М.: Энергоиздат, 1988. -- 80 с.

15. Реструктуризация угольной промышленности (Теория. Опыт. Программы. Прогноз) / Ю. Н. Малышев, В. Е. Зайденварг, Г. Л. Краснянский и др. М.: ОАО «Компания «Росуголь», 1996 - 536 с.

16. Соловьев Д. Б., Дорошев Ю. С. Оптимизация режимов возбуждения сетевых синхронных двигателей одноковшовых экскаваторов на угольных разрезах на основе 11-образных характеристик. «Горное оборудование и электромеханика», № 8., 2006.С. 21-24.

17. Соловьев Д. Б. Определение рациональных токов возбуждения в синхронных двигателей карьерных экскаваторов. «Горный журнал», № 3, 2005 г. с. 70-73.

18. Соловьев Д. Б. Анализ электропотребления угольного разреза при внедрении автоматизированной системы учёта электрической энергии. «Горное оборудование и электромеханика», 2010 г., №10, с. 17-20.

19. Соловьев Д. Б. Оптимизация и экономическая эффективность использования компенсирующей способности синхронных двигателей мощных карьерных экскаваторов. «Горный журнал», №9, 2006, с. 68-69.

20. Нормирование топливно-энергетических ресурсов и регулирование режимов электропотребления/ Сборник инструкций. М.: Недра, 1983. - 224 с.

21. Зимин Е. Н. Защита асинхронных электродвигателей напряженим до 500 В. М. Д., Госэнергоиздат, 1962 - 56 с.

22. Гимоян Г. Г. Релейная защита горных электроустановок. Изд. 2, перераб. И доп. М.:, «Недра», 1978. 349 с.

23. Андреев В. А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учеб. для вузов по спец. «Электроснабжение». М.: Высш. шк, 1991.-496 с.

24. Плащанский Л.А. Основы электроснабжения. Раздел «Релейная защита электроустановок». — М: Издательство Московского государственного горного университета, 2005. — 143 с.

25. Дорошев Ю.С. Разработка методических основ повышения уровня безопасности и эффективности эксплуатации горного оборудования. -Владивосток.: Изд-во ДВГТУ. 2009.-256 с.

26. Праховник А. В., Розен В. Т., Дегтярёв В. В. Энергосберегающие режимы электроснабжения горнодобывающих предприятий. М.: Недра, 1985.-367 с.

27. Соркинд М. Универсальная защита для асинхронного электродвигателя: миф или реальность? // Электроцех, апрель 2007. с. 31 - 36.

28. Ахлюстин В. К. Электрификация обогатительных фабрик. М.: «Недра». 1972.-424 с.

29. Пивняк Г.Г. Шкарбец Ф.П. Горбунов Я.С. Релейная защита электроустановок на открытых горных работах. М: Недра, 1992.- 240 с.

30. Щуцкий В.И. Электрические аппараты и средства автоматизации горных предприятий. М: Недра, 1990. - 288 с.

31. Материалы международного научно-промышленного симпозиума «Уральская горная школа регионам». - Екатеринбург.: Изд-во УГГУ. 2009. -370 с.

32. Сушко В. Защита низковольтных электродвигателей совершенных устройств. «Новости электротехники» №5, 2005, с. 19-26.

33. Сборник П-ой международной конференции «Динамика и прочность горных машин». Т. 1 — Новосибирск: ИГД СО РАН, 2003 570 с.

34. Инвестиционный проект. Поддержание производственной мощности РУ "Новошахтинское" с увеличением эффективности производства и увеличением проектной мощности разреза «Павловский №2» до 2900 т.т. в год. 141 с.

35. Технический отчёт по «Лутэк» 2009,- 280 с.

36. Технический отчёт по РУ "Новошахтинское" 2009г. 158 с.

37. Борисов Р. П. Невнимание к проблеме ЭМС может обернуться катастрофой. «Новости электротехники» №6, 2001, с. 18-20.

38. Алексей Е. А. Релейная защита сетей. Ступени селективности по времени. «Новости электротехники» №3, 2006, с. 35-39.

39. Гуревич В. И. О надежности логических входов микропроцессорных устройств релейной защиты "Электроника-Инфо", 2009, № 2, с. 28 - 30.

40. Гуревич В. И. Повышение помехоустойчивости логических входов микропроцессорных устройств релейной защиты "Электроника-Инфо", 2008, № 11, с. 26-27.

41. Гуревич В. И. Проблемы выходных реле, используемых в микропроцессорных устройствах релейной защиты "Электрические сети и системы", 2007, № 1, с. 66 - 74.

42. Гуревич В. И. Проблемы электропитания микропроцессорных реле защиты "Промышленная энергетика", 2007, № 5, с. 7 - 11.

43. Мнения специалистов о проблемах микропроцессорных устройств релейной защиты. Сборник докладов. М.: Электроцех, 2008 г — 451 с.

44. Овчаренко Н. И. Микропроцессорные комплексы релейной защиты и автоматики распределительных электрических сетей. М.: НТФ «Энергопрогресс», 1999 - 64 с.

45. Овчаренко Н. И. Микропроцессорная автоматика синхронных генераторов и компенсаторов. — М.: НТФ «Энергопрогресс», 2004 96 с.

46. Овчаренко Н. И. Микропроцессорная релейная защита и автоматика линий электропередачи ВН и СВН. М.: НТФ «Энергопрогресс», 2007 - 53 с.

47. Трофимов А., Соркиид М. Действующие значения напряжения и тока Возможно ли их измерить методами аналоговой техники? // Электроцех, апрель 2008.-с. 44-50.

48. ГОСТ Р 50030.4.1-2002 (МЭК 60947-4-1-2000). Аппаратура распределения и управления низковольтная. Часть 4-1. Контакторы и пускатели.

49. Портнягин A.B. Повышение надежности систем электроснабжения с электродвигательной нагрузкой 0,4 кВ при внешних воздействиях.-Автореферат дисс. на соиск. уч. степ, к.т.н. Иркутск, ИСЭМ СО РАН, 2007. 22 с.

50. Шабад М. А. Релейная защита и автоматика на электроподстанциях, питающих синхронные двигатели. — JL: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1984.-64 с.

51. Удрис А. П. Векторные диаграммы и их использование при наладке и эксплуатации устройств релейной защиты и автоматики. М.: НТФ «Энергопрогресс», 2006. - 64 с.

52. Беркович М. А. и др. Основы техники релейной защиты. М.:, «Недра», 1984. 382 с.

53. Федосеев А. М., Федосеев М. А. Релейная защита электроэнергетических систем. М.: Энергоатомиздат, 1992. 528 с.

54. Шнеерсон Э. М. Цифровая релейная защита. М.: Энергоатомиздат, 2007. - 549 с.

55. Гельфанд Я.С. Релейная защита распределительных электрических сетей. М.: Энергоатомиздат, 1987. 366 с.

56. Казанский В. Е. Измерительные преобразователи тока в релейной защите. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 288 с.

57. Голговских А. В. Релейная защита и автоматика электроэнергетических систем: Киров, изд. ВятГТУ, 2001. 100 с.

58. Коковин В. Е. Фильтры симметричных составляющих в релейной защите. М.: «Энергия», 1968. - 88 с.

59. Клецель М. Я., Токомбаев М. Т. Фильтры симметричных составляющих на катушках индуктивности при горизонтальном расположении фаз электроустановки. Электро: Электротехника. Электроэнергетика. Электрическая промышленность. №1, 2008. стр. 28-33.

60. Линт Г. Э. Симметричные составляющие в релейной защите. — М.: Энергоатомиздат, 1996. — 160 с.

61. Лосев С. Б., Чернин А. Б. Вычисление электрических величин в несимметричных режимах электрических систем. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 528 с.

62. Ковнерев М., Троицкий Ю. Использование катушки Роговского для токовых измерений. «Электронные компоненты» №5 2005. с. 17-26.

63. Горбенко Ю.М., Кувшинов Г.Е., Мазалева H.H. Применение трансреакторов в устройстве токовой стабилизации автоматических регуляторов напряжения // Материалы научной конференции «Вологдинские чтения».- Владивосток. : Изд во ДВГТУ, 2002. С. 62.

64. Белов А.Г., Кувшинов Г.Е. Измерение больших токов в плоских шинах // Электроэнергетика и энергосберегающие технологии: Сб. науч. тр. / Редкол.: Кувшинов Г.Е. (отв. ред.) и др. Владивосток: ДВГТУ, 1998. -С. 8287.

65. Белов А.Г., Кувшинов Г.Е. Совершенствование измерительных преобразователей тока // Перспективные технологии автоматизации: Тез. докл. междунар. электронной науч.-техн. конф. -Вологда: ВоГТУ, 1999. С. 42.

66. Мазалева H.H. Усовершенствование устройств распределения реактивных нагрузок судовых синхронных генераторов: Дис. канд. техн. наук. -Владивосток: ДВГТУ, 2006 г. 275 с.

67. Lj. A. Kojovic, М. Т. Bishop, "Field Experience with Differential Protection of Power Transformers Based on Rogowski Coil Current Sensors" ,

68. Actual Trends in Development of Power System Protection and Automation 7-10 September 2009, Moscow, Russia.

69. Патент RU 2239224. / Устройство токовой стабилизации источника напряжения. / Кувшинов Г. Е., Мазалёва Н. Н. Бюл. 2004, №30.

70. Полезная модель к патенту RU 46116 U1 / Устройство токовой стабилизации трехфазного источника напряжения./ Кувшинов Г. Е., Мазалёва Н. П., Горбенко Ю. М., Кирюха В. В. Бюл. 2005, №16.

71. Патент RU 2281543./ Устройство для равномерного распределения реактивной мощности. / Кувшинов Г. Е., Мазалёва Н. Н. Бюл. 2006, №22.

72. Атабеков Г.И. Теоретические основы релейной защиты высоковольтных сетей. — М., Л.: Госэнергоиздат, 1957. 344 с.

73. Гришенцев А. Ю. Электрические фильтры. СПб.: СПбГУ ИТМО, 2009. - 52 с.

74. Коковин В. Е. Реле направления мощности обратной последовательности. М.: «Энергия», - 1970. - 72 с.

75. Бриндли К. Измерительные преобразователи. М.: Энергоатомиздат, 1991.-144 с.

76. Левшина Е. С., Новицкий П. В. Электрические измерения физических величин: (измерительные преобразователи). Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1983.-320 с.

77. Шульц Ю. Электроизмерительная техника: 1000 понятий для практиков: Справочник: М.: Энергоатомиздат, 1989.-288 с.

78. Афанасьев В. В., Адоньев Н. М., Кибель В. М. и др. Трансформаторы тока. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1989. 416 с.

79. Басс Э.И., Дорогунцев В.Г. Релейная защита электроэнергетических систем/ Под ред. А.Ф. Дьякова М.: Изд-во МЭИ, 2002. - 295 с.

80. Электротехнический справочник: В 3 т. Т. 2. Электротехнические изделия и устройства/Под общ. ред. профессоров МЭИ. М.: Энергоатомиздат, 1986.-712 с.

81. Казанский В. Е. Трансформаторы тока в устройствах релейной защиты и автоматики. М.: Энергия, 1978. - 264 с.

82. Андреев Ю.А., Абрамзон Г.В. Преобразователи тока для измерений без разрывов цепи. Л.: Энергия, 1979.-144с.

83. Циглер Г. Цифровые устройства дифференциальной защиты. М.: Энергоатомиздат, 2005. — 322 с.

84. Гловацкий В. Г., Пономарёв И. В. Релейная защита и автоматика распределительных сетей. Электронная версия 1.2., 2003 500 с.

85. Белов А. Г. Синтез измерительных преобразователей переменного тока для силовых преобразовательных устройств. Дис. канд. техн. наук. М.: ВНТИЩ. № 0015141, 2000.

86. Shepard D. W., Yuach D.W. An overview of Rogowski coil current sensing technology. Report. Pdf. 13 p.

87. Ray W. F., Hewson C. R. Practical Aspect of Rogowski Current Transducer Performance. PEMpaperPCIM 2001 .pdf- 6 p.

88. Kojovic L. A., Bishop M. T. Differential Protection Rogowski COIL. Report. Pdf. 6 p.

89. Казаков M. К., Джикаев Г. В. Совершенствование измерительных преобразователей тока в электроэнергетике/ Научный-технический калейдоскоп. 1999. № 1. с. 11-20.

90. Application Notes. Power Electronic Measurements Ltd. Sept. 2002. PDF www.pemuk.com

91. Ward D.A., Exon J. La T. Using Rogowsky coils for transient current measurements. Engineering science and education journal. June, 1993. Pr.7o.pdf

92. Koon W. Current Sensing for Energy Metering/ Analog Devices Inc. 123 .pdf www, analog/com/energymeter

93. W. F. Ray и С. R. Hewson High Frequency Improvements in Wide Bandwidth Rogowski Current Transducers. Power Electronic Measurements Ltd, 1999. www.proweb.co.uk

94. W. F. Ray и С. R. Hewson. High Performance Rogowski Current Transducers. IAS2000REM.pdf

95. W. F. Ray и С. R. Hewson. Practical Aspects of Rogowski Current Transducer Performance. PEMpaperPCIM 2001.pdf 6 p.

96. D. W. Shepard, D. W. Yuach. An overview of Rogowski coil current sensing technology. Report.pdf. 13 p.102. www.pemuk.com

97. Press Informations: LI33 eng. LEM, June 2002.

98. IEEE Document C37.235™, Guide for the Application of Rogowski Coils used for Protective Relaying Purposes.

99. ANSI /IEEE Standard C57.13M, Requirements for Instrument Transformers.106. www.eriks.co.uk

100. Toshikatsu S., Ueda R., Koga K. An a.c. and d.c. Current sensor of high accuracy//IEEE Transaction of Industry Application. 1992. P. 1087 -1094.

101. Cattaneo P., Huber H. D., New generation of current transducer with modified optrating principle // PCIM, 2000. P 1-5.

102. Герасимова Г.Н., Кувшинов Г.Е., Наумов Л.Л., Усольцев В.К. Топологические методы анализа в электротехнике и автоматике. — Владивосток: Дальнаука, 2001. 232 с.

103. Электротехнический справочник: В 3 т. Т. 1. Общие вопросы. Электротехнические материалы / Под общ. ред. профессоров МЭИ. М.: Энергоатомиздат, 1985. -488 с.

104. Правила безопасности при обогащении и брикетировании углей (сланцев) (Минюст РФ 16 июня 2003 ^Регистрационный № 4683): М. Энергия, 2004.-460 с.

105. Златева М. П., Фархи С. Л., Козаров А. С. Переходные процессы в фильтрах обратной последовательности и определение оптимальных параметров фильтров. Сессии CIGRE 1960 г. Доклад № 305. Перевод с английского Б. В. Ермоленко. Л.: Энергия 1960 — 335 с.

106. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. М.: «Высшая школа», 1996. - 623 с.

107. Кубланский Я. С. Переходные процессы. М.: «Энергия», 1974. - 88с.

108. Лосев С. Б., Чернин А. Б. Расчёт электромагнитных переходных процессов для релейной защиты на линиях большой протяжённости. М.: «Энергия», 1972. - 144 с.

109. Важнов А. И. Переходные процессы в машинах переменного тока. -Л.: «Энергия», 1980. -256 с.

110. Казовский Е.Я. Переходные процессы в электрических машинах переменного тока.-JI.: «Энергия», 1962.-624 с.

111. Казовский Е.Я., Рубисов Г.В. Переходные процессы в синхронных машинах при анормальных режимах в энергосистеме. СПб.: «Наука», 1994. -172 с.

112. Рюденберг Р. Переходные процессы в электроэнергетических системах. М.: Изд-во иностр. лит., 1975. - 483 с.

113. Ицхоки Я. С. Приближенный метод анализа переходных процессов в сложных линейных цепях. М., Изд-во «Советское радио», 1969, 176 стр.

114. Матханов П.Н. Основы анализа электрических цепей. Линейные цепи. М.: Высш. шк., 1992., 197с.

115. Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил A.B., Срахов C.B. Основы теории цепей. М.: Энергоатомиздат, 1989г., 528с.

116. Черных И. В. Моделирование электрических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink. M.: ДМК Пресс; СПб.: Питер, 2008. - 288 с.

117. Новгородцев А. Б. Расчёт электрических цепей в MATLAB: Учебный курс. СПб.: Питер, 2004. - 250 с.

118. Сипайлов Г.А., Лоос A.B. Математическое моделирование электрических машин (АВМ): Учебное пособие для студентов вузов. -М.: Высшая школа, 1980,176 с, ил.

119. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин: Учебник для вузов. -М.: Высшая школа, 2001, 327 с, ил.

120. Амбрацумова Т.Т. Макромоделирование асинхронных машин с учетом динамики. М.: Издательство МЭИ, 2002. - 40 с , ил.

121. Анненков А.Н. Моделирование электромагнитных процессов в асинхронных двигателях с токопроводящим слоем ротора методом конечных элементов / А.Н. Анненков // Системы управления и информационные технологии. 2005. - № 2 (19). - С. 99-103.

122. Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты. -Екатеринбург: Издательство УРО РАН, 2000 г., 654 стр.

123. М.Г Чиликин, М.М Соколов, В.М. Терехов, A.B. Шинянский Основы автоматизированного электропривода. М.: Энергия, 1974.- 568 с.

124. Сипайлов Г.А., Кононенко Е.В., Хорьков К.А. Электрические машины (специальный курс). -М.: Высш. шк., 1987. — 287 с.

125. Ключев В.И. Теория электропривода. М.: Энергоатомиздат, 1985. —560 с.

126. Внуков A.A. Опыт внедрения микропроцессорных терминалов в современных условиях. Электро: Электротехника. Электроэнергетика. Электрическая промышленность. №1, 2008. стр. 40-42.

127. Скрипко В. К. Выбор электрооборудования и релейной защиты внутризаводского электроснабжения промышленных предприятий: Учеб. пособие. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2000. - 80 с.

128. Шмурьев В. Я. Цифровые реле защиты. М.: НТФ «Энергопрогресс», 1999. - 56 с. (Библиотечка электротехника, приложение к журналу «Энергетик»; Вып. 1(4)).

129. Ковбаса С.Н., Король C.B., Гомонюк С.П. Контроллер на базе процессора TMS320LF2403A. Киев.: ЭПА, 2003. - 18 с.

130. Козаченко В., Обухов Н., Горбунов В., Чуев П., Анучин А. Высокопроизводительные встраиваемые системы управления двигателями набазе сигнального микроконтроллера TMS320F241// Chip News. 2003. - № 11. -С. 2-9

131. Козаченко В., Обухов Н., Анучин А. Высокопроизводительный контроллер для управления двигателями на базе TMS320F241 для массовых применений// Компоненты и технологии. — 2000. № 10. - С. 15 - 16.

132. Соловьёв Д. Б. Микропроцессорная система управления электроприводом карьерных экскаваторов. «Горное оборудование и электромеханика». № 1, 2006 г. стр. 17-18.

133. Овчаренко Н. И. Аналоговые элементы микропроцессорных комплексов релейной защиты и автоматики. М.: НТФ «Энергопрогресс», 2001.-80 с.

134. Овчаренко Н. И. Цифровые аппаратные и программные элементы микропроцессорной релейной защиты и автоматики энергосистем. М.: НТФ «Энергопрогресс», 2006. - 120 с.

135. Дьяков А. Ф. Микропроцессорная автоматика и релейная защита электроэнергетических систем: учеб. пособие для вузов/ А. Ф. Дьяков, Н. И. Овчаренко. — М.: Издательский дом МЭИ, 2008. 336 с.

136. Гуревич В. И. Новая концепция построения микропроцессорных устройств релейной защиты. «Компоненты и технологии», № 6, 2010 г. стр. 1215.

137. Шабад М. А. Расчёт релейной защиты и автоматики распределительных сетей: Монография. СПб.: ПЭИПК, 2003. - 4-е изд., перераб. и доп. - 350 с.

138. Бойко А. С., Ершов Ю. А., Михайленко Я. Цифровые цепи тока и напряжения. Применение в релейной защите. «Новости электотехники», №6, 2006 г., стр. 17-18.

139. Гуревич В. И. Микропроцессорные реле защиты. Как они устроены? Часть 2. «Электротехнический рынок», № 5, 2009 г., стр. 46-50.

140. Королёв Е. П., Либерзон Э. М. Расчёты допустимых нагрузок в токовых цепях релейной защиты. М.: Энергия, 1980 г. - 208 с.

141. Патент RU 2396661. Измерительное устройство дифференциальной токовой защиты шин. // Кувшинов Г.Е., Мясоедов Ю.В., Нагорных A.C., Богодайко И.А. Опубл. 10.08.2010. Бюл. № 22.

142. Результаты обработки экспериментальных данныхрежим «работа»)

143. Параметры Значения парамст ров

144. ЭШ-20/90 ЭШ-15/90 ЭШ- 10/70 ЭКГ-8И ЭКГ-54 №6 №4 №8

145. Потребляема мощность, Б, кВ А 2436 2188 1517 728 488 140 198

146. Средний ток, 1ср> А 222 200 145 69 43,2 13 18,9

147. Напряжение, и, В 6313 6314 6070 6545 6506 5963 6047

148. Частота, £ Гц 50,41 50,06 50,006 50,18 49,84 50,26 50,26

149. Среднее квадратическое значение выборки по току, сгь А 26,05 48,07 61,3 13 11,5 1,686 3,88

150. Среднее квадратическое значение выборки по напряжению, сги, В 18,939 18,972 18,226 19,662 19,542 17,888 18,142

151. Среднее квадратическое значение выборки по частоте, стг, Гц 0,41 0,06 0,0594 0,185 0,1627 0,267 0,2609

152. Отклонение напряжения от номинальных значений, 5,21 5,227 1,169 9,09 8,436 -0,62 0,788

153. Среднее квадратическое значение выборки по отклонению напряжения, Сту.% 0,314 5,75 3,459 6,46 0,419 0,176 0,203

154. Результаты обработки экспериментальных данныхрежим холостого хода)

155. Параметры Значения параметров

156. ЭШ-20/90 ЭШ-15/90 ЭШ-10/70 ЭКГ-8И ЭКГ-54 №6 №4 №8

157. Потребляема мощность, Б, кВ А 1914 1085 267,8 555 222 122 94,2

158. Средний ток, 1с05 А 174 95 25,13 48 21,2 11,7 9,01

159. Напряжение, и, В 6316 6569 6156 6630 6021 6031 6033

160. Частота, £ Гц 49,98 50,07 50,18 50,27 49,86 50,27 50,195

161. Среднее квадратическое значение выборки по току, сть А 2,44 4,458 0,961 2,43 0,63. 2,3 0,925

162. Среднее квадратическое значение выборки по напряжению, аи, В 18,912 19,707 18,466 19,891 18,239 18,094 18,156

163. Среднее квадратическое значение выборки по частоте, СТ6 Гц 0,0247 0,07 0,044 0,1795 0,1389 0,269 0,195

164. Отклонение напряжения от номинальных значений, У,% 5,27 9,485 2,593 10,5 0,353 0,522 0,8

165. Среднее квадратическое значение выборки по отклонению напряжения, СТу.% 0,1848 0,0587 0,1056 0,305 0,2112 0,1188 0,2

166. Результаты обработки экспериментальных данных (при различных токах возбуждения)1. Условия работы Параметры

167. ЭШ-15/90 вскрыша 271 220 180 176 21 10,8 6,26 6,25 6,18 498 180 63 860 310 95 993,8 401,1 116 0,5 0,44 0,55 202 78 78,3 6,27 6,21 6,21 1680 448 690 813 679 482 1866 813 842 0,9 0,55 0,82

168. ЭКГ-8И добыча 280 220 200 49 28 16 6,18 6,25 6,36 175 148,1 6,2 298 256 169 345.6 295.7 169,1 0,5 0,5 0,03 60 44 43 6,27 6,29 6,25 525 446 418 269 100 65 590 457 423 0,90 0,975 0,9881. Номинальные параметры

169. Тип экскаватора Тип СД Номинальные значения Гибкий кабель

170. Р„, кВт вн, квар Потери активной мощности, ДРНд, кВт совфн КПД Лн Ток возбуждения 1в, А £ сг 4 и £ 5 2 X 1> ВТ 4) и Активное сопротивление 0,4 км кабеля, . Пм

171. ЭКГ-8И СДЭ 2-15-34-6У2 525 286 34,7 -0,89 0,938 280 3x25 0,289

172. ЭШ-10/70 СДЭ 2-16-46-6У2 1250 633,3 57,33 -0,9 0,956 294 3x35 0,21

173. ЭШ-15/90 СДЭ 3-1564-4 1680 844 62,74 -0,9 0,964 271 3x50 0,146

174. ЭШ-15/90А СДЭ-17-46-6У2 1900 648,5 73 -0,95 0,963 282 3x70 0,104

175. ЭШ-20/90 СДЭ 2-17-69-8ХЛ2 2500 854 98,75 -0,95 0,962 282 3x95 0,0776

176. ЭШ-6/45 СДЭ-520-1000 630 325,3 41,64 -0,9 0,938 280 3x25 0,2891. Расчётные параметры1. Марка экскаватора

177. Фактические потери активноймощности в сети в режиме 0,0078 0,07 0,5 0,603 4,85 0,016работа», АРмср, кВт 1. Данные Марка экскаватора

178. ЭКГ-8И эш- 10/70 ЭИ1-15/90 ЭШ-15/90А ЭШ-20/90 ЭШ-6/45

179. Фактические потери активной мощности в сети в режиме «холостой ход», АРмсхх, кВт 0,369 0,877 12,87 6,67 6,44 0,3

180. Суммарные потери активной мощности от реактивной нагрузки, АРм, кВт 5,96 10,167 22,2 18,374 26,16 7,934

181. Расчётные потери электроэнергии в сети на генерирование реактивной мощности при годовом двухступенчатом графике мощности, А \Угс, кВт-ч 326,22 982,2 12278 7752,4 24531 304,76

182. Суммарные расчётные годовые потери электроэнергии от реактивной нагрузки, А \Уг, кВт-ч 25620 42550,5 47311,8 43316 51454 37122,4

183. Суммарная стоимость потерь электроэнергии на генерацию и передачу реактивной мощности, Им, руб. при двухставочном тарифе, а = 520,55 руб/кВт, в= 0,8 руб/кВт-ч 23598,3 39333 49404,5 44217 54779,8 33359,3

184. Суммарная стоимость потерь электроэнергии на генерацию и передачу реактивной мощности, Им, руб. при одноставочном тарифе, в=1,68 руб/кВт-ч 43042 71485 79484 72251 86443 62366