автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Разработка методики учета влияния электрической дуги на ток короткого замыкания в цепях собственных нужд напряжением до 1 кВ электрических станций и подстанций

На правах рукописи

Шиша Михаил Андреевич

Разработка методики учета влияния электрической дуги на ток короткого замыкания в цепях собственных нужд напряжением до 1 кВ электрических станций и подстанций

Специальность 05.14.02 - электрические станции (электрическая часть), сети, злзктричоскив системы и управление ими

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1996 г.

Работа выполнена на кафедре "Электрические станции" Московской энергетического института (технического университета), в инженерно фирме по наладке, совершенствованию технологий и эксплуатаци энерго-электрооборудования предприятий и систем АООТ "Сибтехэнергс и в Акционерном обществе закрытого типа "СИБИВТ"

Научный руководитель:

кандидат технических нау> доцент Жуков В.£

Официальные оппоненты:

доктор технических нау профессор Семенов В А

кандидат технических нау Львов Ю.Ь

Ведущее предприятие:

Фирма по наладке и совершенствованы технологии и эксплуатаци электростанций и сетей "ОРГРЭС

Защита состоится " " ^^Нв^л_ 1996 г. в -/5" час.

аудитории Г-¿¿И на заседании диссертационного совета К053.16.17 Московском энергетическом институте (техническом университете).

Адрес института: 111250 Москва, Е-250, Красноказарменная ул., 14 Сове МЭИ (ТУ):

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ. Автореферат разослан " \"г. ' и а^РТа_1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета К 053.16.17

канд. техн. наук, доц.

Хачатурова Е.А.

Общая характерно гика работы

Актуальность работы. Современный этагт развития электроэнер-гепики характеризуется высокими мощностями установленного электрооборудования и усложнением конфигурации схем электрических сетей. Значительное увеличение стоимости энергетического оборудования и ущерба от недоотпуска электроэнергии потребителям, определяют необходимость повышения требований надежности. Важнейшим условием рационального проектирования и надежной эксплуатации электроустановок является знание действительных значений токов короткого замыкания (КЗ), так как последние являются одним из основных факторов, влияющих на надежность работы электроустановок.

Аварийные режимы дугового КЗ, являюются, как правило, причиной пожаров в электроустановках и кабельном хозяйстве, приводящих к значительному материальному ущербу. Экспериментальные данные и опыт эксплуатации свидетельствуют о весьма существенном токоогранищиваюшем влиянии дуги в месте КЗ на значение тока КЗ. Неучет ограничения тока КЗ сопротивлением дуги может явиться причиной несрабатывания защит и защитной аппаратуры, и как следствие, привести к увеличению размеров повреждения электроустановок. Неучет токоограничивающего влияния дуги может привести также к завышенным расчетным значениям и неоправданному повышению требовании к параметрам электрооборудования, устанавливаемого в этих электроустановках и, как следствие, к перерасходованию средств на их сооружение. Правильный учет токоограничивающего влияния дуги на стадии проектирования защит электрических сетей собственных нужд (СН) электростанций и подстанций позволит исключить или значительно сократить случаи нечувствительности и отказов в работе защит при аварийных дуговых КЗ в сети.

Вопросам определения токоограничивающего влияния дуги при КЗ посвящен ряд работ отечественных и зарубежных авторов. Некоторые из этих работ основаны на экспериментальных исследованиях проведенных в лабораториях и на промышленных предприятиях.

Предварительный анализ показал, что условия проведения опытов КЗ в лабораториях и на промышленных предприятиях не всегда соответствует условиям КЗ в электроустановках СН переменного и постоянного токов напряжением до 1кВ электростанций и подстанций. Кроме того, практически все авторы экспериментальных исследований

влияния дуги па ток КЗ указываю! на недостаточное количсиио проведенных экспериментов для убедительной оценки их результатов и рекомендуют дополнительные исследования.

Следствием неоднозначности оценок степени снижения тока при дуговом КЗ и недостаточности экспериментальных данных, подтверждающих тот или иной подход к оценке влияния дуги, является противоречивость методов учета влияния дуги в существующих руководящих и методических материалах.

Отсутствие единого, имеющего достаточное экспериментальное обоснование подхода к проблеме учета токоограничивающего влияния электрической дуги в сетях СН электростанций и подстанций, часто является причиной неверного выбора расчетных условий при проектировании защит сетей СН. приводящей к отказам неселективной работе и снижению надежности электроснабжения потребителей.

В связи с этим одной из актуальных задач повышения надежности электростанций является разработка методики учета токоограничивающего действия дуги при КЗ, основанной на натурных экспериментах в условиях действующего электрооборудования электростанций. Использование такой методики на стадии проектирования и в эксплуатации позволило бы повысить надежность защиты сети СН электростанций и подстанций от дуговых КЗ.

Цель работы. Основной целью настоящей работы является разработка методики учета влияния активного сопротивления дуги при расчете токов КЗ в сетях переменного и постоянного тока напряжением до 1кВ электростанций и подстанций на основе натурных опытов КЗ в действующих электроустановках.

Для достижения указанной цели в работе необходимо решить следующие задачи:

-провести анализ аварийности на электростанциях и подстанциях;

-обобщить существующие способы учета электрической дуги при расчете токов КЗ;

-провести анализ опубликованных экспериментальных исследований дуговых КЗ;

-разработать методику и технические средства для проведения натурных опытов металлических и дуговых КЗ Ь действующих элек-троустановках.Проведение опытов не должно нарушать нормальный

режим работы технологического оборудования и не создавать угрозы возникновения пожара в электроустановках;

-создать специальные констукции для инициирования дуги, позволяющие моделировать реальные ситуации аварийных дуговых КЗ;

-разработать методику статистической обработки и анализа результатов опытов КЗ;

-получить достаточное количество опытных статистических данных, позволяющих выявить закономерности влияния дуги на ток КЗ в реальных условиях эксплуатации;

-рассчитать вероятностные характеристики влияния дуги на ток

КЗ;

-разработать методику учета электрической дуги при расчете токов КЗ в электроустановках переменного и постоянного тока напряжением до 1кВ;

-оценить достоверность существующих методик расчета токов металлического КЗ путем сопоставления результатов расчета с опытными данными;

-разработать рекомендации по повышению надежности работы защит в системе собственных нужд электростанций и подстанций.

Научная новизна. В работе получены следующие новые научные и практические результаты:

-разработана методика и технические средства экспериментальных исследований дуговых коротких замыканий в условиях действующего электрооборудования электростанции и подстанций;

-впервые получены обширные статистические данные о токах металлических и дуговых КЗ в системе СН переменною и постоянного тока электростанций и подстанции;

-установлено, что дуговое КЗ может быть устойчивым, прерывистым или самопогасающим;

-на основе статистических данных получена функциональная зависимость тока дугового КЗ от сопротивления короткознмкнутой цепи в условиях действующих электроустановок;

-расчитаны вероятностные характеристики влияния электрической дуги на ток КЗ;

-разработаны методики учета токоогракичевающего влияния дуги при расчетах токов КЗ в системе СН переменного и постоянного токов напряжением до 1кВ.

Практическая ценность. Результаты диссертационной работы используется проектными организациями, электростанциями и подстанциями при проектировании и выборе защит и защитных аппаратов, установленных в сети СН переменного и постоянного токов.

Основные защищаемые положения.

В диссертации обоснованы, разработаны и вынесены на защиту: -анализ аварийности в системе собственных нужд электростанций и подстанций;

-результаты анализа методов учета токоограничивающего влияния электрической дуги;

-методика и технические средства экспериментальных исследований дуговых КЗ;

-результаты натурных опытов КЗ в системе СН переменного тока

0.4.В электростанций и подстанций;

-результаты натурных опытов КЗ в системе постоянного гока электростанций и подстанций;

-методика статистической обработки результатов опытов КЗ; -методика учета электрической дуги при расчете токов КЗ.

Реализация результатов работы.

Результаты исследований автора внедрены:

1. В нормативные документы:

-ГОСТ Р50 270-92. Короткие замыкания в электроустановках. Меч оды расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1кВ; -ГОСТ 29176-91. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках постоянного тока.

2. В руководящие и методические указания:

-Руководящие указания "Релейная защита питающих элементов ПI 'ГЭС И АЭС", Атомтенлоэлектропроект. 1990г.;

-Методические указания по расчету токов короткого замыкания в сегн напряжением до 1 кВ электростанций и подстанций с учетом влияния электрической дуги. Минтопэнерго. Фирма ОРГРЭС, 1992г.

3. При проведении экспериментальных работ по определению уровней токов КЗ и повышению надежности защит сетей СН переменного и постоянного токов электростанция и подстанций, а именно, на Красноярской ГРЭС-2, подстанции Камала, Омской ТЭЦ-4, Московской

ТЭЦ-21, Московской ТЭЦ-26, Кастромской ГРЭС, а также на ряде других электростанций.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались:

- и» заседании -электротехнической секции ПТС Союисхэнсрт. Москва, 1988г.;

- на У1-м международном сипозиуме "Токи короткого замыкания в шергстических системах", Бельгия, Льеж, 1994г.;

на Всероссийском, постоянно действующем, семинаре "Электрическая часть электрических станций и подстанций", МЭИ. Москна, 1995г.;

- на Всероссийской научной конференции "Токи короткого замыкания в энергосистемах", Москва, 1995г.

Публикации. По результатам выполнения исследований опубликовано 11 печатных работ.

Объем работы. Диссертация общим объемом !7б страниц состоит ¡п введения и четырех глав, заключения, приложения списка литературы из 39 наименований, содержит 60 рисунков и 15 таблиц. Машинописный текст диссертации состоит из 101 страницы.

Краткое содержание работы.

Во введении приводится краткий анализ существующих методов учета токоограничивающего влияния дуги при КЗ в сетях перменного и постоянного тока. Представлена общая характеристика работы, показана ее актуальность, определены цели и задачи исследования, оIражена научная новизна и практическая ценность, описана структура работы.

В первой главе проводится анализ аварийности в сетях напряжением до IкВ электростанций, подстанций и промышленных предприятий,

Анализ пожаров приведших к авариям на тепловых электростанциях за периоде 1981 по 1990гг., проведенный Союзтехэнер!о показывает, что за этот период на тепловых электростанциях Минэнерго произошло 178 аварий, вызванных возгоранием или пожаром отдельных видов оборудования. Наибольшее число аварий с тяжелыми последствиями вызваны пожарами в кабельном хозяйстве. Основными причинами возгораний являются дуговые КЗ в кабельном хозяйстве не отключаемые релейной защитнЫГили защитными аппаратами. Обсле-

дование состояния зашиты сетей СН переменного и постоянного тока напряжением до 1кВ, проведенное Сибтсхэнерго при участии автора показало, что значительная часть защит и защитной аппаратуры не обеспечивают защиту сети не только при дуговом, но даже при металлическом КЗ. Так, в частности, у 10 комплектов максимальных зоновых защит (МТЗ) трансформаторов рабочего питания секций РУСП-0.4кВ (из 52 обследованных комплектов) коэффициент чувствительности (Кч) составляет 1.0-1.2 вместо требуемого Кч= 1.5 при металлическом КЗ на шинах секций, а 80% расцспнтелсй мгновенного срабатывания обследованных автоматических выключателей не чувспнпсльиы к металлическому КЗ в конце защищаемого учаака сети.

Обследования показали, что основными причинами недостаточной защиты сети СН является также отсутствие достоверных данных о параметрах элементов сети при расчетах токов КЗ, а также неучете токоограничивающего действия дуги при дуговом КЗ и ряда других факторов. Опыты КЗ, проводимые под руководством автора, на действующем электрооборудовании электростанций и подстанций Омскэнерго, Красноярскэнерго, Мосэнерго и ряда других энергосистем показывают, что в ряде случаев отличие результатов расчетов токов КЗ от фактических значений достигает 50%.

Применяемые до настоящего времени методики расчетов токов КЗ в сетях низкого напряжения исходят, как правило, из того, что активные сопротивления элементов схемы не зависят от значений токов КЗ за исключением учета процесса нагревания проводников током КЗ, приводящего к увеличению их активного сопротивления.

Исследования влияния дуги на значения тока КЗ в сети постоянного тока показывают, что дуга значительно снижает ток при КЗ. Однако, предлагаемые методы учета этого влияния основаны на экспериментах, в которых значение тока КЗ было более 20кА, что не характерно при КЗ в системе постоянного тока электростанций и подстанций. Кроме того, все существующие методы определения токоограничивающего влияния дуги предлагают получение точного значения тока дуг стого КЗ, в то время, как реально можно судить лишь о вероятности этого значения.

Во второй главе рассматривается вопрос разработки методики проведения экспериментальных исследований дуговых коротких замыканий. Основными задачами при разработке методики проведения на-

турных экспериментов в сетях переменного и постоянного тока являются:

-обеспечение возможности проведения большого количества опытов КЗ в условиях действующего электрооборудования;

-разработка методики проведения экспериментов не нарушающей нормального режима работы электроустановок и не создающей помех эксплуатации;

-создание устройств для инициирования дуги, позволяющих моделировать реальные ситуации аварийных дуговых КЗ;

-обеспечение пожаробезопасности в ходе экспериментов; -обеспечение возможности измерения параметров цепи КЗ; -разработка методики эксперимента, позволяющие исследовать причины возникновения дуги и характер ее поведения в реальных условиях на различных типах электроустановок.

Основные работьгпо исследованию дуги были огранизованы на Красноярской ГРЭС-2, подстанции Камала и Назаровской ГЮС, часть работ проводилась на Омской ТЭЦ-4 и ТЭЦ-26 Мосэнерго.

Анализ методик проведения натурных исследований электрической дуги отечественных и зарубежных авторов показал, что используемые ими устройства и схемы проведения экспериментов не позволяют использовать их при проведении опытов в условиях действующих электроустановок электростанций, так как эти установки не мобильны и рассчитаны на работу в условиях лабораторий.

С учетом перечисленных выше требований для проведения на-туных опытов КЗ была разработана конструкция мобильно!! установки, позволяющей производить операцию включения цепи на короткое замыкание и автоматическое отключение КЗ через время гк=0,1 -0,2 с. Опыты КЗ проводились сериями за каждым из трансформаторов.

Каждая серия опытов состояла из металлического одно, двух и трехфазного КЗ и нескольких дуговых замыканий. В пределах одной серии опытов параметры цепи КЗ оставались неизменными.

Металлические КЗ создавались путем установки массивной, термически стойкой закоротки из отрезка шины АТ-100х10 либо установкой штатной многожильной медной закоротки с помощью струбцин. Использование кабелей различной длины и сечения, а также проведение опытов КЗ за трансформаторами различной мощности (630, 750, 1000 кВА), позволили получить достаточно обширный статистический материал. В общей сложности было проведено 253 опыта метал-

лических КЗ и 388 опытов дуговых КЗ. Изменение значения тока КЗ в цепи постоянного тока достигалось включением в цепь добавочного активного сопротивления. Конструкция добавочного сопротивления позволяла изменить значение Идоб от 25 до 625 мОм. Производились также опыты КЗ за кабелями присоединений ЩПТ. Питание ЩПТ при проведении опытов КЗ осуществлялись от аккумуляторных батарей (АБ) тип СК-20, СК-24, СК-28.

В общей сложности в системе постоянного тока было проведено более 200 опытов металлического КЗ и 134 дуговых КЗ.

При проведении исследований в сети переменного тока инициирование дуги производились следующим образом:

1. С помощью проволочных перемычек сечением от 0,2 до 1,5мм2 между фазами трехфазной шинной конструкции (шины АТ-100x10) при различных междуфазных расстояниях, что аналогично попаданию на токоведущие части обрезков монтажного провода или перекрытию изоляции.

2. С помощью свободно лежащих на шинах латунных стержней сечением 16мм1, что аналогично падению на шины инструмента в ходе ремонта электрооборудования.

3. С помощью защемленного под действием собственного веса стержня того же сечения.

4. С помощью свободно лежащей шины (АТ-100х10) длиной 0,8м, что аналогично попаданию на шины металлоконструкций при ремонте.

5. С помощью свободно лежащих перемычек из алюминиевой фольги.

6. С помощью перемычек из алюминиевой фольги, установленных в зазоре между шинами фаз и шинной перемычкой, лежащей на изолирующих прокладках толщина которых менялась от 5 до 15мм.

7. С помощью перемычки из проволоки и фольги между вертикально расположенными шинами (АТ-80х6).

8. С помощью перемычки из проволоки и фольги между фазами в вводной коробке электродвигателя. Трехфазная шинная конструкция, используемая в экспериментах позволяли изменять расстояние между шинами от 5 до 100мм.

Для инициирования дуги при проведении опытов в сети постоянного тока использовалась специальная шинная конструкция, позволяющая изменить расстояние между шинами (АТ-100х10) длиной 0,8м

от 0 до 300мм и фиксировать их калиброванными распорками с шагом 10мм. Ининирование дуги исуществлялась с помощью перемычек или вставок из алюминиевой фольги, медного проводника малого сечения, а также монтажного медного или алюминиевого провода сечением от 1,5 до 4,0мм2, металлических пластин или отрезков шин.

С целью изучения поведения дуги возникающей в месте повреждения кабеля, проводились опыты дуговых КЗ в разделке кабеля с по-лишшилхлоридной изоляцией жил.

Инициирование дуги при этом производилось путем установки проволочных перемычек между жилами кабеля. Опыты дугового КЗ в кабеле проводились как в цепях переменного, так и постоянного токов.

В третьей главе проведена оценка достоверности существующих методик расчетов токов металлического КЗ в сети переменного тока, анализ опытов натурных металлических и дуговых КЗ и статистическая обработка результатов.

Основными источниками погрешности расчетных методик являются отличие параметров силовых трасформаторов СН, взятых из справочных данных, а также увеличение переходных сопротивлений разъединяющихся коммутационных и защитных аппаратов в цепи КЗ вследствие возрастания электродинамических сил, уменьшающих силу иажития кшмикгои.

Многообразие способов инициирования дуги при проведении опытов дугового КЗ и довольно широкий диапазон значений тока КЗ позволили выявить влияние условий горения дуги на ток КЗ в сети СН электростанций.

Опыты показали, что в зависимости от условий деионизации дугового промежутка КЗ через дугу может быть устойчивым, прерывистым или самопогасающим. В том случае, если инициирование душ производилось с помощью проволочной перемычки на открытых плоско расположенных шинах возникало самопогасающее дуговое КЗ. Пели инициирование дуги производилось с помощью латунного стержня, свободно лежащего на шинах, то, как правило, возникало прерывистое дуговое КЗ. При протекании тока КЗ под действием электродинамических сил стержень отбрасывался и дуга гасла и после повторного падения стержня на шины процесс повторялся. При инициировании дуги с помощью эакоротки из тонкой проволоки или фольги в зазоре между шинами, поставленными на ребро, либо лежащими друг на друге и разделенными прокладками, возникало, как правило,

устойчивое дуговое КЗ. Опыты дуговых КЗ в вводной коробке электродвигателя показали, что условия замкнутого объема наиболее благоприятны для устойчивого горения дуги.

Опыты дуговых КЗ на кабеле показали, что в случае, если создание дуги производилось на разделенных и поключенных к электрооборудованию жилах, то дуговое КЗ, как правило, было устойчивым.

Если повреждение оболочки и изоляции происходило по длине кабеля, также возникает устойчивое дуговое КЗ. Осциллографирова-ние фазных токов дуговых КЗ показало, что значение тока дугового КЗ всегда меньше значения тока металлического КЗ в той же цепи, а форма и амплитуда фазного тока дугового КЗ в каждом полупериодс несколько отличны друг от друга. Каждый полупериод горения дуги одного и того же КЗ может рассматриваться как самостоятельный процесс во времени, связанный с параметрами электрической цепи, в которой происходит КЗ.

Анализ осциллограмм устойчивых дуговых КЗ показал, что при обработке результатов режим КЗ следует представить в виде двух интервалов: начального момента К,3 (1-5 полупериоды) и установившегося КЗ (5-20 полупериоды).

Для обработки результатов экспериментов были разработаны программы "RIÑA", "VHRT" и "MIC", позволяющие аиюмагншро-вать процесс обработки. Программа "RINA" позволила осуществить полуавтоматизированный перевод амплитудных значений токов и напряжения каждого полупериода процесса КЗ, измеренных по осциллограмме в (мм) в значения токов и напряжений в амперах и вольтах.

Программа "RINA" позволила также сравнить значения каждог о полупериода тока дугового КЗ со значением тока металлического КЗ в той же цепи. Результатом сравнения является коэффициент снижения тока при дуговом коротком замыкании - Кд, определяемый по формуле:

|Д

Кд= - ; (1)

1км

где: 1д - действующее значение тока дугового КЗ, А;

1км - действующее значение тока металлического КЗ, А.

В процессе обработки осциллограмм были определены значения Кд для каждого полупериода тока дугового КЗ.

Для определения закона распределения Кд использовалась программы "VERT" и "MIC", позволяющие определить вероятность но-

хождении Кд к выбранном mncpiiiuic и соотистсшии с условиями им-борки из базы данных. Базой данных явились значения Кд, рассчитанные для каждого из общего суммарного числа (7555) полупе-рнодов с помощью программы "R1NA".

Выборка значений Кд токов дуговых КЗ производилась про-I раммой "VERT" при задании:

-номеров нужных серий опытов или мощности трансформатора; -типа КЗ (трехфазное или однофазное КЗ); -диапазон тока металлического КЗ, предшествующее группе опытов дуговых КЗ;

-диапазон значений сопротивления цепи КЗ; -номера полупериодов процесса КЗ (рассматриваемый интервал времени КЗ).

При задании любой комбинации перечисленных условий программа "VERT" производит выборку значений Кд из опытов соответствующих условиям, определяется вероятность Ркд каждого значения Кд и строится функция распределения Ркд = f (Кд). Среднее значение Кд определяется по формуле:

где Pi - вероятность коэффициента Кд

Кд|- текущее значение коэффициента Кд.

Обработка результатов опытов по программам "VERT" и "М1С" показала, что с уменьшением значения сопротивления цепи КЗ и увеличением значения тока КЗ, значение коэффициента Кд уменьшается, что означает увеличение степени влияния дуги на значение тока КЗ. С помощью программ "VERT" и "MIC" была обработана вся база исходных данных и получены функциональные зависимости Кд = f (Zk) и Кд = f (Ik).

Расчет выборочной дисперсии Ska2h выборочного стандартного отклонения Бкд значений Кд выполнялся по формулам:

п

Кд =Х Pi ' К,

(2)

¡=1

(3)

п - 1

Sim —\| Бкл2

(4)

И резульппс оОрабо1кн гисюграмм были получены значении .Чьд-и 5кл для каждого диапазона сопротивления цепи КЗ в интервале времени с 1 по 20 полупериод.

Программа позволяет проводить анализ произвольных выборок, а также строить гистог раммы, вычислить среднее значение, дисперсию, критерий нормальности, определять погрешности среднею значения и погрешности выборочного значения стандартного отклонения.

И результате статистической обработки обработки базы данных были получены функциональные зависимости Кд=Г(1км) рис. 1 и вероятностные характеристики влияния дуги на ток КЗ Кд=(^к) рис. 2. С помощью полученных зависимостей можно определить значения тока дугового КЗ и оценить степень достоверности полученного результата. Значения тока дугового КЗ при этом определяется по формуле:

иср .нн К„

1д = -г=--(5)

\| з г*

где Кд - коэффициент снижения тока при дуговом КЗ (определяется по Кд=Д2к) при известном Zк);

Zк - полное сопротивление цепи КЗ, мОм

При известном 7ж и определении Кд по вероятностным кривым Кл=Кд+8кд можно предполагать, что примерно в 68% случаев значение реального тока аварийного дугового КЗ будет соответствовать расчетному значению. При использовании вероятностных кривых Кд=Кд+25кд вероятность соответствия расчетного значения тока его действительному значению увеличивается до 95%, что следует признать довольно хорошим результатом.

В четвертой главе приведены результаты исследований дуговых коротких замыканий в системах постоянного тока, их анализ и результаты статистической обработки. Дана оценка достоверности действующей в настоящее время методики расчета токов металлического КЗ в электроустановках постоянного тока, используемая при проектировании и эксплуатации электроустановок.

Рис. 1. Зависимость Кд от значения тока металлического

короткого замыкания

1 - дпч КЗ в интервале с 1 по 5 полупериод

2 - для КЗ в интервале с 5 по 20 полупериод

Риг. 'I- Зависимость Кд от сопротивления цепи КЗ для КЗ в интервале с 5 по 20 иолупериод (для устойчивых дуговых КЗ)

В процессе проведения опытов КЗ в сети постоянного тока более подробно исследовалось влияние: типа перемычки; расстояния между шинами; значения сопротивления короткозамкнутой цепи.

При этом ставилась задача получения устойчивого дугового КЗ.

При обработке осциллограмм с помощью ЭВМ среднеквадратичные значения тока и напряжения определялись по формулам:

и^Осй (б)

1ср=Л^1 1д(0<И (7)

где; ид - напряжение на дуге; 1кд - ток дугового КЗ.

Степень снижения тока при дуговом КЗ оценивалась путем вычисления коэффициента снижения тока при дуговом КЗ (Кд) для максимальных и среднеквадратичных значений тока КЗ по формулам:

1д.тах

К-д.тпх= ; (8)

1к

I Д.ср

Кд.ср = - . (9)

I к.ср,

где 1Дта* - максимальное значение тока дугового КЗ, Л;

1к - максимальное значение тока металлического КЗ, А; 1д ср - среднеквадратичное значение тока дугового КЗ, Л: 1к сР - среднеквадратичное значение тока металлического КЗ,Л. В результате обработки результатов экспериментов с помощью

ЭВМ были получены функциональные зависимости Кд тах=1(Кк) и

Кдср=КНк) рис.3, а также вероятностные характеристики влияния дуги

на ток КЗ: КЛт«+8=ДКк): Кли.«+28=^к); КЛ ср+5=ВДк);

К.лч>+25=Г(Кк). Необходимость определения степени снижения тока при дуговом КЗ по максимальным (амплитудным) и среднеквадратичным значениям объясняется тем, что защитные аппараты в зависимости от конструкции и принципа действия реагируют на действующее

500 600

ИкМОм

1'нс. И. Зависимость Кд от сопротиипения цени КЗ К* для среднеквадратичных значений Кд

значения тока (предохранители, тепловые расцепители), либо амплитудное значение (малоинерционные электромагнитные расцепители выключателей А3700, АЗ 100 и др.).

В приложении приведен пример расчета токов металлического и дугового КЗ в сети переменного тока напряжением 0,4кВ.

Заключение

Основные результаты работы сводятся к следующему.

1 .Установлено, что уставки срабатывания зашит и защитных аппаратов, рассчитанные на срабатывание при металлическом КЗ, как правило, не обеспечивают достаточной чувствительности к токам дугового КЗ.

2.Проведенный анализ аварийности на тепловых электростанциях показал, что одной из основных причин возгарания силовых кабелей являются КЗ не отключаемые защитой длительные КЗ.

3.В результате многочисленных экспериментальных исследований КЗ в системе СН переменного тока 0,4 кВ электростанции впервые получены обширные статистически с данные о токах металлических и дуговых КЗ, отражающих различные условия КЗ. При лом установлено, что наиболее вероятным видом КЗ в электроустановках является дуговое КЗ, которое можег быть устойчивым, прерывистым или самопогасающим.

4. Выполнена статистическая обработка результатов экспериментов, которая позволила выявить определенную закономерность пенсии влияния дуги на ток КЗ для различных моментов времени в зависимости от значения полного сопротивления цепи КЗ или тока металлического КЗ.

5.Получены вероятностные характеристики влияния электрической дуги на ток КЗ, с помощью которых можно определить вероятные минимальные и максимальные значение токов дуговых КЗ.

6.Разработана методика учета влияния электрической дуги при расчетах токов КЗ в сетях СН переменного тока напряжением 0,4 кВ электростанций и подстанции, которая внедрена в практику проектирования и эксплуатации.

7.В результате многочисленных экспериментальных исследований КЗ в системе СН постоянного тока напряжением 220 В электростанций и подстанций впервые получены обширные данные о токах

станций и подстанций впервые получены обширные данные о токах металлических и дуговых КЗ при различных условиях возникновения КЗ.

8.Выполнена статистическая обработка результатов экспериментов, позволившая выявить определенную закономерность в степени влияния дуги на ток КЗ в зависимости от значения полного активно! о сопротивления цепи КЗ.

9. Получены вероятностные характеристики влияния дуги на ток КЗ. с помощью которых можно определить вероятные минимальные и максимальные значения токов дуговых КЗ в электроустановках постоянного тока.

10.Разработана методика учета влияния электрической дуги при расчете токов КЗ в сетях СН постоянного тока электоростанций и подстанций, которая внедрена в практику проектирования и эксплуатации.

Разработанные методики внедрены:

а)в нормативные документы: (ГОСТ Р50270-92, ГОСТ Р29176-91);

б)в руководящие и методические указания: (Минтопэнерго. Фирма ОРГРЭС, 1992 г., Атомтеплоэлектропроект. 1990 г.);

в)при проведении экспериментальных работ на Красноярской ГРЭС-2, подстанции Камала, Омской 'ГЭЦ-4, Московской ТЭЦ-21. Московкой ТЭЦ-26, Костромской ГРЭС, а также на ряде других электростанций.

Публикации по теме диссертации

1.Воронин Г.И., Шиша ЭД.А.Результаты обследования и анализа работы защиты от коротких замыканий сети напряжением ниже 1000 В собственных нужд электростанций Кузбассэнерго// Информэнерго.

М.: 1980, -С.8

2.Экспериментальные исследования дуговых коротких замыканий в системе постоянного тока электростанций и подстанций./Жуков В В., Шиша М.А., Корючина И.Н.// Электрические станции. -1992. -

№ 10.-С.51-57

3.Шиша М.А. Методические указания по расчету токов короткого замыкания в сети напряжением до 1 кВ электростанций и подстанций с учетом влияния электрической дуги. -М.: СПО ОРГРЭС, 1993.

-С.49.

4.Анализ влияния дуги в сетях переменного и постоянного токов напряжением ниже 1 кВ электростанций/Шиша М.А., Пономарев В.Б., Жуков В.В.// Доклад 6-го Международного симпозиума "Токи коротких замыканий в энергосиситемах": Льеж, Бельгия: 1994.-С.4.8.1-4.8.5

5. Экспериментальные исследования дуговых коротких замыканий в системе собственных нужд 0,4 кВ./Жуков В.В., Казайкин В.Ф., Шиша М.А.,.Гептин Ю.И.//Электрические станции.- 1992.-№4.-С.68-75.

6.Воронин Г.И., Шиша М.А. Методические указания по расчету защит в системе постоянного тока тепловых электростанций и подстанций.// Союзтехэнерго, М.: -1983

7.Воронин Г.И., Шиша М.А. Дополнение к методическим указаниям по расчету защит в системе постоянного тока тепловых электростанций и подстанций.// Союзтехэнерго, 1987, -26 С.

8.Шиша М.А. Учет влияния электрической дуги на значение тока короткого замыкания в сетях до 1 кВ электрических станций// Тез. докл. Всерос. науч. конф. "Токи короткого замыкания в энергосистемах", Москва. 1995.-С.62-63

9. Погрешности расчета тока КЗ в системе собственных нужд 0,4 к В электростанций./Жуков В.В., Казайкин В.Ф., Шиша М.А. // Электрические станции.-1990. -№ 2.-С.70-74

10.Влияние обратимых двигатель-генераторов и статических преобразователей на ток КЗ в системе постоянного тока электростанций/ Жуков В.В., Казайкин В.Ф., Шиша М.А., Воронин Г.И.// Электрические станции,-1990.-№ 10.-С.44-48

11.Казайкин В.Ф., Шиша М.А. Влияние обратимых двигатель-генераторов и статических преобразователей на ток КЗ в системе постоянного тока собственных нужд электростанций// Тез. докл. Всес. конф. К 100-летию изобретения трехфазного электродвигателя. Москва:1989.-С.216-217

Подписано К Щ-ЧНТИ Л— АОЛ JJf)

Печ. л. -{/ХЬ Тираж /£/£' Заказ 77У

Типография МЭИ. Красноказарменная, 13.