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

На правах рукописи

Шиша Михаил 1

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 - элохтрическио станции (электрическая часть), соти, "хшктроэнергегическае. системы и управлониэ ими

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1996 г.

Работа выполнена на кафедре "Электрические станции" Московскогс энергетического института (технического университета), в инженерной фирме по наладке, совершенствованию технологий и эксплуатации энерго-электрооборудования предприятий и систем АООТ "Сибтехэнерго' и в Акционерном обществе закрытого типа "СИБИВТ"

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Жуков В. В.

Официальные оппоненты:

доктор технических наун профессор Семенов В.А.,

кандидат технических нвуь Львов Ю.Н.

Ведущее предприятие:

Фирма по наладке и совершенстеованик технологии и эксплуатацис электростанций и сетей "ОРГРЭС

Защита состоится " " п и-и*^. 1_ 1996 г. в час. е

аудитории _/Чго_1_ на заседании диссертационного совета К053.16.17 е 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 "_"_1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета К 053.16.17

канд. техн. наук, доц. Хачатурова Е.А.

Общая характерно гика работы

Актуальность работы. Современный этап развития электроэнергетики 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 токоограншцивающем 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 требований к параметрам электрооборудования, устанавливаемого в этих электроустановках и, как следствие, к псрерасходова-нию средств на их сооружение. Правильный учет токоограничивающего влияния дуги на стадии проектирования защит электрических сстей собственных нужд (СН) электростанций 11 подстанций позволит исключить или значительно сократить случаи нечувствительности и отказов в работе защит при аварийных дуговых КЗ п 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 всс авторы экспериментальных исследований

плиипия дуги па ток КЗ укаи.такн па исдоиатчнос количсано проведенных экспериментов для убедительной оценки их результат» 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 сели 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 электроустановках.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 электростанций и подстанций;

•впервые получены обширные статистические данные о токах металлических и дуговых КЗ в системе СН переменного и постоянного тока электростанций и подстанций;

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

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

-расчитаны вероятностные характеристики влияния электрической дуги на ток КЗ;

-разработаны методики учета токоограничевающего 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 гокоограничивающего 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. Методы 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 СП ТЭС И АЭС", Атомтеплоэлектропроекг. 1990г.;

-Методические указания по расчету токов короткого замыкания в сет напряжением до 1кВ 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 СП 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:

- на заседании электротехнической секции НТС Соючтсхэнсрго. Москва, 1988г.;

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

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

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

Публикации. По результатам выполнения исследований опубликовано 11 печатных работ.

Объем работы. Диссертация общим объемом 176 страниц состоит из 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 перменно! о и постоянного тока. Представлена общая характеристика работы, показана ее актуальность, определены цели и задачи исследования, отражена научная новизна и практическая ценность, описана структура работы.

В первой главе проводится анализ аварийности в сетях напряжением до 1кВ электростанций, подстанций и промышленных предприятий.

Анализ пожаров приведших к авариям на тепловых электростанциях за период с 1981 по 1990гг., проведенный Союзтехэнерго 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 защитнои~или защитными аппаратами. Обсле-

дование состояния защиты сетей СН переменного и постоянного тока напряжением до 1кВ, проведенное Сибтсхэнерго при участии автора показало, что значительная часть защит и защитной аппаратуры не обеспечивают защичу сети не только при дуговом, но даже при металлическом КЗ. Так, и частности, у К) комплектов максимальных боковых защит (МТЗ) трансформаторов рабочего питания секций 1'У( 110.4кВ (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% расцсшпслсй мгновенного срабатывания обследованных автоматических выключателей не чувспипельиы к металлическому КЗ в конце защищаемою учаика сети.

Обследования показали, что основными причинами недоаа-точной 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 дугового 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 ГРЭС, 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 мобильной установки, позволяющей производить операцию включения цепи на короткое замыкание и автоматическое отключение КЗ через время tK=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. F3 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 Ядоб 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 16ммг, 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-100x10) длиной 0,8м

от 0 до 300мм и фиксировать их калиброванными распорками с шагом 10мм. Иницирование 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-ливиннлхлоридной 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 нпжатии кон гак го».

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 деионизацни дугового промежутка КЗ через дугу может быть устойчивым, прерывистым или самопогасающим. В том случае, если инициирование дуги 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 закоротки из тонкой проволоки или фольг и 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 rio 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 полупериоде 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 программ!.i "RIÑA", "VHUT" и "MIC", позволяющие ашомати шро-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 значении каждого 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 но формуле:

1д

Кд= - ; (I)

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 и выбранном unicpitiuic и соотпскчиии с условиями пы-борки из базы данных. Базой данных явились значения Кд, рассчитанные для каждого из общего суммарного числа (7555) полупе-рнодов с помощью программы "RINA".

Выборка значений Кд токов дуговых КЗ производилась программой "VEUT" 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

Кд1- текущее значение коэффициента Кд.

Обработка результатов опытов по программам "VERT" и "MIC" 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 • КД1,

(2)

i=l

Li (К* -Кд)'

i-i

SK.,2 =

(3)

п - 1

И ретудышс обр«0о1К11 гистограмм были получены шачеппи N>,1-и Я™ 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 среднего значения и погрешности выборочного значения стандартного отклонения.

В результате статистической обработки обработки базы данных были получены функциональные зависимости Кд=1'(1км) рис. I и вероятностные характеристики влияния дуги на ток КЗ Кд=1'^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 Кл

1д = -¡=--(5)

\ з

где Кд - коэффициент снижения тока при дуговом КЗ (определяется по Кд=^к) при известном Zк)\

Zк - полное сопротивление цепи КЗ, мОм

При известном Zк и определении Кд по вероятностным кривым Кл=Кл+5кл можно предполагать, что примерно в 68% случаев значение реального тока аварийного дугового КЗ будет соответствовать расчетному значению. При использовании вероятностных кривых К.д=Кд+25кл 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.

Гис. 1. Зависимость Кд от значения тока металлического короткого замыкания

1 - для КЗ в интервале с 1 по 5 полупернод

2 - для КЗ в интервале с 5 по 20 полупериод

['не. 'I. Зависимость Кд от сопротивления цепи КЗ для КЗ в интервале с 5 по 20 полупериод (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:

П й 2

иср = -у у | ид(0сИ

ГГТ* 2~ 1ср = V т { 1д(0си

где; ил - 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.шах

К.д.тях= ; (8)

1к

I д.ср

Кд.ср = - . (9)

I к.ср.

где 1дта* - максимальное значение тока дугового КЗ, А;

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

ЭВМ были получены функциональные зависимости Кдтах=КНк) и

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

на ток КЗ: Кд.т«+8=«Нк); .Клт.х+25=Г(Нк); К.д.ср+5=Г(1?к);

КЛср+25=НКк). 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

(6) (7)

Г,-я

600 ИкмОм

Рис. И. Зависимость Кд от сопротивления цепи 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 защит и защитных аппаратов, рассчитанные на срабатывание при металлическом КЗ, как правило, не обеспечивают достаточной чувствительности к токам дугового КЗ.

2.11ровсденный 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 электростанций впервые получены обширные статистические данные о токах металлических и дуговых КЗ, отражающих различные условия КЗ. При лом установлено, чго наиболее вероятным видом КЗ в электроустановках является дуговое КЗ, которое может быть устойчивым, прерывистым или самопогасающим.

4. Выполнена статистическая обработка результатов экспериментов, которая позволила выявить определенную закономерность степени 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 подстанций, 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 активного 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 ТЭЦ-4, Московской ТЭЦ-21, Московкой ТЭЦ-26, Костромской ГРЭС, а также на ряде других электростанций.

Публикации по теме диссертации

1.Воронин Г.И., Шиша.М.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. -№ К). -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 ГкВ 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.,.Геитин 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 кВ электростанций./Жуков В.В., Казайкин В.Ф., Шиша М.А. // Электрические станции.-1990.-№ 2.-С.70-74

Ю.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

Подписана к н£ч;пи

Пи. л 1X6

Типография МЭИ. Крапюказармпшая, 13.