автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Разработка защиты от однофазных замканий, селективной в сетях с изолированной и компенсированной нейтралью

УДК 621.3.014.7 (043.3)

На правах рукописи

ОЛЕЙНИК СЕРГЕЙ ИВАНОВИЧ

РАЗРАБОТКА ЗАЩИТЫ ОТ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМКАНИЙ, СЕЛЕКТИВНОЙ В СЕТЯХ С ИЗОЛИРОВАННОЙ И КОМПЕНСИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ

Специальность 05.14.02 - Электростанции и электроэнергетические системы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Россия Омск 2004

Работа выполнена в Омском государственном техническом университете и Павлодарском государственном университете.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Клецель М.Я.

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

- доктор технических наук, профессор Горелов В.П.

- кандидат технических наук, доцент Магай Г.С.

- Алтайский государственный технческий университет имени И. Ползунова

Защита состоится "27" декабря 2004 г. в 1500 часов на заседании диссертационного совета К 212.178.05. при Омском государственном техническом университете по адресу: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного технического университета.

Отзывы на автореферат направлять по адресу: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11. Омский государственный технический университет ученому секретарю. Т/факс 8 (3812) 656492, e-mail: ossipovdmitriy@list.ru.

Автореферат разослан "23" ноября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

Бубнов А. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Сети напряжением 3-35 кВ, в странах СНГ работают с изолированной или компенсированной нейтралью. Известно, что первопричиной тяжелых аварий в этих сетях часто являются неправильные действия релейной защиты при однофазных замыканиях на землю, составляющих до 90 % от общего числа электрических повреждений. Возникающие при этом, даже кратковременно, перерывы в электроснабжении могут приводить к длительным нарушениям технологических процессов на предприятиях. В некоторых случаях причиной аварий являются одиночные и групповые ложные срабатывания устройств релейной защиты при феррорезонансных процессах. К значительным перерывам электроснабжения и ущербам также может привести несрабатывание релейной защиты из-за недостаточной чувствительности к однофазному замыканию, когда оно переходит в многофазное короткое замыкание. Поэтому в настоящее время считается необходимым оборудовать сети 6-35 кВ защитами от замыканий на землю, обладающими достаточной селективностью и чувствительностью к устойчивым замыканиям, в том числе и через перемежающуюся дугу, повторностью действия и способностью фиксировать единичные самоустраняющиеся пробои изоляции.

В решение проблем, стоящих перед разработчиками защит от замыканий на землю значительный вклад внесли Бухтаяров В.Ф., Дударев Л.Е., Кискачи В.М., Лихачев Ф.А., Цапенко Е.Ф., Шуин В.Л., Щуцкий В.И., Ягудаев Б.М., и др. Ими создано большое количество защит в той или иной мере обладающих теми или другими из перечисленных свойств. Однако многочисленные попытки создания селективной защиты от замыканий на землю в сетях с компенсацией емкостного тока, удовлетворяющей большинству требований, предъявляемым к ее свойствам, пока не привели к получению соответствующего устройства. В некоторых случаях не удовлетворяют им и защиты в сетях с изолированной нейтралью (например, при феррорезонансных процессах).

Поэтому разработка защиты от однофазных замыканий на землю, более совершенной, чем существующие, способной удовлетворять всем предъявляемым требованиям как в сетях с изолированной нейтралью, так и в сетях заземленных через дугогасящий реактор остается актуальной.

Цель работы заключается в разработке защиты от замыканий на землю в сетях с компенсированной и изолированной нейтралями, селективной при металлических замыканиях и замыканиях через перемежающуюся дугу, а также фиксирующей единичные пробои изоляции.

Научная новизна заключается в развитии теоретических основ построения защит от однофазного замыкания на землю:

- разработан алгоритм реле, реагирующего на активную составляющую тока нулевой последовательности, получены аналитические выражения для оценки чувствительности, доказано, что защита обладает достаточной чувствительностью и селективностью;

- обоснована возможность использования выпускаемых серийно трансформаторов тока нулевой последовательности для получения информации об активной составляющей тока;

- предложено выявлять феррорезонанс по разности частот линейного напряжения и напряжения нулевой последовательности.

Практическая ценность работы:

- разработанное устройство защиты от замыканий на землю обладает селективностью в сетях с изолированной и компенсированной нейтралями, способно фиксировать устойчивые замыкания, замыкания через перемежающуюся дугу и единичные пробои изоляции;

- предложенная цифровая блокировка срабатывания защит от замыканий на землю при возникновении феррорезонансных процессов в сети не критична к изменению температуры, несинусоидальности входных сигналов и изменению частоты системы электроснабжения;

- разработанная централизованная селективная сигнализация от однофазных замыканий на землю, оснащенная диагностикой, экономична и обладает высокой надежностью;

- созданы экспериментальные установки сетей с изолированной и компенсированной нейтралями, которые могут использоваться для исследования вновь создаваемых защит.

К защите представляются:

- алгоритм защиты, реагирующей на активную составляющую тока нулевой последовательности;

- аналитические выражения для оценки чувствительности защиты;

- обоснование возможности использования выпускаемых серийно трансформаторов тока нулевой последовательности для получения информации об активной составляющей тока;

- способ выявления феррорезонанса по разности частот линейного напряжения и напряжения нулевой последовательности.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: грамотным использованием фундаментальных законов естественных наук и основ теории электрических цепей; удовлетворительным совпадением качественных характеристик результатов теоретических исследований с результатами экспериментов, выполненных в реальных сетях и на экспериментальных установках, достаточным объемом и результатами экспериментальных исследований.

Реализация результатов работы.

Разработанная цифровая блокировка от феррорезонансных процессов установлена на направленную защиту от замыканий на землю типа НЗЗИ-6м, которая внедрена в сетях Экибастузского разреза "Восточный" в количестве 5 комплектов. Централизованная селективная сигнализация от однофазных замыканий на землю внедрена на трех секциях собственных нужд Павлодарской ТЭЦ-3. Создан опытный образец устройства защиты от замыканий на землю, реагирующего на активную составляющую тока замыкания. Результаты работы используются организацией "Павлодартехэнерго" (для создания промышленных образцов устройств защиты) и Павлодарским государственным университетом (в учебном процессе по специальности "Автоматическое управление энергетическими системами" в курсе "Специальные вопросы релейной защиты").

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Международной научно-технической конференции "Проблемы комплексного развития регионов Казахстана", Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова (г. Павлодар 1996 г.); на 4 Международной конференции "Электротехника, электромеханика и электротехнологии", Московский энергетический институт (технический университете), (г. Москва, 2000 г.); на Международной научно -практической конференции «Современные энергетические системы и комплексы и управление ими" Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт), (г. Новочеркасск, 2001 г.), на расширенном заседании кафедры "Электрические станции и автоматизация энергосистем" Павлодарского государственного университета им. С. Торайгырова (г. Павлодар, 2001 г.)

Публикации. Содержание диссертации нашло отражение в 14 работах, в том числе 5 патентах на изобретение Республики Казахстан.

Структура и объем работы: Диссертационная работа состоит из введения, трех разделов, заключения, изложенных на 112 страницах машинописного текста и иллюстрируется 37 рисунками и 2 таблицами, списка литературы из 112 наименований и приложения на 5 страницах, содержащего материалы, относящиеся к практической реализации и внедрению результатов работы.

Автор выражает признательность к.т.н. А.А.Сафарбакову за помощь в работе над диссертацией.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность и цель работы. Отражены научная новизна и практическая ценность. Указаны методы исследований и положения, выносимые на защиту.

Сделан вывод о необходимости разработки новых защит от однофазных замыканий на землю в распределительных сетях 3-35 кВ.

В первой главе рассмотрены недостатки современных защит от однофазных замыканий на землю. Так, применяемые на практике направленные защиты могут ложно работать при возникновении феррорезонансных процессов. Централизованные защиты, как правило, способные удовлетворить большинству требований, имеют, наряду с низкой надежностью (из-за наличия большого количества соединительных проводов и контактов), недостаточную чувствительность вследствие отстройки от помех в линиях связи и малой мощности, отдаваемой трансформатором тока нулевой последовательности. В сетях с компенсированной нейтралью защиты от замыканий на землю не обладают достаточной чувствительность и селективностью.

Приводится анализ известных принципов построения защит от однофазных замыканий в сетях с компенсацией емкостного тока, который показывает, что наибольшими преимуществами должны обладать защиты, реагирующие на направление активной составляющей тока замыкания. Они смогут фиксировать кратковременные самоустраняющиеся замыкания на землю, повторно срабатывать при переходе кратковременных пробоев изоляции в устойчивое металлическое замыкание, сохранять работоспособность при переходе сети в режим недокомпенсации и могут применяться в сетях с изолированной и заземленной через резистор нейтралью.

Во второй главе решаются вопросы построения защиты, основанной на получении информации о поврежденном присоединении по направлению активной составляющей тока нулевой последовательности.

Используя полученные Лихачевым Ф.А. значения доли активной составляющей в полном токе замыкания (4% в кабельных сетях и 6% в воздушных, по мере старения изоляции она увеличивается, достигая соответственно 6% и 10%), установлено, что вектор тока нулевой последовательности (НП) неповрежденного присоединения отстает по фазе от напряжения НП-Ц) на 91-93 эл. градусов - угол И| (рисунок 1).

(1)

где - емкостной ток присоединения;

активная составляющая тока нулевой последовательности.

В сетях без автоматического регулирования тока компенсации угол у (рисунок 1) между токами нулевой последовательности поврежденного и неповрежденного присоединений находится в пределах от 30 до 50 электрических градусов (при настройке дугогасящих катушек (ДГК) с перекомпенсацией не более 5 %).

-I 1

ОС СЕТИ

(2) (3)

где II кат —индуктивный ток создаваемый ДГК;

loe сети - суммарная емкостная составляющая тока нулевой последовательности всей сети.

Пример коррекции тока нулевой последовательности

1корр - формируемый ток (по амплитуде равен емкостному току присоединения, а по фазе развернут на 90° относительно -11о)

Ь п (Ь н У~ ток, получаемый в реле на выходе сумматора для поврежденного (неповрежденного) присоединения.

Рисунок 1

Если смежные ответвления ДГК не позволяют добиться желаемой расстройки, то допускается работа с током перекомпенсации до 10 А. При этом величина угла у может уменьшаться до 10°, что соизмеримо с погрешностью измерительных трансформаторов тока нулевой последовательности (ТТНП) при малых токах. Следовательно, непосредственное сравнение направлений полных токов нулевой последовательности не позволяет определить поврежденное присоединение. Для решения этой задачи предлагается предварительно осуществлять коррекцию тока нулевой последовательности присоединения при помощи тока, имеющего такую же величину и опережающего напряжение НП на 90 электрических градусов. Ток коррекции формируется из сигнала, полученного от

напряжения НП, путем его разворота и автоматического выравнивания величины. На рисунке 1 приводится пример коррекции тока нулевой последовательности поврежденного (1оп) и неповрежденного (1о„) присоединения, в результате которой вектор суммарного тока поврежденного присоединения смещается в 1-2 квадранты (Ijn), а неповрежденного в 34 (hH). Таким образом, направление откорректированного тока может быть использовано для выявления поврежденного присоединения. Доказана возможность использования серийно выпускаемых трансформаторов тока нулевой последовательности для получения информации об активной составляющей тока замыкания. При определении оптимальной зоны срабатывания реле были проанализированы возможные фазовые соотношения суммарных токов (Ij) поврежденного и неповрежденных присоединений с учетом погрешности работы ТТНП. Для этого были получены зависимости угловой погрешности ТТНП типа ТЗЛМ от измеряемого тока при различных нагрузках (рисунок 2). Испытания трансформаторов проводились на двух нагрузках 0,5 Ом и 0,2 Ом. Эти значения были выбраны как минимально возможные, так как дальнейшее снижение нагрузки практически невозможно из-за влияния сопротивления проводов и контактов.

Зависимость угловой погрешности ТТНП от нагрузки и величины тока

Угловая погрешность

0,05 0,2 0,4 0,5 I 1,5 3 5 10 20 30 60 150 300 450 600 900 1200 А

Рисунок 2

Как видно из приведенных зависимостей, при нагрузке 0,2 Ом и токах менее 10 А возможно смещение вектора тока неповрежденного присоединения (10н) в 1 квадрант. Построив кривую, огибающую вектор тока в неповрежденных присоединениях, с учетом угловой погрешности для ка-

8

ждой конкретной величины тока (рисунок 3), нетрудно убедиться, что величина откорректированного тока для неповрежденных присоединений в 1-2 квадрантах не превышает 0,2 А (1^ н.). Для исключения ложной работы защиты в этих случаях вводится ограничение его срабатывания по величине откорректированного тока.

Применяя коэффициент отстройки котс=2,5, получим ток срабатывания реле 1сз. = 0,5 А. Учитывая, что максимально возможные токи замыкания с учетом расстройки компенсации и аварийного отключения дугога-сящих катушек не могут превысить 100-150 А., зона допустимой угловой погрешности (рисунок 2) для нагрузки ТТНП равной 0,2 Ом будет находится в диапазоне 0,5 - 150 А.

Характеристика срабатывания реле

Рисунок 3

Если принять во внимание некоторую инертность работы узла выравнивания величины тока коррекции, существует опасность срабатывания реле при попадании вектора тока неповрежденного присоединения в 1 квадрант и превышении им величины 1С3. Из рисунка 3 видно, что в этих случаях угол вектора тока неповрежденных присоединений не будет превышать 10 эл. градусов относительно положительного направления мнимой оси, соответствующего направлению индуктивного тока компенсации в поврежденном присоединении. Поэтому угол наклона правой границы характеристики срабатывания необходимо отстроить от фн.тах.- Угол отстройки принимаем равным 10 эл. градусам,

что значительно больше погрешности измерения самого реле, обусловленной разбросом параметров элементов. Тогда:

(5)

(6)

При выборе угла фср.л. наклона левой границы характеристики срабатывания защиты учитывается возможность перехода сети в режим недо-компенсации, а также аварийное отключение ДГК. В последнем случае вектор тока поврежденного присоединения (с учетом коррекции) будет стремиться к 180°, поэтому в ы б <рср.л.= 200 п е ч и т срабатывание защиты даже при отключенной ДГК.

Таким образом, характеристика срабатывания представляет собой область пересечения характеристик реле тока с уставкой 0,5 А и реле направления мощности косинусного типа с зоной срабатывания 20° - 200°:

Напряжение срабатывания иср реле направления мощности выбрано равным 20 В, для исключения влияния на работу защиты несимметрии реактивных и активных проводимостей сети, которые вызывают появление напряжения нулевой последовательности в нормальном режиме работы сети.

Структурная схема алгоритма защиты, реагирующей на активную составляющую тока НП, приведена на рисунке 4.

Функциональна схема защиты, реализующая разработанную характеристику срабатывания, приведена на рисунке 5.

Чувствительность защиты оценивается чувствительностью по току нулевой последовательности и чувствительностью реле направления мощности. Первая определяется коэффициентом чувствительности К,, а вторая мощностью срабатывания реле.

Структурная схема алгоритма защиты, реагирующей на активную составляющую тока НП

Рисунок 4

Функциональна схема защиты, реагирующей на активную составляющую тока НП

АРУ - автоматическая регулировка усиления; ФПС - фазоповоротная схема; Ф - фильтр; ФКИ ПП и ФКИ ОП - формирователи коротких импульсов положительной и отрицательной полярностей; РТ - реле тока; ФПИ ПП и ФПИ ОП - формирователи прямоугольных импульсов положительной и отрицательной полярностей; СЧ - счетчик импульсов; ЗД - блок задержки; ИОО и ИОС - исполнительные органы, действующие на отключение и сигнал соответственно.

Рисунок 5

(Ц)

где: гк - активное сопротивление ДГК; ГоСе™ * активное сопротивление изоляции всей сети; Гоповр - активное сопротивление изоляции поврежденного присоединения; - суммарная емкость сети относительно земли;

- емкость сети поврежденного присоединения относительно земли; 31, МИН(К),310 МИН(И) - минимальный ток протекающий через защиту поврежденного присоединения соответственно в режимах с компенсированной и изолированной нейтралью.

Мощность срабатывания реле определиться исходя из тока срабатывания - 1ср и напряжения срабатывания Ц^.

12

Scp-Io, Ucp = 0,5.20=10 В A, (12)

Полученная Scp приведена к первичному току нулевой последовательности, если учесть фактический коэффициент трансформации ТТНП равный 25, то Scp получится, равна 0,4 ВА.

Согласно рекомендаций ПУЭ, компенсация емкостного тока замыкания применяется в кабельных сетях 6 и 10 кВ, если ток замыкания на землю превышает соответственно 20 и 30 А, а в воздушных сетях с линиями на железобетонных и металлических опорах - 10 А.

При этом величина активной составляющей в токе замыкания, с учетом приведенных выше соотношений, будет не менее 0,6 А. Если после коррекции суммарный ток приближается по величине к активной составляющей, то при наименее благоприятных условиях коэффициент чувствительности будет не меньше

бельных сетях с суммарным током замыкания более 20 А чувствительность защиты определиться (кч > 1,5).

На рисунках 6 и 7 приведены осциллограммы напряжений в контрольных точках при испытаниях защиты на экспериментальной установ-ке._На рисунках (6а и 7а) защита испытывалась на поврежденном присоединении, а на рисунках (6б и 7б) - на неповрежденном. Испытания в различных режимах показали, что защита чувствительна при металлическом замыкании к токам активной составляющей превосходящей 0,5 А при перекомпенсации не более 20 % и суммарном емкостном токе 10 А. Время срабатывания при металлическом замыкании составляет (вместе с выходного реле) 0,065 - 0,08 с, а при замыкании через перемежающуюся дугу 0,08 - 0,6 с. в зависимости от настройки сети в резонанс.

Работа защиты при дуговом замыкании

рисунок 6

Работа защиты при металлическом замыкании

Рисунок 7

В третьей главе приведены результаты, полученные экспериментальным путем. Исследования проводились с использованием экспериментальной установки. В качестве элементов сети использовались реальные трансформаторы напряжения, типа НАМИ и НТМИ. Максимальное напряжение экспериментальной установки достигало 6 кВ.

Исследования различных режимов возникновения в сети феррорезо-нансных колебаний показало, что через фазные емкости присоединений протекают токи взаимодействия с нелинейными индуктивностями соответствующих фаз, ТН и ТТНП каждого присоединения трансформируют их практически без искажений, как ток нулевой последовательности. Это ведет к ложной работе устройств защиты, если их ток срабатывания меньше тока, протекающего через трансформатор тока данного присоединения. Полученные на экспериментальной установке осциллограммы, фиксирующие ложную работу выпускаемой серийно защиты ЗЗП-1М во время феррорезо-нансных колебаний, возникающих после отключения замыкания на землю на соседнем присоединении при использовании антирезонансных трансформаторов напряжения типа НАМИ рисунок 8 и русунок 9 с ТН типа НТМИ.

На рисунке 10 приводятся осциллограммы напряжений и токов при феррорезонансных процессах в режимах соответствующих включению не-нагруженных шин. Так для емкости порядка 0,01 мкФ, что соответствует емкости шин без присоединений, напряжение НП достигает 0,93 иио1И, а ток нулевой последовательности имеет величину 0,15А По мере увеличения емкости до 0,01 - 0,08 мкФ были получены напряжение и ток НП на уровне 1,6 ином и 0,5 А соответственно. При чувствительности защиты к току нулевой последовательности равной 0,25 А в данных режимах произойдет ложное срабатывание.

Ток и напряжение нулевой последовательности на присоединении после отключения однофазного замыкания

и0

]п

Контакт защиты

Рисунок 8

Ложная работа направленной защиты НП при феррорезонансном процессе на присоединении после отключения однофазного замыкания

Другим видом коммутаций, приводящим к возникновению феррорезо-нансных колебаний, являются отключения однофазных замыканий на землю. Осциллограммы, изображенные на рисунке 9в показывают, что фсрро-резонансный процесс носит затухающий характер. В этом режиме в цепь "разомкнутого треугольника трансформатора напряжения включено сопротивление 25 Ом.

Представляется, что наиболее простым решением проблемы является оснащение направленных защит блокировкой, выводящей их из работы при феррорезонансе. Такая блокировка должна удовлетворять следующим требованиям: срабатывать при снижении частоты напряжения нулевой последовательности относительно промышленной частоты; быть некритичной к изменению формы напряжения нулевой последовательности; иметь отстройку от снижения частоты в системе электроснабжения; быть устойчивой к изменению температуры окружающей среды.

I

Контакт защиты

Рисунок 9

Феррорезонансные процессы в сетях с изолированной нейтралью

Уд,в,с

0.7А

1о

Феррорезонанс при отключении 033, к разомкнутому треугольнику ТН подключено сопротивление 25 Ом.

Анализ полученных результатов показывает, что удовлетворить предъявляемым требованиям путем непосредственного измерения частоты напряжения НП невозможно. Для построения надежной блокировки предлагается использовать разность частот линейного напряжения и напряжения НП. Это дает возможность отстроиться от ложных срабатываний из-за аварийного снижения частоты в системе электроснабжения. Для сравнения частот применяется время импульсный принцип, что позволяет использовать только фазы измеряемых напряжений. Таким образом, удалось удовлетворить требованию некритичности к форме кривой напряжения НП. На этой основе предложена цифровая блокировка направленных защит от однофазных замыканий на землю. Структурная схема блокировки приведена на рисунке 11.

Вход блокировки содержит канал напряжения НП и канал линейного напряжения, состоящие из выпрямителей 1,3 и усилителей-ограничителей 2,4, которые служат для преобразования входных сигналов в прямоугольные импульсы одной полярности. Длительность их равна длительности соответствующих полуволн входных напряжений. С выходов усилителей ограничителей 2 и 4 прямоугольные импульсы поступают на вход блока 5 переключения режимов счета, который запускает счет импульсов от высокочастотного генератора 6 реверсивным счетчиком 7. При этом из длительности импульса напряжения НП вычитается длительность линейного напряжения.

Рисунок 10

Структурная схема блокировки

!-выпрямитель напряжения нулевой последовательности, 2-усилитель ограничитель напряжения нулевой последовательности, 3-выпрямитель линейного напряжения, 4- усилитель ограничитель линейного напряжения, 5- блок переключения режимов счета, б - высокочастотный генератор, 7- счетчик, 8- блок формирования разрешающего сигнала, 9- схема И t обратной связью

Рисунок 11

Если зафиксированное показание счетчика меньше уставки, значит частота линейного напряжения практически равна частоте напряжения НП Частота высокочастотного генератора выбрана равной 2,5 кГц. Это позволяет измерить разность частот с точностью 1 Гц. Значение уставки по частоте срабатывания fCp выбрано исходя из 10% погрешности всех измерений. Уставки по повышению и снижению часто^ынулевой последовательности определены:

При увеличении длительности полуволны напряжения НП показания счетчика резко увеличиваются. Если частота напряжения НП лежит в диапазоне от 45 до 55 Гц, то на выходе блока 8 формирования разрешающего сигнала и8 появляется импульс. Длительность последнего определяется наименьшим временем срабатывания измерительной части защиты для исключения ложного срабатывания после отключения замыкания на землю. При одновременном поступлении и8 и сигнала иич ОТ измерительной части на выходе схемы И 9 появляется сигнал и,, обеспечивающий срабатывание исполнительного органа защиты. Для сохранения И9 при исчезновении И8. и существовании Иич выполнена обратная связь от выходного сигнала.

Работу блокировки поясняют время-импульсные диаграммы, представленные на рисунке 12.

Время-импульсная диаграмма работы блокировки на неповрежденном присоединении

Рисунок 12

При возникновении замыкания длительности первых полупериодов сравниваемых напряжений различны. Поэтому после первого измерения показания счетчика и8=0. После второго и третьего измерений во время замыкания и8 больше 0, так как частоты измеряемых напряжений практически равны. После отключения 033 длительность полупериодов напряжения НП начинает увеличиваться, и блокировка не выдает разрешающие сигналы на срабатывание защиты.

Предлагаемая схема блокировки обладает следующими преимуществами:

- температурная стабильность, поскольку несущественное изменение параметров элементов генератора тактовых импульсов не влечет за собой ложной работы блокировки, так как счетчиком производится дифференцирование количества импульсов измененной частоты;

- некритичность к не синусоидальности входных сигналов при перемежающихся дуговых замыканиях;

- изменение соотношений параметров схемы блокировки с течением времени не влияют на ее работу;

- разработанная блокировка выполнена в виде отдельного модульного блока, что позволяет использовать ее как дополнение к направлен-

ным защитам от замыканий на землю, которые уже находятся в эксплуатации.

Для определения поврежденного присоединения на подстанции с использованием разработанной защиты, оснащенной блокировкой от ферро-резонансных процессов, целесообразно применить принцип последовательного опроса присоединений, используя в качестве измерительного органа одно устройство защиты, получающее информацию от всех первичных преобразователей тока и напряжения.

Подобные устройства обладают рядом преимуществ, одним из которых является снижение общей стоимости защит подстанции. Так экономический эффект от внедрения предложенной централизованной защиты подстанции состоящей из 20-ти присоединений, в сравнении с оснащением ее 20-ю комплектами защит, составит примерно 100 тыс. рублей. Для повышения ее надежности разработано устройство диагностики, которое позволяет без демонтажа и дополнительных переключений в любое время проверить целостность вторичных цепей сигнализации и ее работоспособность. Блок диагностики формирует контрольный ток и напряжение по величине и фазе подобные току и напряжению НП. Алгоритм опроса заключается в следующем: на каждом контролируемом присоединении в случае целостности всех соединений и исправности защиты последняя должна срабатывать. Каждое срабатывание блок диагностики фиксирует и переключает коммутатор опроса на следующее присоединение. В случае отсутствия срабатывания защиты блок диагностики останавливает опрос и фиксирует номер присоединения с нарушенной целостностью вторичных цепей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи - разработки защиты от замыканий на землю селективной в сетях с изолированной и компенсированной нейтралью при металлических замыканиях и замыканиях через перемежающуюся дугу, а также фиксирующей единичные пробои изоляции.

Основные научные и практические результаты, полученные в работе, заключаются в следующем:

1. Разработана защита, реагирующая на активную составляющую тока замыкания на землю, способная селективно работать при металлических замыканиях и при замыкании через перемежающуюся дугу, а также фиксировать кратковременные пробои изоляции в сетях с изолированной и компенсированной нейтралью. Обосновано ее подключение к серийно выпускаемым трансформаторам тока нулевой последовательности. Доказано

теоретически и подтверждено испытаниями на экспериментальной установке, что она имеет достаточную чувствительность и селективность.

2. Создана цифровая блокировка направленных защит от феррорезонанс-ных процессов, контролирующая разность частот линейного напряжения и напряжения нулевой последовательности, не критичная к изменению формы кривой напряжения нулевой последовательности, температуре и частоте в системе электроснабжения. Правильность теоретических предпосылок, положенных в ее основу, подтверждена испытаниями и опытом эксплуатации в сетях электроснабжения угольного разреза "Восточный" г. Экибастуз.

3. Разработано устройство централизованной селективной сигнализации замыканий на землю с применением промежуточных трансформаторов тока, благодаря которым удалось добиться достаточной чувствительности. Предложена диагностика, позволяющая без отключения устройства от трансформаторов тока и напряжения произвести полную тестовую проверку всей системы, включая вторичные цепи.

4. Экономический эффект от внедрения централизованной селективной сигнализации на подстанции из 20 присоединений составит около 100 тыс. рублей.

5. Рекомендуется использовать разработанные устройства в распределительных сетях, в системах электроснабжения и на собственных нуждах электростанций, а также на городских подстанциях. Устройство блокировки от феррорезонансных процессов следует применять как дополнительный блок к уже введенным и вводимым в эксплуатацию направленным защитам от замыканий на землю.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. Сафарбаков А.А., Олейник СИ., Богдан А.В. Селективная сигнализация замыкания на землю в схеме собственных нужд ТЭЦ //Сборник статей по материалам международной научно-технической конференции "Проблемы комплексного развития регионов Казахстана". - Алма-ты.,-1996.-С. 106-110.

2. Олейник СИ., Сафарбаков А.А., Богдан А.В. Опыт внедрения селективной сигнализации замыканий на землю в сети 6 кВ собственных нужд ТЭЦ // Новочеркасск: Россия, Известия ВУЗов. "Электромехани-ка".-1999.-№1. - С.58-59.

3. Патент Республики Казахстан № 6924 Устройство для защиты от замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью // Сафарбаков А.А., Олейник СИ. Опубл. 15.01.99.

4. Патент Республики Казахстан № 8463 Устройство для защиты от замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью // Богдан А.В.,

Сафарбаков А.А., Копбаев М.А., Олейник С.И., Калмыков В.В. Опубл. 14.01.00.

5. Патент Республики Казахстан № 9295 Устройство для защит от замыканий на землю в сетях с изолированной или компенсированной нейтралью // Олейник С.И., Сафарбаков А.А. Опубл. 14.07. 00.

6. Олейник С.И. Защита от замыканий на землю в сетях 6-10 кВ с компенсированной нейтралью // Ученые записки Павлодарского Государственного университета. - Павлодар, 2000. -№4 -С74-80.

7. Олейник С.И. Устройство от замыканий на землю в сети с компенсированной нейтралью, реагирующее на активный ток //Сборник тезисов по материалам 4 международной конференции "Электроника, тек-тромеханика и электротехнологии " - Клязьма: Россия, -2000. -С.371-372.

8. Олейник С.И., Сафарбаков А.А. Определение поврежденного присоединения при замыкании на землю на шинах собственных нужд ТЭЦ // М, Электрические станции -2000. -№10 -С.49-50.

9. Сафарбаков А.А., Олейник С.И. Узел блокировки срабатывания направленных защит от замыканий на землю при феррорезонансных процессах // М., Электрические станции -2001. -№2 -С.64-66.

10. Патент Республики Казахстан № 10595 Устройство для направленной защиты нулевой последовательности от замыканий на землю в сети с изолированной или компенсированной нейтралью // Олейник С.И. Опубл. 31.05.01.

11.Патент Республики Казахстан № 10701 Устройство для сравнения фчз // Олейник С.И., Сафарбаков А.А. Опубл. 22.06.01.

12. Сафарбаков А.А., Олейник С.И. Принцип выполнения защит от замыканий на землю в сети с компенсированной нейтралью. // Сборник докладов по материалам международной научно-практической конференции "Современные энергетические системы и комплексы и управление ими". Новочеркасск: Россия. -2001.-С.54-55

13. Сафарбаков А.А., Олейник С.И. Блокировка срабатывания направленных защит от замыканий на землю при феррорезонансных процессах // М., Энергетик -2001. -№8 -С 20-21.

14. Олейник С.И., Сафарбаков А.А. Защита от замыканий на землю в сетях 6-35 кВ с компенсированной нейтралью, реагирующая на активную составляющую // М., Электрические станции -2002. -№3. -С.60-63.

THE SUMMARY

Oleynik Sergey Ivanovich

"Cultivation of protection from onephause closure.selective in nets with isolated and compensate neutralization"

Speciality 05.14.02 -"Electric stations and electroenergetical systems".

The goal of work is cultivation of selective protection from closure on the ground in net with neutralization reacting on active constituent of current closure, making reliable block system directing protections from ferroresonance processes in nets with isolated neutralization and also cultivation of centralized signaling with self- diagnostics.

Scientific novelty

Theoretical bases of protection building from one phase closure reacting on active constituent are developed:

-new characteristics of relay working are based; the opportunity of using producing transformers of current zero consequence for resolving information about current constituent is based; analytical expressions for estimation of sensitivity are got. Protection possesses enough sensitivity and selectivity is proved.

Figure block system of protection working from one phase closure by appearance of ferroresonance processes is developed.

Centralized selective signaling at closure on the ground for nets working with isolated or effectively grounding neutralization; and method its testing is made.

Practical value of work:

- Developed arrangement of selective protection from closure on the ground in compensate nets is able to fix as single clamp of isolation as steady closures and through alternate are.

- Suggested figure block system working of protection from closure on the ground at appearance of ferroresonance processes in net is not critical to the change of temperature and nonsinedistance of entrance signals.

- Developed centralized selective signaling from one phase closure on the ground supplied with diagnostics permitting atany time to protest its signaling including second chains of protection, without demounting of arrangement.

The following themes to the defence are given:

- Arrangement of protection reacting on direction of active constituent of current closure, functioning as at steady closure as at single clamp.

Figure block system working of protection from onephase closure at appearance ferroresonsnce processes in net.

- Centralized selective signaling from closure on the ground.

Realization of work results:

Developed figure block system from ferroresonsnce processes is determined on directed protection frim closure on the ground type NZZE-6m, which inculcates on nets of Ekibastuz cut "Vostochny" in the guantity of 5 complete set. Centralized selective signaling from onephase dosure on the ground inculcates on three sections of its own needs of Pavlodar Thermal Electric Stations - 3. Experienced example of arrangement protection from closure on the ground in nets with compensate of capacious is based. The results of work are used by organization "Pavlodar teshnienergetico" for making industrial examples of protection arrangements. Developed positions are used in Learning process for the students speciality "Automatical mangement by energetical systems" in course "Special questions of relay protection".

Олейник Сергей Иванович

РАЗРАБОТКА ЗАЩИТЫ ОТ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ, СЕЛЕКТИВНОЙ В СЕТЯХ С ИЗОЛИРОВАННОЙ И КОМПЕНСИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 12.11.2004. Печать ризографическая. Формат бумаги 60x84 1/16. Бумага офсетная № 1. Условных печатных листов 1. Тираж 100 экз. Научно-издательский центр Павлодарского государственного университета г. Павлодар.

№2 5 8 1 О