автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Токовые защиты распределительных сетей с повышенным быстродействием и чувствительностью

На правах рукописи

ИСАКОВ РУСЛАН ГЕННАДЬЕВИЧ

ТОКОВЫЕ ЗАЩИТЫ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ С ПОВЫШЕННЫМ БЫСТРОДЕЙСТВИЕМ И ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬЮ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 3 ДЕК 2(Ш

Казань-2012

005057304

Работа выполнена на кафедре «Электрооборудование» ФГБОУ ВПО Казанского национального исследовательского технического университета им. А.Н Туполева - КАИ

Научные руководители:_

[Гарке Владимир Георгиевич], кандидат технических наук, доцент.

Ференец Андрей Валентинович, кандидат технических наук, с.н.с., Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н.Туполева - КАИ, заведующий кафедрой «Электрооборудование».

Официальные оппоненты:

Федотов Александр Иванович, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет», профессор кафедры «Электроэнергетические системы и сети».

Пашковский Сергей Николаевич, кандидат технических наук, ООО НПП «ЭКРА», г. Чебоксары.

Ведущая организация

Филиал ОАО «Системный оператор Единой энергетической системы» «Региональное диспетчерское управление энергосистемы Республики Татарстан», г. Казань.

Защита состоится «25» декабря 2012 г. в 15.30 часов на заседании диссертационного совета Д212.079.06 при Казанском национальном исследовательском техническом университете им. А.Н Туполева - КАИ по адресу: 420015, г. Казань, ул. Толстого, 15 (учебный корпус №3, ауд. 216).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КНИТУ-КАИ.

Электронный вариант автореферата размещен на сайте Министерства образования и науки РФ (www.mon.gov.ru) и на сайте КНИТУ-КАИ fwww.kai.ru).

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью организации, просим присылать по адресу: 420111, г. Казань, ул. К.Маркса, 10, КНИТУ-КАИ, на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан «_» ноября 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д212.079.06 к.т.н., доцент

Бердников А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ

Актуальность работы. Релейная защита и автоматика (РЗА) играет ключевую роль в обеспечении надежности работы объектов электроснабжения. Усложнение схем электрических сетей электроснабжения, разнообразие режимов их работы и большое количество изношенного оборудования, требуют дальнейшего совершенствования, особенно повышения быстродействия, чувствительности и селективности релейной защиты и автоматики, обеспечивающих защиту электрооборудования в аварийных режимах. В настоящее время роль РЗА в обеспечении надежности работы систем электроснабжения имеет повышенное значение. В связи с этим возникают вопросы по пересмотру принципов построения системы РЗА, с внедрением микропроцессорной техники. Использование микропроцессорной техники позволяет расширить возможности по совершенствованию и созданию новых алгоритмов работы РЗА, различной сложности.

В сетях электроснабжения промышленных предприятий напряжением 6 -10 кВ наиболее широкое применение в качестве защит получили наиболее простые и надежные токовые защиты (токовая отсечка, максимальная токовая защита). Данные защиты по своему назначению и принципу действия предназначены для отключения электрооборудования при появлении аварийных сверхтоков короткого замыкания или опасных сверхтоков перегрузки.

Значительный вклад в решение проблем стоящих перед релейной защитой распределительных сетей, внесли A.M. Федосеев, Н.В. Чернобровое, Я.С. Гельфанд, В.А. Андреев, М.А. Шабад, В.Г. Гарке, А.И. Федотов и другие.

На данный момент в релейной защите распределительных сетей до сих пор не решена следующая проблема «накопления» выдержек времени ступенчатых токовых защит, особенно существенное для головных элементов в многоступенчатых сетях, что может приводить к необходимости завышать сечение кабельных линий по условиям термической стойкости, а также к снижению напряжения при коротких замыканиях и невозможности самозапуска электродвигателей.

Объектом исследования является токовые защиты распределительных сетей, а предметом исследования - алгоритмы токовых защит распределительных сетей, позволяющие повысить их быстродействие и чувствительность.

Цель исследования: создание токовых защит распределительных сетей с повышенным быстродействием и чувствительностью, позволяющих уменьшить затраты на кабельные линии связи между электрооборудованием распределительных сетей и устранить критическое воздействие токов короткого замыкания на электрооборудование, приводящее к выходу его из строя.

Задача исследования. Разработка принципов построения, алгоритмов функционирования и методик моделирования токовых защит

распределительных сетей, обеспечивающих повышение их быстродействия и чувствительности.

Задача исследования решается в следующих направлениях:

1. Анализ и оценка возникающих повреждений, и существующих принципов токовых защит электрооборудования распределительных сетей.

2. Разработка алгоритма ступенчатой токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания.

3. Исследование факторов, влияющих на быстродействие предлагаемых алгоритмов ступенчатых токовых защит с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания.

4. Разработка методики согласования ступенчатой токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания для систем электроснабжения промышленных предприятий, имеющих различные параметры сети.

5. Оценка достоверности разработанной математической модели ступенчатой токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания по результатам компьютерного эксперимента, а также исследование в рамках эксперимента факторов, влияющих на ее быстродействие.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Предложены алгоритмы построения ступенчатых токовых защит с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания, позволяющие повысить быстродействие токовых защит.

2. Исследованы факторы, влияющие на быстродействие ступенчатой токовой защиты: минимальный режим энергосистемы; двухфазные короткие замыкания, короткие замыкания через переходное сопротивление (дугу).

3. Разработана методика согласования времятоковых характеристик ступенчатой токовой защиты для систем электроснабжения промышленных предприятий, имеющих различные параметры сети.

4. Получены результаты компьютерных экспериментов по оценке достоверности разработанной математической модели ступенчатой токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания, а также исследования факторов, влияющих на быстродействие данной защиты.

Методы исследования: положения теоретической электротехники и релейной защиты, теория электромагнитных переходных процессов в электрических сетях, теория комплексных переменных, математического и компьютерного моделирования.

На защиту выносится:

1. Алгоритмы ступенчатых токовых защит с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания, позволяющие повысить быстродействие токовых защит и тем самым уменьшить затраты на кабельные линии связи между электрооборудованием и устранить критическое воздействие токов короткого замыкания на электрооборудование распределительных сетей, приводящее к выходу его из строя.

2. Результаты исследования факторов, влияющих на быстродействие ступенчатой токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания в системе электроснабжения промышленных предприятий.

3. Методика согласования времятоковых характеристик ступенчатой токовой защиты в сетях электроснабжения промышленных предприятий, позволяющая обеспечивать селективное действие ступенчатых токовых защит с меньшим «накоплением» времен срабатывания.

4. Результаты компьютерных экспериментов по оценке достоверности разработанной математической модели ступенчатой токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания, а также исследования в рамках экспериментов факторов, влияющих на ее быстродействие.

Апробация результатов исследований.

Результаты исследований докладывались и обсуждались на IV открытой молодежной научно-практической конференции «Диспетчеризация в электроэнергетике: проблемы и перспективы» (Казань, 2009 г.), на XVI научно-технической конференции «Обмен опытом проектирования, наладки и эксплуатации устройств РЗА и ПА в энергосистемах Урала» (Екатеринбург,

2010 г.), на XX и XXI конференции «Релейная защита и автоматика энергосистем» (Москва, 2010, 2012гг.), на Всероссийской научно-технической конференции «Энергетика глазами молодежи» (Екатеринбург, 2010 г.), на Ежегодной открытой молодежной научно-практической конференции, посвященная Дню энергетика, Филиал ОАО "СО ЕЭС" РДУ Татарстана (Казань, 2010 г.), на конференции «Энергосистема и активные адаптивные электрические сети: проектирование, эксплуатация, образование» (Самара,

2011 г.), на VI ежегодной международной научно-практической конференции «Повышение эффективности энергетического оборудования - 2011» (Иваново), на VII Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» (Казань, 2012 г.), на РЕЛАВЭКСПО - 2012 международной научно-практической конференции и выставки «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем России» (Чебоксары, 2012 г.). Кроме того, результаты диссертационной работы включены в Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка алгоритмов токовых защит с зависимыми временными характеристиками срабатывания и автоматики управления выключателем» (№ 031 3 ДГКС).

Результаты проведенных в рамках диссертационной работы исследований внедрены в ООО «КЭР-Автоматика» и используются при разработке проектной документации по модернизации релейной защиты электрооборудования. Также результаты исследований внедрены в учебный процесс кафедры Электрооборудования КНИТУ-КАИ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе 2 статьи в журналах из перечня рекомендуемых ВАК МОиН РФ. Получен патент Российской Федерации на полезную модель.

Достоверность полученных результатов базируется на корректном использовании классической теории электрических цепей, теории релейной

защиты и теории электромагнитных переходных процессов в ЭЭС, сходимостью результатов, полученных аналитическим методом и на компьютерной модели.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 61 наименования и 2 приложений. Основной текст включает 133 стр., 69 илл.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы ее цель, задача и направления ее решения, раскрывается научная новизна и практическая значимость исследования, характеризуются методы, приводятся данные об апробации и внедрении результатов исследования в практику.

В первой главе проведен анализ и оценка основных способов построения распределительных сетей напряжением 6-35 кВ, возникающих повреждений и их влиянию на электрооборудование, принципов выполнения защиты электрооборудования от данных повреждений и аварийных режимов работы.

По данным показателей надежности работы элементов энергосистем менее надежными являются кабельные линии, параметр потока отказов которых является достаточно высоким и составляет со = 7,5 в год.

В любой электроэнергетической системе приходится считаться с возможностью возникновения в ней повреждений и ненормальных режимов работы. Наиболее распространенными и в то же время наиболее опасными видами повреждений в них является короткие замыкания (КЗ).

Основным видом автоматики, осуществляющей непрерывный контроль за состоянием и режимом работы всех элементов энергосистемы является релейная защита.

В распределительной сети напряжением 6 - 35 кВ для защиты электрооборудования наиболее широкое распространение получили токовые защиты, являющиеся наиболее простыми и надежными. Токовые защиты могут быть двух видов: максимальная токовая защита (МТЗ) и токовая отсечка.

Основными требованиями предъявляемые к релейной защите: селективность (отключать при КЗ только поврежденный участок); быстродействие (должно выполняться быстрое отключение участка цепи для ограничения размеров повреждения оборудования); чувствительность (защита должна реагировать на отклонения от нормального режима, которые возникают при КЗ).

Существенным недостатком МТЗ электрооборудования является высокий уровень выдержек времени на головных участках сети, что связано с отсутствием быстродействующих защит. Увеличение выдержки времени может приводить к необходимости завышать сечение кабельных линий по условиям термической стойкости, что приводит к существенному повышению материальных затрат на кабельные линии связи между электрооборудованием.

Известные на данный момент токовые защиты с обратнозависимыми времятоковыми характеристиками имеют следующие недостатки: при больших выдержках времени местных резервных защит следует считаться с явлением теплового спада тока КЗ в кабелях, которое приводит к невозможности отключения такого КЗ действием резервной защиты с зависимой характеристикой; на границе уставки по току срабатывания зависимые защиты не действуют, поскольку время срабатывания равно бесконечности.

Токовые отсечки, обладая мгновенным действием (время срабатывания равно погрешности устройства защиты) и простотой выполнения, обладают существенными недостатками: защита только части длины линии; зависимость защищаемой зоны от режима работы системы и переходного сопротивления в месте короткого замыкания.

Неселективная работа, низкое быстродействие и чувствительность устройств релейной защиты может привести не только к сбоям в электроснабжении потребителей, но и серьезным авариям в сетях. При этом масштабы поврежденного оборудования могут быть весьма значительны, а восстановительный ремонт потребует больших затрат.

Во второй главе раскрываются алгоритмы ступенчатых токовых защит распределительных сетей, с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания, позволяющих повысить их быстродействие.

Предлагаемая ступенчатая токовая защита состоит: первая ступень - токовая отсечка (ТО);

вторая ступень - максимальная токовая защита (МТЗ) с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания, где время срабатывания защиты имеет обратную зависимость от тока короткого замыкания (рис. 1).

Времятоковая характеристика срабатывания второй ступени выполняется следующим образом:

первая часть характеристики (защита линии Л1):

Ы

вторая часть характеристики (защита линии Л2):

Д/

где с.з. — время срабатывания токовой защиты первой части характеристики; ("'2>с.з. - время срабатывания токовой защиты второй части характеристики;

— ступень селективности, выбирается в зависимости от точности работы защитных устройств и времени отключения выключателей, для современных защит Л( = 0,3 с;

/к - ток короткого замыкания измеряемый защитой;

1x1 - ток трехфазного короткого замыкания в максимальном режиме работы энергосистемы в точке К1;

1_к2 - ток трехфазного короткого замыкания в максимальном режиме работы энергосистемы в точке К2;

1хз - ток трехфазного короткого замыкания в максимальном режиме работы энергосистемы в точке КЗ.

По выражениям (1) и (2) каждая времятоковая характеристика проходит через две характерные точки: точка К1 (""'с.з. ~ 0,04 с. и точка К2 3. = Л/ для первой части характеристики (линия Л1); точка К2 ("<21сз. = и точка КЗ ("(2'с.з. = 2Лг для второй части характеристики (линии Л2), рис. 1. То есть время срабатывания защиты зависит от параметров защищаемых объектов и поэтому легко обеспечивает селективность всех защит.

Основные назначения второй ступени токовой защиты с зависимой характеристикой срабатывания:

полностью защитить линию Л1 от коротких замыканий; полностью защитить линию Л2 от коротких замыканий, выполнить условие дальнего резервирования;

обеспечить защиту линий Л1 и Л2 с минимально возможным временем срабатывания (повысить быстродействие);

обеспечить селективную работу всех защит установленных на линиях Л1, Л2 и дальнейших линий и объектов.

В процессе исследования времятоковых характеристик были найдены факторы, влияющие на быстродействие предлагаемой защиты:

изменение сопротивления системы с максимального режима работы на минимальный режим;

при возникновении двухфазных коротких замыканий; при возникновении коротких замыканий через переходное сопротивление (дугу);

+ ы

(1)

(2)

погрешность измерительных трансформаторов тока. Для каждого влияющего фактора были получены выражения для определения погрешностей времен срабатывания токовой защиты.

При изменении сопротивления системы с максимального режима на минимальный режим погрешности времен срабатываний определяются по следующим выражениям:

при КЗ в точке К1 (первая часть характеристики)

= 'с].ДII = 1 г|£ош« ~£Г1«*1-| (3)

li.nl

при КЗ в точке К2 (первая часть характеристики)

^'А'2, 1, = 'с-'УгА'З I ~ Д' = ] г|=Сш» ~ ¿Сии« | (4)

£.711

при КЗ в точке К2 (вторая часть характеристики)

*»и = Акс». (5)

при КЗ в точке КЗ (вторая часть характеристики)

Ли - 2Л, = ......(6)

гдегл) - сопротивление защищаемой линии Л1;

2п2 - сопротивление защищаемой линии Л2;

2см1ш — сопротивление системы в минимальном режиме работы;

^смакс — сопротивление системы в максимальном режиме работы.

При возникновении двухфазного короткого замыкания погрешности времен срабатываний определяются по следующим выражениям: при КЗ в точке К1 (первая часть характеристики) А! 2-Тз, ,

д," = Ы1Гис-1 (7)

при КЗ в точке К2 (первая часть характеристики)

- - > + (8)

при КЗ в точке К2 (вторая часть характеристики)

А 2-т/з, , /п,

<•2,2, = |-7,| ^ + г " I (9)

при КЗ в точке КЗ (вторая часть характеристики)

А! 2 --Уз | , 2->/з , ,1ПХ

(10)

Погрешность времени срабатывания при двухфазном КЗ можно уменьшить, используя определение вида КЗ. При двухфазном КЗ в алгоритм МТЗ вводится поправочный коэффициент расчета характеристики МТЗ. первая часть характеристики

А1

1

' Ь,

к'-'-----

I, Ь>

(И)

вторая часть характеристики

. III21

J___1_

I*, и.

к'21 —---—

1к 1кг

+ Л! (12)

где К(2) - поправочный коэффициент расчёта при двухфазном КЗ, равен 0,865.

При возникновении трехфазного короткого замыкания через переходное сопротивление (дугу) погрешности времен срабатываний определяются по следующим выражениям:

при КЗ в точке К1 (первая часть характеристики)

«''и ='"'г!к\1 ~]-А = I , ('3)

при КЗ в точке К2 (первая часть характеристики)

»« = СгЛ=п*« - , , к„ (14)

Ы +

при КЗ в точке К2 (вторая часть характеристики)

Л„ =С-А = Д«» = , , д„ (15)

Ё.Ы >-72+^.7;

при КЗ в точке КЗ (вторая часть характеристики)

Ллч ='"¿¿3, -2Л-ДтЛ„ - . , Д,| (16)

где Д„ - переходное сопротивление в месте короткого замыкания.

Значение /?ц для любого вида междуфазного повреждения равно: при К(2) имеем Яп = (1/2) Лд; при К(3) имеем Лп = (1/3) Лд, где /?д - сопротивление дуги между фазами.

В отечественной практике сопротивление дуги определяется по следующему выражению:

1050/,

(17)

'.7

где /д - длина дуги, мм;

/д - действующий ток короткого замыкания, А.

При возникновении двухфазного короткого замыкания через переходное сопротивление (дугу) погрешности времен срабатываний определяются по следующим выражениям:

при КЗ в точке К1 (первая часть характеристики)

л,, =,&',;.„ =т=£=1^й0и. + 2 (18)

д/я^+Л^У л/3 V 3 7з

при КЗ в точке К2 (первая часть характеристики)

ЛI

V т/з

при КЗ в точке К2 (вторая часть характеристики) при КЗ в точке КЗ (вторая часть характеристики)

(20)

(21)

Точная работа трансформаторов тока (ТТ), используемых в релейной защите необходима для правильного функционирования большинства типов релейной защиты. Следует отметить, что расчётное определение погрешностей ТТ важно для цифровых токовых защит с зависимыми времятоковыми характеристиками.

Максимальное допустимое значение полной токовой погрешности трансформаторов тока равно 10%.

Погрешность времени срабатывания токовой защиты при 10% погрешности трансформаторов тока определяются по следующим выражениям: - первая часть характеристики

(22)

,11/1) 'с. г ■

¿¡I

1

- вторая часть характеристики

'с 1

Л/

1

1

0.9/А- и

-А!

(23)

1___[_

и>

Проведенный анализ действия предлагаемой ступенчатой токовой защиты в распределительных сетях с большим количеством отходящих линий, имеющих различную нагрузку (трансформаторы, электродвигатели), показал, что суммарное сопротивление отходящей линии и подключенной к ней нагрузки имеют различные значения. Таким образом, при соблюдении требования дальнего резервирования защитой Р31 предыдущих защит (Р32 -Р34) возникает проблема при согласовании второй части времятоковых характеристик (Р31) с первыми частями характеристик предыдущих защит (Р32 - Р34) в риду различной величины тока короткого замыкания в конце защищаемых объектов, рис. 2.

Система ЦРП

е>

Р31

о-

6-10 кВ

РП

Л1

Р32

-О-

РЗЗ

—»Нагрузка

зд п I

-О-^^-Н-»Нагрузка

=-|—»Нагрузка

Р34

Кь

6-10 кВ

Рис. 2. Пример схемы питания сети электроснабжения.

При согласовании с объектом, имеющим наименьшее сопротивление, достигается селективная работа защит, но при КЗ в конце линий с наибольшим сопротивлением быстродействие защиты уменьшается, рис. 3.

I. с

К5о--

,Ш2> К4|

1(\> 1С.З.(Р34) ,11(1) 1С.З(РЗЗ)

¿Ю)

1С,3\Р31

,110) 1с.з(рз\)

6М 5Д1 4М ЗД1 2Д1 Д1

I. кА

К1

К2

Рис. 3. Времятоковые характеристики времени срабатывания вторых ступеней защит при согласовании с наибольшим сопротивлением.

При согласовании с объектом, имеющим наибольшую, величину сопротивления, отсутствует селективная работа защит вследствие того, что время ступени селективности между второй частью характеристики и первой частью характеристики предыдущих защит меньше 0,3 с.

Наиболее оптимальным решением данной проблемы является выполнение разделения второй части характеристики на несколько участков, рис. 4:

первый участок характеристики, согласуется с объектом, имеющим наименьшее сопротивление;

второй участок характеристики, согласуется с объектом, имеющим среднее сопротивление;

третий участок характеристики, согласуется с объектом, имеющим наибольшее сопротивление.

С.З.(РЗЗ) 1С.ЦР32)

I, кЛ

Рнс. 4. Времятоковые характеристики времени срабатывания вторых ступеней защит при

разделении на участки.

Применение данного принципа согласования позволяет достигнуть селективного действия всех защит, как с защитой (Р32) объекта с минимальным сопротивлением со временем так и с защитами (РЗЗ - Р34) объектов с большими сопротивлениями, также по сравнению свыше рассмотренными способами данный способ согласования позволяет повысить быстродействие предлагаемой ступенчатой токовой защиты.

В системе электроснабжения промышленных предприятий могут возникать случаи, когда невозможно применять зависимую времятоковую характеристику срабатывания, следствии малого значения сопротивления кабельной. При этом разность токов КЗ в начале и в конце кабельной линии будет иметь малое значение.

Для определения диапазонов работоспособности предлагаемой токовой защиты было получено следующее выражение:

ы= ы-* (24)

11 (100%-¿У) у '

где ¿л - сопротивление защищаемой линии, Ом; гс - сопротивление системы, Ом;

¿/-процентное соотношение разности токов начале и конце линии, %.

Процентное соотношение разности токов начале определяется по следующему выражению:

юо%

и конце линии

(25)

Таким образом, из выражения (24) можно получить значение сопротивления защищаемой кабельной линии, когда защита будет работоспособна, при различных значениях разности токов в начале и конце линии, а также при различных значениях сопротивления системы, рис. 5.

линий при различных значениях 2с и 81.

Из полученных результатов можно сделать вывод, что при увеличении сопротивления системы увеличивается значение минимального допустимого сопротивления защищаемой линии, а, следовательно, увеличивается значение минимальной допустимой длины кабельной линии, при которой защита будет работоспособна.

Разработанная функциональная схема работы второй ступени токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой показана на рис. 6.

Для исключения погрешности времени срабатывания, возникающей при двухфазном КЗ, дополнительно предлагается дополнять схему токовой защиты функцией определения двухфазного КЗ, рис. 7.

Рис. 6. Функциональная схема работы второй ступени токовой защиты с зависимой характеристикой срабатывания.

Рис.7. Функциональная схема определения двухфазного короткого замыкания.

В третьей главе рассмотрена методика согласования ступенчатой токовой защиты с зависимой врсмятоковой характеристикой срабатывания для

систем электроснабжения промышленных предприятий, позволяющая повысить быстродействие токовых защит; произведена оценка величин возникающих погрешностей времен срабатываний при различных факторах (изменение сопротивления системы, вид короткого замыкания, короткое замыкание через переходное сопротивление), а также получены выводы по данным результатам.

Согласование ступенчатых токовых защит с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания показано на примере участка сети электроснабжения промышленного предприятия. Для оценки быстродействия предлагаемой токовой защиты было выполнено сравнение времятоковых характеристик с существующим принципом выполнения токовых защит, рис. 8.

Рис. 8. Сравнение согласования времятоковых характеристик прилагаемой токовой защиты с существующим принципом токовой защиты.

При сравнении полученных результатов выполнялась количественная оценка для защиты Р31, так как данная защита наиболее близко находится у

источника питания, а, следовательно, ток КЗ в точке К1 будет наибольшим, рис. 7:

при КЗ в точке К2 время срабатывания МТЗ ^с.з.(сущ) = 1,2 с, а время срабатывания предлагаемой защиты /с.з(пРсл) = 0,3 с. Таким образом, время быстродействия увеличивается в 4 раз.

при КЗ в точке КЗ время срабатывания МТЗ 'с.з.(сущ) = 1,2 с, а время срабатывания предлагаемой защиты гс.з.<прад> = 0,6 с. Таким образом, время быстродействия увеличивается в 2 раза.

Время срабатывания максимальной токовой защиты учитывается при проверке кабельных линий на термическую стойкость.

Расчёт минимального сечсния проводника, отвечающего требованию его термической стойкости при КЗ, определяется по следующему выражению:

(27)

где /Кз - ток короткого замыкания; 'откл - время отключения; С - функция, справочные данные.

С увеличением быстродействия токовых защит, возможно по условию термической стойкости, уменьшить сечение кабельной линии, а, следовательно, снизить затраты на кабельные линии связи между электрооборудованием.

По произведенным расчётам величин возникающих погрешностей времен срабатываний при различных факторах были сделаны следующие выводы и рекомендации:

так как в сети электроснабжения промышленных предприятий первым объектом защиты является понижающий трансформатор, сопротивление которого значительно больше, чем сопротивление системы, погрешности времени срабатывания токовой защиты при изменении сопротивления системы будут незначительными и ей можно пренебречь, а при согласовании с предыдущими защитами данная погрешность учитывается при выборе ступени селективности А1 (равно 0,3 с);

значительную погрешность по времени срабатывания вносит двухфазное КЗ в конце защищаемых объектов, однако данная погрешность может быть скомпенсирована применением токовой защиты с определением двухфазного КЗ;

погрешность времени срабатывания, возникающая при КЗ через переходное сопротивление, следует учитывать только в распределительных сетях, имеющих воздушные линии, сети электроснабжения промышленных предприятий имеют кабельные линии, а, следовательно, данная погрешность не учитывается из-за малого значения сопротивления дуги.

погрешность по времени срабатывания, возникающая при намагничивании трансформаторов тока находится в допустимых пределах (не превышает 0,1 с).

В четвертой главе, основываясь на результатах диссертационного исследования, создана компьютерная модель системы электроснабжения и

устройства ступенчатой токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой, определяющая вид короткого замыкания с использованием системы МаЙаЬ и пакета расширения БтиПпк; проведены результаты компьютерных экспериментов по оценке достоверности разработанной математической модели ступенчатой токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания; исследованы в рамках экспериментов факторы, влияющие на быстродействие токовой защиты.

_ ЕЬ

"К

1Ъсе Ии* Ъ^-дче

"П

г

I Сч.-О::

«не. РХС ЬаЛ

мтг

ш

.кг .в

Рис.8. Компьютерная модель системы электроснабжения и ступенчатой токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания.

Для подтверждения достоверности математической модели ступенчатой токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания в системе МаНаЬ и пакета расширения ЗтоиНпк была построена компьютерная модель системы электроснабжения напряжением 6 кВ и ступенчатой токовой защиты. Данная компьютерная модель позволяет, рис. 8:

оценивать достоверность разработанных математических моделей ступенчатой токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания по результатам компьютерных экспериментов;

исследовать факторы, влияющие на быстродействие токовой защиты (изменение сопротивление системы, вид короткого замыкания, замыкание через переходное сопротивление);

оценивать достоверность разработанной математической модели распознавания токовой защитой двухфазного короткого замыкания и компенсации возникающей при данном виде КЗ погрешности времени срабатывания.

При проведении компьютерных экспериментов были получены подтверждения работоспособности предлагаемого алгоритма токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания.

Проверка достоверности работы алгоритма проводилась в максимальном режиме работы системы и при трехфазных КЗ, где время срабатывания защиты при КЗ в начале линии 1 равно 5/усп, =0,04 с, при КЗ в конце линии 1 или в начале Л2 время равно 0,3 с, при КЗ в конце линии Л2 время равно 0,599 с, что соответствует предлагаемой математической модели токовой защиты.

В приложении выносятся схемы электроснабжения промышленных предприятий, расчёты экономической эффективности от применения ступенчатой токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания.

В заключение диссертации представлены итоговые результаты.

В работе изложено обоснованное решение важной технической задачи -разработаны новые алгоритмы и модели токовых защит распределительных сетей с повышенным быстродействием и чувствительностью, внедрение которых вносит значительный вклад в народное хозяйство, позволяющие уменьшить затраты на кабельные линии связи между электрооборудованием и устранить критическое воздействие токов короткого замыкания на электрооборудование, приводящее к выходу его из строя; исследована работоспособность предлагаемых алгоритмов работы токовых защит при различных внешних воздействиях.

Основные выводы:

1) Анализ современного состояния релейной защиты электрооборудования систем электроснабжения, проведенный в рамках диссертации, показывает, что релейная защита электрооборудования системы электроснабжения характеризуется рядом особенностей:

- ступенчатые токовые защиты с независимыми характеристиками времен срабатывания сталкивается с проблемой «накопления» выдержек времени, особенно существенное для головных элементов в многоступенчатых сетях;

- при использовании существующих обратнозависимых времятоковых характеристик необходимо считаться с явлением теплового спада тока КЗ в кабелях, которое приводит к не возможности отключить такое КЗ действием резервной защиты с зависимой характеристикой;

2) Разработанная ступенчатая токовая защита с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания для систем электроснабжения промышленных предприятий, где время срабатывания обратно зависит от тока короткого замыкания, позволяет согласовывать последовательно установленные комплекты с меньшим накоплением выдержек времени (повышается быстродействие), также обеспечивается ближнее и дальнее резервирование, требуемая чувствительность и селективная работа защит как своего объекта, так и защит предыдущих объектов. Таким образом, с увеличением быстродействия токовых защит, возможно по условию термической стойкости уменьшить сечение кабельных линии, а, следовательно,

снизить затраты на кабельные линии связи между электрооборудованием и устранить критическое воздействие токов короткого замыкания на электрооборудование.

3) Исследуя влияния параметров сети электроснабжения промышленных предприятий на время срабатывания ступенчатой токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания, была получена математическая модель, позволяющая, выполнять оценку возникающих погрешностей времени срабатывания токовой защиты:

- при изменении сопротивления системы временные погрешности будут незначительными, а при согласовании с предыдущими защитами данная погрешность учитывается при выборе ступени селективности Д/ (равно 0,3 с);

- значительную погрешность по времени срабатывания вносит двухфазное КЗ в конце защищаемых объектов. Однако данная погрешность может быть скомпенсирована применением токовой защиты с алгоритмом определения двухфазного КЗ;

- погрешность при коротком замыкании через переходное сопротивление следует учитывать только в сети электроснабжения, имеющей воздушные линии, а в сети электроснабжения, имеющей кабельные линии, данные погрешности не учитывают в виду малого значения переходного сопротивления (дуги);

- погрешность времени срабатывания также вносят трансформаторы тока вследствие их намагничивания, однако данные погрешности будут незначительными.

4) Разработанная методика согласования ступенчатой токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания для систем электроснабжения промышленных предприятий, имеющих различные параметры сети, позволит достигнуть селективного действия всех защит, и повысить быстродействие предлагаемой ступенчатой токовой защиты.

5) По результатам компьютерных экспериментов ступенчатой токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания были получены:

положительные результаты оценки достоверности разработанной математической модели ступенчатой токовой защиты;

значения погрешностей времен срабатывания ступенчатой токовой защиты при изменении сопротивления системы, погрешность времени получалась менее 0,1 с, что является приемлемым результатом;

значения погрешностей времен срабатывания ступенчатой токовой защиты при двухфазном КЗ не удовлетворяют требованиям быстродействия, таким образом, для компенсации погрешности нужно использовать токовую защиту с определением вида КЗ;

положительные результаты оценки достоверности разработанной математической модели токовой защиты позволяющая определять двухфазное КЗ и тем самым компенсировать погрешность по времени срабатывания при двухфазном КЗ.

Основное содержание исследования отражено в публикациях: Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК МО и H РФ

1) Гарке В.Г., Исаков Р.Г., Ферснец A.B. Двухступенчатая токовая защита распределительной сети с зависимой характеристикой срабатывания // «Энергетика Татарстана» №4 (24) 2011 г, с. 60-64.

2) Исаков Р.Г., Гарке В.Г. Концепция развития релейной защиты системы электроснабжения крупного промышленного предприятия / Журнал «Известия вузов. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ», №7-8, 2012, с. 46-54.

Материалы конференций и другие публикации

3) Исаков Р.Г. Перспективы развития максимальной токовой защиты с зависимыми характеристиками срабатывания // IV открытая молодежная научно-практическая конференция. Диспетчеризация в электроэнергетике: проблемы и перспективы. 15-17 декабря 2009 года. Казань.

4) Гарке В.Г., Жегалов A.A., Иванов И.Ю., Исаков Р.Г., Конова Е.А., Куракин C.B., Петрухин С.Б., Хазбулатов 3.3. Совершенствование микропроцессорных устройств релейной защиты, автоматики и управления // XVI научно-техническая конференция «Обмен опытом проектирования, наладки и эксплуатации устройств РЗА и ПА в энергосистемах Урала». Тезисы докладов. Екатеринбург, 19-22 апреля 2010 г.

5) Гарке В.Г., Жегалов A.A., Иванов И.Ю., Исаков Р.Г., Конова Е.А., Куракин C.B., Петрухин С.Б., Хазбулатов 3.3. Развитие микропроцессорных устройств релейной защиты, автоматики и управления (МП РЗАУ) электрических систем // Релейная защита и автоматика энергосистем: Сб. докладов XX конференции. - М.: Научно инженерное информационное агентство. 2010 - 368 с. С. 203-209 (1-4 июня, ВП «Электрификация», ВВЦ, Москва).

6) Исаков Р.Г. Гарке В.Г. Ступенчатые защиты с зависимыми характеристиками / Энергетика глазами молодежи: научные труды всероссийской научно-технической конференции: сборник статей. В 2 т. Екатеринбург: УрФУ, 2010. Т.2. 330 с, с. 98-102.

7) Исаков Р.Г. Ступенчатые токовые защиты распределительных сетей с зависимой характеристикой срабатывания / Ежегодная открытая молодежная научно-практическая конференция, посвященная Дню энергетика, Филиал ОАО "СО ЕЭС" РДУ Татарстана, 6-9 декабря 2010 года, Казань.

8) Гарке В.Г., Исаков Р.Г. Ступенчатые токовые защиты распределительных сетей с зависимой характеристикой срабатывания // «Релейная защита и автоматизация» научно-практическое издание. №01 (02), 2011 год, март, стр. 22-26. г. Чебоксары.

9) Гарке В.Г., Исаков Р.Г. Двухступенчатая токовая защита распределительной сети с зависимой характеристикой срабатывания // «Энергосистема и активные адаптивные электрические сети: проектирование, эксплуатация, образование». Самара, 21-25 ноября 2011 г.

10) Гарке В.Г., Исаков Р.Г. Двухступенчатая токовая защита распределительной сети с зависимой характеристикой срабатывания // VI ежегодная международная научно-практическая конференция «Повышение

19

эффективности энергетического оборудования - 2011». Иваново, 6-8 ноября

2011 г.

И) Исаков Р.Г., Гарке В.Г.. Анализ работы двухступенчатой токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания в различных сетях электроснабжения / МАТЕРИАЛЫ ДОКЛАДОВ VII МЕЖДУНАРОДНОЙ МОЛОДЕЖНОЙ НАУЧНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ «ТИНЧУРИНСКИЕ ЧТЕНИЯ»/ Под общ. ред. канд. техн. наук Э.Ю. Абдуллазянова. В 4 т.; Т. 3. - Казань: Казан, гос. энерг. ун-т, 2012. - 5-6 с.

12) Гарке В.Г., Исаков Р.Г. Ступенчатые защиты с зависимой характеристикой выдержки времени // РЕЛАВЭКСПО - 2012 международная научно-практическая конференция и выставка «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем России» Чебоксары, 17-20 апреля

2012 г, с. 34-36.

13) Гарке В.Г., Исаков Р.Г. Ступенчатые защиты с зависимой характеристикой выдержки времени// Международная выставка и XXI конференции «Релейная защита и автоматика энергосистем 2012», Москва, 2931 мая 2012.

Патенты РФ

14) Исаков Р.Г. Гарке В.Г.. Патент на полезную модель № 116708 1Ш, МПК Н02Н 3/08. Устройство с зависимой характеристикой срабатывания для токовой защиты объекта / Опубл. 27.05.2012, Бюл. №15.

Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Печ. л. 1,25. Усл. печ. л. 1,16. Уч.-изд. л. 1,02. _Тираж 100. Заказ А 177_

Типография КНИТУ-КАИ. 420111, Казань, К. Маркса, 10

Введение.

Глава 1. Современное состояние релейной защиты электрооборудование систем электроснабжения.

1.1. Характеристика систем электроснабжения.

1.2. Повреждения в распределительных сетях.

1.3. Релейная защита электрооборудования систем электроснабжения.

1.4. Общая оценка и проблемы релейной защиты электрооборудования систем электроснабжения.

Выводы.

Глава 2. Алгоритмы ступенчатой токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой.

2.1. Времятоковые характеристики срабатывания двухступенчатой токовой защиты.

2.2 Анализ работы токовых защит с зависимой характеристикой срабатывания в идеальной системе электроснабжения.

2.3. Анализ возникающих погрешностей работы токовых защит с зависимой характеристикой срабатывания.

2.4. Анализ действия токовых защит со сложной зависимой характеристикой в системе электроснабжения.

2.5. Определение диапазона работы токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания.

2.6. Методика расчёта уставок двухступенчатой токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания.

2.6. Алгоритмы работы двухступенчатой токовой защиты с зависимой характеристикой срабатывания.

Выводы.

Глава 3. Применение ступенчатой токовой защиты с повышенным быстродействием и чувствительностью в системе электроснабжения промышленных предприятий.

3.1. Применение двухступенчатой токовой защиты с зависимой характеристикой срабатывания в системе электроснабжения крупных промышленных предприятий.

3.3. Расчеты возникающих погрешностей в системе электроснабжения.

3.4. Пример расчета уставок двухступенчатой токовой защиты.

Выводы.

Глава 4. Результаты компьютерных экспериментов по оценке достоверности математической модели ступенчатой токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания.

4.1. Моделирование двухступенчатой токовой защиты с зависимой характеристикой срабатывания в среде Ма11аЬ ЗшшНпк.

4.2. Моделирование двухступенчатой токовой защиты с зависимой характеристикой срабатывания с органом определения двухфазного КЗ в среде

МайаЬ 8шшНпк.

Выводы.

Актуальность работы. Релейная защита и автоматика (РЗА) играет ключевую роль в обеспечении надежности работы объектов электроснабжения. Усложнение схем электрических сетей электроснабжения, разнообразие режимов их работы и большое количество изношенного оборудования, требуют дальнейшего совершенствования, особенно повышения быстродействия, чувствительности и селективности релейной защиты и автоматики, обеспечивающих защиту электрооборудования в аварийных режимах. В настоящее время роль РЗА в обеспечении надежности работы систем электроснабжения имеет повышенное значение. В связи с этим возникают вопросы по пересмотру принципов построения системы РЗА, с внедрением микропроцессорной техники. Использование микропроцессорной техники позволяет расширить возможности по совершенствованию и созданию новых алгоритмов работы РЗА, различной сложности.

В сетях электроснабжения промышленных предприятий напряжением 6 -10 кВ наиболее широкое применение в качестве защит получили наиболее простые и надежные токовые защиты (токовая отсечка, максимальная токовая защита). Данные защиты по своему назначению и принципу действия предназначены для отключения электрооборудования при появлении аварийных сверхтоков короткого замыкания или опасных сверхтоков перегрузки.

Значительный вклад в решение проблем стоящих перед релейной защитой распределительных сетей, внесли A.M. Федосеев, Н.В. Чернобровов, Я.С. Гельфанд, В.А. Андреев, М.А. Шабад, В.Г. Гарке, А.И. Федотов и другие.

На данный момент в релейной защите распределительных сетей до сих пор не решена следующая проблема «накопления» выдержек времени ступенчатых токовых защит, особенно существенное для головных элементов в многоступенчатых сетях, что может приводить к необходимости завышать сечение кабельных линий по условиям термической стойкости, а также к снижению напряжения при коротких замыканиях и невозможности самозапуска электродвигателей.

Объектом исследования является токовые защиты распределительных сетей, а предметом исследования - алгоритмы токовых защит распределительных сетей, позволяющие повысить их быстродействие и чувствительность.

Цель исследования: создание токовых защит систем электроснабжения промышленных предприятий с повышенным быстродействием и чувствительностью, позволяющих уменьшить затраты на линии связи между электрооборудованием и устранить критическое воздействие токов короткого замыкания на электрооборудование, приводящее к выходу его из строя.

Задача исследования. Разработка принципов построения, алгоритмов функционирования и методик моделирования токовых защит систем электроснабжения промышленных предприятий, обеспечивающих повышение их быстродействия и чувствительности.

Задача исследования решается в следующих направлениях:

1. Анализ и оценка возникающих повреждений, и существующих принципов токовых защит электрооборудования распределительных сетей.

2. Разработка алгоритма ступенчатой токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой.

3. Исследование факторов влияющих на быстродействие предлагаемых алгоритмов токовых защит с зависимой времятоковой характеристикой в системе электроснабжения промышленных предприятий.

4. Разработка методики согласования ступенчатой токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания для систем электроснабжения, имеющих различные параметры сети.

5. Оценка достоверности разработанной математической модели ступенчатой токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания по результатам компьютерного эксперимента, а также исследование в рамках эксперимента факторов, влияющих на ее быстродействие.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Предложены алгоритмы построения ступенчатых токовых защит с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания, позволяющие повысить быстродействие токовых защит, и тем самым снизить затраты на линии связи между электрооборудованием и устранить критическое воздействие токов короткого замыкания на электрооборудование, приводящее к выходу его из строя.

2. Исследованы факторы, влияющие на быстродействие ступенчатой токовой защиты в системе электроснабжения промышленных предприятий: минимальный режим энергосистемы; двухфазные короткие замыкания, короткие замыкания через переходное сопротивление (дугу).

3. Разработанной методике согласования времятоковых характеристик ступенчатой токовой защиты для систем электроснабжения, имеющих различные параметры сети.

4. Получены результаты компьютерных экспериментов по оценки достоверности разработанной математической модели ступенчатой токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания, а так же исследования факторов, влияющих на быстродействие данной защиты.

Методы исследования: положения теоретической электротехники и релейной защиты, теория электромагнитных переходных процессов в электрических сетях, теория комплексных переменных, математического и компьютерного моделирования.

На защиту выносится:

1. Алгоритмы ступенчатых токовых защит с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания в системе электроснабжения промышленных предприятий, позволяющие повысить быстродействие токовых защит и тем самым уменьшить затраты на линии связи между электрооборудованием и устранить критическое воздействие токов короткого замыкания на электрооборудование, приводящее к выходу его из строя.

2. Результаты исследования факторов влияющих на быстродействие ступенчатой токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания в системе электроснабжения промышленных предприятий.

3. Методика согласования времятоковых характеристик ступенчатой токовой защиты в системе электроснабжения промышленных предприятий, позволяющая обеспечивать селективное действие ступенчатых токовых защит с меньшим «накоплением» времен срабатывания.

4. Результаты компьютерных экспериментов по оценки достоверности разработанной математической модели ступенчатой токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания, а также исследования в рамках экспериментов факторов, влияющих на ее быстродействие.

Апробация результатов исследований.

Результаты исследований докладывались и обсуждались на IV открытой молодежной научно-практической конференции «Диспетчеризация в электроэнергетике: проблемы и перспективы» (Казань, 2009 г.), на XVI научно-технической конференции «Обмен опытом проектирования, наладки и эксплуатации устройств РЗА и ПА в энергосистемах Урала» (Екатеринбург,

2010 г.), на XX и XXI конференции «Релейная защита и автоматика энергосистем» (Москва,2010, 2012гг.), на Всероссийской научно-технической конференции «Энергетика глазами молодежи» (Екатеринбург, 2010 г.), на Ежегодной открытой молодежной научно-практической конференции, посвященная Дню энергетика, Филиал ОАО "СО ЕЭС" РДУ Татарстана (Казань, 2010 г.), на конференции «Энергосистема и активные адаптивные электрические сети: проектирование, эксплуатация, образование» (Самара,

2011 г.), на VI ежегодной международной научно-практической конференция «Повышение эффективности энергетического оборудования - 2011» (Иваново), на VII Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» (Казань, 2012 г.), на РЕЛАВЭКСПО - 2012 международной научно-практической конференции и выставки «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем России» (Чебоксары). Кроме того, результаты диссертационной работы включены в Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка алгоритмов токовых защит с зависимыми временными характеристиками срабатывания и автоматики управления выключателем» (№ 031 3 ДГКС).

Результаты проведенных в рамках диссертационной работы исследований внедрены в ООО «КЭР-Автоматика» и используются при разработке проектной документации по модернизации релейной защиты электрооборудования. Также результаты исследований внедрены в учебный процесс кафедры Электрооборудования К11ИТУ-КАИ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано научных 14 работ, в том числе 2 статьи в журналах из перечня рекомендуемых ВАК МОиН РФ. Получен патент Российской Федерации на полезную модель.

Достоверность полученных результатов базируется на корректном использовании классической теории электрических цепей, теории релейной защиты и теории электромагнитных переходных процессов в ЭЭС, сходимостью результатов, полученных аналитическим методом и на компьютерной модели.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 61 наименования и 3 приложений. Основной текст включает 133 стр., 69 илл.

ВЫВОДЫ

При моделировании двухступенчатой токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания были получены следующие результаты:

1) В максимальном режиме работы системы (сопротивления) и при трехфазном КЗ время срабатывания защиты при КЗ в начале линии 1 равно 0 с, при КЗ в конце линии 1 или в начале Л2 время равно 0,3 с, при КЗ в конце линии Л2 время равно 0,6 с;

2) При увеличении сопротивления системы на 50% погрешность времени срабатывания находится в пределах 0,006 — 0,0167 с, что является приемлемым результатом.

3) При изменении вида КЗ с трехфазного на двухфазное погрешность времени срабатывания находится в пределах 0,108 - 0,218 с, полученные данные не удовлетворяют требованию быстродействия;

4) Для компенсации погрешности возникающей при двухфазном КЗ, был применен орган определения двухфазного КЗ с последующей компенсацией времени срабатывания защиты. Применение данного органа позволяет скомпенсировать погрешности возникающие не будут отвечать при двухфазном КЗ, и следовательно создать защиту от всех видов КЗ с временем срабатывания равным равно 0 с, при КЗ в конце линии 1 или в начале Л2 время равно 0,3 с, при КЗ в конце линии Л2 время равно 0,6 с и плюс погрешность от изменения сопротивления системы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1) Анализ современного состояния релейной защиты электрооборудования систем электроснабжения, проведенный в рамках диссертации, показывает, что релейная защита электрооборудования системы электроснабжения характеризуется рядом особенностей:

- ступенчатые токовые защиты с независимыми характеристиками времен срабатывания сталкивается с проблемой «накопления» выдержек времени, особенно существенное для головных элементов в многоступенчатых сетях;

- при использовании существующих обратнозависимых времятоковых характеристик необходимо считаться с явлением теплового спада тока КЗ в кабелях, которое приводит к не возможности отключить такое КЗ действием резервной защиты с зависимой характеристикой;

2) Разработанная ступенчатая токовая защита с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания для систем электроснабжения промышленных предприятий, где время срабатывания обратно зависит от тока короткого замыкания, позволяет согласовывать последовательно установленные комплекты с меньшим накоплением выдержек времени (повышается быстродействие), также обеспечивается ближнее и дальнее резервирование, требуемая чувствительность и селективная работа защит как своего объекта, так и защит предыдущих объектов. Таким образом, с увеличением быстродействия токовых защит, возможно по условию термической стойкости уменьшить сечение кабельных линии, а, следовательно, снизить затраты на кабельные линии связи между электрооборудованием и устранить критическое воздействие токов короткого замыкания на электрооборудование.

3) Исследуя влияния параметров сети электроснабжения промышленных предприятий на время срабатывания ступенчатой токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания, была получена математическая модель, позволяющая, выполнять оценку возникающих погрешностей времени срабатывания токовой защиты:

- при изменении сопротивления системы временные погрешности будут незначительными, а при согласовании с предыдущими защитами данная погрешность учитывается при выборе ступени селективности М (равно 0,3 с); значительную погрешность по времени срабатывания вносит двухфазное КЗ в конце защищаемых объектов. Однако данная погрешность может быть скомпенсирована применением токовой защиты с алгоритмом определения двухфазного КЗ;

- погрешность при коротком замыкании через переходное сопротивление следует учитывать только в сети электроснабжения, имеющей воздушные линии, а в сети электроснабжения, имеющей кабельные линии, данные погрешности не учитывают в виду малого значения переходного сопротивления(дуги);

- погрешность времени срабатывания также вносят трансформаторы тока вследствие их намагничивания, однако данные погрешности будут незначительными.

4) Разработанная методика согласования ступенчатой токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания для систем электроснабжения промышленных предприятий, имеющих различные параметры сети, позволит достигнуть селективного действия всех защит, и повысить быстродействие предлагаемой ступенчатой токовой защиты.

5) По результатам компьютерных экспериментов ступенчатой токовой защиты с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания были получены: положительные результаты оценки достоверности разработанной математической модели ступенчатой токовой защиты; значения погрешностей времен срабатывания ступенчатой токовой защиты при изменении сопротивления системы, погрешность времени получалась менее 0,1 с, что является приемлемым результатом; значения погрешностей времен срабатывания ступенчатой токовой защиты при двухфазном КЗ не удовлетворяют требованиям быстродействия, таким образом, для компенсации погрешности нужно использовать токовую защиту с определением вида КЗ; положительные результаты оценки достоверности разработанной математической модели токовой защиты позволяющая определять двухфазное КЗ и тем самым компенсировать погрешность по времени срабатывания при двухфазном КЗ.

1. Федоров A.A. Электроснабжение промышленных предприятий. Изд. 3-е, переработ, и доп. М. Л, Госэнергоиздат, 1961.

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

3. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учеб. для вузов по спец. «Электроснабжение»,- 3-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк, 2006.-639 с.

4. Андреев В.А. Релейная защита систем электроснабжения: Учеб.для вузов по спец. «Электроснабжение»,- 4-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1991. - 496 с.

5. Мукосеев ЮЛ. Электроснабжение промышленных предприятий. Учебник для вузов. М., «Энергия», 1973. 584 с.

6. Федосеев A.M. Федосеев М.А. Релейная защита электроэнергетических систем: Учеб. для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат. 1992. -528 с.

7. Электротехнический справочник. Т. 3. Производство, передача и распределение электрической энергии/ Под общ.ред. профессоров МЭИ

8. B.Терасимова и др. (гл. ред. А.И.Попов). 9е изд., стер. - М.: Издательство МЭИ, 2004. - 964 с.

9. Козлов В.А. Городские распределительные электрические сети. Л., «Энергия», 1971.-280 с.

10. Будзко И.А. Электроснабжение сельского хозяйства/ И.А. Будзко, Т.Б. Лещинская, В.И. Сукманов. -М.: Колос, 2000. 536 с.

11. Романюк Ф.А., Тишечкии A.A., Румянцев В.Ю., Новаш И.В., Бобко H.H., Глинский Е.В. Повышение технического совершенства токовых и токовых направленных защит распределительных сетей/ Вестник БИТУ. 2009. - №4.1. C.66-69.

12. Шабад М.А. Максимальная токовая защита. J1.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1991. 96 е.: ил. (Библиотека электромонтера; Вып. 640).

13. Голубев М.Л. Расчёт уставок релейной защиты и предохранителей в сетях 0,4-35 кВ. М., «Энергия», 1969. 136 с. (Б-ка электромонтера, Вып. 297).

14. Кривенков В.В., Новелла В.Н. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учебн. Пособие для вузов. М.: Энергоиздат, 1981. - 328с.

15. Алексеев B.C. Реле защиты/ B.C. Алексеев, Г.П. Варганов, Б.И. Панфилов, Р.З. Розенблюм. М., «Энергия», 1976. 464с.

16. Правила устройства электроутсановок. Все действующие разделы шестого и седьмого изданий с имениями и дополнениями по состоянию на 1 февраля 2008 г. М.: КНОРУС, 2008 - 488с.

17. Шабад М.А. Расчёты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. 3-е изд., перераб. и доп. Л.: Энергоатомиздат Ленингр. Отд-ние, 1985. -296 с.

18. Андреев В.А. Релейная защита систем электроснабжения в примерах и задачах: Учебное пособие М.: Высш. шк., 2008. - 252 с.

19. Чернобровое Н.В. Релейная защита. Учеб. пособие для техникумов. Изд. 5-е, перераб. и доп. М., «Энергия», 1974. 680 с.

20. Чернобровое П.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем: Учеб.пособие для техникумов. М.: Энергоатомиздат, 2007. - 800 с.

21. Гельфанд Я.С. Релейная защита распределительных сетей 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 368 с.

22. Техническое описание, инструкция по эксплуатации, паспорт. Устройство микропроцессорной защиты вводного выключателя «Сириус-В».

23. Шабад М.А. Защита и автоматика электрических сетей агропромышленных комплексов Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1987. - 120 с.

24. Стасенко Р.Ф. Фещенкого П.П. Автоматизация электрических сетей. Киев.: Техника. 1982. 128 с.

25. A.c. 792409 СССР, кл. Н 02 ИЗ/08, 1980.

26. Методические указания по выбору характеристик и уставок защиты электрооборудования с использованием микропроцессорных терминалов серии Sepam производства Schneider Electric. Выпуск №3.

27. Курганов В.В. Метод повышения быстродействия максимальных токовых защит линий электропередачи// Вестник ГГТУ имени И.О. Сухого 2011. - №1 (44). - С.69-73.

28. Руководства по эксплуатации ЭКРА.656122.001-01 РЭ. Терминал защиты, автоматики и управления линиитипа БЭ2502А01ХХ.

29. Беркович М.А. Основы техники релейной защиты/ Беркович М.А., Молчанов В.В., Семенов В.А. 6-е изд., перераб. и дон. - М.: Эиергоатомиздат, 1984.-376 с.

30. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. Учебник для электротехнических и энергетических вузов и факультетов. М, «Энергия» 1970. - 520 с.

31. Зильберман В.А. К вопросу о выполнении дальнего резервирования в релейной защите// Релейщик 2009. - №1. - С.24-28.

32. Петров СЛ., Нагай В.И. Дальнее резервирование в релейной защите. Проблемы осуществления// Информационно-справочное издание. Новости электротехники 2008 - №2 (50).

33. Альфред Манилов, Андрей Барна. Кабельные линии 6-10, 20 кВ повышение надежности с использованием быстродействующих защит// Информационно-справочное издание. Новости электротехники 2011. - №5 (71).

34. Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Эиергоатомиздат, 1986. -640 с.

35. Афанасьев В.В., Адоньев Н.М., Жалалис J1.B. и др. Трансформаторы тока. Л.: Энергия, Ленингр. отд-ние, 1980. - 344 с.

36. Рожкова Л.Д. Козулин B.C. Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для техникумов. 2-е изд., перераб. - М.: Энергия, 1980. - 600 с.

37. Рожкова Л.Д. Карнеева Л.К. Чиркова Т.В. Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для сред. проф. образования. М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 448 с.

38. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. Учебник для студентов электротехнических, энергетических и приборостроительных специальностей вузов. 7-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. Школа. 1978 - 528 с.

39. Исаков Р.Г. Гарке В.Г. Ступенчатые защиты с зависимыми характеристиками/ Энергетика глазами молодежи: научные трудывсероссийской научно-технической конференциихборник статей. В 2 т. Екатеринбург: УрФУ, 2010. Т.2. 330 с. С. 98-102.

40. Гарке В.Г., Исаков Р.Г. Ступенчатые токовые зашиты распределительных сетей с зависимой характеристикой срабатывания // «Релейная защита и автоматизация» научно-практическое издание 2011. - №01 (02). - С. 22-26. г. Чебоксары.

41. Гарке В.Г., Исаков Р.Г. Двухступенчатая токовая защита распределительной сети с зависимой характеристикой срабатывания // «Энергосистема и активные адаптивные электрические сети: проектирование, эксплуатация, образование». Самара, 21-25 ноября 2011 г.

42. Гарке В.Г., Исаков Р.Г., Ференец А.В. Двухступенчатая токовая защита распределительной сети с зависимой характеристикой срабатывания // «Энергетика Татарстана» 2011. - №4 (24). С. 60-64.

43. Голубев M.J1. Расчёт токов короткого замыкания в электросетях 0,4-35 кВ. 2-е изд. перераб. И доп. - М.: Энергия, 1980. - 88 с. - (Б-ка электромонтера Вып. 505)

44. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования, РД 153-34.0-20.527-98, М.: «Издательство НЦ ЭНАС», 2002.

45. Циглер Г. Цифровая дистанционная защита принципы и применение М. Энергоиздат. 2005. 321 с

46. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 11. Расчёты токов короткого замыкания для релейной защиты и системной автоматики в сетях 110-750 кВ. М.: Энергия, 1979. - 152 с.

47. Гарке В.Г., Исаков Р.Г. Ступенчатые защиты с зависимой характеристикой выдержки времени// Международная выставка и XXI конференции «Релейная защита и автоматика энергосистем 2012», Москва, 2931 мая 2012.

48. Пат. № 116708 RU, МГ1К Н02Н 3/08. Устройство с зависимой характеристикой срабатывания для токовой защиты объекта / Исаков Р.Г. Гарке В.Г. Опубл. 27.05.2012 Бюл. №15.

49. Исаков Р.Г., Гарке В.Г. Концепция развития релейной защиты системы электроснабжения крупного промышленного предприятия / Журнал «Известия вузов. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ» 2012. - №7-8. С. 46-54.

50. Руководящие указания по релейной защите. Выпуск №7. Дистанционная защита линий 35-330 kB. М.: «Энергия», 1966.

51. Ершов Ю.А., Малеев A.B. Моделирование микропроцессорных релейных защит в среде MATLAB / Журнал Сибирского федерального университета. Техника и технологии 2010. - №3(2). - С.220-228.

52. Черных И.В. Моделирование электротехнических устройств в Matlab, SimPowerSystems и Simulink. М.: ДКМ Пресс; СПб.: Питер, 2008. - 288 с.

53. Черных И.В. S1MUL1NK: Среда создания инженерных приложений / Под общ.ред. к.т.н. В.Г. Потемкина. М.: Диалог-МИФИ, 2003. - 496 с.

54. Гук Ю.Б. Теория надежности в электроэнергетике: Учеб. пособие для вузов. Л.: Энергоатомиздаг. Ленингр. отд-ние, 1990 . -208 с.