Разработка рекомендаций по защите систем оперативного постоянного тока от перенапряжений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.02, кандидат наук Тимонин, Илья Александрович

• Тимонин, Илья Александрович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Тимонин, Илья Александрович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ В СИСТЕМАХ ОПЕРАТИВНОГО ПОСТОЯННОГО ТОКА

1.1. Типовые схемы и состав систем оперативного постоянного тока

1.2. Проблемы электромагнитной совместимости

1.3. Импульсные коммутационные перенапряжения

1.4. Сравнение устройств защиты от перенапряжений

1.5. Выводы

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ОПЕРАТИВНОГО ПОСТОЯННОГО ТОКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕЖПОЛЮСНЫХ КОММУТАЦИОННЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ, ВЫЗЫВАЕМЫХ СРАБАТЫВАНИЕМ ПЛАВКИХ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ ПРИ ОТКЛЮЧЕНИИ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ

2.1. Введение

2.2. Физические процессы при отключении коротких замыканий предохранителем

2.2.1. Стадии развития и гашения дуги

2.2.2. Плавление вставки предохранителя

2.2.3. Влияние продольной теплопередачи

2.2.4. Практические выводы

2.3. Сведения о программе ЕМТР-ЯУ

2.4. Расчетная схема и основные уравнения модели

2.5. Реализация модели в ЕМТР-ЯУ

2.6. Реализация модели в МаЛсас!

2.7. Верификация модели

2.7.1. Сопоставление результатов моделирования в ЕМТР-В. V и Ммксас!

2.7.2. Сопоставление результатов моделирования и данных фирмы-производителя

2.7.3. Допустимость представления схем замещения элементов

сосредоточенными параметрами

2.8. Выводы

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОГРАНИЧЕНИЯ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ РАЗЛИЧНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ ЗАЩИТЫ

3.1. Введение

3.2. Межполюсное коммутационное перенапряжение

3.2.1. Описание условий исследования

3.2.2. Вариант без использования защиты от перенапряжений

3.2.3. Вариант с использованием устройства защиты от импульсных перенапряжений

3.2.4. Анализ результатов

3.3. Перенапряжение между полюсом и землей

3.3.1. Общие сведения

3.3.2. Вариант с использованием устройства защиты от импульсных перенапряжений

3.3.3. Вариант с использованием диодной защиты

3.3.4. Анализ результатов

3.4. Перенапряжение при отключении соленоида включения высоковольтного выключателя

3.4.1. Описание условий исследования

3.4.2. Сравнение эффективности диодной защиты и устройства защиты от импульсных перенапряжений

3.4.3. Анализ результатов

3.5. Натурные испытания по отключению коротких замыканий в системе оперативного постоянного тока автоматическими выключателями

3.5.1. Цель, объект и задачи испытаний

3.5.2. Технические средства

3.5.3. Анализ результатов

3.6. Выводы

ГЛАВА 4. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ЗАЩИТЕ СИСТЕМ ОПЕРАТИВНОГО ПОСТОЯННОГО ТОКА ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ С УЧЕТОМ СОВРЕМЕННЫХ ТРЕБОВАНИЙ К КАЧЕСТВУ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ

УСТРОЙСТВ

4.1. Введение

4.2. Рекомендации по выбору защиты от перенапряжений

4.3. Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ПИСЬМО О ВНЕДРЕНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ ОТ ОАО «ФСК ЕЭС»

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка рекомендаций по защите систем оперативного постоянного тока от перенапряжений»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Опыт эксплуатации низковольтных электроустановок постоянного тока на электростанциях (ЭС) и подстанциях (ПС) свидетельствует о периодически возникающих случаях появления перенапряжений в этих электроустановках. Ранее, когда релейная защита (РЗ) выполнялась на базе электромеханических реле, перенапряжения не вызывали существенных проблем. С внедрением микропроцессорной техники, более чувствительной к перенапряжениям, опасность повреждений, ложных срабатываний релейной защиты и сбоев автоматизированных систем управления ЭС и ПС существенно возросла. Это, в свою очередь, может вызывать серьёзные аварии на энергообъектах. Официальная статистическая информация по таким случаям отсутствует.

Данная работа посвящена разработке рекомендаций по защите установок постоянного оперативного тока от перенапряжений. Система оперативного постоянного тока (СОПТ) предназначена для электропитания устройств релейной защиты, автоматики и сигнализации, а также аварийного освещения и ответственных механизмов собственных нужд, в том числе электроприводов силовых выключателей. СОПТ должна обеспечивать надежное снабжение электроприемников как в нормальном, так и в аварийных режимах работы энергообъекта.

С внедрением микропроцессорных устройств релейной защиты значительно усиливаются требования к качеству электропитания и электромагнитной совместимости электроприемников и систем питания. В последние годы состав электроприемников постоянного тока значительно изменился, что обуславливает необходимость пересмотра требований к устройствам защиты от перенапряжений. В настоящее время наметилась не всегда оправданная тенденция к использованию зарубежных средств защиты и необоснованному отказу от проверенных практикой отечественных защитных устройств. Научно обоснованных оценок эффективности мероприятий по защите СОПТ от перенапряжений, с учетом современных требований к качеству

электропитания микропроцессорных устройств, до настоящего времени не проводилось.

Ввиду того, что система оперативного постоянного тока является неотъемлемой частью любой электрической станции и подстанции напряжением 110 - 750 кВ, задача повышения надежности работы таких систем является масштабной и актуальной.

Объектом исследования является система оперативного постоянного тока подстанций 110-750 кВ с устройствами защиты от перенапряжений на базе силовых диодов и варисторов.

Предметом исследования являются переходные процессы в СОПТ, сопровождающиеся перенапряжениями, с учетом влияния на них устройств защиты: диодов и варисторов.

Целью диссертации является разработка рекомендаций по защите СОПТ от перенапряжений с учетом современных требований к электромагнитной совместимости и качеству электропитания микропроцессорных устройств для предотвращения повреждений и ложных срабатываний релейной защиты и автоматики подстанций 110-750 кВ.

Задачи исследования. Для достижения цели исследования поставлены и решены следующие задачи:

1) анализ схем и состава СОПТ, оценка электромагнитной обстановки, анализ факторов, влияющих на параметры перенапряжений, современных тенденций изменения состава потребителей и применяемых устройств защиты от перенапряжений в СОПТ;

2) разработка математической модели СОПТ для исследования электромагнитных переходных процессов, сопровождающихся перенапряжениями, расчетно-экспериментальное исследование процесса

возникновения перенапряжения в СОПТ при срабатывании плавких предохранителей;

3) расчетно-экспериментальное исследование процесса ограничения перенапряжений в СОПТ с помощью диодной защиты и устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) на основе варисторов, сравнение эффективности указанных способов защиты; проведение натурных экспериментов по отключению коротких замыканий (КЗ) в СОПТ, оценка параметров перенапряжений;

4) разработка рекомендаций по защите СОПТ от перенапряжений с учетом современных требований к качеству электропитания микропроцессорных устройств.

Методы исследования. Решение поставленных задач производилось с помощью математического моделирования на основе системы линейных алгебраических уравнений, составленных по законам Кирхгофа, математического моделирования на основе теории обыкновенных дифференциальных уравнений, расчетно - экспериментального исследования в специализированной компьютерной программе ЕМТР-ЯУ, натурных экспериментов на учебной исследовательской установке постоянного тока фирмы СШог кафедры «Электрические станции».

Научная новизна. В диссертации получены следующие новые научные результаты:

1) проведен анализ эффективности защиты СОПТ от перенапряжений, вызванных отключающими защитными аппаратами, электрической дугой, воздействием электромагнитных полей, выявлены преимущества диодной защиты по сравнению с УЗИП комбинированного и ограничивающего типов. Показано, что напряжения среза УЗИП в 2-3 раза выше напряжения среза диодной защиты, а способность к поглощению энергии в несколько раз ниже, чем у диодов.

2) разработана математическая модель для исследования электромагнитных переходных процессов, сопровождающихся

перенапряжениями, содержащая отключающие защитные аппараты, силовые диоды и варисторы. Модель учитывает влияние активных и индуктивных сопротивлений кабельной сети и аккумуляторной батареи, емкостей полюсов относительно земли и постоянной времени цепи КЗ, позволяет оценивать основные параметры возникающих импульсов перенапряжений: амплитуду, длительность фронта, длительность полуспада и энергию.

3) проведено исследование эффективности защиты СОПТ от перенапряжений с помощью силовых диодов и УЗИП, преимуществ и недостатков применения данных устройств. Были рассмотрены случаи возникновения и ограничения внутренних межполюсных коммутационных перенапряжений при отключении КЗ предохранителем, внешних перенапряжений между полюсом и землей, а также перенапряжений, возникающих при отключении соленоида включения высоковольтного выключателя.

4) разработаны рекомендации по защите СОПТ от перенапряжений с учетом современных требований к качеству электропитания микропроцессорных устройств. Даны научно-обоснованные рекомендации по выбору мест присоединения, подбору параметров защитных устройства, конструктивного исполнения, способу подключения, защите выбранных устройств от сверхтоков.

Достоверность научных положений диссертационной работы обусловлена корректным использованием теории электромагнитных переходных процессов, теоретических основ электротехники, обоснованностью принятых допущений и удовлетворительным совпадением результатов расчетов, полученных при использовании разработанной математической модели, реализованной в программном комплексе ЕМТР-ЯУ с данными, предоставляемыми производителями защитных аппаратов. Расхождение между сопоставляемыми параметрами не превысило 10%.

Научные положения, выносимые на защиту:

1) математическая модель С ОПТ для исследования электромагнитных переходных процессов, сопровождающихся перенапряжениями, с отключающими защитными аппаратами, силовыми диодами и варисторами;

2) результаты исследования эффективности средств защиты СОПТ от различных видов перенапряжений с помощью силовых диодов и УЗИП;

3) рекомендации по защите от перенапряжений в СОПТ с учетом современных требований к качеству электропитания микропроцессорных устройств.

Практическая значимость и область применения результатов:

- результаты исследования эффективности устройств защиты от перенапряжений при отключении КЗ плавкими предохранителями могут быть использованы для оценки параметров возникающих импульсов перенапряжений при проектировании на этапе разработки схемы СОПТ, выбора защитных аппаратов и устройств защиты от перенапряжений.

- разработанные рекомендации по защите СОПТ от перенапряжений были использованы на кафедре «Электрические станции» ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ» при разработке с участием автора внедренного и действующего стандарта организации ОАО «ФСК ЕЭС» СТО 56947007 -29.120.40.041 -2010 «Системы оперативного постоянного тока подстанций. Технические требования» и его изменений от 14.12.2012 г.

Апробация и внедрение результатов работы. Работа была апробирована на следующих конференциях:

- на Пятнадцатой Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника электротехника и энергетика» (МЭИ, 26-27 февраля, г. Москва, 2009 г.);

- на Шестнадцатой Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника электротехника и энергетика» (МЭИ, 26-27 февраля, г. Москва, 2010 г.);

- на Семнадцатой Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника электротехника и энергетика» (МЭИ, 24-25 февраля, г. Москва, 2011 г.),

- на XXXIV сессии семинара «Кибернетика энергетических систем» по тематике «диагностика энергооборудования» (ЮРГТУ (НИИ), 25-27 сентября, г. Новочеркасск, 2012 г.).

В приложении 1 приводится письмо о внедрении результатов диссертационной работы от ОАО «ФСК ЕЭС».

Публикации. По результатам исследований было опубликовано шесть печатных работ, в том числе две в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикаций материалов диссертационных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка, состоящего из 69 наименований, одного приложения. Основной текст изложен на 120 страницах, включает 68 рисунков и 16 таблиц. Общий объем диссертации составил 128 страниц.

В первой главе приведен обзор публикаций, описаны типовые схемы и состав потребителей, охарактеризована электромагнитная обстановка в СОПТ. Рассмотрены причины возникновения перенапряжений в СОПТ, влияющие факторы, особенности коммутаций на постоянном токе, перечислены основные способы защиты: схемные решения, применение выпрямительных диодов, устройств защиты от импульсных перенапряжений на основе варисторов и разрядников. Приведены технические характеристики защитных устройств и сведены для удобства сравнения в общую таблицу характеристик.

Во второй главе разработана математическая модель для исследования электромагнитных переходных процессов, сопровождающихся межполюсными перенапряжениями при отключении КЗ плавкими предохранителями. Модель

реализована в среде ЕМТР-ЯУ и МшЬсас1. Рассмотрены физические процессы, при отключении коротких замыканий плавкими предохранителями. Приведено описание основных элементов расчетной модели. Произведена верификация результатов, полученных с помощью разработанной модели. Обоснована допустимость представления элементов расчетной схемы сосредоточенными параметрами

В третьей главе произведено моделирование процесса ограничения межполюсных коммутационных перенапряжений с помощью УЗИП. Произведено сравнение эффективности ограничений перенапряжений между полюсом и землей с помощью диодной защиты и УЗИП ограничивающего типа на основе варисторов. Рассмотрен случай возникновения перенапряжений при отключении в аварийных условиях соленоида включения высоковольтных выключателей У-110 и У-220, выполнено сравнение эффективности режекции возникающих при этом перенапряжений варисторами и диодами. Моделирование проводилось с использованием программы ЕМТР-Я V.

Таким образом, было проведено исследование процесса ограничения перенапряжений в СОПТ различными устройствами защиты, на основании полученных результатов сделаны выводы об эффективности рассмотренных защитных устройств.

В четвертой главе приведены рекомендации по выбору устройств защиты СОПТ от перенапряжений с учетом современных требований по электромагнитной совместимости и качеству электропитания микропроцессорных устройств подстанций напряжением 110-750 кВ. Даны рекомендации выбору типа защитных устройств, мест присоединения, подбору параметров защитных устройства, конструктивного исполнения, способу подключения, защите выбранных устройств от сверхтоков.

Таким образом, рекомендовано в щите постоянного тока (ЩПТ) применять диодную защиту, вследствие большей её эффективности для режекции импульсов

перенапряжений полюс - земля, а также возможных импульсов при отключении соленоидов включения высоковольтных выключателей.

ГЛАВА 1. УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ В СИСТЕМАХ ОПЕРАТИВНОГО ПОСТОЯННОГО ТОКА

1.1. Типовые схемы и состав систем оперативного постоянного тока

Объектом исследований данной работы являются системы оперативного постоянного тока подстанций напряжением 110-750 кВ. СОПТ на электрических подстанциях является одной из важнейших систем. От её исправного функционирования зависит надежность работы, как подстанции, так и энергосистемы в целом.

Постоянный оперативный ток от аккумуляторных батарей применяется на ЭС различных типов и крупных ПС напряжением 110-750 кВ, а также на ПС с воздушными выключателями, синхронными компенсаторами и принудительной системой охлаждения трансформаторов.

Широкое использование постоянного оперативного тока в основном вызвано тем, что многие применяемые в электроустановках собственных нужд ЭС и ПС механизмы, выполненные на постоянном токе, имеют более простую конструкцию и лучшие характеристики, чем выполненные на переменном токе.

Оперативный ток на ПС используют для обеспечения рабочего и резервного питания следующих электроприемников:

- устройств релейной защиты и автоматики (РЗА);

- устройств управления и приводов высоковольтных выключателей;

- устройств сигнализации;

- устройств противоаварийной автоматики;

- устройств коммерческого учета электроэнергии;

- устройств связи, обеспечивающих передачу сигналов РЗА;

- приводов автоматических вводных и секционных выключателей щитов

собственных нужд (ЩСН) напряжением 0,4 кВ.

СОПТ должна обеспечивать резервное питание:

- инверторов резервного питания автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП);

- светильников аварийного освещения помещении аккумуляторной батареи, общеподстанционного пункта управления (ОПУ), релейного щита, закрытых распределительных устройств (ЗРУ), насосных, камер задвижек пожаротушения.

На подстанциях единой национальной электрической сети (ЕНЭС) должны использоваться системы оперативного постоянного тока, где источником тока является свинцово-кислотные аккумуляторы открытых (вентилируемых) типов [1].

На рис. 1.1 показана типовая схема системы оперативного постоянного тока с раздельными вводами шинок питания (ШП) электромагнитов включения и шинок управления (ШУ) [2].

АБ |

ЗУ1

"п Г"

Г ]

А-

ЗУ2

ж

орз

■-—

ОР 7,

10Р5

<2Р6

*ЕУ С » - "_

еу г:--»■

* > г

V V

С(Р8 |

^ V ^

• - г

=_1 »1

С5Р9

ОР11 г.

1 1

"Г,

ОРЮ1

^ ОР12

Питание 1 устройств | сигнализации

С

и.

Кольца питания маломощных токоприемников

Кольца питания мощных токоприемников

Рис. 1.1. Вариант схемы системы оперативного постоянного тока с раздельными

вводами ШП и ШУ: АБ - аккумуляторная батарея, ЗУ 1,ЗУ2 - зарядные устройства, ЕУ — шинки питания электромагнитов включения выключателей или механизмов заводки включающей пружины, ЕС - шинки управления, С)Р1-С)Е12 - защитные коммутационные аппараты (предохранители)

У схемы рис. 1.1 есть недостаток: не резервируется цепь ввода АБ. Лишена такого недостатка схема СОПТ на рисунке 1.2.

ЗУ1 аб ЗУ2

1Ц

ШРОТ1

+ЕУ С -ЕУ С

+ЕС С -ЕС С

—1

ШРОТЗ

ШРОТ4

ШРОТ 2

Рис. 1.2. Вариант схемы СОПТ повышенной надежности: АБ - аккумуляторная батарея, ЗУ1, ЗУ2 - зарядные устройства, ЕУ - шинки питания электромагнитов включения выключателей или механизмов заводки включающей пружины, ЕС -

шинки управления

В [3] не рекомендуется применять схемы с питанием электроприемников (обычно терминалы РЗА) через разделительные диоды в обоих полюсах СОПТ. Каждый такой потребитель получает питание сразу от двух секций шин постоянного тока БС1 и ОС2 через 4 диода, обеспечивающих разделение между положительными и отрицательными полюсами этих двух секций шин СОПТ (см. рис. 1.3).

АБ1

| jl ¡I — If—i

ЗУ1

ffv ív-?\

4 Ц

ÜHTvft to iis

DC1

VD1-VD4

Qt

ЗУ2

\Í %

-Jl

ЗУЗ

DC2

- i-

i I I

lili

Ш№ ШЖЖ ЖЖЖЖ vmm

TT

Q2 *Г V Q3

-m- - + -m-

РОЗ

-ш-

Q4

PD4

+Кеь

1

131S

АБ2

й «t v\

i Т "

iíi

ЗУ4

V w ч

Рис. 1.3. Вариант схемы СОПТ с питанием электроприемников через разделительные диоды в обоих полюсах: АБ1, АБ2 - аккумуляторные батареи первого и второго комплекта СОПТ, ЗУ1, ЗУ2 - зарядные устройства первого комплекта СОПТ, ЗУЗ, ЗУ4 - зарядные устройства второго комплекта СОПТ, VI) - разделительные диоды, С)1-(34 - автоматические выключатели

Несмотря на то, что данное техническое решение содержит минимальное число коммутационных аппаратов и обеспечивает надежное резервирование цепей питания РЗА, в некоторых нештатных режимах работы установки диоды с емкостями полюсов фактически могут образовывать удвоитель напряжения. Например, при проведении наладочных или ремонтных работ в СОПТ или при не выявленном вовремя замыкании на землю цепи соединенной с одним полюсом ЭС1 и последующим внезапным замыканием на землю цепи, соединенной с противоположным полюсом ОС2. При этом к устройствам РЗА оказывается приложенным напряжение около 450 В, приводящее к выходу из строя большинства устройств, оказавшихся под этим напряжением. Из практики эксплуатации подобных схем известны неоднократные случаи массовых повреждения устройств РЗА из-за суммирования напряжений ОС1 и БС2 через диоды.

На действующих подстанциях наибольшее распространение получили аккумуляторные батареи открытого типа с пластинами из свинца [4]: отечественные аккумуляторы типа СК Курского завода «Аккумулятор» и батареи типа СН Югославского производства, большая часть из которых, выработала свой ресурс. В последнее время наблюдается массовая замена отечественных аккумуляторных батарей на зарубежные батареи открытого исполнения серии вгоЕ с удельным внутренним сопротивлением менее 180-200 мОм*А*ч. [5], основным отличием которых от батарей типа СК является малообслуживаемость (доливка дистиллированной воды осуществляется один раз в 3-5 лет) и устойчивость к коррозии. Также преимуществом батарей данного типа является существенное снижение выделения взрывоопасной водородной газовой смеси в процессе эксплуатации, что снижает требования к вентиляции помещений аккумуляторных батарей [6-10]. На вновь сооружаемых подстанциях емкость аккумуляторных батарей выбирается исходя из условия работы СОПТ от аккумуляторов в аварийном режиме не менее 2 часов [11].

В комплект СОПТ входит аккумуляторная батарея, два зарядных устройства и щит постоянного тока, в котором кроме коммутационно -распределительной аппаратуры размещена аппаратура управления, мониторинга, регистрации аварийных событий, измерения и сигнализации. Для всех аккумуляторных батарей выполняется сеть взаимного резервирования так, что в каждый щит постоянного тока может быть подано питание от батареи второго щита.

В качестве зарядных устройств на подстанциях используются выпрямительные агрегаты. Типичным для большинства ЭС и ПС является зарядно-подзарядный выпрямительный агрегат типа ВАЗП-З80/260-40/80. В системе постоянного тока выделяют генерирующую и распределительную части [12]. В генерирующую часть системы входит ЩПТ с присоединенными к нему аккумуляторной батареей и зарядными устройствами. Распределительная часть СОПТ включает сборные шины, коммутационные и защитные аппараты, кабельную сеть.

Щит постоянного тока выполняется с двумя системами шин. К силовым шинам подключается аккумуляторная батарея и зарядное устройство, питающие цепи электромагнитов выключателей, двигательная нагрузка, устройства связи, аварийное освещение и др. От оперативных шин питаются цепи управления, автоматики, сигнализации и защиты.

Распределительная сеть СОПТ включает сборные шины, коммутационные и защитные аппараты, кабельную сеть. Распределительная сеть в существующих установках -имеет вид колец, при этом каждое кольцо подключается к двум разным секциям ЩПТ, что обеспечивает возможность выполнения ремонтно-профилактических работ в сети и повышает надежность питания электроприемников. В нормальном режиме кольца питания при наличии одного вводного выключателя на ЩПТ работают в разомкнутом режиме. Работа колец питания в замкнутом режиме может привести к затяжному КЗ и неселективному отключению защитного аппарата в цепи ввода аккумуляторной батареи. Так как питание устройств РЗА от ЩПТ осуществляется по разомкнутому кольцу, то отключение по любой причине защитного аппарата рабочего кабеля ведет к потере питания устройств РЗА, установленных в щите управления.

Распределительные сети постоянного тока обычно имеют разветвленную кабельную сеть. Длина отдельных кабельных линий может достигать километра. Это обстоятельство обуславливает большую емкость полюсов распределительной сети относительно земли. Увеличение емкости сети способствует нежелательному проникновению помех через контур заземления в сеть из первичных цепей подстанции, создает трудности в применении устройств автоматического поиска присоединений ЩПТ с повреждениями изоляции относительно земли.

Основная тенденция схемотехнических решений в современных СОПТ -это повышение надежности работы при одновременном уменьшении затрат на обслуживание, ориентация на возможность использования систем постоянного тока на энергетических объектах без постоянного присутствия эксплуатационного персонала.

В СОПТ энергообъектов в качестве отключающих защитных аппаратов применяются плавкие предохранители и автоматические выключатели. При этом, последние 20-30 лет при проектировании отечественных СОПТ преимущество отдавалось автоматическим выключателям, однако в последнее время ситуация начала меняться. В наиболее старых проектах использовались выключатели типа АВМ, позднее стали использоваться выключатели серии A3 700 или серии В А.

Основным аргументом в пользу автоматических выключателей является удобство эксплуатации. Широкому распространению автоматических выключателей способствовал специфический характер нагрузок. Включение наиболее мощных электроприемников - соленоидов включения высоковольтных выключателей - сопровождалось значительными бросками токов, от которых необходимо отстроить защитные аппараты. Автоматические выключатели было проще отстроить от бросков тока, так как они имеют расцепитель комбинированного действия.

При использовании современных плавких вставок существует возможность предусмотреть меры по индикации их состояния. Современные вставки имеют комбинированный индикатор срабатывания, обеспечивающий возможность местного визуального контроля и дистанционного контроля. При реконструкции старых и строительстве новых энергообъектов для защиты от перегрузок и КЗ используются аппараты комбинированного типа, объединяющие функции предохранителя, выключателя и разъединителя. Кроме того, предохранители не требуют затрат на техническое обслуживание, а к обслуживающему персоналу предъявляются минимальные квалификационные требования. Цена плавких предохранителей намного ниже, чем у автоматических выключателей.

За рубежом тенденция изменения состава электроприемников оперативного тока возникла раньше, чем в России. При этом в качестве защитных аппаратов на ЩПТ преимущественно используются плавкие предохранители.

В настоящее время в СОПТ применяются трехуровневые и двухуровневые системы построения защит [1], требующие обеспечения селективности защитных аппаратов.

Нижний уровень защит - это защита конечных электроприемников: устройств релейной защиты, автоматики, связи и др. Защита выполняется как автоматическими выключателями с тепловыми расцепителями и электромагнитной отсечкой, работающей без выдержки времени при КЗ на своих присоединениях, так и плавкими предохранителями.

Средний уровень защиты - это защита кабельных линий и вторичных сборок, находящихся в щите управления, на релейных щитах, в распределительных устройствах. Выполняется предохранителями с токами плавких вставок 15-60 А в цепях ШУ и 80 -400 А - в цепях ШП. На существующих подстанциях этот уровень защит мог выполняться с помощью выключателей АЗ 793 с токами срабатывания полупроводникового расцепителя в зоне перегрузки 200 - 250 А и временем срабатывания 4 с при токах КЗ 1000 -1250 А, и с полупроводниковым расцепителем в зоне токов КЗ с токами срабатывания 350 -400 А и временем срабатывания 0,1 -0,15 с (для А3793 с 1Н0М = 160 200 А и кратности полупроводникового расцепителя в зоне КЗ

равной 2). Защита выключателей на 2-ом уровне также иногда выполняется автоматическими выключателями АК-63, ВА21-29, АЗ700 с электромагнитными отсечками без выдержки времени.

Верхний уровень защит - это защита секции шин ЩПТ на вводе АБ и вводах зарядных устройств. Уровень выполняется предохранителями с токами плавких вставок от 400 до 600 А. На существующих подстанциях этот уровень защит мог выполняться с помощью автоматических выключателей АВМ-4с с токами срабатывания зависимых расцепителей 15 - 500 А (при номинальных токах расцепителя 120 - 140 А) и токами срабатывания независимых расцепителей 960 -4400 А и временем срабатывания обычно 0,6 сек или с помощью выключателей АЗ793 с токами срабатывания полупроводникового расцепителя в зоне перегрузки 312,5 А и временем срабатывания 8 или 16 с при токах КЗ 800 - 1500 А и с полупроводниковым расцепителем в зоне токов КЗ с токами срабатывания 800 - 1500 А и временем срабатывания 0,25 с.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Тимонин, Илья Александрович, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. СТО 56947007-29.120.40.041-2010 «Системы оперативного постоянного тока подстанций. Технические требования», ОАО «ФСК ЕЭС».

2. Гусев Ю.П. Схемы подключения аккумуляторной батареи к щиту оперативного постоянного тока // Энергоэксперт. 2011, №1(24). - с. 42-48

3.Гуревич В.И. Проблемы повышения надёжности систем оперативного питания РЗА на постоянном токе // Электроэнергия. Передача и распределение, 2012, №2 (11). - с. 70-73.

4. Устинов П.И. Стационарные аккумуляторные установки. - М., Энергия, 1970.-312 с.

5. Гусев Ю.П. Компоненты СОПТ: Положительные тенденции и проблемы развития // Новости электротехники. 2005. № 31 .- с. 55.

6. IEEE Std 1187™-2002. IEEE Recommended Practice for Installation Design and Installation of Valve-Regulated Lead-Acid Storage Batteries for Stationary Applications. — New York.: The Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2002 . - 33p.

7. Cassie A.M. Arc rupture and circuit severity: a new theory. Proceedings of Conference Internationale des Grands reseaux Electriques a Haute Tension, Paris, France, 1932, pp. 1-14.

8. Mayr O., "Beitrage zur Theorie des Statischen und des Dynamischen Lichthogens", Archiv ffiur Elektrotechnik, vol. Band 37, no. Heft 12, pp. 588-608, 1943.

9. IEEE Std 485-1997(R2003). IEEE Recommended Practice for Sizing Lead-Acid Batteries for Stationary Applications. - New York.: The Institute of Electrical and Electronics Engineers, 1997. - 30 p.

10. IEEE Std 450™-2002. IEEE Recommended Practice for Maintenance, Testing, and Replacement of Vented Lead-Acid Batteries for Stationary Applications. - New York.: The Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2002.-39 p.

11. Гусев Ю.П., Гусев О.Ю., Седунов В.Н., Дунаев А.И. Опыт внедрения нового поколения систем оперативного постоянного тока на подстанциях МЭС Центра // ЛЭП-2005: Тезисы доклада конференции 1-2 декабря 2005.-М. 2005.

12. Разработка технических предложений но модернизации систем оперативного постоянного тока: Отчет о научно-технической работе/ МЭИ (ТУ); Руковод. работы ЮЛ. Гусев. - М., 2002. - 95 с.

13. Борисов Р. К. Невнимание к проблеме ЭМС может обернуться катастрофой // Новости электротехники. 2001. №6 (12).

14. Гуревич В.И. Проблема электромагнитных воздействий на микропроцессорные устройства релейной защиты. Часть 1 // Компоненты и технологии. 2010. №2. - с.80-84.

15. Matsumoto Т., Kurosawa Y., Usui М., Yamashita К., Tanaka Т. Experience of Numerical Protective Relays Operating in an Environment with High-Frequency Switching Surge in Japan // IEEE Transactions On Power Delivery. Vol. 21. No. 1. 2006.

16. Электромагнитная совместимость электрической части атомных электростанций [Текст]: монография / Э.В. Вершков, A.B. Калеников, Д.А. Козлов, И.П. Кужекин, С.Л. Кужеков, Б.К, Максимов, О.В, Сарылов, Л.В. Ярных. - М.: Знак, 2006. - 280 с.

17. ГОСТ Р 51317.6.5-2006 (МЭК 61000-6-5:2001) Устойчивость к электромагнитным помехам технических средства, применяемых на электростанциях и подстанция. Требования и методы испытаний.

18. Борисов Р. К. Электромагнитная совместимость и защита от перенапряжений в системе оперативного постоянного тока // Энергоэксперт, 2009, №2(13).-с. 30-31.

19. МЭК 1024-1: 1990 Защита сооружений от удара молний. Часть 1: Общие принципы.

20. МЭК 1312-1: 1995 Защита от электромагнитного импульса молнии. Часть 1. Общие принципы.

21. Зайцев Ю.В., Марченко А.Н., Ващенко И.И. Полупроводниковые резисторы в электротехнике. -М.: Энергоатомиздат, 1988.

22. Гусев Ю.П., Тимонин И.А. Защита микропроцессорных устройств релейной защиты от перенапряжений в системах оперативного постоянного тока // Известия вузов. Электромеханика. 2013, №1. - с. 84-85.

23. Borodulin, A.N. Experimental study of surge protective devices to apply in dc power supply system at power substation // Energetics (IYCE). Papers from Conference Proceedings (Published), 2011.

24. Брон О.Б. Электрическая дуга в аппаратах управления. — Л. — М.: Госэнергоиздат, 1954. - 532 с.

25. Таев И.С, Электрические контакты и дугогасительные устройства. - М.: Энергия, 1973. - 424 с.

26. Намитоков К.К., Ильина Н.А., Шкловский И.Г. Аппараты для защиты полупроводниковых устройств [Текст]: учеб. пособие / К.К. Намитоков, Н.А. Ильина, И.Г. Шкловский.— Москва: ЭнергоАтомИздат, 1988.-280 с.

27. Mulertt С., GB001 - Introduction to protection by fuses [Электронный ресурс], http://ep.mersen.com/en/pdf/edupack7GB001_Introductio n_to_protection_by_fuses, (дата обращения: 19.09.2012).

28. СТО 56947007- 29.120.40.102-2011 Методические указания по инженерным расчетам в системах оперативного постоянного тока для предотвращения неправильной работы дискретных входов микропроцессорных устройств релейной защиты и автоматики, при замыканиях на землю в цепях оперативного постоянного тока подстанций ЕНЭС ОАО «ФСК ЕЭС». 2011.

29. ГОСТ Р МЭК 60269-1-2010. Предохранители низковольтные плавкие. Часть 1. Общие требования.

30. A.Wright, P.G. Newbery. Electric Fuses // IET Power and Energy series 49 // 3rd Edition. 2004. - 251 p.

31. Гусев Ю.П., Монаков Ю.В., Чо Г.Ч. Предотвращение срабатываний дискретных входов микропроцессорных релейных защит при замыканиях на землю в системах оперативного постоянного тока // Энергоэксперт. 2011, № 5.

32. Гусев Ю.П., Тимонин И.А. Защита систем оперативного постоянного тока от коммутационных перенапряжений // Энергоэксперт. 2011, №6 (29).-с. 44-48.

33. ГОСТ Р 51992-2002 (МЭК 61643-1-98) Устройства для защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах. Часть 1. Требования к работоспособности и методы испытаний.

34. Зоричев А.Л. Устройства защиты от импульсных перенапряжений

*

до 1 кВ. Выбор, эксплуатация, контроль // Новости электротехники. 2005, №31. - с.62.

35. Квасков В.Б. Полупроводниковые приборы с биполярной проводимостью. - М : Энерго-атомиздат. 1988. - 128 е.: ил.

36. Волков М.С., Гусев Ю.П., Тимонин И.А. Защита установок оперативного тока от коротких замыканий. // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Тез. докл. XV междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: В 3-х т. М.: Издательский дом МЭИ, 2009. Т. 3. с. 339-340.

37. Волков М.С., Гусев Ю.П., Тимонин И.А. Защита установок оперативного постоянного тока от перенапряжений // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Тез. докл. XVI м еждунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: В 3-х т. М.: Издательский дом МЭИ, 2009. Т. 3. - с. 410-411.

38. Гусев Ю.П., Тимонин И.А. Защита систем постоянного оперативного тока от перенапряжений // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Тез. докл. XVII междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: В 3-х т. М.: Издательский дом МЭИ, 2011. Т. 3. - с.371-372.

39. Гусев Ю.П., Поляков A.M. Электрофизические процессы в аккумуляторах электростанций при коротких замыканиях. / Известия РАН. Энергетика. - 2001. - №4. - с. 99-105.

40. Борисова Е.С. Совершенствование методики выбора отключающих защитных аппаратов в электроустановках оперативного постоянного тока электрических станций и подстанций // Автореферат диссертации.

41. Родштейн JI.A. Электрические аппараты [Текст]: учеб. пособие / JI.A. Родштейн. — Ленинград: Энергоатомиздат, 1989. - 299 с.

42. Кужекин И.П. Основы электромагнитной совместимости современного энергетического оборудования [Текст]: учеб. Пособие / И.П. Кужекин. — М.: Издательский дом МЭИ, 2008. - 144 е.: ил.

43. IEC 60269-1 Low-voltage fuses - Part 1: General requirements. Switzerland, Geneva: Publication of International Electrotechnical Commission, 2006.

44. CT056947007-29.240.10.028-2009 Нормы технологического проектирования подстанций переменного тока с высшим напряжением 35-750 кВ (НТП ПС).

45. СТ05694700729.120.40.093-2011 Руководство по проектированию систем оперативного постоянного тока (СОПТ) ПС ЕНЭС. Типовые проектные решения.

46. ГОСТ Р 50030.2-99 (МЭК 947-2-89) Автоматические выключатели.

47. РД 34.20.116-93 Методические указания по защите вторичных цепей электрических станций и подстанций от импульсных помех.

48. Сосков А.Г., Сабалаева Н.О. Расчёт коммутационных перенапряжений в гибридных контакторах постоянного тока и способы их ограничения // Электротехника и Электромеханика. 2009, №4. - с. 38-42.

49. Еникеев Т.У., Авдеев М.Н., Большаков Ю.И., Морозова O.A., ООО «Беннинг Пауэр Электронике» Современные системы оперативного постоянного тока как элементы интеллектуальных подстанций. // Новости Электротехники. 2012, №1 (73). - с. 80-84.

50. Новые решения по построению высоконадежных систем постоянного тока для объектов энергетики. Мировые тенденции. - Первая международная научно-практическая конференция, 17-18 февраля 2005, Москва.

51.IEC 60255-1. Measuring relays and protection equipment - Part 11: Voltage dips, short interruptions, variations and ripple on auxiliary power supply port.

52. Гуревич В. И. Микропроцессорные устройства релейной защиты: настоящее и будущее // Вести в электроэнергетике, 2007, № 5. - с. 39 - 45.

53. Гуревич В. И. Новая концепция построения микропроцессорных устройств релейной защиты // Компоненты и технологии, 2010, № 6. — с. 12-15.

54. Дьяков А.Ф., Максимов Б.К., Борисов Р.К., Кужекин И.П., Жуков

A.B. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике. - М.: Энергоатомздат, 2003. - 768 с.

55. Диагностика электроустановок оперативного постоянного тока на подстанциях ОАО «Мосэнерго» / В. В. Балашов, Ю. П. Гусев, А. М. Поляков,

B. А. Фещенко // Электрические станции. 2000. № 8. - с. 39 - 46.

56. Повышение надежности систем оперативного постоянного тока электростанций и подстанций средствами управления: Сб. науч. статей / Под ред. A.C. Засыпкина. - Новочеркасск: НГТУ, 1996.

57. Куско А. Сети электроснабжения. Методы и средства обеспечения качества энергии — М. : Додэка-ХХ1, 2010. - 336 с.

58. ГОСТ 29280-92. «Совместимость технических средств электромагнитная. Испытания на помехоустойчивость. Общие положения».

59. ГОСТ Р 51317.4.12-99. «Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к колебательным затухающим помехам. Требования и методы испытаний».

60. Антипов K.M. Письмо Главтехуправления Минэнерго СССР от 10.05.89 №0324-6-35/1725 о защите цепей постоянного тока электростанций от перенапряжений.

61. Шваб А. Электромагнитная совместимость. -М.: Энергоатомиздат,

1995.

62. Ковалев Б.И. Челазнов A.A. Математическое моделирование электромагнитных переходных процессов при выборе средств защиты от перенапряжений и ограничении токов КЗ // «Международный симпозиум по математическому моделированию», Москва, 1987.

63. Варисторы и разрядники фирмы SIEMENS&MATSUSfflTA. - М.: ДОДЭКА, 2000. - 48 с.

64. Диагностика электроустановок оперативного постоянного тока на подстанциях ОАО «Мосэнерго» / Балашов В. В., Гусев Ю. П., Поляков А. М., Фещенко В. А. - Электрические станции, 2000, № 8, с. 39-46.

65. Пантелеев В. А. Вольт-амперные характеристик силовых варисторов // «Промышленная энергетика», № 5,2002 .- с. 43-44.

66. Иванов И.С., Шаварин Н.И. Моделирование системы оперативного постоянного тока // Энергоэксперт. 2009, № 3, с. 52-56.

67. В.И. Антонов, В.А. Наумов, Ю.Н. Алимов, B.C. Петров. Цифровая автоматика ограничения повышения напряжения: алгоритмы и практическая реализация автоматики // Аннотации докладов 4-ей Международной научно-технической конференции "Современный направления развития систем релейной защиты и автоматики энергосистем". CIGRE. Екатеринбург, 2013.

68. IEEE Std 946™-2004 (Revision of IEEE Std 946-1992) IEEE Recommended Pracitce for the Design of DC Axiliary Power Systems for Generating Stations. IEEE Std. 1277-2004, Institute of Electrical and Electronics Engineers, Piscataway, NJ, 2002.

69. Балашов B.B., Чо Г.Ч. Распределительная сеть СОПТ // Энергоэксперт. 2009, №6 (17). - с. 56-62.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Письмо о внедрении результатов диссертационной работы

от ОАО «ФСК ЕЭС»

Федеральная Сетевая Компания

15.11.2013 №

Единой

Энергетической Системы

236/314

ДЕПАРТАМЕНТ ОРГАНИЗАЦИИ ЭКСПЛУАТАЦИИ и РЕМОНТА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

ОТКРЫТОГО АКЦИОНЕРНОГО ОБЩЕСТВА

Россия, 117630, Москва, ул. Ак. Челоиея, 5а телефон [phone], факс [phone]

Председателю Диссертационного совета Д 212.157.03

ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ» д.т.н. профессору

В.В. Жукову

О результатах рассмотрения автореферата КДР Тимонина И А.

Уважаемый Василий Владимирович!

Направляю Вам результаты рассмотрения автореферата кандидатской диссертационной работы Тимонина Ильи Александровича, выполненной под руководством Гусева Юрия Павловича, на тему: «Разработка рекомендаций по защите систем оперативного постоянного тока

от перенапряжений»:

1.На основе выполненного в диссертационной работе И.А. Тимонина анализа эффективности защиты систем оперативного постоянного тока от перенапряжений, вызванных отключающими защитными аппаратами, электрической дугой, воздействием электромагнитных полей, в стандарт организации ОАО «ФСК ЕЭС» СТО 56947007-29.120.40.041 2010 «Системы оперативного постоянного тока подстанций. Технические требования» утвержденный и введенный в действие Приказом ОАО «ФСК ЕЭС» от 29.03.2010 № 191 с изменениями, введенными в действие Приказом ОАО «ФСК ЕЭС» от 14.12.2012 № 777, включено требование по использованию диодной защиты и отклонено предложение использовать устройства защиты от импульсных перенапряжений комбинированного и ограничивающего типов.

2.Даны научно-обоснованные рекомендации по выбору мест присоединения, подбору параметров защитных устройства, конструктивного исполнения, способу подключения, защите выбранных устройств от сверхтоков, использующиеся в проектах современных подстанций.

Начальник Департамента

организации эксплуатации

и ремонта электротехнического оборудования

' МальцеваС.В. л ,, , 'V \ , '-ii л

. 7ia-9o-i4у, | Ш vt/,' ЧА<у

Mi да. .xljMn.. » <J '

Р.И. Загоскин

У Ju fit