Разработка релейной защиты фазоповоротного устройства с тиристорным коммутатором для ЛЭП 220 кВ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.02, кандидат наук Ахметов, Игорь Маратович

• Ахметов, Игорь Маратович
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Ахметов, Игорь Маратович

Оглавление

Введение

1. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ ФПУ С ТК И РАЗРАБОТКА ТРЕБОВАНИЙ К ЕГО РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЕ

1.1. Роль фазоповоротных устройств в обеспечении оптимизации

перетоков активной мощности по линиям электропередачи и научно-технические проблемы построения релейной защиты ФПУ с тиристорным коммутатором

1.2. Особенности схемы ФПУ с ТК и его функциональные характеристики

1.3. Режимы работы ВТК для ФПУ с питанием шунтового трансформатора от вывода средней точки сериесного

трансформатора

1.4. Виды повреждений и ненормальные режимы работы фазоповоротных устройств

1.5. Требования, предъявляемые к релейной защите фазоповоротного устройства с тиристорным коммутатором

1.5.1. Общие требования, предъявляемые к релейной защите

ФПУ

1.5.2. Требования к релейной защите тиристорного коммутатора

1.5.3. Селективность

1.5.4. Чувствительность

1.6. Применяемые комплексы защит ФПУ различного типа с РПН

1.6.1. Комплект релейной защиты ФПУ первого типа с РПН

1.6.2. Комплект релейной защиты ФПУ второго типа

1.6.3. Комплект защит ФПУ третьего типа

Выводы к главе 1

2. АНАЛИЗ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ФАЗОПОВОРОТНОГО УСТРОЙСТВА С ТИРИСТОРНЫМ КОММУТОТОРОМ

2.1. Схема присоединения ФПУ к ЛЭП и его работа в эксплуатационном режиме

2.2. Включение ФПУ в нормальном режиме

2.3. Отключение ФПУ в нормальном режиме его работы

2.3.1. Отключение ФПУ с переходом ВТК в нулевую ступень

2.3.2. Отключение ФПУ от тиристоров

2.3.3. Отключение ФПУ от тиристоров с выдержкой времени

2.3.4. Отключение ФПУ без прерывания тока в ЛЭП

2.4. Внешние короткие замыкания

2.4.1. Расчёт аналитическим методом

2.4.2. Расчёт методом имитационного моделирования

2.4.3. Расчёт методом симметричных составляющих

2.5. Внутренние короткие замыкания

2.5.1. Короткое замыкание в точке между вентильной обмоткой сериесного трансформатора и токоограничивающим реактором

2.5.2. Короткое замыкание в точке между токоограничивающим реактором и ВТК

Выводы к главе 2

3. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ СТРУКТУРЫ КОМПЛЕКСА РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ФАЗОПОВОРОТНОГО УСТРОЙСТВА С ТИРИСТОРНЫМ КОММУТАТОРОМ И ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ

СРАБАТЫВАНИЯ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ

3.1 Общий принцип построения РЗ ФПУ с тиристорным

коммутатором

3.2. Комплекс защит ФПУ с тиристорным коммутатором

3.2.1. Дифференциальная защита сериесного трансформатора

3.2.2. Дифференциальная защита шунтового трансформатора

3.2.3. Дифференциальная защита ВТК

3.2.4. Дифференциальная защита сетевой обмотки сериесного трансформатора

3.2.5. Методика расчёта параметров срабатывания и проверки чувствительности дифференциальной защиты ФПУ

3.2.6. Пример расчёта

3.2.7. Анализ возможности применения комплекса РЗА ФПТ

для ФПУ с ТК

3.3. Моделирование включения ФПУ

3.3.1. Включение Q6T (холостой ход)

3.3.2. Включение Q6T (нулевая ступень)

3.3.3. Включение Q5T

3.4. Резервные защиты

3.4.1. Методика расчёта параметров срабатывания и проверки чувствительности максимальной токовой защиты

3.4.2. Пример расчета параметров срабатывания и проверки чувствительности измерительных органов МТЗ сетевой обмотки сериесного трансформатора

3.5. Технологические защиты

3.5.1. Технологические защиты трансформаторов

3.5.2. Технологическая защита ВТК

Выводы к главе 3

4. КОНТРОЛЬ СОСТОЯНИЯ ФАЗОПОВОРОТНОГО

УСТРОЙСТВА С ТИРИСТОРНЫМ КОММУТАТОРОМ

4.1. Плановое диагностирование тиристоров с отключением ФПУ

и выводом ВТК из работы

4.2. Контроль состояния тиристорного плеча моста

4.3. Контроль состояния каждого тиристора в плече моста

4.4. Рекомендации по настройке резервных защит элементов, окружающих ФПУ

Выводы к главе 4

Заключение

Список литературы

Приложение 1. Схемы ФПУ с различными тиристорными коммутаторами

Приложение 2. Характеристики рассматриваемого ФПУ

Приложение 3. Примеры расчёта дифференциальных защит

зон №2-4

Приложение 4. Методика выбора параметров срабатывания

контроля исправности токовых цепей

Приложение 5. Методика выбора параметров срабатывания ДЗ и

ТЗНП

Приложение 6. Выбор параметров срабатывания дифференциальной токовой отсечки

Приложение 7. Выбор датчика тока УКСТ

Приложение 8. Расчёт выходных частот УКСТ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка релейной защиты фазоповоротного устройства с тиристорным коммутатором для ЛЭП 220 кВ»

Введение

Актуальность темы.

Вопросы практической реализации управляемых линий переменного тока в последние годы находят все большее распространение. Статические компенсаторы, объединенные регуляторы перетоков мощности и фазоповоротные устройства (ФПУ) успешно работают в электросетевых компаниях различных стран мира.

В настоящее время на американском и европейском континентах успешно работают десятки мощных ФПУ на линиях электропередачи (ЛЭП) переменного тока классов напряжения 60 кВ - 500 кВ. Наблюдается тенденция к увеличению объёмов внедрения ФПУ. Работа ФПУ, состоящего из сериесного трансформатора - подключаемого вторичной обмоткой последовательно с ЛЭП, и шунтового - подключаемого между первичной обмоткой сериесного трансформатора и ЛЭП, основана на компенсации сдвига фазового угла в ЛЭП с помощью изменения коэффициента трансформации шунтового трансформатора и осуществляется с помощью изменения величины коэффициента трансформации шунтового трансформатора с помощью устройства регулирования под нагрузкой (РПН).

В ОАО «ЭНИН» разрабатывается первое в России ФПУ, состоящее из сериесного и шунтового трансформаторов с тиристорным коммутатором, что вносит свою специфику в разработку устройств релейной защиты и автоматики (РЗА) по сравнению с РЗА ФПУ, выполненных на основе использования устройств РПН. Отсутствие в мировой практике ФПУ с тиристорным коммутатором свидетельствует об актуальности, как для отечественной, так и для зарубежной электроэнергетики исследований по разработке комплекса релейной защиты ФПУ, а также - разработки методики выбора ее параметров срабатывания.

Следовательно, поскольку устройство защиты ФПУ разрабатывается впервые, и нет примеров её реализации в таком исполнении ФПУ, также, актуальной является задача определения на ранней стадии ухудшения изоляционных свойств и определения предаварийных режимов работы ФПУ с целью снижения нагрузки на устройства релейной защиты, обеспечивая повышение надёжности распознавания повреждений

Степень разработанности проблемы. Структура фазоповоротного устройства с тиристорным коммутатором (ФПУ с ТК) по соединению электромагнитного оборудования соответствует широко применяемым во всем мире фазоповоротным устройствам с механическим коммутатором. Однако, в отличии от последних, ФПУ с тиристорным коммутатором для переключения высоковольтных выводов трансформаторов применяют бесконтактные переключатели, построенные с применением полупроводниковых однооперационных тиристоров.

Существуют работы, посвященные теме диссертации, построенные на исследовании фазоповоротных устройств с механическими коммутаторами. Однако предложенные решения не учитывают специфику работы ФПУ с ТК.

Отсутствие практической реализации силовой схемы ФПУ с ТК, диктует необходимость создания комплекса релейной защиты, учитывающего все особенности работы ФПУ с ТК, а также методики выбора параметров срабатывания основных и резервных защит.

Целыо диссертационной работы является создание релейной защиты ФПУ с ТК, методики выбора её параметров срабатывания и структуры системы контроля состояния ФПУ.

Основные задачи исследования. Для достижения поставленной цели, необходимо решить следующие задачи:

• Исследовать особенности повреждений ФПУ с тиристорным коммутатором в различных режимах его работы.

• Разработать требования к релейной защите ФПУ с тиристорным

управлением на основе анализа особенностей повреждений в ФПУ и в

примыкающей к нему электрической сети.

• Исследовать и разработать структуру системы контроля состояния

ФПУ.

• Разработать устройство контроля состояния тиристоров.

• Разработать методику выбора параметров срабатывания устройств

релейной защиты для ФПУ с ТК.

Научная новизна работы.

1. Установлены особенности повреждений ФПУ, на которые не реагируют существующие защиты фазоповоротных устройств с механическим коммутатором.

2. Разработан комплекс релейных защит для фазоповоротного устройства с тиристорным управлением.

3. Исследовано функционирование системы контроля состояния высоковольтного тиристорного коммутатора (ВТК), включающей устройство контроля тиристоров, что позволяет детектировать предаварийный режим работы тиристорного коммутатора.

4. Показано, что использование микропроцессорных терминалов (МПТ) позволяет совместить комплекс РЗ и функционирования системы контроля состояния ФПУ с тиристорным коммутатором.

Основные методы научных исследований. Решение поставленных задач базировалось на использовании методов теории электрических цепей и теории электромагнитных переходных процессов в электрических сетях.

Достоверность полученных результатов подтверждается соответствием разработанной автором методики выбора параметров срабатывания РЗ требованиям Правил устройства электроустановок (ПУЭ) и руководящих указаний по защите понижающих трансформаторов и автотрансформаторов, а также совпадением результатов, полученных в

диссертации с данными, полученными с применением других методов расчёта.

Практическая ценность работы. Выполнены исследования и разработана методика выбора параметров срабатывания релейной защиты фазоповоротных устройств с тиристорным управлением, которые позволили разработать проект РЗА ФПУ для ВЛ 220 кВ Восход - Татарская с выбором количественных значений параметров срабатывания.

Разработанное устройство контроля состояния тиристоров позволяет осуществить неразрушающий контроль состояния тиристоров ФПУ, не выводя тиристорный мост, в котором он установлен, из работы.

Предложенная структура системы контроля состояния ФПУ позволяет достоверно определять состояние не только каждого из тиристоров высоковольтного тиристорного коммутатора (ВТК), но и отдельных элементов ФПУ.

Разработка ФПУ, для которого разрабатывалась релейная защита, изложенная в данной работе, внесена в программу инновационного развития ОАО «ФСК ЕЭС» до 2016 г. с перспективой до 2020 г.

Использование результатов работы. Результаты выполненных автором исследований и разработок использованы для создания комплекса РЗА для фазоповоротного устройства с тиристорным управлением в проекте установки ФПУ в ВЛ 220 кВ Восход - Татарская - Барабинская для ПС 220 кВ «Восход».

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Результаты исследования и разработки комплекса РЗ ФПУ с тиристорным коммутатором.

2. Методика выбора параметров срабатывания релейной защиты ФПУ с тиристорным коммутатором.

3. Структура системы контроля состояния ФПУ с тиристорным коммутатором.

Личный вклад соискателя.

Постановка задач, разработка теоретических и методических положений, математических методов, проведение исследований, анализ и обобщение результатов, разработка и патентование «Устройства контроля состояния тиристоров» и «Многофункционального устройства регистрации процессов на линии электропередачи».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на VI международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» (г. Казань. 2011 г.); VII международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» (г. Казань. 2012 г.); Седьмой региональной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (с международным участием) «ЭНЕРГИЯ 2012» (г. Иваново. 2012 г.); XVIII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии» СТТ- 2012 (г. Томск. 2012 г.); Научно-практической конференции «Повышение эффективности энергетического оборудования» (г. Санкт-Петербург. 2012г.); 1-Ш Конференциях молодых специалистов ОАО «ЭНИН» (г. Москва. 2009, 2010, 2012); XXXV Сессии Всероссийского научного семинара Академии наук РФ «Кибернетика электрических систем» по тематике «Электроснабжение промышленных предприятий» (г. Новочеркасск, 19-22 ноября 2013 г.); IX международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» (г. Казань. 2014 г.); XXII конференции «Релейная защита и автоматика энергосистем РЗА 2014» (г. Москва. 2014).

Опубликованные работы.

Результаты исследований и разработок, проведенных автором, отражены в 7 опубликованных печатных работах, в том числе из них четыре - в журналах, рекомендованных ВАК РФ, «Электро. Электротехника. Электроэнергетика. Электротехническая промышленность», «Известия вузов. Электромеханика» и «Известия РАН. Энергетика».

Получены патенты на одно изобретение и одну полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 89 наименований и 8 приложений. Общий объём диссертации составляет 222 страницы, из них основной текст - 155 страниц, список литературы — 11 страниц, приложение -56 страниц.

1. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ ФПУ С ТК И РАЗРАБОТКА ТРЕБОВАНИЙ К ЕГО РЕЛЕЙНОЙ

ЗАЩИТЕ

1.1. Роль фазоповоротных устройств в обеспечении оптимизации перетоков активной мощности по линиям электропередачи и научно-технические проблемы построения релейной защиты ФПУ с тиристорным

коммутатором.

По данным [3], [4] активная мощность, передаваемая по линиям 220 кВ, составляет 70 - 130 МВт в зависимости от марки провода. Средняя по величине передаваемая мощность по линиям 500 кВ составляет 900 МВт.

При передаче электроэнергии по цепи 220 кВ и параллельно с ней работающей ЛЭП 500 кВ мощность ограничивается пропускной способностью линии более низкого напряжения. Таким образом, ЛЭП 500 кВ оказывается недогруженной, в то время как ЛЭП 220 кВ работает при предельно допустимых значениях передачи мощности.

Для того, чтобы решить данную проблему, на практике применяют такие устройства гибких линий, как статические компенсаторы, объединенные регуляторы перетоков мощности, вольтодобавочные трансформаторы (ВДТ) и фазоповоротные устройства (ФПУ). Все эти устройства успешно работают в электросетевых компаниях различных стран мира [1].

Создание управляемых электропередач, оснащённых элементами современной силовой электроники, на базе которых построены различного рода статические преобразователи предусматривается технологией FACTS, однако, несмотря на это, все известные ФПУ построены с использованием регуляторов напряжения.

Работа ФПУ основана на компенсации сдвига фазового угла в линии электропередачи (ЛЭП) [5]. Основное преимущество этих устройств заключается в обеспечении быстродействия управления работой ФПУ при плавном регулировании этого угла.

Мощность Р в цепи (рисунок 1.1), содержащей ЛЭП и ФПУ, определяется [6] по выражению:

„ их*и2 . ,

Р = —--»вт ((р + 5)

Хлэп , (1.1)

где 11}, и2 - напряжения по концам ЛЭП;

Хдэп — индуктивное сопротивление ЛЭП;

5 - угол между векторами напряжений Ц^ и и2;

ср - угол между векторами напряжений и^ и и2.

ФПУ

и, Хпэп и; и3

О-^^-О-0-О

Рисунок 1.1. Схема ЛЭП с ФПУ

Перетоки мощности при перераспределении по параллельным ветвям ЛЭП [7], [8] в схеме рисунок 1.2 определяются выражениями

■X лэп\

(1.2)

ЛЭП 2

Хпэп 1 гтч.

ЧЛЗЛ2

ФПУ

и, ~ у-/ и2

О— х -о

Л/1—

Рисунок 1.2. Схема двух ЛЭП с ФПУ

Из анализа векторных диаграмм (рис. 1.3) следует, что для обеспечения принудительного перераспределения мощности по параллельным ветвям ЛЭП с помощью ФПУ необходимо, чтобы вектор II']. отставал от вектора 1/2.

Ф+5

Рис. 1.3. Векторная диаграмма напряжений линии с установленным

ФПУ

Физически это объясняется тем, что при росте нагрузки в первой ветви угол между напряжениями II] и и1! растет, и при заданном направлении мощности вектор напряжения 1]\ должен опережать С/'/.

Таким образом, для того чтобы обеспечить равенство углов по параллельным ветвям 1 и 2, необходимо с помощью ФПУ повернуть угол между напряжениями £/'/ и £/? до такой величины, чтобы было достигнуто искомое равенство углов между напряжениями II] и и2.

В настоящее время в мировой электроэнергетике (в том числе на американском и европейском континентах) успешно работают десятки мощных высоковольтных ФПУ на ЛЭП переменного тока с номинальным напряжением от 60 кВ до 500 кВ и наблюдается тенденция к увеличению объёмов внедрения ФПУ [9].

В мире, как и в России, активно ведутся работы по разработке и исследованию ФПУ на основе полупроводниковых приборов (тиристоров). ОАО «ЭНИН» проводит научно-исследовательские и опытно-

конструкторские разработки по созданию первого образца ФПУ с тиристорным управлением [11], [12].

В области релейной защиты ФПУ с тиристорным коммутатором имеется ряд научно-технических проблем:

1. Устройства РЗА для фазоповоротных устройств с тиристорным коммутатором ранее не разрабатывались. В связи с этим следует выполнить анализ эффективности применения комплексов РЗА фазоповоротных трансформаторов с механическим коммутатором для определения возможности их использования для ФПУ с ТК и на основе этого анализа — провести разработку принципов построения и выбора параметров функционирования РЗА ФПУ с ТК.

2. Для выбора параметров срабатывания и проверки чувствительности основной и резервной защиты ФПУ необходимо разработать методику расчёта токов и напряжений при коротких замыканиях с учётом функциональных особенностей и режимов работы ФПУ с ТК. Схема ФПУ сложная, её трудно рассчитать, можно смоделировать, однако расчёт значений токов КЗ в установившемся режиме займёт большое количество времени, либо потребует использования дорогостоящего оборудования (такого как, например, комплекс ЮЮБ). Поэтому, прежде всего необходимо разработать эквивалентную схему ФПУ при такой сложной конфигурации, которая позволит, используя доступные исследователю методы инженерных расчётов, достаточно просто получать значения токов короткого замыкания в установившемся режиме. При этом необходимо доказать, что предлагаемая схема корректна. Для этих целей необходимо рассмотреть и проанализировать известные методы расчёта токов КЗ и сравнить полученные результаты. Такая работа проведена в главе 2.

3. С целью повышения надежности работы ФПУ актуальным является прогнозирование ухудшения изоляционных свойств защищаемого

оборудования до возникновения аварийной ситуации. Одним из способов решения этой проблемы может служить интеграция функций релейной защиты и системы контроля состояния параметров ФПУ. Этим достигается не только сокращение аварийности, но и возможность повышения информационного обеспечения релейной защиты при распознавании вида и характера повреждений.

1.2. Особенности схемы ФПУ с ТК и его функциональные

характеристики

Наиболее перспективной схемой, реализующей продольно — поперечное регулирование выходного напряжения ФПУ и обеспечивающей рабочее напряжение ЛЭП, не превышающее допустимое значение наибольшего рабочего напряжения для ЛЭП с номинальным напряжением 220 кВ при углах фазового сдвига более 20 °эл., является схема (рисунок 1.5. ФПУ с питанием первичной (сетевой) обмотки шунтового трансформатора от средней точки вторичной (сетевой) обмотки сериесного трансформатора [9]. Первичные обмотки шунтового трансформатора, соединенные в звезду, подключены к средним точкам сетевых обмоток сериесного трансформатора, включенных в рассечку линий электропередачи [18].

Вторичная (вентильная) обмотка каждой фазы шунтового трансформатора выполнена в виде N гальванически не связанных секций, причём все они имеют разные коэффициенты трансформации и разное число витков. Отношение числа витков \У1:\У2:\у3:...\Ун секций каждой фазы вторичной обмотки шунтового трансформатора соответствует выражению 2м*1, где N - порядковый номер секции (К = 1,2,3.. .>Г).

При указанном соотношении числа витков секций вторичной обмотки шунтового трансформатора обеспечивается дискретно - непрерывное изменение угла фазового сдвига и вольтодобавочного напряжения ФПУ. При N=4 вторичная обмотка каждой фазы шунтового трансформатора будет иметь по четыре отдельные секции с соотношением числа витков согласно выражению 2>и, лу^у^Шз^ = 1:2:4:8.

Число ступеней регулирования угла фазового сдвига при отношении числа витков секций вторичной обмотки согласно выражению 2м"1 можно определить следующим образом:

КС=Т 2т, (1.3)

т=0

где т = О, 1, 2, 3... N-1.

иА,

иВ1.

иС1.

Т1

а1

Х1

аМ

хМ

Ы

У'

ьм

уЫ

С1

с1

"т 1-

21

МТК1-С

а1

МТК1-А

00

Рисунок 1.5. Функциональная схема ФПУ с тиристорным управлением для N секций вторичной

обмотки шунтового трансформатора

1.3. Режимы работы ВТК для ФПУ с питанием шунтового трансформатора от вывода средней точки сериесного

трансформатора

Режимы работы ФПУ с ТК целесообразно рассмотреть на примере разрабатываемого ОАО «ЭНИН» ФПУ с четырьмя вторичными обмотками шунтового трансформатора (рисунок 1.6).

Высоковольтный тиристорный коммутатор, входящий в состав ФПУ, в отличии от устройства РПН в ФПТ, выполняет здесь функции бесконтактного коммутатора переменного тока [18].

Каждая фаза ВТК включает 4 последовательно включённых моста переменного тока ТК1_А(В, С), ТК2_А(В,С), ТКЗ_А(В,С) и ТК4_А(В,С) по числу вторичных обмоток шунтового трансформатора.

Каждый тиристорный мост в установившемся режиме работы может находиться в одном из трех состояний:

1. Режим 11 - напряжение на вентильной обмотке не изменяется (вторичная обмотка шунтового трансформатора Т1 отключена от первичной обмотки сериесного трансформатора Т2);

2. Режим 01-к напряжению на вентильной обмотке сериесного трансформатора прибавляется напряжение соответствующей обмотки шунтового трансформатора соответствующей фазы;

3. Режим 10-из напряжения вентильной обмотки сериесного трансформатора вычитается напряжение соответствующей обмотки шунтового трансформатора соответствующей фазы.

Как показано на рисунке 1.7, на закрашенные тиристорные ключи поданы импульсы управления. При этом тиристорные ключи находятся в проводящем состоянии.

Рисунок 1.6. Функциональная схема ФПУ

Ца

и»1

и»

и>1

-С—

С

У1

32

Д-,

уГ

21.5'22122 41^4^42

и*

С

у1

и«1

ГГ1 ✓

12 31^3*32

21; - 2 ' ь 22 41Ж 4 ^42

Г Г Г" Г г Г Г

иа1=иа иа1=иа+иь1у1 иа1-иа-иыУ1

а) б) в)

Рисунок 1.7. Режимы работы тиристорных мостов ФПУ

а — режим 11, б — режим 01, в — режим 10

Согласно [22], [23], переключение тиристорных коммутаторов ФПУ в каждой фазе возможно лишь в определенные промежутки времени. Данные промежутки времени определяются соотношением мгновенных значений токов и напряжений в тиристорных мостах.

Как видно из рисунка 1.7 во всех мостах, вне зависимости от ступени регулирования, два плеча будут проводить ток.

Поэтому вопрос обеспечения исправного состояния тиристоров является актуальным как в переходном, так и в установившемся режиме.

ФПУ - трехфазное устройство, и, как показано на рисунке 1.9, при условии симметрии токов и напряжений в линии, переключение всех фаз тиристорного коммутатора в один момент времени невозможно.

Во время перехода с одной ступени на другую по окончании коммутации в одной из фаз разрешенных интервалов в других фазах (или в одной из них) может уже не быть. Поэтому по истечении заданного времени (не более 200 мс) система управления возвращает тиристорный коммутатор в исходное состояние.

Рисунок 1.9. Несовпадение разрешенных временных интервалов в трех фазах

тиристорного коммутатора ФПУ

В течение этого времени сохранится несимметричный режим работы ФПУ, и, следовательно, ЛЭП. РЗА не должна реагировать на этот несимметричный режим. Система управления регулирования, защиты и автоматики (СУРЗА) ВТК выполнят как функции контроля состояния, так и функции технологической защиты ВТК.

Сведения, приведённые выше, свидетельствуют о необходимости координации действий СУРЗА ВТК и РЗА ФПУ, а также возможной переоценки параметров срабатывания действующих защит линий и окружающих ФПУ элементов.

1.4. Виды повреждений и ненормальные режимы работы

фазоповоротных устройств

Рассмотрение особенностей конструкций фазоповоротных устройств различного вида, как уже разработанных, так и разрабатываемых, дает основания предполагать, что изменение типа коммутационного устройства ФПУ с РПН на вентильный тиристорный коммутатор обусловит вероятность возникновения аварийных и предаварийных режимов, присущих его работы.

Поскольку ФПУ состоит из двух трансформаторов, ему свойственны те же аварийные и предаварийные режимы, которые присущи трансформаторам, а именно:

• однофазные и многофазные КЗ в обмотках и на выводах трансформатора;

• витковые замыкания в обмотках;

• наличие токов в обмотках, обусловленных внешними КЗ и перегрузкой;

• неполнофазный режим;

• понижение уровня масла.

Поскольку для ФПУ с ТК аварийные режимы, обусловленные механическими переключениями устройства РПН отсутствуют, аварийные режимы коммутатора будут обусловлены прежде всего электрическими повреждениями.

К возможным повреждениям ВТК относятся:

• внешние короткие замыкания (на входе или выходе ВТК);

• внутренние короткие замыкания ВТК;

• неисправности тиристоров и узлов управления тиристорами (отказ источника питания драйверов моста ВТК, драйверов моста и узлов контроля тиристоров системы охлаждения тиристоров ВТК, а также их недопустимая перегрузка по току).

Отдельного внимания заслуживает вопрос неправильной коммутации тиристоров в мосте.

Допустим, при переключении моста из одного состояния (например, из состояния 11) в другое (например, в 01), один из тиристорных ключей не отключился (рисунок 1.10). Поскольку напряжение соответствующей вторичной обмотки шунтового трансформатора неизменно, образуется контур протекания тока через обмотку шунтового трансформатора, затем через оставшийся в проводящем состоянии ключ 1, и, наконец, через открытый ключ 3.

Ток в данном контуре будет ограничиваться только сопротивлением вторичной обмотки шунтового трансформатора и сопротивлением токоограничивающего реактора (при его наличии).

Данный вид короткого замыкания, является витковым коротким замыканием 100 % витков одной из секций вторичной обмотки шунтового трансформатора.

Такой режим возможен в случаях:

• неправильной коммутации тиристоров (неисправность управления тиристорами);

• неисправных тиристорах (пробой тиристорного плеча). Поскольку напряжение вторичных обмоток шунтового трансформатора

превышает максимально допустимое напряжение тиристора, тиристорное плечо моста выполнено в виде последовательно соединённых тиристоров. Количество тиристоров, соединённых последовательно выбрано так, что выход из строя двух тиристоров не приводит к потере управляемости плечом моста.

Режим работы ВТК, при котором один тиристор вышел из строя является предаварийным. В этом режиме допускается нормальная работа как коммутатора, так и всего ФПУ. Однако об это режиме следует немедленно

сообщать обслуживающему персоналу. Выход из строя двух тиристоров в одном плече моста не должен приводить к потере управляемости ТК, однако данное плечо моста должно быть выведено из работы как можно быстрее.

Задача определения предаварийного режима работы ФПУ должна выполняться системой контроля состояния ФПУ. Для повышения надёжности работы она должна иметь связь с комплексом релейной защиты.

Релейная защита ФПУ должна различать только аварийные режимы работы ФПУ.

Использование ВТК позволит в значительной степени увеличить управляемость и скорость коммутации и повысить надёжность работы всего ФПУ. Кроме того, ФПУ с тиристорным коммутатором может оставаться в рабочем состоянии даже при частично повреждённом ВТК, когда одно плечо моста вышло из строя. Такой режим работы ФПУ следует считать предаварийным и требующим привлечения внимания обслуживающего персонала.

1.5. Требования, предъявляемые к релейной защите фазоповоротного устройства с тиристорным коммутатором

Требования должны быть составлены в соответствии с действующими нормативными документами [24], [25], [26]. Требования следует разделить на:

• Общие требования к РЗ отдельных элементов ФПУ, таких как трансформаторы, тиристорный коммутатор и токоограничивающие реакторы;

• Требования, предъявляемые к РЗ ФПУ, как объекта нового, специфического и требующего учёта специфических особенностей его работы.

Требования, предъявляемые к релейной защите ФПУ с ТК, составлены в соответствии с действующими нормативными документами [24], [25], [26], и включают в себя общие требования к ФПУ всех типов, а также требования, обусловленные особенностями работы ФПУ с ТК.

1.5.1. Общие требования, предъявляемые к релейной защите ФПУ.

Согласно [24] релейная защита ФПУ должна быть оснащена устройствами релейной защиты следующих элементов:

• сериесного трансформатора Т1;

• шунтового трансформатора Т2;

• высоковольтного тиристорного коммутатора;

• токоограничивающих реакторов (при их наличии);

• соединительных проводов (шин);

• выключателей присоединения ФПУ к ЛЭП.

Для защиты сериесного и шунтового трансформаторов целесообразно предусмотреть следующие устройства РЗА:

• основную токовую защиту;

• газовую защиту;

• резервную защиту;

• защиту от перегрузки;

• технологические защиты (защита от понижения уровня масла, защита от потери охлаждения и т. п.).

Резервные защиты трансформатора должны выполняться в виде ступенчатых защит (токовых направленных нулевой последовательности и дистанционных). Дистанционные защиты должны блокироваться при неисправности цепей напряжения и качаниях мощности.

Резервные защиты трансформатора должны выполнятся в виде ступенчатых токовых защит от междуфазных КЗ с пуском по напряжению и удовлетворять требованиям согласования их характеристик с характеристиками резервных защит ЛЭП прилегающей сети.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ахметов, Игорь Маратович, 2014 год

Список литературы

1. Добрусин JI.A. Тенденции применения фазоповоротных трансформаторов / J1.A. Добрусин // Силовая Электроника - 2012. №4 С.60-66.

2. Программа инновационного развития ОАО «ФСК ЕЭС» до 2016 года с перспективой до 2020 года / утверждена 07.04.2011 протокол №128 -Москва 2011 - ОАО «ФСК ЕЭС». Режим доступа: http://www.fsk-ees.ru/upload/docs/pril_2_07-04-2011_FIN.PDF

3. Справочник по электрическим установкам высокого напряжения / С.А. Бажанов, И.С.Батхон, И.А.Баумштейн и др. // Под ред. И.А.Баумштейна и М.В.Хомякова. - 2-е изд., перераб. И доп. - М.; Энергоиздат, 1981. — 656 е., ил.

4. Справочник по проктированию электрических сетей // Под редакцией Д.Л.Файбисовича. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2006. - 320 с. ил.

5. Бушуев В.В., Калюжный А.Х., Кречмер Л.В., Шушуев A.A. Применение фазоповоротных устройств для упрощения потокораспределением в энергосистемах // Электричество. 1990. №11. - С. 611.

6. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах / В.А. Веников - 4-е издание — М.: Высш. школа., 1985г. 515 с.

7. Калюжный А.Х. Управление потоками мощности в электрических сетях с помощью фазоповоротных трансформаторов // Электричество. 1986. №11.-С. 12-18.

8. Александров Г.Н. Технология гибких линий электропередачи и электропередач, настроенных на передаваемую мощность // Электричество. 2006. №6. - С. 2-6.

9. European Commission. Interactive map of European key energy infrastructure «projects of common interest» (PCI). [Электронный ресурс]. -Режим доступа http://ec.europa.eu/energy/infrastructure/pci/pci_en.htm

10. Phase Shifting Transformers / Solicitation Number: DE-SOL-0005846. Department of Energy. Western Area Power Administration. - Jul 02, -2013. Режим доступа: https://ww\v.fbo.gov/index?s=opportunitv&mode=form&id= 1 affla4c82bci9e6bf67f866dl5077a6f&tab=core&tabmode=list&=

11. Патент на полезную модель №110558 Российская Федерация, МПК H02J3/12/ Полупроводниковое фазоповоротное устройство / Жмуров В.П., Стельмаков В.Н., Тарасов А.Н; Заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского» - 2011122939/07, заявл. 08.06.2011; опубл. 20.11.11.

12. Патент на полезную модель №106060 Российская Федерация, МПК7 Н03Н7/18. Фазоповоротное устройство / Жмуров В.П., Стельмаков В.Н., Тарасов А.Н., Гринштейн Б.И.; Заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского» - 2011103124/07, заявл. 31.01.11; опубл. 27.06.11.

13. Ахметов И.М., Лачугин В.Ф. Релейная защита фазоповоротных устройств различного исполнения // ЭЛЕКТРО. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность. №5. 2013. С.28-32.

14. Отчет по НИР ««Сравнительный анализ различных схем фазоповоротных устройств (ФПУ), разработка технических требований и предложений по созданию ФПУ для связи ОЭС Урала и ОЭС Сибири по ВЛ 220 кВ Советско-Соснинская - Володино». Этап 1. М.: ОАО «Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского», 2009.

15. Ванин В.К. Фазоповоротный трансформатор. Особенности построения системы релейной защиты [Электронное издание] / В.К. Ванин, М.Г. Попов // информ.-справ. издан. «Новости Электротехники». - 2009, №2 - Режим доступа: http://www.news.eIteh.ru/arh/2009/56/07.php

16. В.К. Ванин, М.Г. Попов, Г.А. Евдокунин, Р.Н. Николаев, А.К. Искаков, Б.К. Оспанов, Н.И. Утегулов "Система РЗА фазорегулирующего устройства сверхвысокого напряжения" // Сборник докладов Международной

научно-технической конференции «Современные направления развития систем релейной защиты и автоматики энергосистем». — 2009 г. - С. 182-192.

17. Стельмаков В.Н. Фазоповоротные устройства с тиристорным управлением / В.Н. Стельмаков, В.П. Жмуров, А.Н. Тарасов, Б.И. Гринштейн, Е.В. Тузлукова // М.: Энергетик, 2010, №8, С.20-23

18. Рашитов П.А. Разработка и исследование алгоритмов управления мощными полупроводниковыми фазоповоротными устройствами для объектов единой национальной электрической сети России: дис. ...канд.техн.наук: 05.09.12 / Рашитов Павел Ахматович. -М., 2011. - 196с.

19. Красник В.В. Эксплуатация электрических подстанций и распределительных устройств: производственно-практическое пособие / В.В. Красник - М.: ЭНАС, 2011. - 320 с. с ил.

20. Патент №US5166597A, США, МПК G 05F 5/04. Phase-shifting transformer system/ Einar V. Larsen, Nicholas W. Miller; Заявительи правообладатель Electric Power Research Institute (USA); заявл. 08.08.1991; опубл. 24.11.1992.

21. Кублановский Я. С. Тиристорные устройства. — 2-е изд., перераб. и доп. /Я.С. Кублановский — М.: Радио и связь, 1987. — 112 е.: ил.

22. Патент на полезную модель №122814 Российская Федерация МПК Н03М7/18 Система управления поэтапным переключением обмоток шунтового трансформатора фазоповоротного устройства и фазоповоротное устройство с такой системой управления / Панфилов. Д.И., Ремизевич. Т.А., Асташев М.Г., Рашитов П.А., Новиков М.А.; Заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество "Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы", Открытое акционерное общество "Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского" - № 2012123855/08, заявл. 09.06.2012; опубл. 10.12.12.

23. Новиков М.А. Анализ процессов одновременной коммутации тиристорных мостов в преобразователе с многообмоточными

трансформаторами / М.А. Новиков, Д.И. Панфилов, Т.В. Ремизевич, П.А. Рашитов // Электричество. №6. 2013. С. 26-35.

24. Правила устройств электроустановок. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС.

25. Федосеев A.M., Федосеев М.А. Релейная защита электроэнергетических систем — М.: Энергоатомиздат. 1992г.

26. Чернобровов Н.В. Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем: учебное пособие для техникумов - М.: Энергоатом издат, 1998 — 800с.; ил.

27. Руководящие указания по релейной защите. Выпуск 13Б. Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110 — 500 кВ: Расчеты. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 96с.

28. Шнеерсон Э.М, Цифровая релейная защита / Э.М. Шнеерсон - М.: Энергоатомиздат, 2007. 549 е.; ил.

29. Попов М.Г. Система релейной защиты управляемой межсистемной электропередачи / М.Г. Попов // информ.-справ. издан. Научно-технические ведомости СПбГПУ. Наука и образование. 2010. № 2-2. С.11-19

30. New General Method for Differential Protection of Phase Shifting Transformers / Z. Gajic, I. Ivankovic, B. Filipovic-Grcic, R. Rubesa // IEEE, March, 2007.

31. Protecting a 138 KV Phase Shifting Transformer: EMTP modeling and model power system testing / Demetrios A. Tziouvaras, Ramon Jimenez // Schweitzer Engineering Laboratories, USA, April 2004.

32. Protection of Phase Angle Regulating Transformers. Members of the Working Group / M. Ibrahim, F.P Plumptre // IEEE Power System Relaying Committee - Working Group Kl, October 1999.

33. Protection of Phase Angle Regulating Transformers Using Digital Relays / L. Sevov, C. Wester // GE Multilin, August 2007.

34. Krause P.E. Problems Protecting Phase-shifting Transformer / P.E. Krause and C. S. Miller// Transmission and Distribution, November 1991

35. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. Учебник для электротехнических вузов и факультетов. / С.А. Ульянов - М.: Энергия, 1970 520с. с ил.

36. BrochuJ.. "Innovative Applications of Phase-Shifting Transformers Supplemented with Series Reactive Elements" / J. Brochu, F. Beauregard, R. Cloutier, A. Bergeron, L. Garant - Сессия A2-203 СИГРЭ - 2006, Париж: Франция.

37. Ахметов И.М., Лачугин В.Ф., Поляков В.Д. Анализ процессов коммутации тиристорно - управляемого фазоповоротного устройства, работающего совместно с линией электропередачи // Известия вузов. Электромеханика. №2. 2014.

38. А.И. Лурье "Процесс включения трансформатора на холостой ход и короткое замыкание"// Электротехника, 2008. - №2. - С. 2-18.

39. Зевеке Г. В. Основы теории цепей: Учеб. для вузов / Г.В. Зевеке, П. А. Ионкин, А. В. Нетушил, С. В. Страхов. -5-е изд., перераб. — М.: Энергоатомиздат, 1989. -528с.

40. Брускин Д.Э. Электрические машины / Д.Э. Брускин,

A.Е. Зорохович, B.C. Хвостов - М: Высшая школа 1987 г. 319 с.

41.Ремизевич Т.В. Исследование алгоритмов переключения вентилей мощного фазоповоротного устройства / Т.В. Ремзевич, В.П. Жмуров,

B.Н. Стельмаков, П.А. Рашитов // Электро. Электротехника. Электроэнергетика. Электротехническая промышленность. — 2010. - № 5. С.

42. Горина О.В. Совершенствование релейной защиты шунтирующих реакторов сверхвысокого напряжения: дис. ...канд.техн.наук: 05.14.02 / Горина Ольга Вячеславовна. - М., 2003 - 194с.

43. Геворкян П.С. Высшая математика. Основы математического анализа: учебник для вузов / П.С. Геворкян - М.: ФИЗМАТЛИТ. 2011г. 240с.

44. Черных И.В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink. M.: ДМК Пресс; СПб.: Питер, 2008. -288 с.

45. DufourC. AC-based Hardware-In-the-Loop Simulator for the Integration Testing of Modern Train Traction Systems / C. Dufour, G. Dumur, J. Paquin, J. Bélanger PESC'2008 Conference Proceedings, Rhodes, June 2008.

46. Tziouvaras D.A. Protecting a 138 KV Phase Shifting Transformer: EMTP modeling and model power system testing / D.A. Tziouvaras, R. Jimenez // Developments in Power System Protection / Eighth IEE International Conference on (Volume l)-2004. C.343-347.

47. Equivalent Circuit Impedance of Regulating Transformers / C.E. Clem // AIEE Transactions - May 1939

48. Чернил А.Б. Основы вычислений электрических величин для релейной защиты при сложных повреждениях в электрических системах / А.Б. Чернин, С.Б. Лосев -М.: Энергия, 1971 г., 439 с.

49. Лосев С.Б. Вычисление электрических величин в несимметричных режимах электрических систем. / С.Б. Лосев, А.Б. Чернин - М.: «Энергоатомиздат», 1983. —528с.

50. Giroux M. Common User Interface for Offline and Real-time Simulation of Transients [Электронный ресурс] / M. Giroux, J. Mahseredjian // International Conference on Power Systems Transients in Kyoto, Japan, 2009 — Режим доступа: http://www.ipst.org/techpapers/2009/IPST09Papers.htm

51. Gajic Z. Differential protection for arbitrary three-phase power transformer: дис. ...д-ра техн наук: 2008 / Zoran Gajic - Швеция 2008 г. 226 с.

52. Ахметов И.М., Лачугин В.Ф. Выбор параметров срабатывания релейной защиты фазоповоротного устройства с тиристорным управлением // Автоматизация технологических процессов: Материалы VII международной научно-практической конференции «Повышение эффективности энергетического оборудования» // в 2 т., Т.2 - Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, 514 с. С.413-425.

53. РД 34.35.310-97. Общие технические требования к микропроцессорным устройствам защиты и автоматики энергосистем Введ. —

01.01.97 г. - Москва: Российское акционерное общество энергетики и электрификации «ЕЭС России». Департамент науки и техники.

54. Ахметов И.М. Принципы выполнения релейной защиты фазоповоротного устройства. XVIII Международная научно-практическая конференция студентов и молодых учёных «Современные техника и технологии» (СТТ-2012). Томск. 2012 г.

55. Ibrahim М.А. Phase Angle Regulating Transformer Protection / M. A. Ibrahim, F. P. Stacom // IEEE Transaction, Vol. 9, No. 1, January 1994

56. Ахметов И. M. Выполнение релейной защиты фазоповоротного устройства. Седьмая региональная научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых учёных (с международным участием). Иваново. 2012г.

57. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации / М-во топлива и энергетики РФ, РАО «ЕЭС России»: РД 34.20.501-95. - 15-е изд. перераб. и доп. - М.: СПО ОРГРЭС, 1996. - 160 с.

58. Попков О.З. Основы преобразовательной техники: учеб пособие для вузов / О.З. Попков. 2-е изд. стереот. - М.: Издательский дом МЭИ, 2007. -200 с.:ил.

59. Патент №5,790,357 Соединённые Штаты Америки Differential Current Protection for a Transformer / J.L. Schiel, Заявитель и правообладатель Siemens Aktiengesellschaft - №PCT/DE 1995/000581 заявл. 24.04.95 Опубл.

04.08.98

60. Protective Relaying for Phase Angle Regulator / Hung Jen LI // Western Protective Relay Conference, October 1975

61. Ахметов И. M. Фазоповоротные устройства и способы их защиты. // РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ: Материалы докладов VII международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» // По общ. ред. Канд.техн.наук Э.Ю.Абдуллазанова. В 4 т.; Т.З. — Казань: Казан, гос. энерг. ун-т, 2012. - 243 с.

62. Вольдек А.И. Электрические машины. Учебник для высш. Техн. Учебн. Заведений. / А.И. Вольдек — 3-е изд., перераб — JL: Энергия, 1978. — 832 е., с ил.

63. Долгополов А.Г. Релейная защита управляемых шунтирующих реакторов / А.Г. Долгополов - М.: Энергопрогресс, 2011. - 152с.

64. Горожанкин П.А. Особенности измерения токов и напряжений в микропроцессорных терминалах релейной защиты и автоматики // Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем: Материалы докладов VI международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» / По общ. ред. д-ра физ. — мат. наук, проф. Ю.Я.Петрушенко. В 4 т.; Т.1. - Казань: Казан, гос. энерг. ун-т, 2011. - 284 с. - С. 112.

65. А.И. Лурье, В.Н. Елагин, А.Н. Панибратец "Броски тока включения трансформатора" // Электротехника. 1997. - № 2. - С. 29-32.

66. ГОСТ 7746-2001 Межгосударственный стандарт . Трансформаторы тока. Общие условия. Введ 2003-01-01. - М.: Изд-во стандартов, ПРИНЯТ Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации 01.11.2001 29 с.

67. Дьяков А.Ф. Основы проектирования релейной защиты электроэнергетических систем: Учебное пособие / А.Ф. Дьяков, В.В. Платонов - М.: Изд-во МЭИ, 2000. - 248с.

68. РД 153-34.0-20.527-98. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбора электрооборудования. - Введ. 23.03.1998 ЦНТИ «Инноватика», 2007. 127с.

69. Федосеев A.M. Релейная защита электрических систем. Учебник для вузов. / A.M. Федосеев - М.: Энергия 1976. 560с. с ил.

70. Руководство по выбору уставок защит Трансформаторов: отчёт о НИР - Чебоксары: ООО «ИЦ «Бреслер».

71. Новиков М.А. Разработка адаптивных алгоритмов поключевого управления тиристорными коммутаторами фазоповоротных устройств: дис.

...канд.техн.наук: 05.09.12 / Новиков Михаил Александрович. - М., 2013. -221с.

72. Концепция диагностики электротехнического оборудования подстанций и линий электропередачи электрических сетей / ОАО «ФСК ЕЭС». М. -2004 г.-172 с.

73. Маяков В.П., Соколов В.В. Методы диагностики состояния трансформаторного оборудования [Электронный ресурс] / В.П. Маяков, В.В. Соколов // Запорожье: НИЦ «ЗТЗ-СЕРВИС» // Сайт Электрические сети. - Режим доступа: http://leg.co.ua/transformatory/praktika/diagnostika-transformatorov.html

74. Пуликов П.Г. Система контроля изоляции трансформаторов высших классов напряжения // Электрические станции, сети, системы управления ими. Электротехнологические установки и системы: Материалы VII международной научно-практической конференции «Повышение эффективности энергетического оборудования» // в 2 т., Т. 1 - Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, 514 с. С.ЗЗ 1-339.

75. Л.Г. Сидельников, A.M. Седунин, A.IO. Сыкулов. Диагностика трансформаторов без снятия напряжения [Электронный ресурс] // ООО «ТестСервис». Сайт Энергетика. Оборудование. Документация. - Режим доступа http://forca.ru/stati/podstancii/diagnostika-transformatorov-bez-snyatiya-napryazheniya.html

76. Отдел маркетинга ООО «СКБ электротехнического приборостроения». Способы диагностики РПН трансформаторов [Электронный ресурс] // Электротехнический рынок. - 2013. - №3 (51). -Режим доступа http://market.elec.ru/nomer/47/sposoby-diagnostiki-rpn-transformatorov/

77. Girgis A. Transformer Turn-to-Turn Fault Detection Using Hybrid Parameters / A. Girgis, D. Hart, C. Burnette - IEEE Proceedings of SSST, C.402-406-Март 1992 г.

78. Вишневский А.И. Силовые ионные и полупроводниковые приборы. Учебное пособие для вузов. / А.И. Вишневский, B.C. Руденко, А.П. Платонов — Под ред. B.C. Руденко — М. «Высшая школа» 1975 г. 343с. с ил.

79. Патент на полезную модель №118763 Российская Федерация, МПК G01R31/34 Стенд проверки панелей тиристоров / Каркоша О.И., Потапов A.A.; Заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ") - № 2012100972/28, , заявл. 11.01.201; опубл. 27.07.12.

80. Стенд для проверки тиристоров [Электронный ресурс] // Сайт ООО «Транс-Атом». - Режим доступа http://trans-atom.eom/catalog/4/showGroup.php

81. Патент на полезную модель №9100 Российская Федерация МПК6 Н02Н7/12 Устройство для контроля пробоя последовательно соединенных тиристоров / Колоколкин A.M., Дрожжин A.C., Дронов A.C.; Заявитель и патентообладатель Акционерное общество открытого типа "Электропривод" -№98110512/20, заявл. 01.06.1998; опубл. 16.01.99.

82. Патент на изобретение №2205489 Российская Федерация, МПК7 Н02Н7/12 Способ контроля состояния тиристора / Захаров В.Г.; Заявитель и патентообладатель Чувашский государственный университет им. И.Н.Ульянова - № 2001124679/09, заявл. 06.09.01; опубл. 27.05.03.

83. Патент на изобретение №2133042 Российская Федерация, МПК6 G01R31/26, G01R31/28 Устройство диагностирования тиристорного преобразователя / Топчий A.A. Заявитель и патентообладатель Калининградское высшее военно-морское училище - № 96101443/09, заявл. 24.01.96; опубл. 10.07.99.

84. Патент на изобретение №2420752 Российская Федерация МПК G01R31/26, Н02Н7/12 Устройство контроля состояния тиристоров / Ахметов И.М., Топельберг В.В., Стельмаков В.Н., Жмуров В.П.; Заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Энергетический

институт им. Г.М. Кржижановского» - № 2010103148/28, заявл. 02.02.10; опубл. 10.06.11.

85. Ахметов И. М. Устройство контроля состояния тиристоров. // РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ: Материалы докладов VI международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» / По общ. ред. д-ра физ. - мат. наук, проф. Ю.Я.Петрушенко. В 4 т.; Т.1. — Казань: Казан, гос. энерг. ун-т, 2011. - 284 с.

86. Тиристор низкочастотный Т293-2500 [Электронный ресурс]. -Саранск 2009 г. 7 с. - Режим доступа: http://www.elvpr.ru/poluprovodnikprib/tiristory/T293-2500.pdf

87. Энергетическая электроника. Пер. с нем. под ред. В.А. Лабунцова — М.: Энергоатомиздат, 1987. - 464 с.

88. PakL.F. A Versatile Cluster-Based Real-Time Digital Simulator for Power Engineering Research / L.F. Pak, O. Faruque, X. Nie, V. Dinavahi // IEEE Transactions on Power Systems - выпуск 21, №2, C.455-465 - 2006. - май.

89. Патент на полезную модель № 128341 Российская Федерация МПК G01R31/00 Многофункциональное устройство регистрации процессов на линии электропередачи / Панфилов Д.И., Лачугин В.Ф., Смирнов А.Н., Образцов С.А., Ахметов И.М., Рывкин А.А., Шимина А.О., Артемьев И.Ф., Арутюнов С.А. Горюшин Ю.А.; Заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество "Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы", Открытое акционерное общество "Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского" - № 2013105234/28, заявл. 08.02.2013; опубл. 20.05.13.

Приложение 1. Схемы ФПУ с различными тиристорными

коммутаторами

П1.1. ФПУ с тиристорным управлением, реализующая поперечное регулирование выходного напряжения

На рисунке П1.1 представлена функциональная схема ФПУ с тиристорным управлением, разработанная в ОАО «ЭНИН» и реализующая поперечное регулирование выходного напряжения [33].

Первичные (сетевые) обмотки шунтового трансформатора ФПУ Т1, соединенные в звезду, высоковольтными выводами подключены к фазам линии электропередачи 220 кВ. Нейтраль первичных обмоток шунтового трансформатора заземлена. Вторичная (вентильная) обмотка каждой фазы шунтового трансформатора Т1 выполнена в виде N гальванически развязанных секций, причем все N секций вторичной обмотки шунтового трансформатора Т1 имеют разные коэффициенты трансформации и разное число витков. При этом отношение числа витков лУ1:\У2:\Уз:...\Ум секций каждой фазы вторичной обмотки шунтового трансформатора Т1 также должно соответствовать выражению 2Ы"' или Зк"\ где N - порядковый номер секции (Ы= 1,2,З...ТМ).

Соответственно каждая фаза коммутатора иТ (рисунок П1.1) ФПУ имеет N мостов тиристорных ключей. Причем входы мостов тиристорных ключей каждой фазы коммутатора иТ подключены к выводам одноименных секций вторичной обмотки соответствующей фазы шунтового трансформатора Т1. Мосты тиристорных ключей в каждой фазе коммутатора иТ соединены последовательно. Напряжение фаз коммутатора иТ формируется напряжением последовательно соединенных мостов тиристорных ключей.

иА1

ив].

иС1

Т1 г61 (

и1 <

а1

ТГ

0\ 00

Рисунок П1.1. Функциональная схема ФПУ с тиристорным управлением для поперечного

регулирования выходного напряжения

Мостовые схемы тиристорных ключей коммутатора иТ всех секций вторичной обмотки фазы трансформатора Т1, соединенные последовательно, своими высоковольтными выводами подключены к первичным (вентильным) обмоткам сериесного трансформатора Т2, соединенным в треугольник. Так, выводы тиристорных ключей фазы А подключены к выводам А1 - XI первичной обмотки сериесного трансформатора Т2 фазы А, выводы тиристорных ключей фазы В подключены к выводам В1 - У1 первичной обмотки сериесного трансформатора Т2 фазы А, выводы тиристорных ключей фазы С подключены к выводам С1 — Ъ\ первичной обмотки сериесного трансформатора Т2 фазы С. Вторичные (сетевые) обмотки каждой фазы сериесного трансформатора Т2 включены в рассечки линий соответствующих фаз электропередачи. При выборе коэффициента трансформации сериесного трансформатора Т2 следует учитывать следующие условия. Во-первых, при выбранном коэффициенте трансформации для номинального и максимального тока нагрузки линий электропередачи не потребуется параллельное соединение тиристоров в высоковольтных тиристорных ключах коммутатора. Во-вторых, при вольтодобавочном напряжении, которое должно обеспечиваться ФПУ при максимальном угле фазового сдвига, уровни напряжений мостов тиристорных ключей коммутатора ЦТ должны получаться такими, для которых на предприятии - изготовителе полупроводниковых приборов, в данном случае ОАО «Электровыпрямитель», уже освоено производство преобразователей (и соответственно коммутаторов) такого класса напряжений.

Способ поперечного регулирования напряжения ФПУ может быть реализован только при углах фазового сдвига не более 18° эл. Поэтому при углах фазового сдвига более 18 0 эл. следует применять способ продольно -поперечного регулирования выходного напряжения ФПУ.

П1.2. ФПУ, реализующее продольно — поперечное регулирование выходного напряжения. Вариант 1.

Одной из схем ФПУ, реализующей продольно - поперечное регулирование выходного напряжения, разработанной в ОАО «ЭНИН», является схема ФПУ с раздельным формированием поперечной и продольной составляющих выходного напряжения [20]. Функциональная схема ФПУ с раздельным формированием поперечной и продольной составляющих выходного напряжения представлена на рисунке П1.2.

Первичные (сетевые) фазные обмотки шунтового трансформатора ФПУ Т1, соединенные в звезду, подключены к линиям 220 кВ трехфазной сети на передающем конце электропередачи. Вторичные (вентильные) фазные обмотки шунтового трансформатора Т1 имеют по шесть отдельных секций. Каждая секция вторичной обмотки шунтового трансформатора Т1 включена на входные выводы определенного моста тиристорных ключей соответствующей фазы коммутатора иТ. Таким образом, каждая фаза ФПУ имеет 6 секций вторичной обмотки шунтового трансформатора Т1 и 6 мостов тиристорных ключей коммутатора 1ЛГ.

Первичные обмотки шунтового трансформатора Т1 выполняются на напряжение класса 220 кВ. Соотношение числа витков первых четырех секций вторичной обмотки составляет 3:1, что позволяет с помощью управления мостами тиристорных ключей получить четыре сочетания поперечных составляющих выходных напряжений, которые могут соответствовать ступеням регулирования угла фазового сдвига в 5 или 10 °эл. Поскольку для угла фазового сдвига, равного 5 и 10 0 эл., не требуется продольная составляющая напряжения, то соотношение числа витков пятой и шестой секций вторичной обмотки принято равным 2:1, что позволяет получить три сочетания продольной составляющей и, соответственно, углы фазового сдвига в 10, 15 и 20 0эл. или 20, 30 и 40 °эл.

Рисунок .П1.2. Функциональная схема ФПУ с раздельным формированием поперечной и продольной составляющих выходного напряжения

Выходные выводы мостовых схем тиристорных ключей коммутатора иТ всех секций вторичной обмотки фазы трансформатора Т1 соединены определенным образом и подключены к первичной (вентильной) обмотке соответствующей фазы сериесного трансформатора Т2. Для получения необходимых значений вольтодобавочного напряжения при формировании углов сдвига фаз в 5, 10,15 и 20 эл. град, или 10, 20, 30 и 40 эл. град, мосты тиристорных ключей должны быть соединены определенным образом. При этом напряжение первичной обмотки фазы В сериесного трансформатора Т2 формируется последовательным соединением мостов тиристорных ключей МТК1-С и МТК2-С фазы С, МТКЗ-А и МТК4-А фазы А и МТК5-В и МТК6-В фазы В. Аналогично формируются напряжения первичных обмоток фаз А и С сериесного трансформатора Т2. Так напряжение первичной обмотки фазы А формируется последовательным соединением мостов тиристорных ключей МТК1-В и МТК2-В фазы В, МТКЗ-С и МТК4-С фазы С и МТК5-А и МТК6-А фазы А. Напряжение первичной обмотки фазы С сериесного трансформатора Т2 формируется последовательным соединением мостов тиристорных ключей МТК1-А, МТК2-А фазы А, МТКЗ-В, МТК4-В фазы В и МТК5-С и МТК6-С фазы С.

При выборе коэффициента трансформации сериесного трансформатора Т2 следует учитывать следующие условия.

Во - первых, при выбранном коэффициенте трансформации для номинального тока нагрузки линий не потребуется параллельное соединение тиристоров в ключах коммутатора.

Во-вторых, при вольтодобавочном напряжении, которое должно обеспечиваться ФПУ при максимальном угле фазового сдвига, уровни напряжений мостов тиристорных ключей схемы коммутатора получаются такими, для которых на предполагаемом предприятии - изготовителе уже освоено производство тиристорных коммутаторов.

Приложение 2. Характеристики рассматриваемого ФПУ

П2.1. Параметры ЛЭП 220 кВ от ФПУ до ПС 220 кВ Татарская.

Удельные параметры прямой последовательности. АС-240/32: г0= 0,1180 Ом/км; х0= 0,435 Ом/км; АС- 300/39 : г0 = 0,0960 Ом/км; х0 = 0,429 Ом/км. Удельные параметры нулевой последовательности. АС-240/32: г0 = 0,2680 Ом/км; х0 = 1,305 Ом/км; АС- 300/39 : г0 = 0,2460 Ом/км; х0 = 1,287 Ом/км. Длина ЛЭП и марка провода. АС-300 30,83 км; АС - 240 99,3 км.

Длительно допустимый ток нагрузки провода марки АС-240 равен 610 А при температуре воздуха 25 °С.

Длительно допустимый ток нагрузки провода марки АС-300 равен 690 А при температуре воздуха 25 °С.

П2.2. Параметры ФПУ П2.2.1. Параметры шунтового трансформатора

Группа соединений обмоток: Y-1111

Номинальная мощность трансформатора: 104МВА

Номинальное фазное напряжение первичной обмотки: 127 кВ Номинальное напряжение вторичной обмотки: 22,05 кВ

Параметры секций вторичной обмотки представлены в таблице П1.

Таблица П2.1. Параметры фазоповоротного устройства

Обмотка U2„om., KB икз,% Shom> кВА X], Ом Х2, Ом

1 1,47 4,419 2310 316,5244 0,04

2 2,94 5,990 4620 211,2172 0,11

3 5,88 6,588 9240 114,2287 0,24

л 11,76 12,099 18480 0,912

104,4492

Ток холостого хода 1ХХ: Мощность потерь холостого хода Р,«:

0,2% 120 кВт

игном -действующее значение номинального напряжение на соответствующей секции вторичной обмотки трансформатора, кВ. икз - напряжение короткого замыкания в процентах от номинального напряжения первичной обмотки трансформатора (127кВ), %. Бном _ номинальная полная мощность секции вторичной обмотки трансформатора, кВА.

Х1 - индуктивное сопротивление короткого замыкания, приведенное к первичной обмотке, Ом.

Х2 - индуктивное сопротивление короткого замыкания, приведенное к вторичной обмотке, Ом.

1хх - ток холостого хода при номинальном напряжении на первичной обмотке в процентах от номинального тока первичной обмотки шунтового трансформатора (273,48А), %.

П2.2.2. Параметры сериесного трансформатора

Группа соединений обмоток: Номинальная мощность трансформатора: Проходная мощность трансформатора: Номинальное напряжение сетевой обмотки: Фазное напряжение вентильной обмотки: Коэффициент трансформации икз,% приведенное к мощности 104МВА: Хтр Сопротивление, приведенное к напряжению линии 220 кВ: Ток холостого хода 1хх: Мощность потерь холостого хода Рхх:

6,7270м 0,65% 102кВт

104МВА 300МВА

44,1кВ (2 х 22,05кВ)

22,05кВ

2

11,9%

Д-111

П2.2.3. Реакторы, ограничивающие ударные токи внешнего короткого

замыкания (Х1ЛУ4)

Индуктивность 4,8 мГн; Сопротивление 1,5 Ом.

П2.2.4. Реакторы, ограничивающие ударные токи внутреннего

короткого замыкания Таблица П2.2 Эквивалентные сопротивления ФПУ.

Обмотка Индуктивность Сопротивление

1 218 мкГн 0,068 Ом

2 355 мкГн 0,111 Ом

3 640 мкГн 0,201 Ом

4 0 0

П2.2.5. Параметры схемы замещения.

Согласно [39], [40], двухобмоточный трансформатор можно представить, как показано на рисунке П1.1.

Рисунок П1.1. Схема замещения трансформатора, где Хь Х2 — эквивалентные сопротивления первичной и вторичной обмоток трансформатора соответственно;

Хи0 - эквивалентное сопротивление намагничивания. Параметры сопротивления намагничивания определяются исходя из опытов холостого хода трансформатора. Параметры обмоток Х| и Хг - из опытов короткого замыкания.

Сопротивление Хио рассчитывается по выражению

Х^. (П1.1)

где и0,10 - напряжение и ток опыта холостого хода.

Сопротивление трансформатора Х1 + Х2 определяется по выражению

X.+Х2 = (П1.2)

1 2 100 1ном 100 Б 4 У

где икз — напряжение короткого замыкания;

ин0м - номинальное напряжение первичной обмотки;

8 - мощность трансформатора к которой приведено икз;

1Н0М - номинальный ток, протекающий в первичной обмотке трансформатора.

Поскольку вторичные обмотки шунтового трансформатора соединяются последовательно друг с другом, его следует замещать двухобмоточным трансформатором. При этом, учитывая взаимное влияние вторичных обмоток, расчёты необходимо проводить для каждой ступени регулирования.

Учитывая то, что мосты в каждой фазе ВТК соединены друг с другом последовательно, а фазы соединены в звезду, примем, что вторичные обмотки шунтового трансформатора соединены в звезду.

Поскольку при внутреннем коротком замыкании между вентильной обмоткой сериесного трансформатора и ВТК ток (вектор тока), протекающий через сериесный трансформатор будет направлен к месту КЗ, то, протекающий через шунтовой трансформатор, также будет направлен в сторону КЗ.

Сериесный трансформатор.

Используя Т-образную схему замещения (рисунок П1.1), рассчитаем сопротивления сериесного трансформатора по выражению (П1.2) при коротком замыкании его вторичных обмоток.

и и 2 и и

V — " * ном — " * ном /ГП

—"100 1Г ( }

Согласно [39], [40] принимаем, что мощности обоих сетевых полуобмоток равны, и сопротивление вторичной обмотки сериесного

трансформатора учтено в сопротивлении сетевой обмотки Х1с =Х2с - ПРИ

этом ХС1 - эквивалентное сопротивление первой половины сетевой обмотки сериесного трансформатора; ХС2 — эквивалентное сопротивление второй половины сетевой обмотки сериесного трансформатора.

Шунтовой трансформатор.

Учитывая то, что ток, протекающий через шунтовой трансформатор от сериесного трансформатора в нормальном режиме, протекает по всем его вторичным обмоткам, участвующим в формировании ступени, можно составить схему его замещения, аналогично двухобмоточному трансформатору.

Однако для расчётов эквивалентного сопротивления необходимо проводить опыты короткого замыкания шунтового трансформатора для каждой ступени. Это позволит учитывать взаимное влияние вторичных обмоток многообмоточного трансформатора друг на друга Результаты расчёта представлены в таблице П2. Сопротивления отрицательных ступеней регулирования идентичны сопротивлениям положительных ступеней

Параметры эквивалентных сопротивлений шунтового трансформатора

Таблица П2.3 Эквивалентные сопротивления шунтового трансформатора и его токоограничивающих реакторов.

Ступень X], Ом Х2, Ом Хь\у1-з» Ом

±1 316,5244 0.04 0,068

±2 211,2172 0.11 0,11147

±3 215,017 0.25 0,17947

±4 114,2287 0.24 0,2

±5 107,9538 0.36 0,268

Ступень ХьОм Х2, Ом Хь\у1-з> Ом

±6 110,407 0,531 0,31147

±7 114,5093 0,745 0,37947

±8 104,4492 0,912 0

±9 82,92932 0,908 0,068

±10 70,33791 0,952 0,11147

±11 64,4229 1,048 0,17947

±12 64,47764 1,262 0,2

±13 58,29117 1,331 0,268

±14 55,67361 1,474 0,31147

±15 54,30819 1,644 0,37947

X] - индуктивное сопротивление короткого замыкания, приведенное к первичной обмотке, Ом.

Х2 - индуктивное сопротивление короткого замыкания, приведенное к вторичной обмотке, Ом.

1хх - ток холостого хода при номинальном напряжении на первичной обмотке в процентах от номинального тока первичной обмотки шунтового трансформатора (273,48А), %.

Хь\у1-з — сопротивления токоограничивающих реакторов, установленных последовательно с первыми тремя вторичными обмотками шунтового трансформатора.

Однолинейная функциональная схема ФПУ, установленная на ПС «Восход» показана на рисунке П1.2.

Шина 220 кВ ПС Восход

\ 081ЗТ

Рисунок П1.2. Однолинейная функциональная схема ФПУ, установленная на ПС «Восход»

Тип используемых тиристоров: Т293-2500-52-71.

Приложение 3. Примеры расчёта дифференциальных защит зон №2 — 4

П3.1. Расчет и выбор параметров срабатывания дифференциальной токовой защиты в зоне охвата сетевой обмотки сериесного трансформатора (№4).

Расчётный ток небаланса, определяемый для режима, соответствующего началу торможения:

1цб.расч* (кпер"кодн*£ AUper 1^выр)Трасч*

= (1,0-1,0-0,1 + 0,0 + 0,03)-1 = 0,13,

где knep = 1,0 - коэффициент, учитывающий переходный режим (наличие апериодической составляющей тока);

8 = 0,1—относительное значение полной погрешности трансформаторов тока, соответствующее установившемуся режиму КЗ или качаний;

Лирег = 0,0 - погрешность, обусловленная регулированием напряжения под нагрузкой на сторонах защищаемого трансформатора и принимается равной половине используемого диапазона регулирования;

fBUp = 0,03 - погрешность выравнивания токов плеч в терминале защиты;

1расч*= 1 ~ относительный ток, равный базисному.

Тогда ток срабатывания дифференциальной защиты выбирается по выражению (3.3)

1с.з.расч котДнб.расч*-1,3*0,13— 0,17,

где коте= 1>3 -коэффициент отстройки, учитывающий ошибки расчета и необходимый запас;

Расчёт торможения второго участка.

Максимальный расчетный ток (в относительных единицах), равный току, проходящему через защищаемую зону при расчетном внешнем трехфазном металлическом КЗ на стороне, где рассматривается повреждение:

/торм.расч* = /ймакс* = 7057 / 786,1 = 8,98.

Тогда ток небаланса 2-го тормозного участка, рассчитываемый по выражению (3.4) равен

Тцб.расч* (кпер*^ Дирег ^выр)*1торм.расч*

= (2,0-0,1 + 0,0 + 0,03)*8,98 = 2,07

Расчётное значение тока срабатывания защиты в относительных единицах, рассчитанное по выражению (3.3) равно

1с.з,расч* = кот<Либ,расч* = 1,3 • 2,07 = 2,69 — относительный расчетный

дифференциальный ток срабатывания при расчетном внешнем КЗ;

коте = 1,3 - коэффициент отстройки;

1с.з.мин* = 0,2 - начальный ток срабатывания дифференциальной защиты в относительных единицах;

Коэффициент торможения второго участка по выражению (3.9) равен

_ ^с.зрасч* 1 с.з мин* _ 2,69 0,2

торм2 у Я 08 — 1П

торм расч* торм2* '

где 1ТОрм2* = 1,0 - начальный тормозной ток второго участка в относительных единицах.

Расчёт торможения третьего участка.

Тормозной ток 1ТОрм.расч* в расчетном режиме принимается равным коэффициенту приведенной предельной кратности при реальной нагрузке к'ю, который допустимо принять равным 20.

1цб.расч* = (кпср'С + Дирег + 1выр>Торм.расч* = (4,0*0,1 + 0,0 + 0,03) • 20 = 8,6 -расчетный ток небаланса в относительных единицах при кпср = 4,0;

Тогда 1с.з,расч* = котс-1„б,расч* = 1,3' 8,6 = 11,18~ относительный расчетный дифференциальный ток срабатывания при расчетном внешнем КЗ; коте = 1,3 — коэффициент отстройки.

Начальный тормозной ток третьего участка в относительных единицах 1ТормЗ* принимается равным 1ТОрМз* = 3,0.

Тогда относительный расчетный ток срабатывания дифференциальной зашиты торможения третьего участка при начале

1с.з.торм2* = 0,2 + 0,31-(3,0 - 1,0) = 0,82.

Коэффициент торможения третьего участка по выражению (3.11) равен

К^с.з.расч* ^с.з.торм2* 11,18 — 0,82 е\ гг\е\ тппмЧ --=-= U,ÖUy .

тормЗ т _ j 20 - 3 О

тормрасч* тормЗ* '

Проверка чувствительности ДТЗ

В качестве расчетного значения используется минимальный ток КЗ на входе ФПУ при подпитке со стороны ЛЭП, равный 1002 А или в относительных единицах - /ДИф,расч* = 1002/786,1 = 1,274 o.e. При этом на тормозной характеристике наносится точка с координатами (1,274; 1,274).

Расчет коэффициента чувствительности дает значение

к W;l=UZl = 5 79>2,о.

Ic,^ 0,22

Полученный коэффициент чувствительности дифференциальной токовой защиты зоны 1 удовлетворяет требованиям [24].

П3.2. Расчет и выбор параметров срабатывания дифференциальной токовой защиты в зоне охвата шунтового трансформатора (№2)

Расчётный ток небаланса, определяемый для режима, соответствующего началу торможения:

Тнб.расч* ~ (кцер'кодп'Б + AUpcr ^выр)'1расч* ~

= (1,0-1,0-0,1 + 0,0 + 0,03)1 =0,13,

где kIiep = 1,0 — коэффициент, учитывающий переходный режим (наличие апериодической составляющей тока);

8 = 0,1-относительное значение полной погрешности трансформаторов тока, соответствующее установившемуся режиму КЗ или качаний;

AUper= 0,0 - погрешность, обусловленная регулированием напряжения под нагрузкой на сторонах защищаемого трансформатора и принимается равной половине используемого диапазона регулирования;

fBbip = 0,03 - погрешность выравнивания токов плеч в терминале защиты;

1расч*= 1 ~~ относительный ток, равный базисному.

Тогда ток срабатывания дифференциальной защиты выбирается по выражению (3.3)

1с.з.расч ко-пДнб .расч*-1 >3*0,13— 0,17,

где котс= 1,3-коэффициент отстройки, учитывающий ошибки расчета и необходимый запас;

Расчёт торможения второго участка.

Максимальный расчетный ток (в относительных единицах), равный току, проходящему через защищаемую зону при расчетном внешнем трехфазном металлическом КЗ на стороне, где рассматривается повреждение: 1торм.расч*= 1^кзмакс*= 2*7057 / 1572,2 = 8,98.

Тогда ток небаланса 2-го тормозного участка, рассчитываемый по выражению (3.4) равен

^нб.расч* — (кпер*£ ДЦрег ^выр)*1торм.расч* ~

= (2,0-0,1 + 0,0 + 0,03)*8,98 = 2,07

Расчётное значение тока срабатывания защиты в относительных единицах, рассчитанное по выражению (3.3) равно

1с.з,расч* = котс*1нб,расч* = 1,3 • 2,07 = 2,69 — относительный расчетный

дифференциальный ток срабатывания при расчетном внешнем КЗ;

котс =1,3- коэффициент отстройки;

1с.з.мин* = 0>2 - начальный ток срабатывания дифференциальной защиты в относительных единицах;

Коэффициент торможения второго участка по выражению (3.9) равен

ту- _ ^с.зрасч* ^с.змин* _ 2,69 0,2 _ .

торм2 ~ Т Гт _ о по_1 П ' 1'

торм расч* торм2* °>УО

где 1ТОрм2*= 1,0 — начальный тормозной ток второго участка в относительных единицах.

Расчёт торможения третьего участка.

Тормозной ток 1-горм.расч* в расчетном режиме принимается равным коэффициенту приведенной предельной кратности при реальной нагрузке к' ю, который допустимо принять равным 20.

1нб.расч* = (к„ер-с + Дирег + Гвыр)-1торм.расч* = (4,0-0,1 + 0,0 + 0,03) • 20 = 8,6 -расчетный ток небаланса в относительных единицах при кпер = 4,0;

Тогда 1с.3,расч*= к0тсТ„б,Расч* = 1,3 • 8,6 = 11,18 — относительный расчетный дифференциальный ток срабатывания при расчетном внешнем КЗ;

коТС = 1,3 - коэффициент отстройки.

Начальный тормозной ток третьего участка в относительных единицах 1Тормз* принимается равным 1тормз* = 3,0.

Тогда относительный расчетный ток срабатывания дифференциальной зашиты торможения третьего участка при начале

1с.з.торм2* = 0,2 + 0,31 -(3,0 - 1,0) = 0,82.

Коэффициент торможения третьего участка по выражению (3.11) равен

-Г 1 с з расч* 1 с з торм2* 11,18 — 0,82 £

ктлп„, =-=-= u.ouy.

тормз , _ у 20 - 3 О

1 торм расч* 1 тормЗ»

Проверка чувствительности ДТЗ

В качестве расчетного значения используется минимальный ток стороны ВН при КЗ на обмотке НН1 шунтового трансформатора при подпитке со стороны ЛЭП в режиме холостого хода, равный 161 А, или в относительных единицах - /ДИф1расч* = 161/273 = 0,59 o.e. При этом на тормозной характеристике наносится точка с координатами (0,59; 0,59).

Расчет коэффициента чувствительности дает значение

1С 3 ТГ ÎÎ

Полученный коэффициент чувствительности дифференциальной токовой защиты зоны 1 удовлетворяет требованиям [24].

ПЗ.З. Расчет и выбор параметров срабатывания дифференциальной токовой защиты в зоне охвата ВТК (№3)

Расчётный ток небаланса, определяемый для режима, соответствующего началу торможения:

1цб.расч* — (кпер'кодн'С ДЦрег 1выр)'1расч* —

= (1,0-1,0-0,1 + 0,0 + 0,03)-1 =0,13,

где к„ер = 1,0 — коэффициент, учитывающий переходный режим (наличие апериодической составляющей тока);

8 = 0,1—относительное значение полной погрешности трансформаторов тока, соответствующее установившемуся режиму КЗ или качаний;

ДЦрег = 0,0 - погрешность, обусловленная регулированием напряжения под нагрузкой на сторонах защищаемого трансформатора и принимается равной половине используемого диапазона регулирования;

1вир = 0,03 - погрешность выравнивания токов плеч в терминале защиты;

1Расч*= 1 ~ относительный ток, равный базисному.

Тогда ток срабатывания дифференциальной защиты выбирается по выражению (3.3)

^с.з.расч — коТС1Нб_расч*—1,3*0,13—0,17,

где котс = 1,3 - коэффициент отстройки, учитывающий ошибки расчета и необходимый запас;

Расчёт торможения второго участка.

Максимальный расчетный ток (в относительных единицах), равный току, проходящему через защищаемую зону при расчетном внешнем трехфазном металлическом КЗ на стороне, где рассматривается повреждение:

1-горм.расч* = 1(3)кзмакс*= 2*7057 / 1572,2 = 8,98.

Тогда ток небаланса 2-го тормозного участка, рассчитываемый по выражению (3.4) равен

.расч* (кпер*£ ДЦрег 1выр)*1торм.расч*

= (2,0-0,1 + 0,0 + 0,03)*8,98 = 2,07

Расчётное значение тока срабатывания защиты в относительных единицах, рассчитанное по выражениям (3.3) равно:

1с.з,расч* = кот<Л„б,расч* = 1,3 - 2,07 = 2,69 — относительный расчетный

дифференциальный ток срабатывания при расчетном внешнем КЗ;

к^ = 1,3 - коэффициент отстройки;

1с.з.мин* = 0,2 - начальный ток срабатывания дифференциальной защиты в относительных единицах;

Коэффициент торможения второго участка по выражению (3.9) равен

_ ^ с.з расч* ^с.з.мин* _ 2,69 0,2

" торм2 т ЙС)Й_1 П

1 тори расч* торм2* °'УО 1»и

где 1торм2*= 1,0-начальный тормозной ток второго участка в относительных единицах.

Расчёт торможения третьего участка.

Тормозной ток 1ТОрм.расч* в расчетном режиме принимается равным коэффициенту приведенной предельной кратности при реальной нагрузке к'ю, который допустимо принять равным 20.

1цб.расч* = (кпср-С + лирег + !выр)"^торм.расч* = (4,0*0,1 + 0,0 + 0,03) • 20 = 8,6 -расчетный ток небаланса в относительных единицах при к11ер = 4,0;

Тогда 1с.3,расч* = котс-1нбрасч* = 1,3 • 8,6 = 11,18 — относительный расчетный дифференциальный ток срабатывания при расчетном внешнем КЗ;

котс = 1,3 — коэффициент отстройки.

Начальный тормозной ток третьего участка в относительных единицах 1тормз* принимается равным 1тормз* = 3,0.

Тогда относительный расчетный ток срабатывания дифференциальной зашиты торможения третьего участка при начале

1с.з.торм2* = 0,2 + 0,31-(3,0 - 1,0) = 0,82.

Коэффициент торможения третьего участка по выражению (3.11) равен

К с.з расч* с.з.торм2* 11,18-0,82

— - = - = и.оиу .

тормз . 20-3 0

торм расч* 1 тормЗ*

Проверка чувствительности ДТЗ

В качестве расчетного значения используется минимальный ток междуфазного КЗ на выводах тиристорного коммутатора в линию стороны НН при работе ФПУ на ненулевой ступени регулирования, равный 8818 А или в относительных единицах — /с.3.,расч* = 8818 / 1572,2 = 5,61 o.e. При этом на тормозной характеристике наносится точка с координатами (5,61; 5,61).

Расчет коэффициента чувствительности дает значение

0,27

Полученный коэффициент чувствительности дифференциальной токовой защиты зоны 1 удовлетворяет требованиям [24].

Приложение 4. Методика выбора параметров срабатывания контроля исправности токовых цепей

Контроль исправности токовых цепей (КИТЦ) предназначен для исключения излишнего срабатывания ДТЗ при обрыве или замыкании вторичных цепей переменного тока в режиме нагрузочных токов.

Предусмотрены быстродействующий и медленнодействующий каналы модуля КИТЦ ДТЗ. Быстродействующий канал модуля КИТЦ ДТЗ автоматически вводится в работу при соблюдении в течение 10,0 сек следующих условий:

токи хотя бы двух плеч имеют величину более 10% от номинального тока трансформатора;

тормозной ток не превышает 125% от номинального тока силового трансформатора;

приращения токов плеч не превышают 5% от номинального тока силового трансформатора;

небаланс в цепи дифференциального тока не превышает параметров срабатывания по начальному дифференциальному току.

Параметры срабатывания быстродействующего органа контроля исправности токовых цепей рассчитывается по выражению

Л^к^-ЛЗ^, (П4.1)

где Аготс= 2-3 - коэффициент отстройки. Рекомендуется котс принять равным 3;

сИ/рег- величина одной ступени регулирования напряжения.

При превышении параметров срабатывания модуль КИТЦ немедленно действует на сигнал и на загрубление уровня срабатывания по начальному дифференциальному току до значения 1дзггр, которое отстраивается от максимального нагрузочного режима в любом из плеч трансформатора

дзагр

макс,вн 1

(П4.2)

где котс = 1,1—1,3 — коэффициент отстройки;

■/максун — относительный нагрузочный ток трансформатора со стороны ВН с учетом регулирования. В случае, если регулирование со стороны ВН отсутствует, то берется номинальный ток обмотки ВН трансформатора с учетом возможного его увеличения на 5% (1,05/ном,вн)-

В случае, если функция контроля исправности токовых цепей выведена из работы, то значение параметра срабатывания дифференциального тока в режиме загрубления /д3агр следует принимать равным значению параметра срабатывания начального дифференциального тока срабатывания /днач.

Медленнодействующий канал модуля КИТЦ ДТЗ, реагирующий на уровень основной гармоники дифференциального тока, рассчитывается по выражению

где к07С =1,1— коэффициент отстройки;

/нб.расч*— расчетный ток небаланса, определяемый по выражению (3.3). При этом коэффициент переходного режима Агпер рекомендуется принимать равным 1,0; величину /расч* следует принимать равной 1,0, относительное значение полной погрешности трансформаторов тока £ рекомендуется принимать равной 0,05.

Выдержка времени предназначена для отстройки по времени логики контроля исправности токовых цепей, действующей на сигнал и блокировку или загрубление ДТЗ, от режимов, сопровождающихся повышенным током небаланса, таких как внешние замыкания (с учетом возможных отказов выключателей, в том числе и сопутствующих) и качания. Выдержка времени рассчитывается как наибольшее из двух значений

— К • I

обрыв отс нб расч * >

(П4.3)

обрыв

внсш.макс

зап }

(П4.4)

t

обрыв

= t

кач.макс

+ t

зал J

(П4.5)

где ¿внеш, Макс — максимально возможное время существования внешнего КЗ, приводящего к повышенному небалансу в дифференциальном токе с учетом возможных отказов выключателей, в том числе сопутствующих, мс;

вызвать повышенный небаланс в дифференциальном токе, мс;