Защита от замыканий на землю генераторов и сетей среднего напряжения на основе использования низкочастотных составляющих токов нулевой последовательности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.02, доктор технических наук Вайнштейн, Роберт Александрович

• Вайнштейн, Роберт Александрович
• доктор технических наук
• 2011

Оглавление диссертации доктор технических наук Вайнштейн, Роберт Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ИСТОЧНИК КОНТРОЛЬНОГО ТОКА С ЧАСТОТОЙ 25 ГЦ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ С КОМПЕНСАЦИЕЙ ЕМКОСТНОГО тока.Т. ~.

1.1 Постановка задачи.

1.2 Предварительные замечания к анализу параметрического делителя частоты.

1.3 Определение амплитуды основной гармоники индукции на границах возникновения колебаний половинной частоты.

1.3.1 Влияние потерь на значение индукции на границах возбуждения колебаний.

1.3.2 Нулевое приближение для границы неустойчивости уравнения Хилла.

1.4 Определение амплитуды стационарных колебаний половинной частоты.

1.5 Определение токов в контурах делителя частоты.

1.6 Анализ параметрического делителя частоты при его работе в цепи дугогасящего реактора.

1.6.1 Постановка задачи.

1.6.2 Работа делителя частоты на реактивную нагрузку.

1.6.3 Работа делителя частоты при протекании по выходным обмоткам тока дугогасящего реактора.

1.6.4 Делитель частоты мало подверженный влиянию тока дугогасящего реактора.

1.7 Краткое описание конструкции источника контрольного тока.

Выводы.

ГЛАВА 2. ЗАЩИТА ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ С КОМПЕНСАЦИЕЙ ЕМКОСТНОГО ТОКА.

2.1 Постановка задачи. Краткий обзор.

2.2 Исследование электрических процессов при дуговых перемежающихся замыканиях в сети с компенсацией емкостного тока.

2.3 Обоснование расчетной схемы замещения.

2.4 Исследование закономерностей формирования амплитудно-частотных спектров токов нулевой последовательности при перемежающихся замыканиях.

2.5 Основные факторы, влияющие на амплитудно-частотные спектры при перемежающихся замыканиях.

2.6 О реальной совместимости функционирования защиты в сети с компенсацией емкостного тока при устойчивых и перемежающихся дуговых замыканиях.

Выводы.

ГЛАВА 3. ЗАЩИТА ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В ОБМОТКЕ СТАТОРА ГЕНЕРАТОРОВ.

3.1 Постановка задачи. Краткий обзор.

3.2 Защита от замыканий на землю генераторов, работающих на сборные шины в сети с компенсацией емкостных токов.

3.3 Селективная защита от замыканий на землю в обмотке статора гидрогенераторов, работающих в укрупненном блоке с непосредственным соединением генераторов.

3.4 Защита от замыканий на землю без зоны нечувствительности в обмотке статора гидрогенераторов, работающих в блоке с трансформатором.

3.5 Выбор частотных характеристик фильтров защиты от замыканий на землю.

Выводы.

ГЛАВА 4. КОНТРОЛЬ И АВТОМАТИЧЕСКАЯ НАСТРОЙКА КОМПЕНСАЦИИ ЕМКОСТНОГО ТОКА ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ Т-К35 кВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОНТРОЛЬНОГО ТОКА С ЧАСТОТОЙ 25 ГЦ.

4.1 Постановка задачи. Краткий обзор.

4.2 Измерение коэффициента демпфирования.

4.3 О требованиях к точности настройки компенсации емкостного тока однофазного замыкания.

4.4 Влияние нелинейности дугогасящих реакторов на время восстановления напряжения на поврежденной фазе после обрыва дуги

4.5 Методические погрешности измерения относительных параметров контура нулевой последовательности.

4.5.1 Постановка задачи.

4.5.2 Схема замещения нулевой последовательности сети и определение ее параметров для оценки методических погрешностей.

4.5.3 Методические погрешности измерения расстройки компенсации.

4.5.4 Методические погрешности измерения коэффициента демпфирования.

4.6 Функциональные схемы устройства измерения относительных параметров контура нулевой последовательности сети.

Выводы.

ГЛАВА 5. ОБЩНОСТЬ И РАЗЛИЧИЕ МЕТОДОВ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ СРЕДНЕГО НАПРЯЖЕНИЯ С РАЗЛИЧНЫМИ РЕЖИМАМИ ЗАЗЕМЛЕНИЯ НЕЙТРАЛИ.

5.1 Постановка задачи.

5.2 Исследование закономерности изменения амплитуды гармонической составляющей промышленной частоты при перемежающихся замыканиях в сети с высокоомным резистивным заземлением нейтрали.

5.3 Выполнение входных цепей высокочувствительных защит от замыканий на землю.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Защита от замыканий на землю генераторов и сетей среднего напряжения на основе использования низкочастотных составляющих токов нулевой последовательности»

Актуальность работы. Защита от замыканий на землю в обмотке статора генераторов и в электрических сетях 6-^35 кВ является одним из важнейших видов релейной защиты. Несмотря на большое количество работ, посвященных разработке защиты от замыканий на землю, задача ее дальнейшего усовершенствования остается актуальной. Это объясняется с одной стороны большим многообразием схем и параметров электроустановок, а с другой стороны сложностью и многообразием электрических процессов при замыкании на землю даже в одной электроустановке.

Проблемы выполнения защиты от замыканий на землю проявляются в разной степени в зависимости от режима заземления нейтрали. Наиболее сложной, как известно, является задача выполнения защиты в электроустановках с компенсацией емкостного тока. Определенные принципиальные и технические трудности имеют место также при выполнении защиты от замыканий на землю в электрических сетях с малыми емкостными токами замыкания на землю при изолированной нейтрали. В настоящее время в отечественной практике имеет место переход в таких сетях к резистивному заземлению нейтрали, что в некоторой степени улучшает условия выполнения защиты.

Многолетний опыт эксплуатации защит от замыканий на землю разного исполнения показал, что при их разработке обязательно должно учитываться условие совместимости функционирования как при устойчивых, так и при дуговых перемежающихся замыканиях. Неудачи многих известных попыток создания защиты на том или ином принципе чаще всего объясняются недостаточным учетом процессов при перемежающихся замыканиях.

В настоящее время часто предлагается заземлять нейтраль через резистор, который создаёт такой достаточно большой ток в месте замыкания, что дуга становится устойчивой. Выполнение защиты при этом упрощается, но она должна во всех случаях действовать на отключение, в том числе и потому, что заземляющий резистор по техническим и экономическим причинам может быть рассчитан только на кратковременную работу. При отказе защиты или выключателя поврежденного элемента резистор должен отключаться, что переводит сеть в режим изолированной нейтрали, при котором возможны перенапряжения и возникновение многоместных замыканий. Кроме этого одним из препятствий для решения задачи таким путем может являться неготовность потребителей к немедленному отключению при замыкании на землю.

Наличие селективной защиты при сохранении режимов заземления нейтрали, допускающих работу при замыкании в течение некоторого времени, позволит устанавливать действие защиты либо на сигнал, либо на отключение в зависимости от конкретных условий.

При выполнении защиты от замыканий на землю в обмотке статора генераторов, работающих в составе электрической сети или в блоке с трансформатором, обязательным является требование отсутствия зоны нечувствительности при замыкании вблизи нейтрали. Это требование не может быть выполнено с использованием естественных электрических величин промышленной частоты.

Возможный способ выполнения защиты от замыканий на землю в обмотке статора генераторов зависит от схемы подключения генераторов. В этом отношении можно выделить схемы блоков генератор-трансформатор, в которых генераторы не имеют гальванической связи с распределительной сетью или с другими генераторами, и схемы в которых такая гальваническая связь имеется. В последнем случае требуется дополнительно обеспечить селективность защиты. Решение этой задачи для генераторов по сравнению, например, с кабельными линиями усложняется еще и тем, что практически для выделения тока нулевой последовательности можно использовать только фильтры, выполняемые на фазных трансформаторах тока, которые имеют большой ток небаланса промышленной частоты.

Известные способы преодоления названных проблем при выполнении защиты от замыканий на землю в общем сводятся к использованию либо естественных, либо искусственно создаваемых электрических величин, с частотой, отличающейся от промышленной. В качестве естественных электрических величин используются составляющие переходного процесса, возникающие при пробое изоляции фазы на землю, и высшие гармоники.

Известен ряд предложений по выполнению защиты с наложением вспомогательного контрольного тока для решения задачи устранения зоны нечувствительности при замыкании вблизи нейтрали для случаев, когда генератор не имеет гальванической связи с другими элементами. В этом случае накладываемый контрольный ток может быть весьма малым, так как нет необходимости измерять его в ветвях первичной схемы.

При выполнении защиты элементов разветвленных электрических сетей и защиты обмотки статора генераторов, имеющих гальваническую связь с другими генераторами или с внешней сетью, контрольный ток должен быть таким, чтобы его можно было надежно измерить с помощью фильтров тока нулевой последовательности.

Несмотря на то, что принципиальная возможность выполнения защиты с наложением контрольного тока для таких объектов достаточно очевидна, законченные и проверенные в эксплуатации технические решения, насколько нам известно, отсутствуют. Это, по-нашему мнению, объясняется рядом причин. Во-первых, не была решена задача создания источника контрольного тока, удовлетворяющего ряду принципиально необходимых требований, а также требованию технической надежности и простоты эксплуатации. Во-вторых, параметры источника контрольного тока, в частности частота контрольного тока, должны быть такими, чтобы обеспечивалось упомянутое выше требование о совместимости функционирования защиты при устойчивых и дуговых перемежающихся замыканиях.

В данной работе приведены результаты исследований, выполненных автором и под его руководством, целью которых было решение изложенных выше актуальных задач.

При выборе к представлению на суд специалистов результатов работы автор руководствовался тем, что эти результаты, во-первых, объединены идеей использования низкочастотных гармоник тока нулевой последовательности и, во-вторых, устройства, выполненные на основе этих результатов, достаточно широко используются на электростанциях и в электрических сетях.

Целью исследования является разработка методов выполнения защиты от замыканий на землю в обмотке статора генераторов и в электрических сетях 6-^35 кВ, при которых обеспечивается совместимость функционирования защиты при устойчивых и дуговых перемежающихся замыканиях, и разработка специальных технических средств для выполнения защиты.

Для достижения указанной цели поставлены и решены следующие задачи.

1. Создание источника контрольного тока для защиты от замыканий на землю элементов (линий, генераторов) в электроустановках с компенсацией емкостного тока.

1.1. Исследования электромагнитного параметрического делителя частоты на два, на базе которого создан источник контрольного тока, позволившие получить для сложной нелинейной системы соотношения для последующего расчета и проектирования источника контрольного тока.

1.2. Исследование работы электромагнитного параметрического делителя частоты в условиях его включения в цепь дугогасящих реакторов и разработка технических мероприятий, обеспечивающих выполнение всех требований, предъявляемых к источнику контрольного тока.

1.3. Разработка методики расчета и конструирования источника контрольного тока.

2. Исследование электрических процессов при дуговых перемежающихся замыканиях с целью разработки алгоритмов обработки токов нулевой последовательности, при которых обеспечивается совместимость функционирования защиты при устойчивых и перемежающихся замыканиях.

3. Разработка основ технической реализации защиты от замыканий на землю для ряда конкретных объектов.

3.1. Электрические сети с компенсацией емкостного тока, сети с высокоомным резистивным заземлением нейтрали и с изолированной нейтралью.

3.2. Генераторы, работающие на сборные шины генераторного напряжения в сети с компенсацией емкостного тока.

3.3. Гидрогенераторы, работающие в укрупненном блоке параллельно, на одну обмотку низкого напряжения трансформатора.

3.4. Гидрогенераторы, работающие в блоке с трансформатором и с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор.

4. Исследование и разработка устройства для непрерывного контроля степени расстройки компенсации емкостного тока замыкания и коэффициента демпфирования в электрических сетях с заземлением нейтрали через дугогасящие реакторы на основе использования электрических величин с частотой контрольного тока в нормальном режиме работы сети.

Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач использованы методы теории нелинейных цепей с периодически изменяющимися параметрами, методы спектрального анализа, методы статистических испытаний, компьютерное моделирование и физический эксперимент.

Достоверность научных положений и результатов, изложенных в диссертации, определяется совпадением результатов аналитических исследований с данными физического эксперимента и компьютерного моделирования, а также положительным опытом эксплуатации устройств защиты от замыканий на землю, в том числе в составе комплексной защиты генераторов, выпускаемой НПП «ЭКРА».

Научная новизна. По результатам исследования процессов при дуговых перемежающихся замыканиях:

1. Выявлена существенная для выполнения защиты особенность процесса при дуговых перемежающихся замыканиях, заключающаяся в том, что при наличии в сети общей для всех элементов цепи для стекания избыточных зарядов после погасания дуги, интеграл тока за время между двумя соседними пробоями изоляции на поврежденном элементе пропорционален суммарному изменению зарядов емкостей фаз сети, а на неповрежденных элементах - близок к нулю;

2. Показано, что свойства интеграла токов нулевой последовательности при перемежающихся замыканиях с достаточной точностью отображаются в соотношении амплитуд гармонических составляющих тока нулевой последовательности в определенной области частот, зависящей от режима заземления нейтрали. В электроустановках с компенсацией емкостного тока эта область низких частот до 30-35 Гц, а в электроустановках с высокоомным резистивным заземлением или с изолированной нейтралью -до 70-80 Гц;

3. Установлено, что при выполнении защиты на основе использования низкочастотных составляющих токов нулевой последовательности значительно ослабляется влияние на работу защиты ряда случайных параметров электроустановки, таких как собственные частоты, коэффициенты затухания контуров на пути переходных емкостных токов и распределение емкости фаз сети между ее отдельными элементами;

4. Показано, что наличие в электрической сети с компенсацией емкостного тока постоянно работающего источника контрольного тока с частотой ниже промышленной дает возможность получить информацию непосредственно об относительных параметрах контура нулевой последовательности - расстройки компенсации и коэффициенте демпфирования по измерению одной величины - напряжения на дугогасящем реакторе.

По результатам исследования электромагнитного параметрического делителя частоты:

5. Показано, что при высокой степени нелинейности ферромагнитных сердечников, на которых выполнен делитель частоты, условия возбуждения колебаний половинной частоты с достаточной точностью могут быть получены на основе использования первого или нулевого приближения границы устойчивости решения дифференциального уравнения с периодически изменяющимся коэффициентом;

6. Показано, что в стационарном режиме деления частоты в условиях, когда амплитуда колебаний половинной частоты имеет значение, близкое к максимальному, электромагнитный режим делителя частоты определяется в основном составляющей половинной частоты, а составляющие с частотой источника питания и постоянная составляющая в расчётных соотношениях могут не учитываться;

7. Выявлен механизм влияния на режим работы электромагнитного параметрического делителя частоты факторов, имеющих место при его включении в цепь дугогасящих реакторов, и обоснованы мероприятия снижения этого влияния, при которых одновременно исключается влияние источника на режим нейтрали.

Практическая значимость и реализация результатов

1. Впервые принцип выполнения защиты от замыканий на землю на основе наложения вспомогательного (контрольного) тока с частотой, отличающейся от промышленной, реализован таким образом, что обеспечивается возможность измерения контрольного тока в первичных цепях, что в свою очередь позволяет выполнить селективную защиту гальванически связанных элементов электроустановки.

2. Разработан и достаточно широко внедрен в практику релейной защиты новый технический элемент - источник контрольного тока с частотой 25 Гц, удовлетворяющий комплексу предъявляемых к нему требований.

3. Разработаны и апробированы длительной эксплуатацией защиты от замыканий на землю в следующих видах электроустановок:

3.1. Электрические кабельные сети с компенсацией емкостного тока;

3.2. Защиты без зоны нечувствительности от замыканий на землю в обмотке статора генераторов, включенных на сборные шины генераторного напряжения, с использованием фильтра токов нулевой последовательности на типовых фазных трансформаторах тока;

3.3. Избирательная защита без зоны нечувствительности от замыканий на землю в обмотке статора гидрогенераторов, работающих в укрупненном блоке параллельно на одну обмотку низкого напряжения повысительного трансформатора;

3.4. Защита от замыканий на землю в обмотке статора гидрогенераторов с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор;

3.5. Защита от замыканий на землю в электрических сетях с резистивным заземлением или с изолированной нейтралью;

3.6. Устройство для непрерывного контроля и автоматической настройки дугогасящих реакторов в электрических сетях с компенсацией емкостного тока.

Устройства защиты от замыканий на землю по п.п. 3.2; 3.3; 3.4; применяются в составе комплексной цифровой защиты генераторов, выпускаемых ООО НЛП «ЭКРА». Перечисленные выше устройства эксплуатируются на следующих энергетических объектах:

Ново-Кемеровская ТЭЦ, Кемеровская ГРЭС, Кемеровская ТЭЦ, Западно-Сибирская ТЭЦ, Беловская ГРЭС, Красноярская ГЭС, Усть-Илимская ГЭС, Нижне-Камская ГЭС и других.

Основные положения, выносимые на защиту

1. При наличии в электрической сети общей для всех элементов цепи для стекания избыточных зарядов с емкостей фаз, накопившихся при горении дуги, совместимость функционирования защиты при устойчивых и перемежающихся замыканиях обеспечивается при использовании составляющих токов нулевой последовательности в области низких частот, которая определяется режимом заземления нейтрали.

2. Значения амплитуд низкочастотных составляющих токов нулевой последовательности инвариантны к многообразию электрических процессов при горении дуги и многообразию параметров защищаемого объекта.

3. Основные расчетные соотношения, необходимые для выбора конструктивных параметров источника контрольного тока с частотой 25 Гц, выполненного на базе электромагнитного параметрического делителя частоты, могут быть получены при использовании первого или нулевого приближения границы устойчивости решения уравнения с периодически изменяющимся коэффициентом.

4. Видоизменённая схема электромагнитного параметрического делителя частоты, благодаря которой обеспечивается достаточно полное выполнение всех требований, предъявляемых к источнику контрольного тока.

5. Включение источника контрольного тока в цепь дугогасящих реакторов обеспечивает комплексное решение вопросов эксплуатации электрической сети, а именно, селективную защиту линий, генераторов, включенных на сборные шины, непрерывный контроль и автоматическую настройку дугогасящих реакторов.

6. Селективность защиты от замыканий на землю в обмотке статора гидрогенераторов укрупненного блока обеспечивается как при устойчивых, так и при перемежающихся замыканиях за счет сравнения низкочастотных составляющих токов нулевой последовательности на выводах и в нейтрали генераторов.

Личный вклад соискателя. Основные положения, на которых базируется данная работа, предложены автором. Научные исследования проводились группой сотрудников и аспирантов ТПУ под руководством автора.

Все опубликованные работы основаны на предложениях автора и написаны либо им лично, либо под его непосредственным руководством.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались в рамках следующих мероприятий: Международная конференция «Релейная защита и автоматика современных энергосистем сверхвысокого напряжения», Чебоксары, 2007 г.; Всероссийская конференция «Ограничение перенапряжений и режимы заземления нейтрали сетей 6-^35 кВ», Новосибирск, 2004, 2006, 2008 гг.; Симпозиум КОБШБ, Томск, 1998 г.; Всероссийская конференция «Энергетика: Экология, Надежность, Безопасность», Томск, 1997-2003 гг.; Пятая Всесоюзная конференция, Ташкент, 1975 г.; Третья Всесоюзная Межвузовская конференция по теории и методам расчета нелинейных электрических цепей и систем, Ташкент, 1967 г.

Публикации. По направлению диссертационной работы автором опубликовано 70 работ, в т.ч. 24 в изданиях, рекомендованных ВАК, 26 патентов и авторских свидетельств и др. Список работ приведен в Приложении 5.

Объем и структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 119 наименований и шести приложений. Основное содержание диссертации изложено на 283 страницах, содержит 127 рисунков и 6 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Электростанции и электроэнергетические системы», Вайнштейн, Роберт Александрович

Выводы

1. Основные принципиальные закономерности формирования низкочастотных гармоник при перемежающихся замыканиях, имеющие место в электроустановках с компенсацией емкостного тока, проявляются и при других режимах заземления нейтрали при условии, что обеспечивается достаточно полное стекание избыточных зарядов за время между двумя соседними моментами зажигания дуги.

2. В электрической сети с высокоомным заземлением нейтрали совмещение условий функционирования при устойчивых и перемежающихся замыканиях может быть обеспечено применением в измерительном органе защиты фильтра низких частот с полосой пропускания до 70 - 80 Гц.

3. При выполнении защиты с фильтром низких частот по п. 2 ток срабатывания из условия отстройки от собственного емкостного тока линии может определяться при устойчивом замыкании, если активная составляющая тока замыкания равна или больше 60 % от емкостной составляющей.

4. Увеличение активной составляющей тока замыкания сверх значения, при котором обеспечивается практически полное стекание избыточных зарядов не целесообразно, так как это не приводит к радикальному улучшению функционирования защиты, но может исключить при необходимости возможность работы сети в течение некоторого времени при однофазном замыкании.

5. При использовании для выполнения защиты интегрального преобразования токов нулевой последовательности в виде фильтрации в области низких частот для предотвращения повреждения входных элементов при двойных замыканиях нежелательно применять нелинейные элементы, ограничивающие мгновенные значения токов, так как при этом могут ограничиваться и переходные емкостные токи.

6. Совмещение условий отсутствия ограничения переходных емкостных токов и защиты входных цепей при двойных замыканиях на землю достигнуто выполнением входного согласующего трансформатора на тороидальном сердечнике, вторичная обмотка которого нагружена на резистор и пассивный фильтр низкой частоты. При определенном сочетании вольтсе-кундной площади, при которой насыщается входной трансформатор, и постоянной времени фильтра низких частот исключается насыщение его переходным емкостным током, а мгновенное значение напряжения на выходе фильтра при токах двойного замыкания до 20 кА не превышает 10 ч- 12В.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена научно-техническая проблема усовершенствования защиты от замыканий на землю генераторов и электрических сетей 6-ь35кВ. На основе результатов исследований предложен новый алгоритм обработки токов нулевой последовательности, при котором обеспечивается инвариантность функционирования защиты от замыканий на землю к многообразию электрических процессов при дуговых перемежающихся замыканиях и к многообразию параметров защищаемых объектов и впервые разработан и внедрен в практику релейной защиты новый технический элемент - источник контрольного тока с частотой ниже промышленной. Диссертация основывается на результатах работ, выполненных под руководством и непосредственным участием автора по заказам энергетических предприятий эксплуатирующих, проектирующих и выпускающих аппаратуру релейной защиты.

Наиболее существенные научные и практические результаты заключаются в следующем.

1. Практически реализован метод выполнения защиты от замыканий на землю в электроустановках с компенсацией емкостного тока на принципе наложения вспомогательного (контрольного) тока с возможностью измерения этого тока в ветвях первичной схемы с помощью типовых трансформаторов и фильтров токов нулевой последовательности и обеспечением принципиальной совместимости функционирования защиты при устойчивых и перемежающихся дуговых замыканиях.

2. Обосновано, что совместимость функционирования защиты при устойчивых и перемежающихся дуговых замыканиях в электроустановках с компенсацией емкостного тока принципиально возможна при использовании контрольного тока с частотой ниже промышленной. Это объясняется тем, что операция фильтрации в области низких частот приближенно отображает изменение зарядов емкостей фаз за время между двумя пробоями изоляции, которое в неповрежденных элементах близко к нулю, а в поврежденных равно суммарному изменению зарядов емкостей фаз сети.

3. Создан новый для техники релейной защиты технический элемент - источник контрольного тока с частотой 25 Гц, удовлетворяющий как специфическим функциональным требованиям, так и требованиям высокой надежности и простоты эксплуатации.

4. Решение задач по п.п. 1, 2 и 3 позволило разработать и довести до практического применения следующие виды защит от замыканий на землю:

4.1. Защита электрических сетей с компенсацией емкостного тока;

4.2. Защита обмотки статора генераторов, работающих на сборные шины в сети с компенсацией емкостного тока;

4.3. Избирательная защита обмотки статора генераторов с нейтралью заземленной через ДГР и включенных параллельно на одну обмотку низкого напряжения трансформатора;

4.4. Защита обмотки статора гидрогенераторов с нейтралью заземленной через ДГР и работающих в блоке с трансформатором.

Защиты по п.п. 4.2, 4.3 и 4.4 не имеют зоны нечувствительности по принципу действия.

5. Выполнен анализ и получены необходимые соотношения для расчета электромагнитных и конструктивных параметров параметрического делителя частоты на два, на основе которого разработан источник контрольного тока. При проведении анализа показано, что: Магнитные и электрические величины, соответствующие условию возбуждения колебаний половинной частоты могут быть с достаточной точностью определены по первому приближению уравнения границы нарушения устойчивости нулевого решения уравнения с периодически изменяющимся коэффициентом.

• Максимальное значение амплитуды индукции колебаний половинной частоты может определятся без учета составляющих основной частоты и постоянной составляющей индукции.

• Условие равенства среднего квадрата резонансной частоты параметрически возбуждаемого колебательного контура квадрату половинной частоты может использоваться как единое условие для приближенного определения индукции основной частоты на границе возбуждения колебаний и индукции половинной частоты. На основе этого условия представляется возможным выбрать все основные параметры делителя частоты по заданным условиям его работы в составе источника контрольного тока.

6. Проведен анализ работы делителя частоты в качестве источника контрольного тока, когда по его выходным обмоткам протекает ток промышленной частоты. Результаты этого анализа позволили предложить простое и эффективное изменение схемы делителя частоты, благодаря которому, во-первых, обеспечивается практическая независимость работы делителя частоты от протекающего через него тока ДГР и, во-вторых, исключается влияние источника контрольного тока на режим заземления нейтрали.

7. Показано, что наличие в сети постоянно работающего источника с частотой 25 Гц позволяет путем формирования отношения напряжения с частотой 25 Гц на дугогасящем реакторе к напряжению источника измерить степень расстройки компенсации, а при необходимости и коэффициент демпфирования. На основе этого разработаны устройства для непрерывного контроля и автоматической настройки ДГР.

8. Свойство интеграла тока нулевой последовательности, также как в сети с компенсацией емкостного тока, благоприятно для выполнения защиты при других режимах заземления нейтрали, обеспечивающих достаточно полное стекание избыточных зарядов за время между двумя пробоями изоляции, например в сети с высокоомным резистивным заземлением нейтрали. Показано, что в этом случае в защите должна использоваться область низких частот до 70 - 80 Гц.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Вайнштейн, Роберт Александрович, 2011 год

1. Мандельштам Л.И. Собрание трудов, Т.2 и Т.З. Изд-во АН СССР, 1950, 1952 гг.

2. Папалекси Н.Д. Собрание трудов. Изд-во АН СССР, 1949 г.

3. Бадамс A.M., Шапиро C.B., Давыдова Л.Н. Ферромагнитные делители частоты. Энергия, 1967.

4. Лисицкая И.Н., Синицкий Л.А., Щумков Ю.М. Анализ электрических цепей с магнитными и полупроводниковыми элементами. Наукова Думка, 1969.

5. Синицкий Л.А. Стационарные процессы в магнитных делителях частоты / Синицкий Л.А., Раков М.А. // Электричество. 1962. - № 8.

6. Бессонов Л.А. Нелинейные электрические цепи. Высшая школа, 1964 г.

7. Релей Дж.В. Теория звука, т.1, 1955.

8. Хаяси Т. Нелинейные колебания в физических системах. Мир, 1968.

9. Артамонов В.В. Маломощные выпрямители. Связь, 1968.

10. Математический энциклопедический словарь. / Гл. ред. Ю.В. Прохоров; Ред. кол.: С.И. Адян, Н.С. Бахвалов, В.И. Битюцков, А.П. Ершов и др. // М.: Сов. энциклопедия, 1988. - 847 е., ил.

11. Розенблат М.А. Магнитные элементы автоматики и вычислительной техники. М.: Наука, 1966, - 720 с.

12. Черногубовский З.П. Заземление нейтрали электрических систем высокого напряжения. Ленинград.: - 1934. - 201 с.

13. Кискачи В.М. Определение поврежденного присоединения при замыканиях на землю в кабельных сетях / Кискачи В.М., Назаров Ю.Г. // Электрические станции. 1965. - № 7.

14. Кискачи В.М. Селективность сигнализации замыканий на землю с использованием высших гармоник токов нулевой последовательности // Электричество. 1967. - № 9.

15. Кискачи В.М. Расчет минимального уровня высших гармоник при однофазных замыканиях на землю в сетях с изолированной и компенсированной нейтралью // Труды ВНИИЭ, t.XXVI.: Энергия. 1966.

16. Кискачи В.М. Условия селективной работы сигнализации однофазных замыканий на землю с использованием высших гармоник тока нулевой последовательности // Труды ВНИИЭ, t.XXVI.: Энергия. 1966.

17. Жежеленко И.В. Чувствительность сигнализации замыканий на землю с использованием высших гармоник в сетях промышленных предприятий / Жежеленко И.В. и др. // Электричество. 1969. - № 10.

18. Кискачи В.М. Устройства сигнализации замыканий на землю / Кискачи В.М., Сурцева С.Е., Горшенина Н.М., Панфилов Б.И. // Электрические станции. 1972. - № 4. - С.69-72.

19. Попов И.Н. О принципах выполнения защиты от замыканий на землю, основанной на использовании переходных процессов // Электричество. 1962 - № 2.

20. Соколова Г.В. Разработка защиты от замыканий на землю с использованием волновых переходных процессов // В сб. Вопросыоптимального развития энергосистем и новые технологические средства их защиты. М.: Наука. 1970.

21. Дарченко В.Е. Защита от замыканий на землю в компенсированных сетях / Дарченко В.Е., Степнов Т.В. // Электричество. 1956. - № 2.

22. Степнов Т.В. Направленная защита от замыканий на землю // Электричество. 1958. - № 8.

23. Нестеров М.В. Устройство сигнализации замыканий на землю в сетях с изолированной и компенсированной нейтралью / Нестеров М.В., Поляков В.Е. // Электрические станции. 1974. - № 3.

24. Лебедев О.В. О защите от замыканий на землю компенсированных кабельных сетей 6-10 кВ с использованием принципа сравнения амплитуд переходных токов / Лебедев О.В., ШуинВ.А. // Электричество. 1973. -№ 12.

25. Балабан Б.В. Отыскание места замыкания на землю в компенсированных сетях накопительными реле / Балабан Б.В., Щуть В.В. // Электрические станции. 1973. -№ 10.

26. Шуин В.А. Централизованное направленное устройство сигнализации однофазных замыканий на землю с использованием переходных процессов / Шуин В.А., Гусенков A.B., Дроздов А.И. // Электрические станции. 1993. - № 9. - С. 53-57.

27. Дударев Л.Е. Комплексная защита от замыканий на землю / Дударев Л.Е., Зубков В.В. // Электрические станции. 1981. - № 7. - С. 5961.

28. Шуин В.А., Гусенков A.B. Защиты от замыканий на землю в электрических сетях 6-10 кВ // (Библиотечка электротехника). М.: НТФ Энергопрогресс. - 2001. - Вып. 11(35). - 104 с.

29. Сигнализация замыканий на землю в компенсированных сетях // Сб. статей под редакцией инж. В.И. Иоэльсона. ГЭИ. - 1962.

30. Сирота И.М. Сигнализация замыканий на землю в компенсированной сети, основанная на использовании тока второйгармоники // Сб. Автоматизация и релейная защита электрических систем. Киев. Наукова Думка. 1966.

31. Сирота И.М. О принципах выполнения защиты от замыканий на землю в компенсированных сетях // Сб. Автоматизация и релейная защита электрических систем. Киев. Наукова Думка. 1966.

32. Григорьев A.B. Защита от однофазных замыканий на землю в компенсированных сетях, реагирующая на наложенный ток // Автореферат диссертации. 1967.

33. Вильгейм Р., Уотерс М. Заземление нейтрали в высоковольтных системах. М.: Госэнергоиздат. - 1959. - 414 с.

34. Евдокунин Г.А. Выбор способа заземления нейтрали в сетях 610 кВ / Евдокунин Г.А., Гладилин C.B. // Электричество. 1998. - № 12. - С. 8-22.

35. Бруй С.Р. Резисторы для заземления нейтрали в сетях 6-35 кВ / Бруй С.Р., Ильиных М.В., Сарин Л.И. и др. // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2008. - № 1. - С. 51-58.

36. Пашковский С.Н. Исследование и разработка защиты от замыканий на землю в сети с комбинированным заземлением нейтрали: Дис. канд. тех. наук. Новосибирск. - 2010. - 208 с.

37. ШалинА.И. Защита от замыканий на «землю» сетей средних классов напряжений (6-10 кВ) // Энергоэксперт. 2008. - № 1. - С. 91-96.

38. Лавров Ю.А. Кабели 6-35 кВ с пластмассовой изоляцией. Факторы эксплуатационной надежности // Новости электротехники. 2006. - № 6 (42). Электронный ресурс. // URL: http://www.news.elteh.ru/arh/2006/42/l5.php (дата обращения: 01.03.2011).

39. Лавров Ю.А. Кабели 6-35 кВ с пластмассовой изоляцией. Особенности проектирования и эксплуатации // Новости электротехники. -2007. № 1 (43). Электронный ресурс. // URL: http://www.news.elteh.ru/arh/2007/43/13.php (дата обращения: 01.03.2011).

40. Екимуков С.С. Обеспечение надежности эксплуатации кабельных распределительных сетей 6-10 кВ, оснащенных современным электрооборудованием / Екимуков С.С., Кадомская К.П. // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2008. - № 1. - С. 5-9.

41. Емельянов Н.И. О применении кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена / Емельянов Н.И., Сарин Л.И., Ширковец А.И. // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2008. - № 1. - С. 114116.

42. Кадомская К.П., Лавров Ю.А., Рейхердт A.A. Перенапряжения в электрических сетях различного назначения и защита от них. Новосибирск: Изд-во НГТУ. - 2004. - 368 с.

43. Аношин O.A. Режимы заземления нейтрали. Распределительные сети XXI века: куда идти? // Энергоэкперт. 2008. - № 1 - С. 20-23.

44. Для дальнейших действий необходим регламент. Обзор материалов совещания по инженерным аспектам выбора режима заземления нейтрали сетей 6-35 кВ. // Энергоэксперт. 2008. - №1 - С. 24-31.

45. Лихачев Ф.А. Замыкание на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов. М.: Энергия. - 1971. - 152 с.

46. Зернов Н.В., Карпов В.Г. Теория радиотехнических цепей. -Л.: Энергия. 1972. - 816 с.

47. Фальк Ю.П. Усовершенствование защиты от замыканий на землю в сетях 6-10 кВ на основе исследования вероятностных характеристик электрических величин при перемежающихся дуговых замыканиях: Дис. канд. тех. наук. Новосибирск. - 1987. - 208 с.

48. Шестакова В.В. Усовершенствование защиты от замыканий на землю в сетях с компенсацией емкостного тока и в сетях постоянного оперативного тока: Дис. канд. тех. наук. Новосибирск. - 2000. - 168 с.

49. Доронин A.B. Особенности применения защит от замыканий на землю обмотки статора генератора / Доронин A.B., Наумов A.M. // Энергетик. 2007. - №3. - С. 32-34.

50. Сирота И.М. Защита генераторов от замыканий на землю с шинными трансформаторами тока нулевой последовательности // Электрические станции. 1950. - № 12.

51. Сирота И.М. Защита от замыканий на землю в электрических системах. Изд. АН УССР. 1955.

52. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 1. Защита генераторов, работающих на сборные шины. Госэнергоиздат. 1961.

53. Сирота И.М. Защита генераторов от двойных замыканий на землю /7 Электрические станции. 1959. - №3.

54. Сирота И.М. Трансформаторы и фильтры напряжения и тока нулевой последовательности. Киев: Наук, думка. 1983. - 268 с.

55. Сирота И.М. Опыт работы защит от замыканий на землю стационарных цепей генераторов, работающих непосредственно на сборные шины, и электродвигателей ВН / Сирота И.М., Богаченко А.Е., Каневский Д.М. // Электрические станции. 1993. - № 7. - С 43-47.

56. Кискачи В.М. Защита без зоны нечувствительности от однофазных замыканий на землю в обмотке статора генераторов, работающих на сборные шины / Учебно-методическое пособие. М.: ИПКгосслужбы. - 2002. - 68 с.

57. Казанский В.Е. Трансформаторы тока в схемах релейной защиты. Изд. 2-е переработ. М., Энергия. 1969, - 184 с.

58. Воронова Л.И. Использование фазных трансформаторов тока для защиты от замыканий на землю с наложенным током частотой'25 Гц: Дис. канд. тех. наук. Томск. - 1968. - 122 с.

59. Пазманди Ласло. Защита от замыканий на землю в обмотке статора генератора, работающего в блоке с трансформатором. // Электричество. -1971. -№9.- С. 29-33.

60. Кискачи В.М. Способ защиты блока генератор трансформатор от однофазных замыканий на землю // Бюллетень Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР. - 1969. - №15.

61. Кискачи В.М. Использование гармоник ЭДС генераторов энергоблоков при выполнении защиты от замыканий на землю // Электричество. 1974. - №2. - С. 24-29.

62. Патент РФ № 2096885. МПК7 Н02Н7/06. Способ защиты генератора от замыканий на землю в обмотке статора и устройство для его осуществления / В.Г. Алексеев, Я.С. Гельфанд, В.В. Кискачи. Приор. 26.07.1995; Опуб. 20.11.1997.

63. Федосеев A.M. Релейная защита электроэнергетических систем. -М.: Энергоатомиздат. 1992. - 528 с.

64. Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита. М.: Издательство Энергоатомиздат. 2007. - 549 с.

65. КоберникЕ.Д. Стопроцентная земляная защита статора генератора на принципе наложения постоянного тока // Электрические станции. 1995. -№ 4.

66. Райк М. Защита от замыканий на землю блоков генератор-трансформатор / В сб.: Релейная защита (Энергетика за рубежом). М.: Госэнергоиздат. 1960. - вып.З.

67. Анохин П.Т. Защита от замыканий на землю и контроль изоляции обмотки статора блочного генератора / Анохин П.Т., Финкель A.A. // Электрические станции. 1973. -№ 7.

68. A.c. 690584 (СССР). Устройство для защиты от замыкания на землю и контроля изоляции электроустановки переменного тока / Волгин М.А., Коберник Е.Д. Опубл. в БИ. 1979. - № 37.

69. Анохин П.Т. К расчету защиты от замыканий на землю блочного генератора, работающего с заземлением нейтрали через дугогасящую катушку / Анохин П.Т., Вайнштейн P.A. // Известия ТПИ. 1972. -т.227.

70. Пат. 2239269 (РФ). Устройство для защиты от замыканий на землю и контроля сопротивления изоляции электроустановки переменного тока / Вайнштейн P.A., Шестакова В.В., Юдин С.М. Опубл. в БИ. 2004. - №30.

71. Устюжанинов E.H. Эксплуатация гидрогенераторов с изношенной изоляцией // Электрические станции. 1976. - № 10.

72. Рабинович P.C. Автоматическая частотная разгрузка энергосистем. -М.: Энергоатомиздат. 1989. - 352 с.

73. Совалов С.А., Семенов В.А. Противоаварийное управление в энергосистемах. М.: Энергоатомиздат. - 1988. - 416 с.

74. Джонсон Д. и др. Справочник по активным фильтрам: Пер. с англ. / Д. Джонсон, Дж. Джонсон, Г. Мур. М.: Энергоатомиздат. - 1983. - 128 с.

75. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем. М.: Мир. - 1982. - 512 с.

76. Понамарев Е.А. Совершенствование защиты от замыканий на землю в обмотке статора гидрогенераторов укрупненного блока: Дис. канд. тех. наук. Томск. - 2010. - 149 с.

77. Пашковский С.Н., Понамарев Е.А. Моделирование процессов в электрических сетях при перемежающихся дуговых замыканиях / Томск, политехи, ун-т. Томск. - 2007. - 20 с. - Деп. в ВИНИТИ 28.09.2007 № 927-В2007.

78. Миронов И.А. Режимы заземления нейтрали в электрических сетях 6-35 кВ // Электрические станции. 2008. - № 4. - С. 61-69.

79. Миронов И.А. Режим заземления нейтрали в сетях 6-35 кВ. Нужно ли отказываться от компенсации емкостного тока замыкания на землю? //

80. Новости электротехники. 2003. - № 6 (24). Электронный ресурс. // URL: http://www.news.elteh.ru/arh/2003/24/05.php (дата обращения: 01.03.2011).

81. A.C. №680098 (СССР) Устройство для автоматической компенсацией емкостного тока замыкания фазы на землю в сетях напряжением 6-35 кВ / Ю.В. Баков, В.А. Клюшкин Опубл. в БИ. - 1986. -№17.

82. Степанчук Д.Н. Всережимный регулятор автоматической настройки дугогасящих катушек в кабельных сетях 6-10 кВ / Степанчук Д.Н., Солдатов В.Ф., Кедров A.A. // Электрические станции. 1978. - №9, - С. 6569.

83. Гумин М.И. Автоматизация компенсации емкостных токов замыкания на землю в электрических сетях. Обзорная информация. М.: Информэнерго. - 1988. - 48 с. - (Серия Электрические сети и системы, вып.5).

84. Гумин М.И. Автоматическое регулирование компенсации емкостного тока замыкания на землю в электрических сетях 6-35 кВ. Обзорная информация. М.: Информэнерго. - 1985. - 28 с. - (Серия Электрические сети и системы, вып.9).

85. Трухан А.П. Автоматический регулятор РАНК для настройки дугогасящих реакторов. Киев: Изд-во АН УССР. - 1974.

86. Михайлов A.M. Автоматическая настройка компенсации емкостных токов замыкания на землю по фазовым характеристикам сети и автоматическое регулирование напряжения смещения нейтрали. Киев: Общество "Знание" УССР. - 1980. - 20 с.

87. A.C. №1030913 (СССР) Способ настройки тока компенсации в электрических сетях и устройство для его осуществления / М.И. Гумин -Опубл. в БИ. 1983. - №27.

88. A.C. №1309176 (СССР) Способ настройки компенсации емкостного тока замыкания на землю в электрических сетях / М.И. Гумин Опубл. в БИ. - 1987.

89. A.C. №1176412 (СССР) Способ настройки тока компенсации в электрической сети и устройство для его осуществления / М.И. Гумин, JI.B. Росман Опубл. в БИ. - 1985. - №32.

90. A.C. №752613 (СССР) Устройство для автоматической настройки дугогасящего реактора с регулируемым воздушным зазором / Гумин М.И., Макаровский С.Н., Кокорев В.А.- Опубл. в БИ. 1980. - №28.

91. A.C. №888267 (СССР) Устройство для автоматической настройки дугогасящего реактора с регулируемым воздушным зазором / Гумин М.И.-Опубл. в БИ. 1981. - №45.

92. A.C. №612328 (СССР) Устройство для экстремальной компенсации емкостных токов утечки с периодической модуляцией индуктивности / Обабков В.К., Меркулов О.Н., Глухов Ю.Г., Целуевский Ю.Н.- Опубл. в БИ. 1978. - №23.

93. A.C. №123233 (СССР) Устройство для определения характера настройки дугогасящего аппарата в компенсированной высоковольтной сети / Розенфельд A.C. Опубл. в БИ. - 1959. - №20.

94. Петров М.И. Система автоматической настройки дугогасящих реакторов с контролем параметров сети / Петров М.И., Ильин В.Ф., Петров Е.М. // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. -2008.-№ 1.-С. 82-88.

95. Козлов В., Ильин В. Дугогасящие реакторы в сетях 6-35 кВ. Реализация метода автоматического управления // Новости электротехники. -№ 2 (50). 2008. Электронный ресурс. // URL: http://www.news.elteh.ru/arh/2008/50/l 1 .php (дата обращения: 01.03.2011).

96. Гиря В.И. Автоматическая настройка компенсации емкостных токов / Гиря В.И., Петров O.A. // Электрические станции. 1977. - №3.

97. Справочник по электрическим установкам высокого напряжения / Под ред. И.А. Баумштейна и М.В. Хомякова. 2-е изд. - М.: Энергоиздат. -1981.-656 с.

98. Инструкция по выбору, установке и эксплуатации дугогасящих катушек / сост. Лихачев Ф.А. М.: Энергия. - 1971. - 104 с.

99. Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. 2-е изд. перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние. - 1988. -304 с.

100. Овчаренко Н.И. Аналоговые и цифровые элементы автоматических устройств энергосистем. М.: Энергоатомиздат. - 1989. -320 с.

101. Назаров В.В. Исследование токов замыкания на землю в сетях 10 кВ с железобетонными опорами / В кн. Режимы нейтрали в электрических системах. Киев.: Наукова думка. 1974. - С. 137-144.

102. Зильберман В.А. Влияние способа заземления нейтрали сети собственных нужд блока 500 МВт на перенапряжения и работу релейнойзащиты / Зильберман В.А., Экштейн И.М., Петрищев М.С., Рождественский Г.Г. // Электричество. 1987. - №12.

103. Беляков H.H. Перенапряжения от заземляющих дуг в сетях с активным сопротивлением в нейтрали // Электричество. 1957. - №5. - С. 31-36.

104. Буткевич Г.В. Дуговые процессы при коммутациях электрических сетей. М.: Высшая школа. 1967. - С. 20-21.

105. Белопольский И.И., Каретникова Е.И., ПикаловаЛ.Г. Расчет трансформаторов и дросселей малой мощности. Энергия. 1973.

106. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов. Изд. 2-е, М.-Л. Госэнергоиздат. 1962. -432 с.

107. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. М.: Энергия. 1970. - 520 с.