Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследования и разработка экспериментального образца системы управления дугогасящим реактором с подмагничиванием с функцией селективного определения поврежденного фидера в сети с компенсированной нейтралью

Докладчик: Хренов Сергей Иванович

Должность: Зав. кафедрой Техники и электрофизики высоких напряжений Института электроэнергетики ФГБОУ ВПО "НИУ "МЭИ"

Цель проекта:
В распределительных сетях напряжением 6–35 кВ с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор (ДГР), после установления факта однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) осуществляется «поиск земли» – поиск поврежденного фидера, который занимает продолжительное время. Этот поиск часто сопровождается кратковременными отключениями потребителей и перенапряжениями, что приводит к риску повреждения других фидеров. На поиск отводится 2 часа – за это время дуговое замыкание с высокой вероятностью переходит в двух- или трехфазное. Эта проблема охватывает практически все распределительные сети, так как принципы действия защит от ОЗЗ в большинстве случаев не удовлетворяют требованиям чувствительности и селективности. Выполнение простых токовых защит от ОЗЗ, реагирующих на установившиеся токи, вызывает затруднения – при полной компенсации емкостного тока отличить поврежденное присоединение от неповрежденных невозможно ни по модулям токов, ни по фазовым сдвигам. Особую опасность дуговые перемежающиеся ОЗЗ, сопровождающиеся значительными перенапряжениями по всей электрически связанной сети, представляют в кабельных сетях собственных нужд электростанций и систем электроснабжения промпредприятий из-за возможности пере-ходов в двойные и многоместные замыкания, сопровождающихся повреждением и отключением от релейной защиты двух и более электродвигателей. Поэтому повышение эффективности защит от этого вида повреждений – актуальная задача. По данным ОАО «МРСК Урала» экономический ущерб от нарушений в работе электрических сетей в результате однофазных замыканий достигает 63% от общего годового экономического ущерба. Аварийный недоотпуск электроэнергии по причине дуговых замыканий составляет в среднем 58% от общего количества недополученной энергии, а параметр потока отказов на 100 км сети составляет в среднем 40% от полного значения. В диссертационной работе С.Н. Трофимовой «Повышение надежности работы воздушных электрических сетей 6-35 кВ путем рационализации режима нейтрали» (Челябинск, 2010 г.) была сделана оценка влияния величины тока ОЗЗ на повреждаемость электротехнического оборудования, и показано, что отключения потребителей по причине ОЗЗ происходят в 84% случаях, в 61% случаях режим ОЗЗ приводит к повреждению электротехнического оборудования, режим само-устраняющегося ОЗЗ составляет 19% случаев, 43% всех повреждений электротехнического оборудования 6-35 кВ сельских электрических сетях и 48% повреждений в городских сетях являются следствием работы сетей в режиме ОЗЗ, в 24% случаев ОЗЗ сопровождаются различными внутренними перенапряжениями. Актуальность проблемы также подтверждается значительным интересом к ней в мировом научном сообществе. Так, на прошедшем в 2013 году крупнейшем международном форуме по распределительным сетям CIRED (InternationalConferenceonElectricityDistribution) проблеме селективного определения поврежденного фидера при ОЗЗ было посвящено более 10 докладов. Будут разработаны новая, не имеющая прямых аналогов в мире, технология и новое оборудование, реализующие инновационные принципы селективного определения поврежденных фидеров и повышающие надежность работы распределительных сетей с компенсированной нейтралью. В основе новизны подхода – совместное использование алгоритмов релейной защиты и системы управления дугогасящим реактором. В мировой практике есть решения, сокращающие длительность развития повреждения в среднем до 5 минут, но они не находят себе применения в сетях по причине высокой стоимости. Сформулированная задача – обеспечить среднее время существования однофазного замыкания не более 1 минуты – должна решаться экономически эффективно на базе быстродействующих отечественных дугогасящих реакторов посредством реализации инновационных алгоритмов в системах управления реакторами.

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе выполнения прикладной научно-исследовательской работы должны быть разработаны алгоритмы и аппаратная реализация селективного определения поврежденного при однофазном замыкании на землю (ОЗЗ) фидера. При этом необходимо:
а) выполнить учет особенностей работы управляемых дугогасящих реакторов при ОЗЗ;
б) учесть особенности режимов ОЗЗ через большие переходные сопротивления;
в) учесть особенности режимов ОЗЗ при перемежающемся характере дугового замыкания.
г) обеспечить безопасность персонала при кратковременнойраскомпенсации.
Работа должна быть ориентирована на сети с установленными в нейтрали управляемыми дугогасящими реакторами.
При выполнении работы должен быть разработан метод технико-экономического обоснования применения системы селективного определения поврежденного фидера. С его помощью должна быть сделана оценка технико-экономической эффективности предлагаемого решения.
В рамках исследования должны быть последовательно решены следующие задачи.
– составление аналитического обзора научных и информационных источников, затрагивающих научно-техническую задачу, исследуемую в рамках ПНИ за период 2009 – 2013 гг.;
– проведение патентных исследований;
– проведение моделирования и разработка на его основе алгоритма работы системы управления реактором, технических требований к управляемому реактору и системе его интеграции в существующие схемы релейной защиты;
– изготовление опытного образца реактора, фильтра нулевой последовательности и системы управления;
– проведение стендовых испытаний, анализ результатов, совершенствование разработанных технических решений;
– экспериментальное подтверждение эффективности предлагаемых технических решений – проведение сетевых испытаний;
– проработка технологических аспектов практической реализации и регламента внедрения предлагаемых технических решений;
– выработка технических требований к проведению последующих НИР и НИОКР.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разрабатываемое оборудование для селективного определения поврежденных присоединений предназначается для установки в электрические сети с компенсированной нейтралью с целью сокращения среднего времени существования однофазных замыканий на землю в распределительных сетях до 1 минуты и исключения поисковых отключений неповрежденных фидеров, приводящих к перенапряжениям и переходу однофазных замыканий в двух- и трехфазные. В мировой практике существуют конкурентные решения, сокращающие длительность развития повреждения в среднем до 5 минут, но они не находят себе применения в сетях по причине высокой стоимости.
Областью применения являются сети 6–35 кВ с компенсированной нейтралью, в частности, сети ОАО "Российские сети" и их сетевых подразделений, сетевые зарубежные компании, коммунальные и промышленные предприятия, имеющие на балансе сети 6-35 кВ.
Ожидаемый научно-технический эффект:
– сокращение средней длительности основного аварийного режима с 2 часов до 1 минуты;
– более чем двукратное снижение аварийности в распределительных сетях;
– снижение технологических потерь и уменьшение недоотпуска электроэнергии;
– многократное сокращение числа кратковременных отключений потребителя;
порождает следующие социально-экономические эффекты от использования продукции, созданной на основе результатов данного исследования:
а) создание принципиально новой продукции (системы управления реактором, реализующей инновационные алгоритмы селективного определения поврежденного фидера);
б) улучшение потребительских свойств существующей продукции (повышение качества электроэнергии и повышения надежности электроснабжения);
в) повышения безопасности эксплуатации электрических сетей (за счет сокращения длительности существования аварийных режимов);
г) повышение уровня автоматизации электрических сетей (поврежденный фидер определяется автоматически, а не вручную).

Текущие результаты проекта:
Выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ.
Выбрано и обосновано направление исследований.
Разработана имитационная модель распределительной сети с реактором и его системой управления.
Разработаны требования к конструкции дугогасящего реактора и фильтра нулевой последовательности 35 кВ.