Регистрация / Вход
Прислать материал

14.577.21.0096

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.577.21.0096
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ"
Название доклада
Исследования и разработка опытного образца системы управления дугогасящим реактором с подмагничиванием с функцией селективного определения поврежденного фидера в сети с компенсированной нейтралью
Докладчик
Матвеев Даниил Анатольевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цель исследования: разработка системы управления дугогасящими реакторами с подмагничиванием, обеспечивающей селективное отключение поврежденных фидеров в сетях 6 – 35 кВ, радикально сокращающей длительность существования режима однофазного замыкания на землю без последовательных отключений потребителей.
Задача исследования: повышение надежности работы электрических сетей 35 кВ за счет снижения аварийности при однофазных замыканиях на землю.
Актуальность и новизна исследования
АКТУАЛЬНОСТЬ
Дуговые перемежающиеся однофазные замыкания на землю, сопровождающиеся значительными перенапряжениями по всей электрически связанной сети, представляют в распределительных сетях серьезный фактор повышенной аварийности из-за возможности переходов в двойные и многоместные замыкания. 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.
НОВИЗНА
Разработана 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.
Сформулированная задача – обеспечить среднее время существования однофазного замыкания не более 1 минуты – решается экономически эффективно на базе быстродействующих отечественных дугогасящих реакторов посредством реализации инновационных алгоритмов в системах управления реакторами. Впервые также разработана конструкция реактора на класс напряжения 35 кВ, в основу которой вошли результаты исследований, выполненных в рамках проекта на имитационной модели и на экспериментальных образцах.
Описание исследования

Разработано и запатентовано техническое решение по обеспечению автоматической настройки ДГР, управляемого подмагничиванием, с погрешностью (расстройкой компенсации) в пределах 1% первой гармоники тока однофазного замыкания на землю. Техническое решение реализуется следующим образом. В контур нулевой последовательности сети (КНПС) от импульсного источника внедряется импульс тока. Длительность импульса составляет 10–20 мс со скважностью, не меньшей 1 с. Производится регистрация напряжения на сигнальной обмотке ДГР, после чего осуществляется вейвлет-преобразование зарегистрированного сигнала. Определяются амплитуды вейвлет-коэффициентов, при этом коэффициенту с максимальной амплитудой соответствует частота свободных колебаний КНПС. Коэффициент затухания вейвлет-коэффициента, при этом, равен коэффициенту затухания КНПС. Это позволяет определить емкость сети, ожидаемое значение первой гармоники емкостного тока однофазного замыкания на землю и требуемый ток ДГР. Найденное значение требуемого тока реактора сохраняется, и при возникновении в электрической сети однофазного замыкания на землю блок управления реактором форсирует подмагничивание, обеспечивая быстрый выход ДГР на полную компенсацию в соответствии с сохраненной настройкой. 

Решен вопрос о сопоставительном критерии эффективности дугогасящих реакторов в условиях перемежающихся однофазных дуговых замыканий (ОДЗ) на землю. Для этого были проведены эксперименты с физическим моделированием перемежающихся дуговых замыканий на экспериментально-испытательном стенде ОАО «РЭТЗ Энергия». Отличительной особенностью экспериментов являлся учет активных проводимостей сети на землю, которые моделировались с помощью водных резисторов, обеспечивавших изменение активного сопротивления путем их подогрева выдержкой под рабочим напряжением в перерывах между опытами.  

Разработана методика оптимизации магнитной системы управляемых подмагничиванием ДГР, основанная на корректировке характеристики намагничивания магнитопровода по результатам экспериментального определения гармонического состава токов реактора в широком диапазоне регулирования подмагничивания. По результатам обработки экспериментов, проведенных на трехфазном экспериментально-испытательном стенде ОАО «РЭТЗ Энергия», была получена расчетная характеристика намагничивания, обеспечивающая расчет гармонического состава тока реактора с погрешностью, не превышающей 10 %. 

Проведено исследование на экспериментально-испытательном стенде работы экспериментального образца дугогасящего реактора 35 кВ с Системой управления в условиях ОЗЗ через высокие переходные сопротивления и перемежающихся дуговых замыканий на землю. Сделаны выводы о корректной работе реактора в режиме предварительного подмагничивания и о недостаточной стабильности его индуктивности в режиме ОДЗ после погасания дуги, что потребовало внесения конструктивных изменений. Корректировка работы алгоритмов Системы управления и конструкций реактора и фильтра по результатам исследований в условиях ОЗЗ через высокие переходные сопротивления не потребовалась, так как экспериментальные результаты продемонстрировали высокую чувствительность Системы управления реактором и настройки компенсации. Разработан и реализован в опытном образце системы управления новый способ управления подмагничиванием от внешнего источника питания.

По результатам исследований на имитационной модели для алгоритмической селекции поврежденных фидеров в работе было предложено использовать алгоритмы вейвлет-анализа сигналов токов нулевой последовательности на основании вейвлета Mhat. Результаты применения вейвлет-преобразований показали, что в сети доминируют коэффициенты на трех частотах, при этом информативной является только частота собственных колебаний сети. Вейвлет-коэффициенты для поврежденного и неповрежденного фидера строго противоположны друг другу по знаку, что можно использовать как критерий. В ряде случаев сильной разницы между емкостями присоединений (КЛ или ВЛ) коэффициенты оказываются разного порядка по значению. Но при этом хорошо работает метод максимальных амплитуд переходных токов, поэтому оба метода следует использовать в дополнение друг к другу. Предложенный критерий позволяет локализовать поврежденный фидер в течение первого периода собственной частоты колебаний схемы, т.е. быстрее, чем за период промышленной частоты. Вместо амплитуды переходного тока также можно использовать вейвлет-коэффициент; фидер, в котором он максимален, – есть поврежденный фидер.

 

Результаты исследования

1. Разработан и запатентован новый способ настройки компенсации дугогасящих реакторов, управляемых подмагничиванием. Способ может давать погрешность при одновременном выполнении двух условий: в электрической сети имеется несимметрия фазных емкостей, приводящая к смещению нейтрали, измеряемом на сигнальной обмотке ДГР; собственная частота колебаний КНПС близка к промышленной частоте. При этом, в КНПС возникают условия, близкие к резонансным и смещение нейтрали усиливается, что может привести к тому, что максимальный вейвлет-коэффициент будет соответствовать промышленной частоте, при этом затухание у этого коэффициента будет отсутствовать. Поэтому при попадании максимального вейвлет-коэффициента в диапазон частот 35–70 Гц осуществляется управление подмагничиванием ДГР, изменяющее его индуктивность до тех пор, пока частота собственных колебаний КНПС не выйдет за пределы указанного диапазона. При этом, на результат определения ожидаемого емкостного тока не влияют гармоники, так как они принципиально отсутствуют в зависимости максимального вейвлет-коэффициента от времени.

2. Для интерпретации результатов измерений и для обеспечения возможности количественного сопоставления реакторов различных конструкций был предложен энергетический критерий оценки эффективности работы дугогасящих устройств в условиях перемежающихся ОДЗ, заключающийся в оценке средней мощности, выделяющейся в месте дугового замыкания. По результатам измеренных с учетом реальных значений проводимостей сети на землю средних мощностей ОДЗ была установлена целесообразность ограничения допустимой степени расстройки ДГР на уровне 3%.

3. По результатам исследований на экспериментально-испытательном стенде и на имитационной модели разработана новая методика расчета магнитной системы управляемых подмагничиванием дугогасящих реакторов, позволившая обеспечить коэффициент нелинейных искажений тока реактора не более 4%, а для основного участка характеристики намагничивания – не более 1%.

4. По результатам исследований, выполненных на экспериментальных образцах системы управления, дугогасящего реактора и фильтра нулевой последовательности 35 кВ, разработан новый способ управления подмагничиванием от внешнего источника питания.

5. Результаты исследований позволили разработать и испытать опытные образцы дугогасящего реактора и фильтра нулевой последовательности 35 кВ, а также системы управления реактора с функцией определения поврежденного фидера. Эта работа была выполнена в тесном сотрудничестве с Индустриальным Партнером – ОАО «РЭТЗ Энергия» – на его производственной базе.

6. Разработан и усовершенствован с помощью имитационной модели алгоритм определения поврежденного фидера в распределительной сети 35 кВ. Для проверки эффективности алгоритма и полученных технических решений разработана «Программа и методика экспериментальных исследований по селективному определению поврежденных фидеров в сетях с компенсированной нейтралью», в соответствии с которой в настоящее время проводятся исследования и опытная апробация.

Практическая значимость исследования
Разрабатываемое оборудование для селективного определения поврежденных присоединений предназначается для установки в электрические сети с компенсированной нейтралью. Областью применения являются сети 6–35 кВ с компенсированной нейтралью.
Эффекты от внедрения результатов проекта:
– улучшение потребительских свойств существующей продукции (повышение качества электроэнергии и повышения надежности электроснабжения);
– повышения безопасности эксплуатации электрических сетей (за счет сокращения длительности существования аварийных режимов);
– повышение уровня автоматизации электрических сетей (поврежденный фидер определяется автоматически, а не вручную).
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.
Постер

Poster_MPEI.ppt