Регистрация / Вход
Прислать материал

14.574.21.0072

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.574.21.0072
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный энергетический университет имени В.И.Ленина"
Название доклада
Разработка, создание и исследование цифровых трансформаторов напряжения 110 кВ
Докладчик
Лебедев Владимир Дмитриевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цель: создание цифровых трансформаторов напряжения 110 кВ, основанных на фундаментальных физических законах с оптоэлектронным интерфейсом для организации интеллектуальной электро-энергетической системы с активно-адаптивной сетью.
Задачи:
1) Разработка и изготовление первичного преобразователя напряжения.
2) Разработка структуры цифрового трансформатора напряжения.
3) Разработка, конфигурирование и параметрирование устройства цифровой обработки информации и связи с внешними потребителями.
4) Проведение исследовательских испытаний цифрового трансформатора напряжения.
Актуальность и новизна исследования
Традиционные электромагнитные трансформаторы не обеспечивают свой метрологический класс точности при перегрузках по вторичным цепям, имеют электромагнитные наводки на вторичные цепи, вносящие дополнительные погрешности в измерения, являются взрыво- и пожароопасными, имеют недостаточный частотный диапазон измерений, что накладывает некоторое ограничение на развитие систем релейной защиты, автоматики и методов определения мест повреждений, не позволяют выполнять измерения постоянного напряжения, что необходимо для систем высоковольтных линий постоянного тока и не исключают возможности выноса высокого потенциала при аварии с открытого распределительного устройства на щит управления по вторичным цепям. Работа традиционных электромагнитных трансформаторов напряжения во время переходных процессов может приводить к возникновению феррорезонансных явлений, которые, в свою очередь, приводят к неправильной работе электроэнергетического оборудования, выходу его из строя, развитию крупных аварий. Кроме того, они не соответствуют концепции инновационного развития электроэнергетики "Интеллектуальная энергетическая система с активно-адаптивной сетью" (Smart Grid). Ключевым элементом данной системы является цифровая подстанция, построенная на основе цифровой микропроцессорной защиты и автоматики. Применение микропроцессорной элементной базы в обработке и передаче информации на электрических подстанциях открывает возможность использования маломощных делителей напряжения, не применяемых ранее в электроэнергетике. В работе выполнено исследование возможных вариантов маломощных делителей напряжения для цифрового трансформатора и реализован наиболее перспективный.
Описание исследования

Разработка конструкции первичного преобразователя напряжения была выполнена на основе анализа теплового и электромагнитного полей резистивного делителя напряжения на трехмерных математических моделях с распределенными параметрами. Разработанные математические модели были верифицированы на основе экспериментальных исследований изготовленных макетных образцов первичных преобразователей напряжения. Верифицированные математические модели позволили определить оптимальное расположение и параметры (номинальное сопротивление, температурный коэффициент сопротивления, пробивное напряжение и др.) резисторов первичного преобразователя напряжения для достижения высокой точности и надежности работы. Исследовательские испытания разработанного экспериментального образца цифрового трансформатора напряжения подтвердили правильность принятых конструктивных решений. 

Программа и методики исследовательских испытаний разработанного экспериментального образца цифрового трансформатора напряжения включала следующие испытания: 

1. Проверка соответствия реализации протокола передачи данных микропроцессорным устройством ЦТН международному стандарту IEC 61850-9.2LE.

2. Тепловые и высоковольтные испытания первичного преобразователя экспериментального образца ЦТН.

3. Проверка класса точности разработанного экспериментального образца ЦТН при номинальных параметрах первичного напряжения и окружающей среды. Также были выполнены исследования зависимости класса точности от температуры первичного преобразователя ЦТН, влияния соседних токоведущих частей и заземленных металлических конструкций и частоты первичного напряжения.

Результаты исследования

В результате выполнения проекта разработан новый тип высоковольтного оборудования - цифровой трансформатор напряжения 110 кВ. Разработанный экспериментальный образец цифрового трансформатора напряжения 110 кВ на основе резистивного делителя является уникальным, имеет класс точности 0,2, по частотным характеристикам значительно превосходит традиционные электромагнитные и емкостные делители напряжения, позволяет измерять не только переменное, но и постоянное напряжения, имеет низкие массогабаритные показатели (масса экспериментального образца составляет 50 кг, масса традиционного трансформатора НКФ-110 составляет 840 кг), является взрыво- и пожаробезопасным, при его работе не возникает феррорезонансных явлений. Выполненные исследовательские испытания изготовленного экспериментального образца цифрового трансформатора напряжения показали, что он сохраняет класс точности 0,2 при изменении его температуры. Разработанный первичный преобразователь может выполнять измерение напряжения в широком частотном диапазоне, коэффициент ослабления сигнала составляет -1,1dB на частоте 3000 Гц. Возможность измерения постоянного напряжения также позволяет использовать разработанный трансформатор в высоковольтных линиях постоянного тока.

Практическая значимость исследования
Внедрение ЦТН на объекты электроэнергетики обеспечит:
- повышение точности учета электроэнергии в 1,5-2 раза, уменьшение коммерческих потерь электроэнергии за счет исключения аналоговых вторичных цепей, а, соответственно, электромагнитных наводок на вторичные цепи, погрешностей разделительных трансформаторов и погрешностей, возникающих при перегрузках традиционных электромагнитных трансформаторов по вторичным цепям;
- автоматизацию подстанций на основе современных компьютерных технологий с применением современных средств диагностики, мониторинга, учёта и контроля электроэнергии;
- высокую точность измерений в широком спектре частот, включая постоянное напряжение;
- повышение управляемости и надёжности систем автоматики и защиты на современной микропроцессорной основе с использованием новых информационных компьютерных и Интернет-технологий;
- исключение выноса высокого потенциала с места КЗ на щит управления по вторичным цепям.

Социальный эффект, достигаемый при применении ЦТН, обусловлен:
- улучшением показателей качества электроэнергии за счёт того, что ЦТН, измеряя напряжение с высокой точностью и передавая информацию по мгновенным значениям напряжения с помощью цифровых оптоэлектронных технологий, позволит эффективно управлять энергетическими объектами;
- снижением стоимости электроэнергии (косвенного) за счёт уменьшения числа и масштабов аварий, происходящих в электросетевом комплексе, связанных с феррорезонансными явлениями;
- улучшением экологической обстановки за счёт отсутствия масла или элегаза в ЦТН.