Регистрация / Вход
Прислать материал

14.577.21.0215

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.577.21.0215
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 комплекса научно-технических решений по автоматической локации однофазных замыканий на землю в распределительных кабельных сетях напряжением 6 -10 кВ.
Докладчик
Шуин Владимир Александрович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цель работы. Разработка комплекса научно-технических решений по автоматической локации однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) в распределительных кабельных сетях напряжением 6–10 кВ, обеспечивающего селективное определение поврежденного присоединения, возможность распознавания опасных и неопасных разновидностей замыканий для выбора эффективного способа действия защиты (сигнал или отключение) и автоматическое дистанционное определение места (зоны) повреждения на кабельных линиях, находящихся под рабочим напряжением, для повышения эксплуатационной надежности контролируемой сети и эффективности существующих методов диагностирования повреждений в силовых кабелях, не имеющего аналогов в России.
Задачи 1 этапа работы:
1 Аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИЭР.
2 Сравнительная оценка вариантов возможных решений исследуемой проблемы с учётом результатов исследований, проводившихся по аналогичной тематике.
3 Обоснование выбора направления, задач и методов исследований.
4 Проведение патентных исследований в соответствии с ГОСТ 15.011-96.
5 Исследования уровней составляющих тока ОЗЗ (емкостной, активной, гармонической) в распределительных кабельных сетях 6–10 кВ и определение условий гашения однофазных дуг в месте замыкания на землю.
6 Сравнительный анализ систем для организации режима заземления нейтрали в распределительных кабельных сетях 6–10 кВ и влияния их особенностей на условия гашения дуги в месте ОЗЗ.
Актуальность и новизна исследования
Через кабельные сети напряжением 6–10 кВ распределяется более половины вырабатываемой в стране электроэнергии. Однофазные замыкания на землю (ОЗЗ) – преобладающий вид повреждений в указанных сетях, часто являющийся первопричиной аварий, сопровождающихся значительным экономическим ущербом. Поэтому надежность электроснабжения потребителей зависит от эффективности функционирования защиты от ОЗЗ. По существующим требованиям (ПУЭ) защита от данного вида повреждения предназначена, как правило, для действия на сигнал только при устойчивых ОЗЗ. Однако в кабельных сетях преобладающей разновидностью ОЗЗ являются дуговые перемежающиеся замыкания (ДПОЗЗ), которые, учитывая сопровождающие их опасные для всей сети перенапряжения, необходимо отключать. Применяемые в настоящее время в кабельных сетях 6-10 кВ защиты от ОЗЗ не позволяют распознавать опасные и неопасные разновидности ОЗЗ. Для повышения эксплуатационной надежности кабельных сетей 6–10 кВ необходимо создать новые устройства защиты от данного вида повреждений, обладающие способностью распознавать опасные и неопасные для сети ОЗЗ и, в зависимости от степени опасности возникшего повреждения, автоматически выбирать способ действия – отключение или сигнал. Таких защит в настоящее время ни в России, ни в других странах не существует.
Новизну работы представляет предложенный комплексный подход к решению проблемы защиты от ОЗЗ, обеспечивающий распознавание всех разновидностей ОЗЗ, автоматический выбор наиболее эффективного способа действия защиты (сигнал или отключение), локацию места повреждения на кабельной линии, находящейся по рабочим напряжением, и реализующие их технические решения.
Описание исследования

На первом этапе работы ИГЭУ и Индустриальным партнером (ООО НПП "ЭКРА") выполнены:

1) аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИЭР, в том числе обзор научных информационных источников: статьи в ведущих зарубежных и российских научных журналах, монографии и патенты); проанализировано более 150 источников;

2) исследования уровней составляющих тока ОЗЗ (емкостной, активной, гармонических) в распределительных кабельных сетях 6–10 кВ для определения условий гашения однофазных дуг в месте замыкания на землю;

3) сравнительный анализ систем для организации режима заземления нейтрали в распределительных кабельных сетях 6–10 кВ и влияния их особенностей на условия гашения дуги в месте ОЗЗ;

4) патентные исследования по теме ПНИЭР в соответствии с ГОСТ 15.011-96; рассмотрены более 1500 патентов за период с 1960 по 2016 гг., из которых для анализа отобрано около 100 технических решений;

5) сравнительная оценка вариантов возможных решений исследуемой проблемы с учётом результатов исследований, проводившихся по аналогичной тематике;

6) обоснование направления, задач и методов дальнейших исследований.

На основе анализа информационных источников показано, что:

1) существующий подход к оценке технического совершенства (селективности и чувствительности) устройств защиты от ОЗЗ, принятый в технической литературе и нормативных документах (ПУЭ и др.), ограничивает возможности создания защит, обеспечивающих не только повышение селективности и чувствительности, но прежде всего эксплуатационной надежности кабельных сетей 6-10 кВ; 

2) понятие селективности защиты от ОЗЗ должно включать не только определение поврежденного присоединения, но и распознавание опасных и неопасных разновидностей замыканий в электрических сетях среднего напряжения для обеспечения возможности действия защиты на данном присоединении как на сигнал, так и на отключение;

3) чувствительность защиты от ОЗЗ должна оцениваться не только при устойчивых ОЗЗ (ПУЭ), но и при ДПОЗЗ;

4) при наиболее опасных для сети ДПОЗЗ защита от ОЗЗ должна выполнять функции не только защиты от повреждений контролируемого присоединения, но и в первую очередь защиты всей электрически связанной сети от перенапряжений;

5) практически все известные технические решения в части защит от ОЗЗ в России направлены на совершенствование отдельных свойств защит, основанных на использовании составляющих промышленной частоты, высших гармоник, электрических величин переходных процессов или "наложенных" токов, а не на решение проблемы повышения эксплуатационной надежности контролируемой сети в целом;

6) в других странах технические решения направлены в основном на совершенствование защит от ОЗЗ, основанных на использовании составляющих промышленной частоты;

7) комплексное решение проблемы защиты от ОЗЗ кабельных сетей 6–10 кВ должно обеспечивать способность защиты не только определять поврежденное присоединение при всех разновидностях ОЗЗ в сетях с любым возможным режимом заземления нейтрали, но также распознавать опасные и неопасные для сети разновидности замыканий, автоматически выбирать наиболее эффективный способ действия при данном виде повреждения и определять зону повреждения на кабельных линиях, находящихся под рабочим напряжением;

8) комплексное решение по п. 7 можно получить только при совместном использовании для каждого из возможных режимов заземления нейтрали контролируемой сети не одной, а нескольких взаимосвязанных и взаимодействующих между собой в измерительной и логических частях функций защиты, основанных на использовании электрических величин как установившегося режима, так и переходного процесса при ОЗЗ, т.е. многофункционального подхода к построению защиты;

9) комплексное многофункциональное устройство может быть реализовано только при использовании цифровой микропроцессорной базы.

Результаты исследования

Результаты исследований отражены в отчете о ПНИЭР, содержащем:

1) аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИЭР;

2) описание исследований уровней составляющих тока ОЗЗ (емкостной, активной, гармонической) в распределительных кабельных сетях 6–10 кВ и определения условий гашения однофазных дуг в месте замыкания на землю.

3) сравнительный анализ систем для организации режима заземления нейтрали в распределительных кабельных сетях 6–10 кВ и влияния их особенностей на условия гашения дуги в месте ОЗЗ;

4) сравнительную оценку вариантов возможных решений исследуемой проблемы с учётом результатов исследований, проводившихся по аналогичной тематике;

5) отчет о патентных исследованиях по ГОСТ 15.011-96;

6) обоснование выбора направления, задач и методов исследований.

На основе аналитического обзора российских и зарубежных информационных источников и патентных исследований по теме ПНИЭР показано, что:

- существующий подход к оценке технического совершенства защиты от ОЗЗ ограничивает возможности достижения конечной цели функционирования защиты - повышения надежности электроснабжения потребителей в распределительных кабельных сетях 6-10 кВ; 

- получившие наиболее широкое применение в России и других странах защиты от ОЗЗ, выполненные на основе только одного принципа (с использованием составляющих промышленной частоты, высших гармоник, электрических величин переходного процесса или "наложенных" токов), не позволяют обеспечить повышение эксплуатационной надежности кабельных сетей 6-10 кВ;

- повышение надежности работы кабельных сетей 6-10 кВ в режимах ОЗЗ может обеспечить применение устройств, обеспечивающих комплексное решение задач автоматической локации  места замыкания на кабельных линиях, находящихся под рабочим напряжением, а именно: селективное определение поврежденного присоединения при всех разновидностях ОЗЗ в сетях с любым режимом заземления нейтрали, распознавание опасных и неопасных для сети видов замыканий, автоматический выбор наиболее эффективного способа действия при данном виде повреждения (сигнал или отключение) и определение зоны повреждения на контролируемой кабельной линии;

комплексное решение проблемы защиты от ОЗЗ в кабельных сетях 6-10 кВ можно получить только на основе многофункционального подхода к построению защиты;

- известные функции защиты от ОЗЗ на отдельных принципах не всегда обеспечивают селективность и требуемую чувствительность, и их необходимо совершенствовать;

- существенное повышение селективности и чувствительности защиты могут обеспечить, на наш взгляд, многопараметрические (многомерные) и адаптивные защиты от ОЗЗ.

На основе сравнительной оценки возможных вариантов решения исследуемой проблемы показано, что известные предложения по выполнению комплексной защиты от ОЗЗ в кабельных сетях 6-10 кВ не обеспечивают требуемое техническое совершенство. Поэтому необходима разработка новых технических решений.

С использованием математических моделей кабельных сетей 6-10 кВ выполнен:

- анализ уровней различных составляющих тока ОЗЗ (емкостной, активной, высших гармонических) и их влияния на условия гашения дуги в месте повреждения; 

- сравнительный анализ систем для организации режима заземления нейтрали и влияния их особенностей на условия гашения дуги в месте ОЗЗ.

Определены направления, задачи и методы дальнейших исследований.

Практическая значимость исследования
Обоснован новый подход к решению проблемы защиты от ОЗЗ в распределительных кабельных сетях 6-10 кВ, обеспечивающий не только селективное определение поврежденного присоединения, но и распознавание опасных и неопасных для сети разновидностей замыканий, возможность выбора наиболее эффективного способа действия защиты (сигнал или отключение), а также определение зоны повреждения на кабельных линиях, находящихся под рабочим напряжением, что позволит уменьшить затраты времени на поиск и ликвидацию места повреждения при ОЗЗ и на этой основе повышение эксплуатационной надежности указанных сетей.
Реализация предлагаемого подхода планируется на базе микропроцессорного терминала релейной защиты и автоматики присоединений 6-35 кВ типа "ЭКРА 217", разрабатываемого Индустриальным партнером ООО НПП "ЭКРА".