Повышение эффективности токовых защит подстанций 110-35/10 кв сельскохозяйственного назначения

На правах рукописи

БАЙНИЯЗОВ БАХТЫБЕК АСКЕРОВИЧ

Повышение эффективности токовых защит подстанций

110-35/10 кВ сельскохозяйственного назначения

05.20.02 - Электротехнологии и электрооборудование

в сельском хозяйстве

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Республика Казахстан Алматы, 2006

Работа вы полнена на каф едре «Э лектроснабж ения» К азахского г о с у д а р с т в е н н о г о а г р о т е х н и ч е с к о г о у н и в е р с и т е т а и м. С.С е й ф у л л и н а.

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Анисимов Ю. В.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Буторин В. А.

кандидат технических наук, доцент Матаев У. М.

Ведущая организация: Павлодарский государственный университет им. С.Торайгырова

Защита диссертации состоится « 26 » января 2007 года в 10°° часов на заседании объединенного диссертационного совета ОД 53.09.03 по присуждению ученой степени доктора и кандидата наук при РГП «Научно производственный центр механизации сельского хозяйства», по адресу:

050005, Республика Казахстан, г. Алматы, пр. Райымбека,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГП «Научно производственный центр механизации сельского хозяйства»

Автореферат диссертации разослан « 25 » декабря 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета L /.1 1 7 р.А. Омаров В ведение Актуальность темы. Подстанции 110-35/10 кВ являются важными элементами систем электроснабжения, от функционирования которых зависит надежность и качество передаваемой электроэнергии.

В зонах Центрального и Северного Казахстана они питают в основном сельские населенные пункты и производственные объекты агропромышленного комплекса (АПК).

В свете принятой программы «Годы аула 2003-2005 гг» и на перспективу предусматривается значительно увеличить производство и наладить качественную переработку сельскохозяйственной продукции АПК, а также повысить жизненный уровень сельчан. Для выполнения этих задач необходимо обеспечить сельские районы надежным электроснабжением и\ важную роль в этом должны играть подстанции 110-35/10 кВ.

Как известно, в процессе эксплуатации подстанций на них возникают различные виды коротких замыканий, которые должны устраняться действием релейной защиты. Для исключения опасных последствий коротких замыканий, существенно влияющих на работу трансформатора и оборудования подстанции, ее поврежденный элемент должен быть селективно и быстро отключен.

Существующие защиты подстанций не в полной мере отвечают этим требованиям.

Быстродействие и абсолютная селективность обеспечивается только токовой отсечкой и дифференциальной защитой, которые согласно ПУЭ устанавливаются для защиты трансформаторов начиная с 2500 кВА. Однако, имея ограниченную зону действия, они не защищают трансформатор от внешних коротких замыканий и не обеспечивают резервирования действия предыдущих защит (защиты шин и отходящих линий 10 кВ).

Максимальная токовая защита, получившая широкое применение на сельских трансформаторных подстанциях 110-35/10 кВ в качестве основной или резервной защиты не в полной мере устраняет указанные недостатки и практически не решает проблему быстродействия, так как согласно существующему ступенчатому принципу согласования происходит накопление времени действия максимальных токовых защит подстанции по направлению к вводу высокого напряжения трансформатора. В результате выдержка времени защит подстанции, начиная с отходящих линий 10 кВ, возрастает на вводе высокого напряжения до трех и более секунд.

Большая выдержка времени защит подстанции приводит также к увеличению времени действия защит, установленных на их питающих линиях, что, в конечном счете, может сказаться на динамической стойкости системы электроснабжения в целом.

На практике, для снижения выдержек времени максимальных токовых защит подстанции уменьшают ступень селективности, однако это приводит к неселективному действию и как следствие к перерывам электроснабжения з потребителей, что в большой степени характерно для подстанций 35/10 кВ которых в системах электроснабжения более 90%.

Анализ работы токовых защит, применяемых на подстанциях 110-35/ кВ сельскохозяйственного назначения, показал, что основными причинами неселективной работы и их отказов являются малая ступень селективности, неисправности приводов выключателей и их электромагнитов отключения, а также отказы электромеханических реле, на основе которых выполнены в настоящее время данные зашиты.

Таким образом, существующие максимальные токовые защиты подстанций 110-35/10 кВ не достаточно эффективны, так как не в полной мере отвечают требованиям быстродействия, селективности и надежности.

В настоящее время для решения данной проблемы требуются новые подходы, которые заключаются в разработке новых способов и средств защиты сельских распределительных сетей, отвечающих современным требованиям.

В связи с этим весьма актуальными, требующими проведения исследований, являются вопросы снижения выдержек времени, обеспечения селективности и повышения надежности действия максимальных токовых защит подстанций 110-35/10 кВ сельскохозяйственного назначения.

Цель работы. Разработать на основе нового способа устройство защиты подстанций 110-35/10 кВ сельскохозяйственного назначения, обладающее высокой надежностью, позволяющее селективно без выдержки времени отключать ее поврежденный элемент независимо от места короткого замыкания, способного осуществлять резервирование при отказах приводов выключателей.

Указанная цель определила следующиеосновные задачи диссертационной работы:

1. Исследовать селективность, быстродействие и надежность существующих защит подстанций 110-35/10 кВ сельскохозяйственного назначения.

2. Провести анализ параметра электрической сети (тока) для определения возможности использования его в качестве диагностического признака распознавания ситуаций, предшествующих действию защиты.

3. Разработать способ и алгоритм защиты без выдержки времени подстанций 110-35/10 кВ сельскохозяйственного назначения.

4. Разработать устройство защиты подстанции.

5. Провести анализ и оценку надежности действия защиты подстанции.

6. Произвести расчет экономической эффективности применения разработанной защиты подстанции.

Объект исследования.

Подстанции 110-35/10 кВ, осуществляющие электроснабжение сельскохозяйственных потребителей.

Предмет исследования.

Селективность, быстродействие, надежность и чувствительность токовых защит подстанций 110-35/10 кВ сельскохозяйственного назначения.

Методика выполнения работы. В процессе выполнения исследования применены анализ и научно-техническое обобщение литературных источников по исходным посылкам исследований, использовались статистические методы обработки данных, фундаментальные положения теории релейной защиты и оптимизации автоматических устройств, физическое моделирование и численные методы.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

- результаты исследований быстродействия, селективности и надежности существующих способов и защит подстанций 110-35/ кВ сельскохозяйственного назначения;

- способ защиты без выдержки времени подстанций 110-35/10 кВ сельскохозяйственного назначения позволяет осуществить селективную защиту, обеспечивает резервирование действия защиты при отказах приводов выключателей;

- разработанное устройство защиты без выдержки времени подстанции, отвечает современным требованиям, предъявляемым к защитам подстанций 110-35/10 кВ.

- методика и результаты оценки надежности и эффективности применения защиты без выдержки времени на подстанциях ПО 35/10 кВ сельскохозяйственного назначения.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций диссертационной работы подтверждается результатами проведенных анализов и соответствующих расчетов.

Научная новизна работы:

- получены результаты исследований быстродействия и селективности, устройств и способов, а также причин отказов и ложных срабатываний существующих токовых защит сельских трансформаторных подстанций 110-35/10 кВ.

- разработан диагностический способ защиты без выдержки времени подстанций 110-35/10 кВ сельскохозяйственного назначения, основанный на контроле количества одновременно возникающих бросков тока короткого замыкания на защищаемых элементах.

- на основании проведенного структурного синтеза и минимизации внутренних состояний релейного устройства получены структурные формулы и значения промежуточных и исполнительных элементов предлагаемого устройства.

- на основе известных методических подходов предложена инженерная методика оценки технико-экономической эффективности защиты подстанции, учитывающая ее особенности надежности работы в сочетании с приводом выключателя.