Цена доставки диссертации от 500 рублей 

Поиск:

Каталог / ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ / Энергетика / Электростанции и электроэнергетические системы

Исследование и разработка микропроцессорных защит силовых трансформаторов с высшим напряжением 35-110 кВ

Диссертация

Автор: Антонов, Дмитрий Борисович

Заглавие: Исследование и разработка микропроцессорных защит силовых трансформаторов с высшим напряжением 35-110 кВ

Справка об оригинале: Антонов, Дмитрий Борисович. Исследование и разработка микропроцессорных защит силовых трансформаторов с высшим напряжением 35-110 кВ : диссертация ... кандидата технических наук : 05.14.02 Иваново, 2005 174 c. : 61 05-5/2181

Физическое описание: 174 стр.

Выходные данные: Иваново, 2005






Содержание:

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 СТРУКТУРА СИСТЕМЫ МИКРОПРОЦЕС СОРНЫХ ТЕРМИНАЛОВ ЗАЩИТ И АВТОМАТИКИ ПОДСТАНЦИИ СРЕДНЕЙ МОЩНОСТИ
11 Внедрение микропроцессорных устройств в электроэнергетику России
12 Комплекс микропроцессорных терминалов для защиты, автоматики и управления подстанции средней мощности
13 Распределение функций между терминалами основной и резервной защиты силового трансформатора
Выводы
ГЛАВА 2 УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕМ И РЕЗЕРВНЫХ ЗАЩИТ ТРАНСФОРМАТОРА
21 Назначение и основные функции устройства
22 Аппаратная реализация устройства
23 Построение программного обеспечения
231 Система реального времени
232 Распределение функций между процессорами, входящими в систему устройства
24 Способ отстройки от токов нулевой последовательности при использовании устройства на трансформаторе с заземленной нейтралью
Выводы
ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРАХ И В ТРАНСФОРМАТОРАХ ТОКА
31 Переходные процессы, методы их исследования и их влияние на функционирование защит трансформаторов
32 Переходные процессы при коммутациях в цепях однофазных трансформаторов
321 Включение однофазного трансформатора на холостой ход
322 Отключение внешнего КЗ на стороне низкого напряжения
323 Включение трансформатора с витковым КЗ
324 Отключение КЗ на стороне высокого напряжения
325 Подключение второго трансформатора параллельно работающему
33 Переходные процессы при коммутациях в цепях трехфазных трансформаторов
331 Математическая модель трехфазной группы однофазных трансформаторов
332 Математическая модель трехфазного трансформатора
34 Трансформация бросков тока в измерительных трансформаторах тока
Выводы
ГЛАВА 4 ПРИНЦИПЫ, ПОЛОЖЕННЫЕ В ОСНОВУ РАЗРАБОТКИ МОДУЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРА
41 Принципы, реализованные в терминалах «Сириус-Т» и «Сириус-ТЗ»
42 Сборка токовых цепей дифференциальной защиты трансформатора
421 Особенности сборки обмоток силового трансформатора и варианты подключения измерительных трансформаторов тока
422 Формирование токовых цепей дифференциальных защит двухобмоточных трансформаторов
423 Формирование токовых цепей дифференциальных защит трехобмоточных трансформаторов
43 Выделение первой и второй гармоник из токов в цепях дифференциальной защиты
44 Коррекция погрешности, вносимой изменением положения устройства РПН силового трансформатора
45 Блокировка по 2-й гармонике дифференциального тока при БНТ Метод ликвидации замедления действия чувствительной ступени ДЗТ при насыщении трансформаторов тока апериодической составляющей тока КЗ
451 Анализ возможных вариантов блокировки по 2-й гармонике
452 Анализ способов выявления БТН
4521 Время-импульсный метод по типу реле ДЗТ
4522 Сравнение амплитуд положительных и отрицательных полуволн
4523 Сравнение средних значений токов за положительную и отрицательную полуволны
4524 Раздельный счет содержания второй гармоники для положительной и отрицательной полуволн
453 Метод различия БНТ и КЗ с насыщением ТТ основанный на контроле тенденции изменения первой гармоники тока
46 Принятые варианты торможения от сквозных токов Тормозные характеристики дифференциальных защит двух- и трехобмоточных трансформаторов
461 Тормозной ток и тормозная характеристика дифференциальной защиты двухобмоточного трансформатора
462 Формирование тормозного тока в дифференциальной защите трехобмоточного трансформатора
47 Методика выбора уставок микропроцессорной дифференциальной защиты трансформатора
471 Рекомендации по выбору уставок для защиты двухобмоточного трансформатора типа «Сириус-Т»
4711 Общие уставки
4712 Дифференциальная отсечка
4713 Чувствительная ступень дифференциальной защиты
472 Рекомендации по выбору уставок для защиты трехобмоточного трансформатора типа «Сириус-ТЗ»
4721 Общие уставки
4722 Дифференциальная отсечка
4723 Чувствительная ступень дифференциальной защиты
Выводы

Введение:
Силовой трансформатор является одним из важнейших элементов электрической сети любого класса напряжения. Передача электроэнергии на большие расстояния от места производства до места потребления требует в современных сетях не менее чем пяти-, шестикратной трансформации в повышающих и понижающих трансформаторах [7]. Необходимо отметить, что по мере удаления от электростанции снижается класс напряжения и единичная мощность трансформаторов. Одновременно увеличивается число используемых в распределительных сетях трансформаторов. Поэтому основная часть силовых трансформаторов - понижающие трансформаторы с высшим напряжением 110 и 35 кВ. Релейная защита, установленная на этих трансформаторах, имеет самый низкий процент правильной работы среди элементов сети. По данным, например, за период 2000-2003 гг. - средний процент правильной работы релейной защиты трансформаторов и автотрансформаторов составил 89,5 %, в то время как тот же показатель для всей массы устройств релейной защиты равен 99,52% [39,49].
В настоящее время на подавляющем большинстве трансформаторов основная защита выполняется с применением дифференциальных токовых реле серии РНТ-560, ДЗТ-10 и ДЗТ-20. Статистика показывает, что данные реле имеют низкий процент правильной работы: РНТ-560 — 92,2 %; ДЗТ-10 -88,4 %; ДЗТ-20 - 59,2% [39, 50].
Самый низкий процент правильной работы у реле серии ДЗТ-20. Плохие показатели работы данного реле можно объяснить в первую очередь сложностью настройки. Как показывают данные, в целом по защитам доля виновности эксплуатационного персонала составляет 64,6% [40]. К еще одной причине неверной работы защиты можно отнести несоблюдение электромагнитной совместимости (ЭМС). Реле ДЗТ-21 создано на микроэлектронной элементной базе, а, следовательно, подвержено воздействию электромагнитных импульсов. На момент разработки реле не уделялось должное внимание этой проблеме. В документации на реле ДЗТ-21 отсутствуют сведения о какой-либо проверке реле на ЭМС [41].
Реле серии РНТ-560 и ДЗТ-10 морально устарели. Они не позволяют получить первичный ток срабатывания защиты ниже (1,3-1 >5) от номинального тока защищаемого трансформатора, что, в частности, не обеспечивает работу защиты при витковых КЗ в трансформаторе. Техническое несовершенство наших защит особенно заметно на фоне современных микропроцессорных защит зарубежных фирм, позволяющих иметь уставки (0,1-0,3) от номинального тока. Однако следует отметить как дороговизну иностранных микропроцессорных защит, так и плохую их адаптацию к условиям электроэнергетики России.
Учитывая изложенное, актуальной становиться проблема создания комплекса защит, отвечающего современным требованиям.
Последние годы основным направлением в стратегии развития и технического перевооружения релейной защиты и автоматики объектов электроэнергетики является внедрение и освоение микропроцессорных устройств. Использование микропроцессорной техники дает ряд существенных преимуществ: многофункциональность (сочетание в устройстве функций защиты, автоматики, сигнализации, а также регистраторов); меньшие габариты по сравнению с электромеханическими или микроэлектронными устройствами; широкая система самодиагностики, позволяющая быстро выявлять неисправности микропроцессорного терминала; низкое потребление мощности по цепям постоянного и переменного тока, переменного напряжения; высокопроизводительные процессоры, используемые в терминалах, позволяют реализовать сложные алгоритмы и новые функции, которые трудно или даже невозможно осуществить на базе традиционных устройств; удобство наладки и эксплуатации микропроцессорных терминалов, что обеспечивает снижение трудозатрат на обслуживание систем РЗА;
• порт связи с внешними цифровыми устройствами позволяет терминалам выполнять функции низкого уровня в автоматизированных системах типа SCADA, а также взять на себя ряд дополнительных функций: осцилло-графирование электрических величин в аварийном режиме, регистрацию последовательности функционирования устройств системы РЗА и т.д.
Использование микропроцессорной техники позволит повысить эффективность функционирования релейной защиты трансформаторов. А это в свою очередь обеспечивает экономических эффект по следующим составляющим:
• уменьшение затрат на ремонт благодаря ограничению объема разрушения защищаемого трансформатора в пределах одной-двух катушек;
• уменьшение ущерба за счет сокращения времени ремонта трансформатора.
Цель работы заключается в повышении эффективности функционирования релейной защиты трансформаторов средней мощности 10-60 MB А класса напряжения 35-110 кВ путем разработки и создания современного отечественного микропроцессорного комплекса защит.
Работа выполнена на кафедре «АУЭС» ИГЭУ и в научно-исследовательской лаборатории ЗАО «РАДИУС Автоматика», г. Зеленоград.
Основные задачи исследования. Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие задачи:
1. Исследование и разработка структуры микропроцессорного комплекса защит, автоматики и сигнализации силового трансформатора.
2. Разработка математических моделей для расчета электромагнитных переходных процессов при коммутациях в цепях силового трансформатора ориентированных на использование современных систем моделирования.
3. Анализ существующих и выбор наиболее эффективных принципов выполнения дифзащиты трансформаторов.
4. Исследование и разработка способов ликвидации замедления действия чувствительной ступени дифференциальной защиты при насыщении трансформаторов тока апериодической составляющей тока КЗ.
5. Разработка способа уменьшения составляющей тока небаланса в дифференциальной цепи, обусловленной изменением положения устройства регулирования под нагрузкой (РПН) силового трансформатора.
6. Исследование возможности и разработка способа компенсации неравенства вторичных токов в плечах дифзащиты и фазового сдвига в трансформаторе цифровым способом внутри микропроцессорного устройства дифференциальной защиты.
7. Выбор целесообразной формы тормозной характеристики и способа формирования тормозного тока для защит двухобмоточных и трехобмоточ-ных трансформаторов.
8. Уточнение методик выбора параметров и уставок микропроцессорных дифференциальных защит трансформаторов.
Основные методы научных исследований. Для решения поставленных задач использовались: современные методы математического и физического моделирования, теория электромагнитных переходных процессов в электрических цепях, элементы теоретических основ электротехники (ТОЭ).
Научная новизна:
1. Разработаны математические модели, обеспечивающие проведение анализа переходных процессов при коммутациях в цепях трехфазной группы однофазных и трехфазных трансформаторов.
2. Разработан способ ликвидации замедления действия чувствительной ступени дифференциальной защиты при насыщении трансформаторов тока апериодической составляющей тока короткого замыкания, основывающийся на качественном критерии различия броска тока намагничивания и короткого замыкания.
3. Предложен способ уменьшения погрешности, вносимой изменением положения устройства регулирования напряжения под нагрузкой силового трансформатора, основанный на контроле коэффициента трансформации тока нагрузки.
4. Получены результаты, показывающие, что для обеспечения устойчивого функционирования дифференциальной защиты с торможением по 2-й гармонике в условиях отклонения частоты в энергосистеме от 50 Гц для выделения второй гармоники следует применять специальные фильтры с усиленным подавлением частот, близких к 50 Гц.
Достоверность результатов, полученных в диссертационной работе, подтверждается проверкой адекватности разработанных математических моделей, сопоставлением результатов моделирования и реальных электромагнитных переходных процессов, а также положительным опытом эксплуатации в энергосистемах России разработанных микропроцессорных терминалов защит и автоматики силовых трансформаторов.
Практическая ценность:
1. Разработана структура микропроцессорных защит и устройств автоматики силового трансформатора для двухтрансформаторной подстанции средней мощности напряжением 35-110 кВ.
2. Разработано программное обеспечение (ПО) микропроцессорных терминалов: управления высоковольтным выключателем и резервных защит трансформатора «Сириус-УВ», дифференциальной защиты двух- и трехоб-моточных трансформаторов «Сириус-Т» и «Сириус-ТЗ».
3. В разработанном ПО реализованы: алгоритмы цифровой фильтрации первой и второй гармоник тока в цепи дифференциальной защиты с торможением по 2-й гармонике, обеспечивающие правильное функционирование защиты при незначительных отклонениях частоты в системе от 50 Гц; способ цифровой сборки токовых цепей дифференциальной защиты трансформатора, выравнивания вторичных токов и компенсации фазового сдвига в трансформаторе.
4. Уточнена методика выбора уставок микропроцессорной дифференциальной защиты двух- и трехобмоточного трансформатора и разработана методика выбора параметров внутренней цифровой сборки токовых цепей дифференциальной защиты трансформатора.
Реализация результатов работы. Результаты выполненных исследований и разработок использованы автором при создании устройств микропроцессорных защит «Сириус-УВ», «Сириус-Т» и «Сириус-ТЗ». Данные терминалы выпускаются серийно на предприятии ЗАО «РАДИУС Автоматика» с 2004 г.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Структура микропроцессорного комплекса защит, автоматики и сигнализации силовых трансформаторов средней мощности напряжением 35110 кВ. Распределение функций между терминалами, входящими в состав комплекса.
2. Математические модели для анализа переходных процессов при коммутациях в цепях трехфазной группы однофазных и трехфазных трансформаторов.
3. Методика выбора параметров внутренней цифровой сборки токовых цепей дифференциальной защиты трансформатора.
4. Способ уменьшения погрешности, вносимой изменением положения устройства регулирования под нагрузкой силового трансформатора, использующий для действия контроль коэффициента трансформации тока нагрузки.
5. Использование специального фильтра выделения второй гармоники для обеспечения устойчивого функционирования дифференциальной защиты с торможением по 2-й гармонике в условиях отклонения частоты в энергосистеме от 50 Гц.
6. Способ ликвидации замедления действия чувствительной ступени дифференциальной защиты при насыщении трансформаторов тока апериодической составляющей тока КЗ.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научных семинарах и заседаниях кафедры АУЭС ИГЭУ, Иваново, 20032004 гг., на научно-технической конференции «ЛЭП-2003», а также на XXVI сессии семинара «Кибернетика электрических систем» ЮРГТУ (НПИ), 2004 г.
Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано и подготовлено к печати ряд печатных работ:
1. Антонов Д.Б., Аржанников Е.А., Марков М.Г. Исследование электромагнитных переходных процессов в сетях с однофазными силовыми трансформаторами // Вестник ИГЭУ. Вып.2., 2004- с. 122-130.
2. Антонов Д.Б., Аржанников Е.А. Дифференциальная защита трех-обмоточного трансформатора «Сириус-ТЗ» // Новости электротехники № 1 (25), 2004 г.-с. 63.
3. Антонов Д.Б., Аржанников Е.А., Лукоянов В.Ю. Состав и структура комплекса защит трансформатора на базе микропроцессорных терминалов //Повышение эффективности работы энергосистем: Тр. ИГЭУ. Вып. 6 /Под ред. В.А. Шуина., А.В. Мошкарина, М.Ш. Мисриханова.-М.: Энерго-атомиздат, 2003 - с.373-378.
4. Антонов Д.Б., Аржанников Е.А., Лукоянов В.Ю. Сборка токовых цепей дифференциальной защиты двухобмоточного трансформатора //Повышение эффективности работы энергосистем: Тр. ИГЭУ. Вып. 6 /Под ред. В.А. Шуина, А.В. Мошкарина, М.Ш. Мисриханова.-М.: Энергоатомиз-дат, 2003 - с.378-386.
5. Антонов Д.Б. Коррекция погрешности, вносимой в дифференциальную цепь защиты изменением положения устройства РПН силового трансформатора //XI международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Тез. докладов.-М., 2005 - с. 347-348.
6. Антонов Д.Б., Аржанников Е.А. Современная микропроцессорная защита силовых трансформаторов //Энергетика и промышленность России № 12(52), 2004 г.-с.9.
7. Антонов Д.Б., Аржанников Е.А., Марков М.Г. Исследование электромагнитных переходных процессов в сетях с трехфазными трансформаторами //Повышение эффективности работы энергосистем: Тр. ИГЭУ. Вып. 6 /Под ред. В.А. Шуина, А.В. Мошкарина, М.Ш. Мисриханова-М.: Энерго-атомиздат, 2003 - с.185-192.
8. Аржанников Е.А., Антонов Д.Б., Аржанникова А.Е. Формирование токовых цепей дифференциальных защит трансформаторов, выполненных на основе микропроцессорных терминалов. //Повышение эффективности работы энергосистем: Тр. ИГЭУ. Вып. 6 /Под ред. В.А. Шуина, Мошкарина А.В., М.Ш. Мисриханова.- М.: Энергоатомиздат, 2003 - с.367-373.
9. Аганичев К.С., Антонов Д.Б., Лукоянов В.Ю. Принципы организации логической защиты шин на микропроцессорных терминалах. //Повышение эффективности работы энергосистем: Тр. ИГЭУ. Вып. 6 /Под ред. В.А. Шуина, А.В. Мошкарина, М.Ш. Мисриханова-М.: Энергоатомиздат, 2004 - с.386-395.
10. Аржанников Е.А., Антонов Д.Б. Цифровая сборка токовых цепей дифференциальной защиты трансформаторов //Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки.— 2005 - Приложение № 1.- с. 40-45.
11. Антонов Д.Б., Аржанников Е.А., Марков М.Г. Моделирование бросков тока намагничивания в силовых трехфазных трансформаторах //Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки - 2005 - Приложение № 1- с. 45-48.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 80 наименования. Основной текст раскрыт на 142 стр. Содержится 68 иллюстраций.