CC BY
69
Э Н Е Р Г Е Т И К А
УДК 621.316.925
ИССЛЕДОВАНИЕ АДАПТИВНОЙ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ 6-35 кВ
Докт. техн. наук, проф. РОМАНЮК Ф. А., канд. техн. наук, доц. ТИШЕЧКИН А. А., инж. КОВАЛЕВСКИЙ А. В.
Белорусский национальный технический университет
В настоящее время вновь вводимые объекты энергосистемы Беларуси комплектуются современными микропроцессорными средствами защиты энергетического оборудования. Показатели технического совершенства современных микропроцессорных защит значительно выше микроэлектронных, а тем более -электромеханических. Так, мощность, потребляемая от измерительных трансформаторов тока и напряжения, находится на уровне 0,1-0,5 ВА, аппаратная погрешность - в пределах 2-5 %, коэффициент возврата измерительных органов составляет 0,96-0,97.
На рис. 1 приведена упрощенная структурная схема исследуемой адаптивной токовой микропроцессорной защиты линий 6-35 кВ от междуфазных коротких замыканий. Входные преобразователи токов ВПТ1, ВПТ2, ВПТ3, ВПТ4 преобразуют вторичные токи с выхода трансформаторов тока (ТТ) в пропорциональные напряжения и выполняют также функцию гальванического разделения
цепей контролируемых сигналов и устройства. Для построения ВПТ наиболее эффективно использование промежуточных трансформаторов тока с теми же техническими решениями, которые применяются в защитах на микроэлектронной элементной базе [1]. Целесообразность этого подтверждена длительным опытом эксплуатации таких устройств.
Далее сигналы подвергаются частотной фильтрации в аналоговых фильтрах нижних частот ФНЧ1, ФНЧ2, ФНЧ3, ФНЧ4, после чего подаются на вход аналогового мультиплексора (АМ). В настоящее время разработаны различные схемы активных частотных фильтров ФНЧ, из большого числа которых наиболее приемлемыми для использования в защитах являются активные частотные фильтры второго порядка, содержащие два ЯС-звена. Такой выбор обусловлен тем, что для обеспечения правильной работы защиты требуется, чтобы переходные процессы в фильтрах не вызывали заметных задержек в срабатывании, и тем, что в микро-
Рис. 1. Упрощенная структурная схема адаптивной токовой микропроцессорной защиты линий 6-35 кВ
от междуфазных коротких замыканий
процессорной защите значительная часть обработки сигнала осуществляется цифровой частью. Поэтому требования к аналоговым ФНЧ умеренные, что соответствует, в частности, относительно низкой добротности полюсов. Кроме того, исследования показывают, что в активных фильтрах второго порядка, содержащих два RC-звена, наиболее просто достигается приемлемый характер переходного процесса [2].
Все ВПТ, ФНЧ и АМ представляют собой аналоговую часть защиты.
В аналого-цифровом преобразователе (АЦП) осуществляется преобразование мгновенного значения входного сигнала в пропорциональное ему цифровое значение. Преобразования выполняются с заданной периодичностью. В последующем в микроконтроллерной системе (МКС) по этим выборкам из входных сигналов рассчитываются действующие значения контролируемых сигналов.
На входе в МКС сигналы проходят обработку цифровым фильтром (ЦФ), после чего поступают на вход максиселектора (MAX) и миниселектора (MIN). Сигналы с выхода MAX поступают на измерительные органы ИО1, ИО2, ИО3, в которых заданы уставки соответственно токовой отсечки (ТО), ТО с выдержкой времени (ТОВ), максимальной токовой защиты (МТЗ). При срабатывании любого из ИО происходит воздействие на исполнительный элемент (ИЭ)
Д1 1 max 1 min (1)
_ I
max
Оба сигнала с выхода MAX и MIN поступают на вход элемента AI, в котором по формуле (1) определяется текущее значение несим-метрии AI токов фаз, а затем в пороговом элементе (ПЭ) сравнивается с уставкой А1з. В нормальном режиме, при симметричной перегрузке, самозапуске электродвигательной нагрузки и также при трехфазных КЗ AI < А1з, сигнал на выходе порогового ПЭ отсутствует. ИО защиты работают с изначально заданными уставками.
При несимметричных междуфазных КЗ, к которым ступенчатые токовые защиты имеют пониженную чувствительность, AI > А1з, и на выходе ПЭ появляется сигнал, воздействующий
на блок задания уставок (БЗУ), который в свою очередь воздействует на ИО ступеней защиты таким образом, что значения уставок ступеней уменьшаются, за счет чего повышается чувствительность защиты [3].
На рис. 2 приведены зависимости вторичных токов ТТ \а, 4, гС и относительных значений их синусных и косинусных составляющих, выделенных на выходе цифрового фильтра (ЦФ), от времени при двухфазном коротком замыкании (КЗ) между фазами В и С в начале защищаемой линии.
a
б
в
Рис. 2. Зависимости от времени: а - вторичных токов; б - синусной составляющей; в - косинусной составляющей при двухфазном КЗ в начале защищаемой линии
В начале переходного процесса из-за насыщения ТТ происходят искажение формы токов поврежденных фаз и уменьшение их величин. На рис. 2а искажения выражены неявно, так как 4, ic отражены в виде токов, воспринимаемых защитой с учетом дискретности измерения мгновенных значений. По мере затухания переходного процесса погрешности ТТ уменьшаются, а токи поврежденных фаз возрастают. После аналоговой и цифровой фильтраций (на выходе цифрового фильтра) (рис. 2б, в) формы токов ibs, ics, ibc, icc приближаются к синусоидальным и увеличиваются медленнее, чем токи ib, ic, что обусловлено инерционностью ФОС. Это также является причиной непродолжительного существования токов ibs, ics, ibc, icc после отключения КЗ.
На рис. 3 показаны кривые изменения относительных действующих значений токов поврежденных фаз 1В и 1С, тока на выходе макси-селектора 1М, моменты срабатывания и возврата ТО, ТОВ, МТЗ в виде признаков SR1, SR2, SR3 соответственно. Каждая из ступеней проверялась независимо с выдержкой времени, равной нулю. Во время эксперимента с одной из них две другие были заблокированы. Отношение тока КЗ к току уставки для ТО, ТОВ и МТЗ соответственно составляли 4; 6 и 20, время срабатывания - соответственно 0,0353; 0,0287; 0,0265. Более высокое быстродействие третьей и второй ступеней по отношению к первой объясняется большими кратностями токов КЗ по отношению к уставкам.
На рис. 4, 5 приведены графики, аналогичные графикам на рис. 2, 3, для режима трехфазного КЗ в начале защищаемой линии.
В этом случае момент КЗ задан таким образом, что максимальная апериодическая составляющая наблюдается в токе ia. Под действием апериодических составляющих разной величины ТТ имеют различные погрешности.
По этой причине в начальной стадии переходного процесса относительные действующие значения токов поврежденных фаз 1А, 1В и 1С различны по величине, вследствие чего появляется ток I0. По мере затухания переходного процесса снижается погрешность ТТ и соответственно снижается значение I0. В момент лик-
видации КЗ из-за разновременности отключения токов повреждения в разных фазах наблюдается повторный всплеск 10. Следует отметить, что ток 10 не оказывает какого-либо влияния на поведение защиты. Время срабатывания ступеней защиты не изменилось по сравнению с двухфазным КЗ.
а
t, с
б
t, с
в
t, с
Рис. 3. Изменение относительных действующих значений токов поврежденных фаз и тока на выходе максиселекто-ра, моменты срабатывания и возврата ступеней защиты при двухфазном КЗ в начале защищаемой линии
а
б
в
Рис. 4. Зависимости от времени: а - вторичных токов; б -синусной составляющей; в - косинусной составляющей при трехфазном КЗ в начале защищаемой линии
В Ы В О Д
Проводилась проверка защиты в различных режимах коротких замыканий и разных точках защищаемой сети с учетом времени срабатывания ТОВ и МТЗ. Во всех режимах защита вела себя корректно, селективно отключая короткие замыкания с заданным временем срабатывания. Благодаря использованию принципа адаптивности чувствительность защиты увеличилась в
а
t, с
б
t, с
в
^ с
Рис. 5. Изменение относительных действующих значений токов поврежденных фаз и тока на выходе максиселекто-ра, моменты срабатывания и возврата ступеней защиты при трехфазном КЗ в начале защищаемой линии
1,15-1,2 раза, что позволяет в некоторых случаях снять ограничения по применению данного вида защиты. Из этого можно сделать вывод о том, что выбранный алгоритм работы удовлетворяет требованиям, предъявляемым к релейной защите, и может быть использован на практике в современных микропроцессорных терминалах в качестве токовой защиты от междуфазных коротких замыканий линий 6-10 кВ.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Гельфанд, Я. С. Релейная защита распределительных сетей / Я. С. Гельфанд. - 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Энергоатомиздат, 1987. - 368 с.
2. Линт, Г. Э. Серийные реле защиты, выполненные на интегральных микросхемах / Г. Э. Линт. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 112 с.
3. Романюк, Ф. А. Принципы выполнения адаптивной микропроцессорной токовой защиты от междуфазных коротких замыканий / Ф. А. Романюк, А. А. Тишечкин, А. В. Ковалевский // Энергетика... (Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ). - 2005. - № 2. -С. 11-14.
Поступила 5.05.2007
УДК 629.114.2
ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПЕРСПЕКТИВНЫХ УБОРОЧНЫХ МАШИН ФРЕЗЕРНОГО ТОРФА
Инж. БАСАЛАЙГ. А.
Белорусский национальный технический университет
Ежегодные объемы добычи фрезерного торфа для брикетирования в Республике Беларусь составляют свыше 2,4 млн т. На всех предприятиях концерна «Белтопгаз» эта программа реализуется однотипным технологическим комплексом машин, выполняющих поверхностно-послойное фрезерование залежи, ворошение сушимой в естественных условиях сфрезерованной крошки, валкование и уборку торфа в полевые складочные единицы - штабели.
Принципиальные конструктивные схемы основных машин фрезерного способа добычи торфа отработаны в середине прошлого столетия и проектировались прицепными к гусеничным тракторам класса тяги 3. В дальнейшем они претерпели ряд модернизаций с целью увеличения ширины захвата или емкости бункера и с более высокими эксплуатационными показателями рабочих органов.
Уборочные прицепные машины фрезерного торфа типа УМПФ конструктивно включают гусеничный движитель, раму с прицепным устройством, скрепер, ковшовый элеватор и бункер с подвижным дном, а также механический привод рабочих органов от заднего вала отбора мощности тягача и гидросистему управления. Наиболее распространенными в настоящее время являются машины МТФ-43А, созданные для агрегатирования с гусеничными тракторами ДТ-75Б.
Планируемая сезонная программа на один уборочный МТА по нормативам концерна
«Белтопгаз» - 20 тыс. т, при этом пробег агрегата - до 8 тыс. км.
Производственные испытания на предприятиях «Зеленоборское» и «Усяж» показали, что крюковое усилие на передвижение порожней машины МТФ-43А составляет около 7 кН, а с полным бункером - 12-16 кН. Сегодня это позволяет эффективно эксплуатировать данные машины на ряде предприятий концерна «Бел-топгаз» в агрегате с отечественными колесными тракторами классов тяги 1,4 и 2, оборудованными специальными движителями.
Рабочий цикл машинно-тракторного агрегата включает проход по технологической карте с уборкой торфа из валка на длине до 350 м и движение вдоль штабеля в режиме равномерной выгрузки его из бункера в навалы. Работая по кольцевой схеме, МТА в одном цикле совершает четыре поворота на 90° радиусом 7-10 м.
Аналитически основные режимы уборки и выгрузки выражаются из уравнения
Ыд = N + N2 + N3 + N4 + N5, (1)
где Ыд - эксплуатационная мощность двигателя трактора; N и Ы2 - мощности на передвижение трактора и уборочной машины; Ы3 - мощность на преодоление сопротивления скрепера; Ы4 и Ы5 - затраты мощности на работу ковшового элеватора и конвейера подвижного дна соответственно.
