CC BY
116
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
АНАЛИЗ УСТРОЙСТВ И СПОСОБОВ ЗАЩИТ ПОДСТАНЦИЙ
110-35/10 КВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
1 2 Сарсембиева Э.К. , Байниязов Б.А.
Email: [email protected]
1Сарсембиева Эльмира Кумалиевна - докторант, Казахский национальный аграрный университет, г. Алматы; 2Байниязов Бахтыбек Аскерович - кандидат технических наук, старший преподаватель, Казахский агротехнический университет им. С. Сейфуллина, г. Нур-Султан, Республика Казахстан
Аннотация: в статье приводится анализ устройств и способов релейных защит подстанций 110-35/10 кВ, обеспечивающих электроснабжение предприятий агропромышленного комплекса. Обозначены основные виды повреждений, проведен анализ повреждений трансформаторов, представлены способы релейной защиты. Проведен анализ защиты сельских трансформаторных подстанций. Выявлены их недостатки и мероприятия по повышению надежности и эффективности использования.
Ключевые слова: релейная защита, сельскохозяйственные распределительные сети 6-110 кВ, сельские трансформаторные подстанции, повреждения и аварийные режимы работы.
ANALYSIS OF DEVICES AND METHODS OF PROTECTING
SUBSTATIONS 110-35/10 KV AGRICULTURAL PURPOSE
12 Sarsembieva E.K. , Bainiyazov B.A.
1Sarsembieva Elmira Kumalievna - PhD Student, KAZAKH NATIONAL AGRARIAN UNIVERSITY, ALMATY; 2Bainiyazov Bakhtybek Askerovich - Candidate of Technical Sciences, Senior Lecturer, S. SEIFULLIN KAZAKH AGRO-TECHNICAL UNIVERSITY, NUR-SULTAN, REPUBLIC OF KAZAKHSTAN
Abstract: the article presents the analysis of devices and methods of relay protection of substations 110-35/10 kV providing power supply to agricultural enterprises. The main types of damages are designated, the analysis of damages of transformers is carried out, ways of relay protection are presented. The analysis of protection of rural transformer substations is carried out. Identified their shortcomings and measures to improve the reliability and efficiency of use.
Keywords: relay protection, agricultural distribution networks of 6-110 kV, rural transformer substations, damage and emergency modes of operation.
Важность релейной защиты для обеспечения надежной работы оборудования подстанции очень высока.
На подстанциях 110-35/10 кВ она осуществляется отдельными комплектами, которые устанавливаются на высоковольтные и низковольтные втулки силового трансформатора и отходящих линий, с эффектом отключения соответствующих выключателей.
Основным дорогостоящим элементом подстанции, защита которой должна быть надежно обеспечена, является силовой трансформатор.
Многолетний опыт эксплуатации силовых трансформаторов в сельскохозяйственных распределительных сетях 6-110 кВ свидетельствует об относительно большей вероятности выхода из строя (повреждения) трансформаторов по сравнению с другими элементами сети (шинами, кабинами распределительных устройств) [1, 2, 3].
К основным видам повреждений силовых трансформаторов относятся [4]:
- трехфазные и двухфазные короткие замыкания между обмотками внутри бака (корпуса) трансформатора или между наружными выводами обмоток, расположенных на крышке бака;
- неисправности между витками одной фазы обмотки, называемые обмотками.
Анализ повреждений трансформатора показывает, что наибольшее их количество
возникает из-за коротких замыканий на внешних выводах, нарушений изоляции обмоток и ненадежной работы ветвей обмоток выключателей. Причинами короткого замыкания на внешних выводах обмоток могут быть перекрытие внутренней изоляции из-за смачивания трансформаторным маслом, которым заполнен вход, а также перекрытие на внешней стороне высоковольтного входа из-за загрязнения фарфора, случайного попадания посторонних предметов и атмосферных перенапряжений [5, 6].
Наиболее опасными для самого трансформатора и для элементов смежной электрической сети являются межфазные короткие замыкания - трехфазные и двухфазные. Они сопровождаются большими токами, обычно во много раз превышающими номинальный ток трансформатора, и могут вызвать глубокие перепады напряжения в сети. При возникновении такого повреждения трансформатор должен быть немедленно отключен от всех источников питания во избежание дальнейшего развития повреждения и, в частности, возникновения пожара трансформатора. Кроме того, быстрое отключение поврежденного трансформатора предотвращает распространение аварии на другие участки сети, а также обеспечивает нормальное электроснабжение потребителей.
Согласно [1, 5, 6], трансформаторы должны быть снабжены устройствами релейной защиты от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы:
1) многофазные неисправности в обмотках и на клеммах;
2) однофазные замыкания на землю в обмотке и на клеммах, подключенных к сети с заземленной нейтралью;
3) неисправности катушки в обмотках;
4) токи в обмотках из-за внешних коротких замыканий;
5) токи в обмотках из-за перегрузки;
6) понижение уровня масла;
7) однофазные замыкания на землю в сетях 3-10 кВ с изолированной нейтралью, если трансформатор питает сеть, в которой отключение однофазных замыканий на землю необходимо в соответствии с требованиями безопасности.
1. Для защиты понижающих трансформаторов от повреждений и аварийных состояний в соответствии с [4] и на основании расчетов используются следующие основные виды релейной защиты.
2. Продольная дифференциальная защита - от коротких замыканий в обмотках и на их внешних выводах, с эффектом выключения трансформатора.
3. Отключение тока без временной задержки - от коротких замыканий на внешних выводах высоковольтного трансформатора со стороны питания и в части высоковольтной обмотки, для трансформаторов, не оборудованных продольной дифференциальной защитой; с отключающим действием.
4. Газовая защита - от всех видов повреждений внутри резервуара (кожуха) трансформатора, сопровождающихся выделением газа из трансформаторного масла, а также от понижения уровня масла, для масляных трансформаторов мощностью обычно 6,3 МВА и выше; с действием на сигнал и на отключение.
5. Максимальная токовая защита (с пуском или без пуска напряжения) - от перегрузок по току, вызванных внешними межфазными короткими замыканиями на низковольтной стороне трансформатора для всех трансформаторов, независимо от мощности и наличия других видов релейной защиты; с отключающим действием.
6. Максимальной токовой защиты в одной фазе - от перегрузок по току, вызванных перегрузкой для трансформаторов, начиная с 400 кВА, в которых перегрузка возможна после отключения параллельно работающего трансформатора или после отключения локальной сети или АТС;с действием на сигнал или на автоматическую разгрузку.
7. Сигнализация однофазных замыканий на землю в высоковольтной обмотке или на питающем кабеле трансформаторов, работающих в сетях с изолированной нейтралью.
Согласно [4] продольная дифференциальная защита должна устанавливаться на трансформаторах мощностью 6,3 МВА и более, а также на трансформаторах мощностью 4 МВА при их параллельной работе. Кроме того, дифференциальная защита устанавливается на трансформаторах мощностью 1-2,5 МВА в случаях, когда Токовая отсечка не удовлетворяет требованиям чувствительности, максимальная токовая защита имеет время срабатывания более 0,6 С. быстродействующая защита, обладает абсолютной селективностью. Недопустимо для внешних коротких замыканий.
Принцип продольной дифференциальной защиты основан на сравнении величины и фазы токов по сторонам высокого и низкого напряжения трансформатора [5, 6].
Защита строится от неуравновешенных токов, вызванных особенностью ее реализации на трансформаторах.
К ним относятся: неравномерность токов в плечах защиты по размерам и рассогласование по фазе; изменение коэффициента трансформации трансформатора в процессе регулирования напряжения под нагрузкой, наличие скачков намагничивающих токов при включении трансформатора на холостом ходу или при восстановлении напряжения после отключения внешнего короткого замыкания. Практически невозможно точно учесть все составляющие тока дисбаланса при расчете защиты, что, вероятно, может привести к ее ложному срабатыванию.
Дифференциальная защита только защищает трансформатор и по своему принципу действия не реагирует, как отмечалось выше, на повреждения вне его зоны, т.е. не резервирует действие предыдущих защит. Этот недостаток требует установки других защит, реагирующих на внешнее короткое замыкание, например, максимальной токовой защиты, что усложняет общую защиту подстанции.
Для защиты трансформаторов малой и средней мощности от коротких замыканий в его обмотках на клеммах и в соединениях с автоматическими выключателями используются Токовая отсечка без временной задержки и токовая защита со ступенчатой характеристикой временной задержки [5, 6]. Что касается понижающих трансформаторов, то только часть обмотки трансформатора со стороны ВН, где включены выключающие реле, входит в диапазон отключения. Недостатком отключения тока является то, что он не защищает трансформатор при коротких замыканиях на клеммах ЛВ, а также не способен резервировать короткое замыкание на отходящих линиях.
На трансформаторах мощностью менее 1 МВА максимальная токовая защита является основной защитой от токов, вызванных короткими замыканиями в трансформаторе, так как эти трансформаторы обычно не имеют дифференциальной защиты, а Токовая отсечка (если установлена) защищает только часть трансформатора. Защита от перегрузки по току, кроме того, является основной защитой низковольтных шин, а также резервной защитой для низковольтных элементов сети.
На трансформаторах мощностью 1 МВА и более максимальная токовая защита предназначена для выполнения функций основной защиты при коротких замыканиях на шинах низкого напряжения и резервной защиты при коротком замыкании на
исходящих линиях [7, 8]. Предполагается, что трансформатор имеет дифференциальную и газовую защиту или одну из них.
Исходя из этого, на понижающих трансформаторных подстанциях релейная защита осуществляется с использованием нескольких видов защиты, дополняющих и дублирующих друг друга. Такое резервирование (кратковременное резервирование) осуществляется не только путем установки на трансформаторе (или на другом элементе) двух защит, действующих при одинаковых видах повреждений, но и путем разделения их цепей, например, путем включения продольной дифференциальной и максимальной токовой защиты на разных трансформаторах тока, использования различных источников рабочего тока, установки двух выходных реле. Для повышения эффективности систем ближнего радиуса действия следует стремиться к повышению чувствительности средств защиты и использованию их более совершенных типов.
Вместе с кратковременным резервированием понижающая трансформаторная защита должна осуществлять дальнодействующее резервирование, т. е. действовать при коротком замыкании в сети ЛВ в случае выхода из строя собственной защиты или выключателя поврежденного элемента подстанции. Из перечисленных трансформаторных защит только максимальная токовая защита от внешних межфазных коротких замыканий может выполнять дальнее резервирование.
Защита от перегрузки по току является единственной из всех типовых защит трансформаторов малой и средней мощности, которая обеспечивает резервирование на большие расстояния, т. е. защиту низковольтных элементов сети в случае короткого замыкания на любом из элементов и выхода из строя собственной защиты или выключателя. Поэтому при выборе схемы и параметров работы максимальной токовой защиты трансформаторов необходимо учитывать требования дальней резервной защиты.
Для защиты сельских линий 10 кВ от коротких замыканий используются типичные максимальные токовые защиты, обычно выполненные по двухфазной, двухрелейной схеме с реле РТВ или РТ-85.
Схемы максимальной токовой защиты на реле прямого действия просты и малозатратны.
К недостаткам таких защит можно отнести большой разброс по току и времени используемых реле. Например, погрешность во времени действия составляет ±0,3 С, а в текущем, согласно исследованиям, проведенным на кафедре электроснабжения Казахского государственного агротехнического университета имени С. Сейфуллиной, ±13% [10].
Обмотка реле имеет значительное потребление около 50 ва при отключающем токе. Поэтому трансформаторы тока, питающие реле прямого действия, достаточно сильно нагружены [1, 8, 9].
Общим известным недостатком таких защит является длительная задержка, особенно вблизи источника питания (шин силовой подстанции).
Накопленный в настоящее время опыт эксплуатации выявил достаточно серьезные недостатки в защите сельских трансформаторных подстанций. Эти материалы периодически публикуются в печати, а также результаты исследований по оборонным сооружениям с конкретными предложениями по повышению их надежности и эффективности использования [11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 21, 22, 24, 25, 26].
Анализ опубликованных работ, результатов исследований и изобретений позволяет сделать вывод, что вопрос повышения эффективности защиты сельскохозяйственных подстанций остается актуальным.
Из вышеизложенного следует, что существующие устройства и способы защиты подстанций 110-35 / 10 кВ сельскохозяйственного назначения не в полной мере отвечают требованиям надежности, быстродействия и резервирования, что не позволяет достаточно эффективно защищать их оборудование от токов короткого замыкания.
Список литературы /References
1 Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. Учеб. для вузов по спец. «Электроснабжение». 3-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1991. 496 с.
2 Мельников М.А. Релейная защита и автоматика элементов систем электроснабжения промышленных предприятий: учебное пособие / М.А. Мельников; Томский политехнический университет. Томск: Изд-во ТПУ, 2008. 218 с.
3 Алферова Т.В. Надежность электроснабжения потребителей агропромышленного комплекса: учеб. пособие / Т.В. Алферова, О.Ю. Пухальская, А.А. Алферов; М-во образования Респ. Беларусь, Гомел. гос. техн. ун-т им. П.О. Сухого. Гомель: ГГТУ им. П.О. Сухого, 2017. 112 с.
4 Правила устройства электроустановок РК. Министерство энергетики РК, 2015.
5 Чернобровов Н.В. Релейная защита энергетических систем: Учеб. пособие для техникумов/ Н.В. Чернобровов, В.А. Семенов. М.: Энергоатомиздат, 1998. 800 с.
6 Федосеев А.М. Релейная защита электроэнергетических систем: Учеб. для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. / А.М. Федосеев, М.А. Федосеев. М.: Энергоатомиздат, 1992. 528.
7 Шабад М.А. Автоматика электрических сетей 6-35 кВ в сельской местности. Л.: Энергия. Лен. отд., 1979. 104 с., ил. (Б-ка эл. монтера № 4).
8 Шабад М.А. Максимальная токовая защита: Библиотека электромонтера: Вып. 640 / Шабад М.А. Л.: Энергоатомиздат, 1991. 96 с.
9 Шабад М.А. Защита трансформаторов 10 кВ. М.: Энергоатомиздат, 1989. 144 с. (Б-ка эл. монтера; Вып. 623).
10 Свиридов Ю.П. Повышение надежности и экономичности работы электропотребителей водоснабжения и канализации путем совершенствования релейной защиты и автоматики. Дис.... канд. техн. наук. Ульяновск, 2001. 251 с.
11 Берхин В.И., Маркевич В.А. Универсальный комплект защиты и автоматики для распределительных сетей 10 кВ. М.: Энергетик, 1983. № 1. С. 21-23.
12 Бирюков А.В. Транзисторные устройства защиты, автоматики и сигнализации // Электрические станции, 1971. № 8. С. 59-65.
13 Блок-оператор защиты и АПВ для подстанций 35/10 кВ. Сборник научных трудов Московского института инженеров, 1982.
14 Бухтояров В.Ф., Токарев Г.И., Удавихин В.И. Устройство для направленной защиты от замыканий на землю в электрических сетях 6 - 35 кВ. // Электрические станции, 1996. № 6. С. 57-59.
15 Вопросы теории и техники релейной защиты: Обзор докладов Международной конференции по релейной защите / Под ред. В.А. Семенова. М.: Энергия, 1980. 120 с.
16 Кривенков В.В., Новелла В.Н. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. Учеб. пособие для вузов / В.В. Кривенков, В.И. Новелла. М.: Энергоиздат, 1981. 328 с.
17 ЗасыпкинА.С. Релейная защита трансформаторов. М.: Энергоатомиздат, 1989. 240 с.
18 Нагай В.И. Микроэлектронная токовая защита воздушных линий: Учеб. пособие/ В.И. Нагай, Г.Н. Чмыхалов / Новочерк. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: НГТУ, 1995. 72с.
19 ГельфандЯ.С. Релейная защита воздушных линий 2-е изд. М.: Энергоиздат, 1987.
20 Голубев М.Л. Релейная защита и автоматика подстанций с короткозамыкателями и отделителями. Изд. 2-е, перераб. М.: Энергия, 1973. 88 с. (Библиотека электромонтера. Вып. 387).
21 Будзко И.А. и др. Электроснабжение сельского хозяйства/ И.А. Будзко, Т.Б. Лещинская, В.И. Сукманов. М.: Колос, 2000. 536 с: ил.
22 Пронникова М.И. Блок-оператор защиты АПВ для ПС 35/10 кВ без выключателей на отходящих линиях. Сборник научных трудов Московского института. Т. 9. Вып. 3. Ч. I. С. 165-170.
23 Какуевицкий Л.И. Справочник реле защиты и автоматики / Л.И. Какуевицкий, Т.В.Смирнова; Под ред. М.Э. Хейфица. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Энергия, 1972. 344 с.
24 Шалин А.И. Исследование закона распределения потока короткихзамыканий в системе / А.И. Шалин, А. Трофимов // Избранные труды НГТУ, 2004. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. 99-103.
25 Бодруг Н.С., Халиков В.В., Шатравка В.В. Анализ устройств определения мест повреждения 6-750 кВ отечественного призводства // Символ науки, 2016. № 5-2.
26 Принцип информационного совершенства релейной защиты/ Ю.Я. Лямец, Е.Б. Ефимов, Г.С. Нудельман, Я. Законыпек // Электротехника, 2001. № 2. С. 30-34.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛОТНОСТИ КОМПОЗИТНОГО
МЕТАЛЛОТЕРМИЧЕСКОГО БРИКЕТА Кыдыралиев Т.А.1, Алдашева Н.Т.2, Чилдебаев Б.С.3 Email: [email protected]
1Кыдыралиев Темиркул Айтмарекович - преподаватель, кафедра энергетики, Технологический колледж, Ошский технологический университет им. академика М.М. Адышева; 2Алдашева Нуржамал Тунаевна - кандидат технических наук, доцент; 3Чилдебаев Бактыбек Суюнбекович - доцент, кафедра электрооборудования и теплоэнергетики, энергетический факультет, Ошский технологический университет им. академика М.М. Адышева, г. Ош, Кыргызская Республика
Аннотация: в статье изложены результаты исследования плотности брикета, сделанного из композитного металлотермического материала, при изготовлении брикета использовались отечественные минеральные сырьевые ресурсы. Для получения брикета сделали точную навеску порошкообразного вещества в соотношениях 1,5:1:3,5 соответственно боксита, нитрата аммония и перманганата калия, приготовили раствор с водой. Для брикетирования полученный раствор помещали в металлический цилиндр и механически трамбовали. Полученный брикет сушили в естественных условиях. Для исследования плотности композиционного брикета использовали метод гидростатического взвешивания (определения плотности жидкостей и твердых веществ). Для эксперимента взвешивали 5 г брикета с точностью до 0,0001 г. Для определения плотности рабочей жидкости (дистиллированной воды) пользовались пикнометрическим методом.
При взвешивании рабочей жидкости и исследуемого образца применяли аналитические весы ВЛР-200.
Ключевые слова: брикет, плотность, взвешивание, жидкий, твердый, погружение, точность, пиксометр, гидростатический, образец, композит, масса, сушка, условия, цилиндр, прочный,транспортировка, упаковка.
