CC BY
77
АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ВЫСШИХ ГАРМОНИК В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ НА РАБОТУ СИСТЕМ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ
М.Г. БАШИРОВ, В.Н. ШИКУНОВ
Филиал Уфимского государственного нефтяного технического университета,
ОАО «Салаватнефтеоргсинтез»
На основании исследования осциллограмм переходных токов в электрической сети промышленного предприятия при ненормальных режимах работы проведен анализ влияния высших гармоник на работу релейной защиты и автоматики.
Системы релейной защиты и автоматики (РЗ и А) промышленных предприятий осуществляют непрерывный контроль состояния всех элементов системы электроснабжения и реагируют на возникновение повреждений и ненормальных режимов. Большинство находящихся в эксплуатации устройств защиты обеспечивают выполнение предъявляемых к ним требований лишь при синусоидальной форме кривых тока и напряжения. Ухудшение показателей качества электроэнергии, обусловленное ростом числа электроприемников, работа которых сопровождается появлением негативных возмущающих факторов, приводит к возрастанию вероятности неправильной работы устройств защиты. Расчет уставок релейной защиты обычно производится стандартным методом без учета влияния высших гармонических составляющих [1]. Настройка реле защиты производится также подачей синусоидального тока. Но в ненормальных режимах работы электрической сети, сопровождающихся переходными процессами, возникают значительные искажения синусоидальности напряжений и токов, что, несомненно, оказывает влияние на работу устройств РЗ и А.
Для анализа работы релейной защиты были использованы осциллограммы, полученные автоматизированной системой «НЕВА» при возникновении ненормальных режимов в сети 6 кВ ОАО «Салаватнефтеоргсинтез». Автоматизированная система «НЕВА» обеспечивает погрешность измерения аналоговых сигналов не более 1 % и погрешность измерения временных интервалов не более 1 мс.
Действие высших гармоник на системы релейной защиты и автоматики заключается в следующем:
■ снижается срок эксплуатации устройств;
■ сбиваются уставки срабатывания по току и напряжению;
■ возникают необоснованные срабатывания вследствие действия отдельных гармоник.
Необоснованное срабатывание РЗ и А при несинусоидальных токах можно объяснить, в частности, явлениями поверхностного эффекта и скин-эффекта. Необоснованное отключение двигателя при пуске является наиболее распространенным видом ошибочной работы релейной защиты. Видимо, это связано с резким увеличением в пусковом токе высших гармонических составляющих, которые сбивают уставки реле тока. Для примера рассмотрим случай срабатывания при пуске двигателя токовой отсечки, защищающей линию с синхронным электродвигателем 6 кВ. Расчетный ток уставки данной
© М.Г. Баширов, В.Н. Шикунов
Проблемы энергетики, 2006, № 11-12
защиты составляет 2580 А. Действующее значение пускового тока двигателя не превышало 1600 А. Однако на отметке 285 мс записи осциллограммы отсечка дала сигнал на отключение масляного выключателя. На 385 мс масляный выключатель отключился и остановил пуск двигателя.
На рис. 1-3 продемонстрирован еще один пример необоснованного срабатывания токовой отсечки при пуске асинхронного электродвигателя.
Рис. 1. Осциллограмма токов пуска асинхронного двигателя 6 кВ
Мощность двигателя составляет 240 кВт, расчетная уставка отсечки -260 А. Защита выполнена на реле типа РТ-80, погрешность тока
срабатывания данного реле составляет 5 %. С учетом погрешности реле срабатывание защиты на данной уставке может произойти в пределах от 247 до 273 А. Однако действующее значение пускового тока в данном случае не превышало 240 А. На отметке 530 мс записи осциллограммы защита дала сигнал на отключение масляного выключателя, который отключился через 47,5 мс. На рис. 2 изображена диаграмма спектрального состава пускового тока. Как видно, наибольший вклад (до 41 %) вносит вторая гармоника.
Эти примеры показывают, что наличие высших гармоник в переходных токах влияет на работу релейной защиты. Это влияние может оказываться еще более сильным, если оперативные цепи получают питание непосредственно от сети защищаемой подстанции. Эти же гармоники оказывают влияние на работу аппаратов 0,4 кВ собственных нужд подстанции.
Рис. 2. Диаграмма гармонического состава пускового тока асинхронного двигателя 6 кВ
Рис. 3. Действующее значение пускового тока асинхронного двигателя 6 кВ
Многие аппараты защиты 0,4 кВ имеют принцип действия, основанный на тепловом эффекте протекающих через них токов, а высшие гармоники приводят к увеличению температуры проводников вследствие увеличения действующего значения негармонического тока, увеличения активного сопротивления проводника из-за скин-эффекта, увеличения потерь в диэлектрике изоляции. Это обстоятельство может привести к возникновению нежелательных срабатываний аппаратов собственных нужд.
Summary
On the grounds of oscillogram research of transitional current in the electrical net of industrial venture under abnormal state of working, the analysis of higher harmonic influence on the work of relay-type defense and automatics is carried out.
Литература
1. Смирнов С.С., Коверников Л.И. Влияние коммутаций элементов сети на режим высших гармоник // Промышленная энергетика. - 2000. - № 8. - С.45-48.
