CC BY
52
10. Островский, А. В. Безитерационная методика определения параметров схемы замещения асинхронного электродвигателя [Текст] / А. В. Островський // Пращ Тавршського державного агротехнолопчного ушверситету. — 2012. — Вип. 12, Т. 2. — С. 66-72.
РОЗРОбКА МЕТОДИКИ ЕНЕРГЕТИЧНО1 ОЩНКИ ЕКСПЛУАТАЩЙНИХ РЕЖИМiB РОбОТИ СИЛОВОГО ЕЛЕКТРООбЛАДНАННЯ
В данш статт на баз! дослщження втрат активно! по-тужносл в асинхронному електродвигуш з короткозамкненим ротором в залежносп вщ завантаження на валу 1 температу-ри навколишнього середовища та теплового зношення його ¡золяцп розроблена методика едино! оцшки процеав втрат електрично! енергп ! ресурсу ¡золяцшно! конструкцп в електродвигуш в одиницях енергй.
Ключовi слова: електродвигун, втрати, питом!, завантаження, температура, оптимум, енергозбереження, ковзання, д!аграма, ресурс.
Овчаров Сергей Владимирович, кандидат технических наук, доцент, кафедра теоретической и общей электротехники, Таврический государственный агротехнологический университет, Мелитополь, Украина.
Стребков Александр Андреевич, аспирант, кафедра теоретической и общей электротехники, Таврический государственный агротехнологический университет, Мелитополь, Украина, e-mail: sashko@yandex.ru.
Овчаров Сергт Володимирович, кандидат техтчних наук, доцент, кафедра теоретичног та загальног електротехтки, Тавршський державний агроmехнологiчний утверситет, Мелi-тополь, Украгна.
Стребков Олександр Андртович, астрант, кафедра теоре-тичног та загальног електротехшки, Тавршський державний агроmехнологiчний утверситет, Мелтополь, Украгна.
Ovcharov Sergey, Tavria State Agrotechnological University, Melitopol, Ukraine.
Strebkov Alexandr, Tavria State Agrotechnological University, Melitopol, Ukraine, e-mail: sashko@yandex.ru
УДК 621.311.42 001: 10.15587/2312-8372.2015.44331
Бунько в. я. АНАЛ1З МЕТОД1В ТА ЗАСОБ1В
ШДВИЩЕННЯ НАД1ЙНОСТ1 ЕЛЕМЕНТ1В РЕЛЕЙНОГО ЗАХИСТУ
В роботг проведено аналгз методики вибору кшькостг комплектгв релейного захисту I автоматики (РЗА) та схем резервування для розглянутого об'екту, який захищаеться. Приведено методику розрахунку показнитв надшностг систем РЗА для трьох титв захищаючих об'ектгв, що дозволило обгрунтувати схеми резервування систем РЗА та забезпечило необхгдний ргвень надшностг об'ектгв системи електропостачання.
Ключов1 слова: релейний захист I автоматика, мжропроцесорт термтали, силовий трансформатор, лтп електропередач.
1. Вступ
У процес експлуатацп електрично! системи можлив1 р1зш порушення нормального режиму — спади напруги, перевантаження, коротю замикання, яю можуть призвес-ти до пошкодження 1 навиь руйнування електрично! апаратури та струмопровод!в. Безпосередшми причинами аварш можуть бути пошкодження ¿золяцп або помилков! дГ! обслуговуючого персоналу у раз! оперативних пере-микань (наприклад, вимикання роз'еднувачем значних струм1в навантаження, вмикання лшп тд напругу за залишеного тсля ремонту заземлення та ш.).
Щоб зменшити збитки, спричинет короткими за-миканнями, пошкоджений елемент слвд вимкнути за можливост скорше. Тому захист електроустановок вщ аварш або порушень нормального режиму здшснюе спещальний автоматичний пристрш — релейний захист.
Релейний захист (РЗ) — частина електрично! автоматики, яка призначена для виявлення ! автоматичного вимкнення пошкодженого електроустаткування.
Звичайно в електричнш частиш енергосистеми тер-мши «пошкодження» ! «коротке замикання» е синошма-ми, хоча, це не зовам так. Коротке замикання завжди
е пошкодженням, а пошкодження не завжди е коротким замиканням. Наприклад, обрив фази — це пошкодження, але не коротке замикання.
Як виключення до пристро!в РЗ ввдносяться деяю пристро!, призначеш не для виявлення ! вимикання пошкодженого електроустаткування, а для виявлення ненормальних режим1в роботи електроустаткування (наприклад, захист вщ перевантаження трансформатора).
Кр1м того, у деяких випадках, що не вимагають швидкого автоматичного вщключення пошкодженого устаткування, пристро! РЗ можуть д1яти не на вимикання, а на сигнал (наприклад, захист вщ замикань на землю в мережах з ¿зольовано! нейтраллю).
Шдвищення надшносп системи РЗА е ефективним заходом запобкання аваршних наслщюв, яю викликан! вщмовами в !! функцюнуванш.
Бшьшкть ф1рм виробниюв устаткування РЗА при-пиняють випуск електромехашчних реле ! пристро!в ! переходять на цифрову елементну базу. Перехщ на нову елементну базу не приводить до змши принцитв релейного захисту ! електроавтоматики, а пльки розши-рюе !! функцюнальш можливост!, спрощуе експлуатацш ! знижуе !! варпсть [1].
2. Анал1з л1тературних даних та постановка проблеми
Питанню ефективност та надiйностi релейного за-хисту i автоматики (РЗА) електроенергетичних систем традицiйно придiляeться багато уваги.
Розвиток в нашш краiнi релейного захисту i автоматики (РЗА) електроенергетичних систем i змiна апа-ратноi бази вiд електромеханiчних реле до мшросхем i мiкропроцесорiв, з одного боку, привело до значного тдвищення и технiчноi досконалостi, а з шшого боку — до значного зниження надшносп [2]. Велику увагу фахiвцi придiляють аспектам надiйностi спрацьовування захиспв. Основна частина неправильних дш систем РЗА — це помилковi й зайвi спрацьовування, як показують статис-тичнi данi, накопиченi протягом ряду роюв. Саме цi види неправильних д1й захисту супроводжуються найбшьшими збитками вiд ненадiйностi.
Зараз перед фахiвцями енергосистеми на-шоi краши стоiть одне з головних завдань — це переозброення технiки релейного захисту i автоматики для кнуючих об'ектiв енергетики, а також тих, що вводяться в експлуатащю знову. Недостатне вивчення даних про роботу рiзних типiв захистiв не дозволяе виршити пряме завдання надшносп, тобто по показни-ках надшносп окремих елементiв релейного захисту визначати показники надшносп всiеi системи РЗА в цшому [1-4]. Вибiр показниюв i критерiiв ефективностi та надшносп, а також методiв вибору оптимального по ефек-тивностi варiанту релейного захисту об'екту, вiдiграють виршальну роль у виборi основних напрямюв розвитку технiки РЗА, методах тдвищення надшносп i т. д.
3. 06'ект, мета та задач1 дослщження
Об'ектом дослгдження являеться релейний захист енергетичних об'екпв системи електропостачання на-пругою 110 кВ i вище.
Мета дослгдження — аналiз принцитв i методiв вибору схем резервування систем РЗА на пiдставi теорн надiйностi для устаткування електричних тдстанцш i мереж напругою 110-220 кВ та вище, що дозволяе тдвищити надшшсть систем РЗА.
Досягнення поставленоi мети пов'язане з вирiшенням наступних завдань:
1. Аналiз факторiв, що впливають на надiйнiсть систем РЗА, виявлення '¿хшх переваг i недолЫв.
2. Удосконалення методiв розрахунку надшност з врахуванням впливу людини на процес функщону-вання систем РЗА.
3. Удосконалення методики розрахунку показниюв надшносп систем РЗА.
4. Визначення юлькосп та розробка схем резервування систем РЗА за шформащею про неправильш дп конкретних типiв захистiв.
4. Матер1али та методи дослщжень засоб1в тдвищення наддйносп елеменпв релейного захисту
В даному випадку предметом дослщження являеться надшшсть та функщонування систем РЗА, схеми ре-
зервування комплекпв релейного захисту стосовно до захисту об'екпв (лшш електропередач, силових транс-форматорiв, збiрних шин).
При вирiшеннi даного питання використовують: методи дослщження iнформацii (теорiя надiйностi, теорн ймовiрностей i математичноi статистики), методи до-слiдження процесiв (теорii масового обслуговування), обчислювальш експерименти (теорii iмiтацiйного мо-делювання i комп'ютернi технологii) [3].
Потж профiлактичного контролю розглядаеться як регулярний з незмшним перiодом контролю.
При вводi апаратноi надмiрностi (резервування) варто враховувати наступне: розрахункова схема при використанш двох взаеморезервуючих пристроiв, панелей релейного захисту буде виглядати так, як це показано на рис. 1.
Рис. 1. Розрахункова схема для резервованих електричних шл: А 1 В — взаЕморезервуюч1 блоки; С — «загальне коло»
Загальне коло з'являеться внаслщок наступних причин:
— загального впливу перешкод на обидва комплекти;
— для мжропроцесорних термiналiв — через не-вдеальну надiйнiсть програмного забезпечення обох комплекпв РЗА;
— через неiдеальну «надшшсть персоналу» i т. д.
5. Результати дослщжень метод1в та засоб1в тдвищення надшност елеменпв релейного захисту
У зв'язку з викладеним, коефщент неготовностi системи iз двох взаеморезервуючих комплекпв qУ визна-читься наступним чином:
q - q2
(1)
де qi — коефiцiент неготовностi кожного iз взаеморезервуючих блокiв; k — коефiцiент облiку взаемозалежностi функщонування каналiв i регулярностi контролiв сташв; для релейного захисту ЛЕП приймаеться при наявност елемента неузгодженостi 0,5; а при ввдсутносп цього елемента 0,2; для релейного захисту трансформатора приймаеться 0,8 [3-11].
Проведет дослщження показують, що част вщнов-лення приводять до необхщносп розрахунку показниюв надшносп пристроiв РЗ в «переходному» режшш експлуатацii.
На рис. 2 наведет функцн неготовностi ql(t) i q2(t) для двох пристроiв релейного захисту, причому Ю! = = 7 [1/рж], щ = 20 [1/рж], Ю2 = 2 [1/рж], т = 3 [1/рiк].
колах живлення оперативним струмом, колах змшного струму 1 напруги захисту). Необхщно також категорично заборонити використання поблизу ввд таких термшал1в джерел електромагштного випромшювання (стшьнико-вих телефошв, електродрил1в з колектором, яю ккрять та 1н.) [1-5].
Рис. 2. Функци неготовност пристро'в 1 i 2
За сталим значенням q1 = 0,259 1 q2 = 0,4 можна зробити висновок про те, що перший пристрш РЗ на-дшшший за другий. Якщо ж раз на мшяць проводиться перев1рка справност (1, якщо потр1бно, то ремонт), то розрахунки дають наступш результати: q1поpiBн = 0,232, q2поpiвн = 0,136. Звiдси виходить, що другий пристр1й РЗ над1йшший першого [2-6].
З наведеного прикладу зрозумшо, що оцiнку надшносп релейного захисту варто вести не за сталим значенням коефщен-пв неготовностi, а за середнiм значенням функцп неготовностi за перiод мiж регу-лярними перевiрками.
Дослiдження показують, що неста-цiонарнiсть потоку КЗ впливае на по-казники надшносп пристро1в релейного захисту (ПРЗ). Як метод дослвдження обрано iмiтацiйне моделювання (1М) на ЕОМ. Були розроблеш алгоритм та програма 1М, за допомогою яких проводились дослiдження впливу ймо-вiрнiсних характеристик потоку КЗ (рис. 3) на показ-ники надшност!
На рис. 4 представлет побудованi таким чином функ-цп неготовностi q1(t) — при стащонарному потоцi КЗ i q2(t) — при нестащонарному потоцi. За результатами моделювання для кожно1 функцii неготовност були визначенi середнi значення q1.сp i q2.сp.
Мiкропроцесорнi термiнали доцшьно вводити в дш в першу чергу на щойно споруджених тдстанщях, де необхiдно реалiзувати всi необхвдш заходи щодо забез-печення висо^ якостi контуру заземлення, пiдвищення перешкодозахищеност по всiх аспектах (перешкоди по
12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Micmii
Рис. 3. Розподш числа КЗ по м1сяцях року в мереж 220 кВ
9 10 11 12 Mic-яць
Рис. 4. Вплив нестацшнарнесп патоку КЗ на негатавшсть захисту
При розробщ методики порiвняння варiантiв побу-дови систем захисту на мжропроцесорних термiналах пiд час проектування, необхщно врахувати наступне:
— в процес проектування не ставиться завдання оптимiзацii внутрiшньоi структури шафи, панелi, а тому необхвдно оптимiзувати кiлькiсть i алгоритм взаемодii цих елементiв;
— розрахунки не повинш бути занадто трудомшт-кими, необхiдно максимально спростити методику, не допускаючи при цьому бшьших неточностей в результатах;
— показники надшносп та ефективностi повиннi враховувати особливост захищаючого об'екта [3-7]. Схеми резервування систем РЗА наведет на рис. 5.
На вимикання захищаючого На вимикання захищаючого
об'екту
Т=А+В
J 1 1
А В
т ttt
Bi;i пристрою зв'язку 13 захитаючим об'ектом
об'екту
Т=АВ
i L t
А В
ttt ttt
Вьч Пристрою Зв'яЗКу 13 захитаючим об'екюм
На вимикання захищаючого об'екту
1
Т=АВ+ВС+АС
ТУТ ттт ТУТ
В1Д пристрою зв'язку ¡з захищаючим об'ектом
Рис. 5. Резервування комплекпв захиспв РЗА
Алгоритм розрахунку показниюв надшносп захисту ЛЕП наступний.
Спочатку необхщно визначити, як типи захиспв будуть встановлеш на захищаючому об'eктi, в даному випадку ЛЕП. Припустимо, що на лшп буде встановлена в якост основного диференцiйно-фазний високочастот-ний захист, у якост резервного — струмовий захист нульово! послiдовностi (СЗНП) i дистанцiйний захист.
Наступним кроком являеться визначення послвдов-но для кожного iз захистiв (основного i резервного) наступних величин:
— коефiцiенти частоти вiдмов у функцiонуваннi;
— розрахунковий вщсоток неправильних дш захисту;
— сумарний ввдсоток неправильних дш захисту;
— параметр потоку КЗ для об'екта, який захища-еться;
— сумарний параметр потоку вщмов захисту у функ-цiонуваннi;
— параметр потоку вщмов у спрацьовуваннi;
— параметр потоку зайвих спрацьовувань;
— параметр потоку помилкових спрацьовувань;
— коефщент неготовностi до спрацьовування при ушкодженш об'екта, який захищаеться;
— параметр потоку зовшшшх КЗ;
— коефщент неготовностi захисту при зовшшшх КЗ. Загальш показники надiйностi шафи релейного захисту (основний i резервний) захист незалежно дiють на вiдключення ЛЕП, резервування вважаемо повноцшним, при спрацьовуваннi як основного, так i резервного за-хистiв (наслщки для системи — однаковi):
— загальний параметр потоку вщмов захисту в спра-цьовуваннi;
— загальний параметр потоку зайвих спрацьовувань захисту;
— параметр потоку помилкових спрацьовувань;
— вщсоток неправильних дiй захисту;
— середнш, що втрачаеться при вiдключеннi, переть кання активно! потужностi по ЛЕП, яка захищаеться;
— середнш час вщновлення нормально! схеми при помилкових вщключеннях ТвоХБ задаеться вихiдними даними.
6. Обговорення результат1в анал1зу метод1в та засоб1в тдвищення надайност елемент1в релейного захисту систем електропостачання
Знаючи «втрачеш» при вiдповiдних вiдмовах захисту у функщонуванш потужностi i час вщновлення нормального режиму, можемо розрахувати математичш очiкування недовiдпуску електроенергп через вщмови захисту у функцiонуваннi:
Недоввдпуск електроенергп при одному хибному вщключеннк
W = Рпер.СРГВО.ХБ . (2)
Математичне очжування недовiдпуску електроенергп через хибш вiдключення захистом, яким захищаеть-ся ЛЕП:
М[W]ХБ = W ОхЕкомпл. (3)
При помилкових ввдключеннях, викликаних дефектом у захисп, АПВ не може усунути його наслщки, тому що пiсля дп АПВ захист знову спрацюе хибно.
Варпсть одного недовiдпущеного (1кВт ■ год) задаеться вихiдними даними.
Математичне очжування недовiдпуску електроенергп через помилковi вiдключення захистом ЛЕП:
№ ]З = W ■Оакомпл^АПв, (4)
де qАПs, — ймовiрнiсть неустшно! дп АПВ, яке захищае ЛЕП у процес 11 включення тсля помилкового спрацьо-вування захисту.
Визначення наслiдкiв вщмов захисту у спрацьову-ваннi наступнк
— середнiй, що втрачаеться при вiдмовi захисту в спрацьовуваннi, протжання активно! потужностi по ЛЕП, яка захищаеться, МВт;
— середнш час вщновлення нормально! схеми при вщмовах захисту ЛЕП при спрацьовуванш i дп ре-зервних захистiв сумiжних елементiв ТвоОС;
— математичне очжування недовiдпуску електроенергп при ввдмовах захисту ЛЕП при спрацьову-ванш та дп резервних захистiв сумiжних елементiв:
М[НЕ]ОС = РПЕР.СРТво.ОС^ОС. комплекта ; (5)
— сумарний недовiдпуск електроенергп за рiк:
М ^ = М [W]OC + М [W]ХБ + М [W ]З; (6)
— математичне очжування збитку вщ неiдеально! надiйностi захисту:
М [ЗН] = М [W ]уо. (7)
Аналопчш розрахунки можна провести також для резервних комплекпв захисту.
7. висновки
В результатi проведених дослiджень основними прак-тичними результатами являються:
1. Видшення iстотних складових ефективносп ро-боти систем РЗА дозволило обгрунтувати показники надiйностi систем РЗА при пошуку оптимальних ршень у РЗА.
2. Дослiдження впливу людського фактору на показники надшносп функцiонування РЗА показало, що людський фактор здiйснюе такий самий по значимост вплив, як i надiйнiсть апаратно! частини систем РЗА.
3. Зiбрана iнформацiя про функщонування систем РЗА дозволила зробити висновок про те, що в цей час надiйнiсть неспрацьовування систем РЗА набагато нижча надшносп спрацьовування.
4. Методика розрахунку показниюв надшносп систем РЗА для рiзних об'ектiв, що захищаються, дозволила вибрати оптимальний по надшносп варiант резервування систем РЗА на захищаючих об'ектах, i знизити збитки вiд неправильних дш РЗА.
Ощика надiйностi релейного захисту по сталих величинах коефщенпв неготовност може привести до значних похибок i принципових якiсних помилок. Надштсть варто оцiнювати за середшм значенням функцii неготовностi за перюд мiж регулярними перевiрками. Показники ефек-тивностi та надiйностi релейного захисту та автоматики в бшьшш мiрi залежать вiд виду i виконуваних функцш захищаючого об'екту в енергосистем! Тому виконання системи РЗА, яке оптимальне для одного захищаючого об'екта, може виявитися абсолютно неефективним для шшого об'екта такого ж виду (лши, трансформатора, збiрних шин i т. д.). Для кожного захищаючого об'екта в процес проектування повинт бути обранi оптимальний склад i алгоритм взаемодii елементiв РЗА.
Лггература
1. Козирський, В. В. Електропостачання агропромислового комплексу [Текст]: шдруч. / В. В. Козирський, В. В. Каплун, С. М. Волошин. — К.: Аграрна осв1та, 2011. — 448 с.
2. Becker, H. Three phase shunt reactors with continuosly controlled reactive current [Text] / H. Becker, D. Brandes, K. Gappa // Conference Internationale des Grands Reseaux Electriques (CIGRE), 24 session. — 1972. — Report 32-13. — 256 p.
3. George, Y. Application des compensateurs statiques aux complex de laminoirs et aux reseaux de trasport TNT [Text] / Y. George // Congres Electrotechnique Mondial. — 1977. — Report 2-47. — 28 p.
4. Shalin, A. I. Efficiency of relay protection of power system [Text] / A. I. Shalin, A. S. Trofimov // 2007 International Forum on Strategic Technology — IEEE, 2007. — P. 371-375. doi:10.1109/ifost.2007.4798607
5. Андреев, В. А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения [Текст]: учеб. / В. А. Андреев. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 1991. — 496 с.
6. Андреев, В. А. Релейная защита, автоматика и телемеханика в системах электроснабжения [Текст]: учеб. / В. А. Андреев. — М.: Высшая школа, 1985. — 391 с.
7. Гельфанд, Я. С. Релейная защита распределительных сетей [Текст]: учеб. / Я. С. Гельфанд. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 368 с.
8. Захаров, О. Г. Надежность цифровых устройств релейной защиты. Показатели. Требования. Оценки [Текст]: учеб. / О. Г. Захаров. — М.: Инфра-инженерия, 2014. — 128 с.
9. Чернобров, Н. В. Релейная защита [Текст]: учеб. пос. / Н. В. Чернобров. — 5-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергия, 1974. — 680 с.
10. Чернобровов, Н. В. Релейная защита энергетических систем [Текст]: учеб. / Н. В. Чернобровов, В. А. Семенов. — М.: Энергоатомиздат, 1998. — 800 с.
11. Шалин, А. И. О расчете показателей надёжности релейной защиты [Текст] / А. И. Шалин, А. С. Трофимов // Журнал НГТУ. — 2004. — С. 88-98.
АНАЛИЗ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
В работе проведен анализ методики выбора количества комплектов релейной защиты и автоматики (РЗА) и схем резервирования для рассматриваемого объекта, который защищается. Приведена методика расчета показателей надежности систем РЗА для трех типов ограждающих объектов, что позволило обосновать схемы резервирования систем РЗА и обеспечило необходимый уровень надежности объектов системы электроснабжения.
Ключевые слова: релейная защита и автоматика, микропроцессорные терминалы, силовой трансформатор, линии электропередач.
Бунько Василь Ярославович, кандидат технгчних наук, доцент, кафедра енергетики i автоматики, Ыдокремлений тдроздш Нащонального утверситету 6iopecypcie i природокористування Украти «Бережанський агротехтчний iнститут», Украгна, е-mail: VBunko@gmail.com.
Бунько Василий Ярославович, кандидат технических наук, доцент, кафедра энергетики и автоматики, Обособленное подразделение Национального университета биоресурсов и природопользования Украины «Бережанский агротехнический институт», Украина.
Bunko Vasyl, Branch of National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine «Berezhany Agrotechnical Institute», Ukraine, e-mail: VBunko@gmail.com
