Пропонується і обґрунтовується можливість збільшення контрольного струму, одержуваного від спеціального джерела, що застосовується для захисту від замикань на землю і виконаного на базі електромагнітного подільника частоти, без збільшення витрати активних матеріалів і габаритів джерела.

Анотація наукової статті з електротехніки, електронної техніки, інформаційних технологій, автор наукової роботи - Вайнштейн Р. А., тенти Р. Б., Юдін С. М.


INCREASE OF RELIABILITY OF GENERATOR PROTECTION FROM GROUND SHORT CIRCUITS, BASED ON IMPOSING OF AN AUXILIARY CURRENT WITH FREQUENCY OF 25 Hz

The possibility of increase the control current, obtained from a special source, applied for protection against ground short circuits and executed on the basis of an electromagnetic divider of frequency, without increase in the consumption of active materials and dimensions of the source, is offered and substantiated.


Область наук:
  • Електротехніка, електронна техніка, інформаційні технології
  • Рік видавництва: 2008
    Журнал: Известия Томського політехнічного університету. Інжиніринг ГЕОРЕСУРСИ
    Наукова стаття на тему 'ПІДВИЩЕННЯ НАДІЙНОСТІ ЗАХИСТУ ГЕНЕРАТОРІВ від замикань на землю, заснованих на НАКЛАДЕННЯ допоміжного струму З ЧАСТОТОЮ 25 Гц'

    Текст наукової роботи на тему «ПІДВИЩЕННЯ НАДІЙНОСТІ ЗАХИСТУ ГЕНЕРАТОРІВ від замикань на землю, заснованих на НАКЛАДЕННЯ допоміжного струму З ЧАСТОТОЮ 25 Гц»

    ?УДК 621.3.078

    ПІДВИЩЕННЯ НАДІЙНОСТІ ЗАХИСТУ ГЕНЕРАТОРІВ від замикань на землю, заснованих на НАКЛАДЕННЯ допоміжного струму З ЧАСТОТОЮ 25 Гц

    Р.А. Вайнштейн, Р.Б. Тент, С.М. Юдін

    Томський політехнічний університет E-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

    Пропонується і обґрунтовується можливість збільшення контрольного струму, одержуваного від спеціального джерела, що застосовується для захисту від замикань на землю і виконаного на базі електромагнітного подільника частоти, без збільшення витрати активних матеріалів і габаритів джерела.

    В електроустановках трифазного змінного струму найбільш приватним видом ушкодження є замикання однієї фази на заземлені елементи, зване замиканням на землю. Можливий спосіб виявлення елемента електроустановки, в якому відбулося замикання на землю, вирішальним чином залежить від режиму заземлення нейтралі. У деяких випадках, наприклад, при заземленні нейтралі через дугогасні реактори (ДГР) з метою компенсації ємнісного струму замикання, виконання захисту з використанням електричних величин промислової частоти важко.

    Типовим і важливим випадком електроустановок з компенсацією ємнісного струму є блокові схеми з'єднання генераторів з підвищує трансформатором, в яких два і більше генератора включені паралельно на одну обмотку низької напруги трансформатора.

    Як приклад на рис. 1 наведена схема блоку з двох генераторів, часто використовувана на гідроелектростанціях.

    У схемах блоків ємнісний струм замикання на землю, а отже і струм дугогасних реакторів, в порівнянні з аналогічними параметрами в розподільних електричних мережах, невеликий і, як правило, не перевищує 10 ... 15 А. Для таких умов пропоноване в статті рішення щодо збільшення контрольного струму є найбільш ефективним.

    Для забезпечення дії захисту генераторів при стійких замиканнях на землю в ланцюг дугогасних реакторів з боку заземлення включається спеціальний джерело з частотою 25 Гц, званий джерелом контрольного струму (ІКТ) [1, 2]. Захист від замикань на землю, заснована на накладенні струму з частотою 25 Гц, протягом тривалого часу успішно використовується на енергетичних підприємствах.

    Надійність роботи захисту при інших рівних умовах тим вище, чим більший контрольний струм може бути забезпечений при замиканні на землю. Можливість збільшення контрольного струму за рахунок збільшення габаритів джерела обмежена умовами компонування електроустановки, а також і його вартістю, яка повинна складати лише невелику частку від вартості основного обладнання.

    Рис 1. Схема енергоблоку з паралельно включеними генераторами G-1 і G-2

    У зв'язку з цим в даній роботі пропонується зміна внутрішньої схеми ІКТ, що дозволяє збільшити контрольний струм, що відбирається від джерела, без збільшення його габаритів і витрати активних матеріалів.

    Схема ІКТ приведена на рис. 2. Основою джерела контрольного струму є електромагнітний параметричний дільник частоти, вперше запропонований в [3]. Електромагнітна частина подільника частоти виконана на двох однакових замкнутих О-образних магнитопроводах, у яких бічні стрижні конструктивно суміщені. На магнитопроводах подільника частоти нанесені такі обмотки: обмотка коливального контуру (Щ), вихідна (Щ) і обмотка збудження (Щ), в ланцюг останньої включений діод. На обмотку збудження подається напруга живлення з частотою 50 Гц.

    Основним фактором, який обмежує максимально можливе значення контрольного струму, є вплив сили, що намагнічує від

    струму дугогасних реакторів, що протікає по вихідний обмотці при замиканні на землю.

    УБ

    I

    -ДГР

    Wвиx

    50 Гц, приведене до числа витків обмотки коливального контуру, Як і Ядг - відповідно активний опір обмотки коливального контуру і обмотки дроселя.

    Як

    Ял

    Мал. 4. Схема заміщення подільника частоти щодо затискачів вихідний обмотки

    Струм дугогасних реакторів також приведений до числа витків коливального контуру і дорівнює

    ж

    '' В,

    Для зниження цього впливу застосовується компенсація на промисловій частоті (50 Гц) ємнісного опору конденсатора коливального контуру послідовно включеним лінійним дроселем [1, 4]. Ємність конденсатора і індуктивність дроселя вибираються таким чином, щоб еквівалентну опір місткості на частоті 25 Гц задовольняла умовам існування режиму розподілу частоти.

    Між вихідний обмоткою і обмоткою коливального контуру має місце трансформаторна зв'язок, тому для аналізу впливу струму дугогасних реакторів на процеси в дільнику частоти використовується схема, наведена на рис. 3.

    1 ДГР

    ж

    -I

    ДГР '

    де ЖВИХ і Щ число витків вихідний обмотки і коливального контуру.

    На електромагнітні процеси в дільнику частоти впливає тільки намагнічує частина струму 1,50, абсолютна величина якого дорівнює

    1,50 1 ДГР

    I у1

    КЕКВ ~ ^, 50

    де ЛКЖ = ЛК + ЛДР - еквівалентний активний опір ланцюга коливального контуру.

    При налаштуванні і періодичної перевірки джерела контрольного струму ступінь впливу струму 1ДГР оцінюється за напругою з частотою 50 Гц на гілки намагнічування. Практично це напруга вимірюється на спеціальній вимірювальної обмотці з числом витків Щ і одно

    ^ 50 1 ДГР

    ж ж X я

    "Вих" Ц501 '|кекв

    (1)

    Фактичні параметри ІКТ такі, що Лж ^ Х ^ о, тому вираз (1) можна спростити

    Мал. 3. Схема подільника частоти щодо затискачів вихідний обмотки

    Схема заміщення для електричних величин з частотою 50 Гц, що відповідає вихідній схемі по рис. 3, при точній настройці в резонанс ланцюга дросель - конденсатор з урахуванням індуктивності розсіювання обмотки коливального контуру наведена на рис. 4.

    На схемі рис. 4 Х ^ 0 - еквівалентний опір гілки намагнічування до току з частотою

    ^^ 50 1 ДГР

    ж ж Я

    "Вих і КЕКВ

    ж2

    При пропущенні по вихідний обмотці струму, рівного сумарному струму дугогасних реакторів, напруга на вимірювальній обмотці не повинно перевищувати деякого допустимого значення для даної конструкції подільника частоти.

    і, 50 * іДОП. (2)

    Число витків вихідний обмотки визначається необхідним значенням контрольного струму 125 і ек-

    вівалентним опором дугогасних реакторів на частоті 25 Гц Х25:

    т X

    ж 25 ^ 25

    '' З Д. т ^ г

    іуд

    де іуд - напруга з частотою 25 Гц на 1 виток для конкретного виконання ІКТ

    Висловимо Х25 через сумарний струм дугогасних реакторів і номінальну напругу електроустановки іН0М:

    X _ іншому

    х 25 1 ^ 3,1 '

    ДГР

    Таким чином, необхідне число витків вихідний обмотки дорівнюватиме

    ж _ 115 ^ ном

    вих 2 13т і |

    АУ1Л ДГР ^ уд

    (3)

    З урахуванням (3) напруга з частотою 50 Гц на вимірювальної обмотці

    I і ж Я

    і _ 1 25 НОМгг І1уекв

    ^ 143іщж1 '

    З умови (2) можна визначити максимально допустиме значення еквівалентного активного опору ланцюга коливального контуру, при якому можливе забезпечення заданого контрольного струму 125

    Я

    -ДОП

    2 ^ 3іщідопж2к

    125 і НОМ жи

    (4)

    З (4) також випливає, що контрольний струм 125 може бути збільшений у стільки ж разів, у скільки разів можна буде знизити активний опір ланцюга коливального контуру.

    Опір контурної обмотки визначається площею вікна муздрамтеатру, де ця обмотка може бути розміщена, і коефіцієнтом заповнення вікна міддю. У вікні муздрамтеатру подільника частоти розміщуються обмотки: харчування (порушення), коливального контуру, вихідна і вимірювальна. Площа поперечного перерізу проводу і число витків обмотки збудження і вимірювальної обмотки не залежить від контрольного струму і струму дугогасних реакторів, тому площа вікна, яку займає цими обмотками, як постійна величина, відразу ж віднімається із загальної площі вікна муздрамтеатру. Площа вікна, яка може бути зайнята обмоткою коливального контуру і вихідний обмоткою, позначимо? 0.

    Для того, щоб отримати вираз для активного опору обмотки коливального контуру, використовуємо наведені нижче співвідношення.

    Площа поперечного перерізу проводу вихідний обмотки визначимо по щільності струму ДВ:

    \ Г, _ 1-Ддгр | (5)

    дв

    Площа вікна, яку займає вихідний обмоткою:

    ? ж

    >% В _? Кж| (6)

    кз. в

    Площа вікна, яка може бути зайнята обмоткою коливального контуру:

    ?ок _? про - $ ів | (7)

    Площа поперечного перерізу проводу контурної обмотки:

    ?п

    ? До

    ° ок ^ з до

    жк

    (8)

    У формулах (6) і (8) КЗВ і КЗК - відповідно коефіцієнти заповнення вікна міддю вихідний обмотки і обмотки коливального контуру.

    Активний опір обмотки коливального контуру може бути визначено як:

    Як _

    жк1вк р? '

    де / ВК - середня довжина витка обмотки коливального контуру, р - питомий опір матеріалу проводу.

    З урахуванням (7) і (8) отримаємо

    Як =

    жрвк р

    ? - Бов) кз

    (9)

    Число витків вихідний обмотки в (6) має бути визначено по (3), а число витків обмотки коливального контуру в (8) відомо, т. К. Визначається умовами забезпечення електромагнітного режиму розподілу частоти і від варійованих далі параметрів не залежить.

    Підставляючи (6) і (3) в (9) отримаємо

    ЯК _Т

    ж ^ вк р

    (10)

    ?про 2лВі

    125 іншому

    д до

    уд в з в

    до

    Як видно з (10) розрахункове активний опір обмотки коливального контуру при інших рівних умовах збільшується з ростом струму з частотою 25 Гц, що відбирається від джерела контрольного струму, т. К. При цьому зменшується площа вікна муздрамтеатру, яка може бути зайнята цієї обмоткою. Збільшувати відбирається контрольний струм можна лише до тих пір, поки еквівалентний опір ланцюга коливального контуру, яка дорівнює загальній кількості опорів власне обмотки Як і дроселя ядр не досягне значення Ят по (4).

    Далі проводимо розрахунки для конкретного виконання ІКТ з наступними значеннями конструктивних і електричних параметрів: ^ 0 = 14400 мм 2; / Ж = 0,68 м; / Ст = 0,75 м; Кз.к = 0,3; КЗ.В = 0,3; ДВ = 2 А / мм2; р = 0,0175 Ом-м / мм2; іншому = 10 кВ; іуд = 1 В; Щ = 830; ЛДР = 2,5 Ом.

    Залежно ЛЕКВ і Ят від 125 наведені на рис. 5. Точка перетину кривих 1 і 2 дає зна-

    ня максимально можливого струму для деякої певної конструкції подільника частоти при обмеженні по площі вікна муздрамтеатру, яка може бути зайнята обмоткою коливального контуру і вихідний обмоткою. В даному випадку розрахункове значення максимально можливого струму за умовою Як = Отрути становить 1,28 А.

    Комерсант, А

    0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

    Мал. 5. До визначення максимально можливого контрольного струму: 1) максимально допустимий опір; 2) фактичне опір при трансформаторної зв'язку і 3 ~ 5) при автотрансформаторной зв'язку і при токах 1ДГр відповідно 50, 20 і 10 А

    Для можливого збільшення максимально допустимого для даної конструкції подільника частоти контрольного струму пропонується заміна трансформаторної зв'язку між обмоткою коливального контуру і вихідний обмоткою на АВТОТРАНСФОРМАТОРНЕ, рис. 6.

    Активний опір ланцюга контурної обмотки при автотрансформаторной зв'язку

    Як _ Якл + Яв + ядр ,

    де і ЯВ - відповідно активні опору-

    лення частини обмотки з числом витків Жи і вихідний обмотки.

    Число витків частини контурної обмотки ЖКЛ з умови збереження електромагнітного режиму подільника частоти має дорівнювати

    Жхл = V - ЖБ. (11)

    Площа вікна муздрамтеатру для розміщення частини контурної обмотки з числом витків ЖКЛ:

    $ Ока = Комерсант - SOБ. (12)

    Активний опір цій частині обмотки з урахуванням (11), (12), (3), (5) і (6) дорівнює

    Г У

    1ВК р

    ЯКА

    IV_____________

    до 2 ^ 3ілт1

    уд + ДГР у

    (13)

    По (13) важливо відзначити, що ефект зниження опору тим вище, чим менше струм дугогасних реакторів. Для остаточного висновку про можливий ефект від заміни трансформаторної зв'язку на АВТОТРАНСФОРМАТОРНЕ необхідно врахувати опір вихідний обмотки, що дорівнює

    . ЖвВв Р

    Я в

    (14)

    де 1ВВ - середня довжина витка вихідний обмотки. Підставами (3) і (5) в (14)

    125 ^ але * 41ВВ Рдв

    Я _ 25 НОМ \

    * ^ Вих "

    (15)

    Мал. 6. Схема подільника частоти при АВТОТРАНСФОРМАТОРНЕ з'єднанні вихідний і контурної обмоток

    При цьому за рахунок заміщення частини витків обмотки коливального контуру вихідний обмоткою решта витків №гкЛ = РК-ЖВ може бути виконана проводом з більшою площею поперечного перерізу. Так як площа поперечного перерізу проводу вихідний обмотки, як правило, не менше площі поперечного перерізу обмотки коливального контуру, то можна очікувати, що активний опір ланцюга коливального контуру зменшиться.

    Оцінимо можливе збільшення максимального контрольного струму при заміні трансформаторної зв'язку на АВТОТРАНСФОРМАТОРНЕ.

    27зЦуд (1дгр) 2 '

    Опір дроселя залишається таким же, як і в розрахунку опору ланцюга контурної обмотки при трансформаторної зв'язку обмоток.

    На рис. 5 зіставлені залежності максимально допустимого активного опору ланцюга коливального контуру від значення струму 125 і фактичного розрахункового опору при автотрансформаторной зв'язку при різних значеннях струму дугогасних реакторів 1ДГГ.

    Як видно з рис. 5, використання автотрансформаторной зв'язку дозволяє збільшити максимально можливе значення контрольного струму. Цей ефект проявляється тим краще, чим менше струм дугогасних реакторів. Це пояснюється тим, що число витків, що заміщуються за рахунок вихідний обмотки, обернено пропорційно току дугогасних реакторів. Хоча, як видно з (15), одночасно швидко зростає активний опір вихідний обмотки (обернено пропорційно квадрату струму дугогасних реакторів), активний опір ланцюга контурної обмотки зменшує-

    ся. Так, при токах дугогасних реакторів відповідно 50, 20 і 10 А, максимальний контрольний струм при автотрансформаторной зв'язку становить відповідно 1,37, 1,51 і 1,64 А, в той час як при трансформаторної зв'язку 1,28 А.

    Збільшення контрольного струму досягається без збільшення витрати трансформаторної сталі і міді, т. К., По-перше, не змінюються розміри магніто-проводи, а, по-друге, перетин проводів вибирається з умови заповнення незмінній площі ок-

    на муздрамтеатру з практично однаковими коефіцієнтами заповнення.

    Можливість збільшення контрольного струму саме при порівняно невеликих значеннях струму дугогасних реакторів має велике практичне значення для підвищення надійності роботи захисту від замикань на землю в обмотці статора гідрогенераторів, що працюють в укрупненому блоці на одну обмотку низької напруги трансформатора.

    СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

    1. Пат. 2268524 РФ. МПК 7 Н02Н 3/16. Пристрій для захисту від замикань в мережах з компенсацією ємнісного струму / Р.А. Вайнштейн, В.В. Шестакова, С.М. Юдін. Пріор. 17.08.2004; Опубл. 20.01.2006, Бюл. № 2.

    2. Пат. 2286637 РФ. МПК 7 Н02Н 7/06. Пристрій для селективного захисту на землю в обмотці статора генераторів, що працюють в укрупненому блоці / Р.А. Вайнштейн, А.М. Наумов, В.В. Шестакова, С.М. Юдін. Пріор. 29.07.2005, Опубл. 27.10.2006 Бюл. № 30.

    3. Мандельштам Л.І., Папалексі Н.Д. Зібрання творів Мандельштама Л.І. - Т. 2. - М .: Изд-во АН РСР, 1947. - 325 с.

    4. Вайнштейн Р.А., Гетьманів В.Т., Пушков А.П. та ін. Стовідсоткова захист від замикань на землю обмотки статора гідрогенераторів Красноярської ГЕС // Електричні станції. - 1972. - № 2. - С. 41-44.

    надійшла 04.05.2008г.

    УДК 621.311.016.001.24

    РОЗРАХУНОК режимі короткого замикання І еквівалентування ЕЛЕКТРИЧНИХ СХЕМ, ЩО МІСТЯТЬ ГІЛКИ З ЕРС

    С.Г. Слюсаренко, Л.Ю. Костюк

    Томський політехнічний університет E-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

    Пропонується універсальний алгоритм розрахунку струмів трифазного короткого замикання на основі ітераційного перетворення електричних схем без приведення параметрів до базисних умов і зі збереженням енергетичного балансу для вихідних і еквівалентних моделей.

    Вступ

    В електроенергетиці розрахунки режимів електричних схем методом перетворення широко застосовуються при моделюванні коротких замикань (КЗ). Перетворення виконуються на розрахункових схемах, у яких параметри вузлів і гілок приведені до одним базисних умов. Послідовне спрощення схем здійснюється шляхом еквівалентування послідовно і паралельно з'єднаних гілок, перетворень сполук гілок в трикутник в з'єднання зіркою і т. Д. Формалізація такої процедури вимагає розробки і реалізації складних алгоритмів топологічного аналізу графів і вибору найкращої траєкторії їх перетворення. Головним недоліком таких перетворень є те, що в загальному випадку потужності джерел і приймачів енергії в вихідної схемою нерівні відповідним потужностям в еквівалентній схемі [1].

    У даній статті пропонується універсальний алгоритм розрахунку струмів трифазного КЗ на основі

    итерационного перетворення електричних схем без приведення параметрів до базисних умов зі збереженням енергетичного балансу для вихідних і еквівалентних моделей. Останнє забезпечується розрахунком режиму лінійного електричного схеми. Показаний приклад реалізації однієї ітерації для вирішення означеної завдання на простий електричній схемі. Деталі ключових позицій алгоритму пояснюються на прикладі узагальненого вузла розрахункової схеми.

    Формування інформаційного базису для

    моделювання трифазного короткого замикання

    Під інформаційним базисом маються на увазі відомості, необхідні для вирішення поставленого завдання. До їх числа відносяться графічна і параметричну моделі електричної системи, що дозволяють розрахувати вихідний сталий режим. За його параметрам формуються сверхпереходние еквіваленти з опорами і джерелами ЕРС для синхронних і асинхронні-


    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити