Влияние переходных процессов при однофазном коротком замыкании на действие релейной защиты в кабельных сетях 6-10 кВ
|
Введение 5
1 Анализ возможных причин появления коротких замыканий и методы: контроля и защиты, кабельных линий на напряжение 6-10 кВ 7
1.1 Общие причины возникновения коротких замыканий кабельных линий 7
1.2 Методы, способы контроля и защиты кабельных линий 9
1.2.1 Методы и способы контроля кабельных линий 9
1.2.2 Методы и способы защиты кабельных линий 13
1.3 Выводы и задачи 33
2 Математические модели кабельных сетей 6-10 кВ для исследования влияния переходных процессов при однофазном коротком замыкание на работу релейной защиты 35
2.1 Сравнительный анализ минимального уровня ВГ в имитационных моделях 35
2.2 Анализ максимального уровня ВГ в токе ОЗ в сетях 6-10 кВ 41
2.3 Анализ факторов, влияющих на нестабильность уровня ВГ 42
2.3.1 Оценка общих факторов, влияющих на нестабильность ВГ 42
2.3.2 Расчет колебаний общего уровня ВГ в токе ОЗ кабельных сетей 6-10 кВ 45
2.3.3 Аналитическая оценка нестабильности уровня ВГ в токе ОЗ 47
2.4. Модели кабельных сетей для исследования высших гармонических составляющих в токах ОЗ при переходных процессах 51
2.4.1 Модели кабельных городских и промышленных сетей электроснабжения для исследования переходных процессов при ОЗ 52
2.4.2 Аналитический метод определения параметров кабельных линий 6-10 кВ для исследования переходных процессов 54
2.4.3 Анализ соотношений мгновенных значений переходных токов в поврежденном и неповрежденных присоединениях при ОЗ в кабельных сетях 6-10 кВ влияющих на селективность и устойчивость релейной защиты 55
2.4.4 Анализ частотного спектра в поврежденных и неповрежденных кабельных линиях на напряжение 6-10 кВ при возникновении ОЗ 58
2.5 Анализ влияния режима заземления нейтрали на возникновение и переходных процессов, протекающих при ОЗ 60
2.6. Зависимость изменения рабочего диапазона частот от общей емкости сети в момент возникновения ОЗ 63
2.6.1 Анализ диапазона изменения частот, основных составляющих тока переходного процесса при ОЗ 63
2.6.2 Анализ влияния фильтрации высокочастотных составляющих на потери в сигнале переходного тока 65
2.7 Анализ распознавания дуговых прерывистых коротких замыканий на землю в кабельных сетях 6-10 кВ с учетом заземления нейтрали 69
2.7.1 Область применения распознавания дуговых прерывистых замыканий на землю в кабельных сетях 6-10 кВ 69
2.7.2 Прямой способ контроля дуговых прерывистых замыканий на землю в компенсированных и некомпенсированных кабельных сетях 6-10 кВ 71
2.7.3 Косвенный способ контроля дуговых прерывистых замыканий на землю в компенсированных и некомпенсированных кабельных сетях 6-10 кВ 72
2.7.4 Анализ методики косвенного способа распознавания дуговых прерывистых замыканий на землю в компенсированных и некомпенсированных кабельных сетях 6-10 кВ 73
2.7.5 Анализ косвенного способа распознавания дуговых прерывистых замыканий на землю в компенсированных и некомпенсированных кабельных сетях 6-10 кВ, путем контроля общего уровня ВГ в переходном токе нулевой последовательности 76
3 Повышение эффективности релейной защиты кабельных сетей на напряжение 6-10 кВ с учетом технологических особенностей потребителя и эксплуатируемой сети 80
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 90
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 92
1 Анализ возможных причин появления коротких замыканий и методы: контроля и защиты, кабельных линий на напряжение 6-10 кВ 7
1.1 Общие причины возникновения коротких замыканий кабельных линий 7
1.2 Методы, способы контроля и защиты кабельных линий 9
1.2.1 Методы и способы контроля кабельных линий 9
1.2.2 Методы и способы защиты кабельных линий 13
1.3 Выводы и задачи 33
2 Математические модели кабельных сетей 6-10 кВ для исследования влияния переходных процессов при однофазном коротком замыкание на работу релейной защиты 35
2.1 Сравнительный анализ минимального уровня ВГ в имитационных моделях 35
2.2 Анализ максимального уровня ВГ в токе ОЗ в сетях 6-10 кВ 41
2.3 Анализ факторов, влияющих на нестабильность уровня ВГ 42
2.3.1 Оценка общих факторов, влияющих на нестабильность ВГ 42
2.3.2 Расчет колебаний общего уровня ВГ в токе ОЗ кабельных сетей 6-10 кВ 45
2.3.3 Аналитическая оценка нестабильности уровня ВГ в токе ОЗ 47
2.4. Модели кабельных сетей для исследования высших гармонических составляющих в токах ОЗ при переходных процессах 51
2.4.1 Модели кабельных городских и промышленных сетей электроснабжения для исследования переходных процессов при ОЗ 52
2.4.2 Аналитический метод определения параметров кабельных линий 6-10 кВ для исследования переходных процессов 54
2.4.3 Анализ соотношений мгновенных значений переходных токов в поврежденном и неповрежденных присоединениях при ОЗ в кабельных сетях 6-10 кВ влияющих на селективность и устойчивость релейной защиты 55
2.4.4 Анализ частотного спектра в поврежденных и неповрежденных кабельных линиях на напряжение 6-10 кВ при возникновении ОЗ 58
2.5 Анализ влияния режима заземления нейтрали на возникновение и переходных процессов, протекающих при ОЗ 60
2.6. Зависимость изменения рабочего диапазона частот от общей емкости сети в момент возникновения ОЗ 63
2.6.1 Анализ диапазона изменения частот, основных составляющих тока переходного процесса при ОЗ 63
2.6.2 Анализ влияния фильтрации высокочастотных составляющих на потери в сигнале переходного тока 65
2.7 Анализ распознавания дуговых прерывистых коротких замыканий на землю в кабельных сетях 6-10 кВ с учетом заземления нейтрали 69
2.7.1 Область применения распознавания дуговых прерывистых замыканий на землю в кабельных сетях 6-10 кВ 69
2.7.2 Прямой способ контроля дуговых прерывистых замыканий на землю в компенсированных и некомпенсированных кабельных сетях 6-10 кВ 71
2.7.3 Косвенный способ контроля дуговых прерывистых замыканий на землю в компенсированных и некомпенсированных кабельных сетях 6-10 кВ 72
2.7.4 Анализ методики косвенного способа распознавания дуговых прерывистых замыканий на землю в компенсированных и некомпенсированных кабельных сетях 6-10 кВ 73
2.7.5 Анализ косвенного способа распознавания дуговых прерывистых замыканий на землю в компенсированных и некомпенсированных кабельных сетях 6-10 кВ, путем контроля общего уровня ВГ в переходном токе нулевой последовательности 76
3 Повышение эффективности релейной защиты кабельных сетей на напряжение 6-10 кВ с учетом технологических особенностей потребителя и эксплуатируемой сети 80
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 90
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 92
Кабельные линии являются одним из основных передающих механизмов электроэнергии от объектов генерации до потребителя. В России кабельные линии выполняются на все классы напряжения от низкого до высокого. До 1кВ это система низкого напряжения, а свыше 1 кВ высокого. В классе высокого напряжения выделяют класс, который называется средним (6-35кВ).
Кабельные линии 6-10 кВ являются вторыми по протяженности после сетей 0,4-0,22 кВ. Напряжение 6-10 кВ выбрано для городских сетей и для сетей генераторного напряжения.
Множество действующих кабельных линий выполнено на основе бумажно-пропитанной изоляции. На вновь проектирующихся объектах кабель с бумажно-пропитанной изоляцией выводятся из эксплуатации или не рассматриваются. В настоящее время применяются кабели из сшитого полиэтилена, однако процент устаревших и негодных к эксплуатации кабельных линий с бумажной изоляцией очень высок (85%), поэтому проблема защиты стоит очень остро.
Кабельные линии на напряжение 6-10 кВ необходимо защищать, поскольку они являются связующим звеном между линиями высокого и низкого напряжения. Однако неопределенность вида заземления и в результате возможности возникновения множества деструктивных последствий, осложняет защиту данного технического изделия. В частности, возникновение аварийного режима, сопровождающегося различными последствиями, то есть возможное возникновение перенапряжений высокой кратности (3 и более) или их отсутствие ведет к различным режимам возможным режимам работы.
В данной работе мы рассматриваем самое распространенное замыкание в кабельных сетях 6-10 кВ. Однофазное короткое замыкание может быть устойчивым или не устойчивым, то есть через перемежающуюся дугу. Устойчивое короткое замыкание можно не отключать, если данный процесс разрешен технологическим процессом и регламентирующими документами. Однако замыкание через перемежающуюся дугу необходимо отключать независимо от технологического процесса и документов, разрешающих работу с однофазным замыканием (ОЗ). ОЗ через перемежающуюся дугу приводит к термическому воздействию на место пробоя изоляции к перенапряжениям на неповрежденных фазах и в частных случаях к повреждению трансформаторов напряжения.
Целью данной работы является повышение эффективности действий релейной защиты в кабельных сетях 6-10 кВ.
Задачи, которые были поставлены в данной работе:
1) Анализ факторов, влияющих на релейную защиту в кабельных сетях 610 кВ;
2) Математическое и программное моделирование факторов, влияющих на релейную защиту в кабельных сетях 6-10 кВ;
3) Разработка рекомендаций и требований для повышения эффективности релейной защиты в кабельных сетях 6-10 кВ.
Кабельные линии 6-10 кВ являются вторыми по протяженности после сетей 0,4-0,22 кВ. Напряжение 6-10 кВ выбрано для городских сетей и для сетей генераторного напряжения.
Множество действующих кабельных линий выполнено на основе бумажно-пропитанной изоляции. На вновь проектирующихся объектах кабель с бумажно-пропитанной изоляцией выводятся из эксплуатации или не рассматриваются. В настоящее время применяются кабели из сшитого полиэтилена, однако процент устаревших и негодных к эксплуатации кабельных линий с бумажной изоляцией очень высок (85%), поэтому проблема защиты стоит очень остро.
Кабельные линии на напряжение 6-10 кВ необходимо защищать, поскольку они являются связующим звеном между линиями высокого и низкого напряжения. Однако неопределенность вида заземления и в результате возможности возникновения множества деструктивных последствий, осложняет защиту данного технического изделия. В частности, возникновение аварийного режима, сопровождающегося различными последствиями, то есть возможное возникновение перенапряжений высокой кратности (3 и более) или их отсутствие ведет к различным режимам возможным режимам работы.
В данной работе мы рассматриваем самое распространенное замыкание в кабельных сетях 6-10 кВ. Однофазное короткое замыкание может быть устойчивым или не устойчивым, то есть через перемежающуюся дугу. Устойчивое короткое замыкание можно не отключать, если данный процесс разрешен технологическим процессом и регламентирующими документами. Однако замыкание через перемежающуюся дугу необходимо отключать независимо от технологического процесса и документов, разрешающих работу с однофазным замыканием (ОЗ). ОЗ через перемежающуюся дугу приводит к термическому воздействию на место пробоя изоляции к перенапряжениям на неповрежденных фазах и в частных случаях к повреждению трансформаторов напряжения.
Целью данной работы является повышение эффективности действий релейной защиты в кабельных сетях 6-10 кВ.
Задачи, которые были поставлены в данной работе:
1) Анализ факторов, влияющих на релейную защиту в кабельных сетях 610 кВ;
2) Математическое и программное моделирование факторов, влияющих на релейную защиту в кабельных сетях 6-10 кВ;
3) Разработка рекомендаций и требований для повышения эффективности релейной защиты в кабельных сетях 6-10 кВ.
В данной работе произведено обоснование, исследование и частичное решение проблемы отсутствия разграничения факторов, влияющих на работу релейной защиты при ОЗ.
В первой главе выделены основные проблемы и основные направления в которых необходимо работать чтоб решить проблему неэффективной работы релейной защиты.
Во второй главе проведены исследования факторов, влияющих на характер переходного процесса в момент ОЗ. Как видно из главы 2.2 и 2.3 характер нагрузки и электроприемников оказывает влияние на спектральный анализ форм тока и напряжения, что в свою очередь оказывает на работу релейной защиты. Как видно из главы 2.4 моделирование в программе MATLABSIMULINK показало, что характер разрядных и зарядных составляющих переходного процесса в момент ОЗ зависит от емкостного тока сети и длин кабельных линий. Как видно из главы 2.5 заземление нейтрали на переходной процесс не влияет. Как было исследовано в главе 2.4 частотный пики и частотный спектр не однороден и требуется ограничение частоты с целью повышения чувствительности релейной защиты, поэтому в главе 2.6 проведено исследование влияния фильтрации переходного тока нулевой последовательности на величину полезного сигнала. Как видно из главы 2.6 с уменьшением емкостного тока сети ограничение верхнего диапазона частот становится не целесообразным поскольку идет потеря полезного сигнала на величину более 50 %. Вследствие неоднородности сигнала с учетом емкостного сети была выведено требование о необходимости ограничения верхнего диапазона частот, но только в тех случаях, когда не будет произведена потеря полезного более чем на 50 % с целью уменьшения влияния фильтров низких частот на чувствительность релейной защиты. Как отмечалось в главе 2.2 и 2.3 для корректной работы релейной защиты необходим орган фиксирующий и распознающий вид короткого замыкания. После распознавания вида ОЗ с учетом рекомендаций и факторов, определяющих селективность и чувствительность, идет направление входного сигнала на определенную ступень защиты. В главе 2.7 исследован косвенный и прямой способ распознавания вида ОЗ. В результате исследования и анализа работ в данной области для фиксирующего органа выбран косвенный метод распознавания ОЗ основанный на контроле ВГ в токе нулевой последовательности. Как видно из главы 2.7 общий уровень в момент возникновения перемежающегося ОЗ превышает предельный уровень и, следовательно, контролируя данный параметр можно распознать вид ОЗ.
В главе 3 разработаны рекомендации и структурные схемы которые с учетом использованного выше исследования должны повысить чувствительность и селективность релейной защиты. Чувствительность повышается за счет добавления второй дублирующий защиты. Добавление второй ступени необходимо для уменьшения факторов в результате которых защит может не сработать, т.е. не почувствовать короткое замыкание. Так же вторая ступень необходима для уменьшения количества ложный срабатываний в виду уменьшения факторов, направленных на ложное срабатывание первой ступени. Все ограничения, представленные в главе 3 и исследования в главе 2 на основе которых были получены рекомендации по использованию защиты можно изменить с учетом конкретного производства или объекта. Все рекомендации являются общими, т.е. возможно дополнение и включение дополнительных ступеней и алгоритмов направленных на повышение основных требований, предъявляемых к релейной защите. В данной работе предложен косвенный способ повышения эффективности релейной защиты путем улучшения чувствительности и селективности, без исследования и разработки нового технического устройства защиты.
В первой главе выделены основные проблемы и основные направления в которых необходимо работать чтоб решить проблему неэффективной работы релейной защиты.
Во второй главе проведены исследования факторов, влияющих на характер переходного процесса в момент ОЗ. Как видно из главы 2.2 и 2.3 характер нагрузки и электроприемников оказывает влияние на спектральный анализ форм тока и напряжения, что в свою очередь оказывает на работу релейной защиты. Как видно из главы 2.4 моделирование в программе MATLABSIMULINK показало, что характер разрядных и зарядных составляющих переходного процесса в момент ОЗ зависит от емкостного тока сети и длин кабельных линий. Как видно из главы 2.5 заземление нейтрали на переходной процесс не влияет. Как было исследовано в главе 2.4 частотный пики и частотный спектр не однороден и требуется ограничение частоты с целью повышения чувствительности релейной защиты, поэтому в главе 2.6 проведено исследование влияния фильтрации переходного тока нулевой последовательности на величину полезного сигнала. Как видно из главы 2.6 с уменьшением емкостного тока сети ограничение верхнего диапазона частот становится не целесообразным поскольку идет потеря полезного сигнала на величину более 50 %. Вследствие неоднородности сигнала с учетом емкостного сети была выведено требование о необходимости ограничения верхнего диапазона частот, но только в тех случаях, когда не будет произведена потеря полезного более чем на 50 % с целью уменьшения влияния фильтров низких частот на чувствительность релейной защиты. Как отмечалось в главе 2.2 и 2.3 для корректной работы релейной защиты необходим орган фиксирующий и распознающий вид короткого замыкания. После распознавания вида ОЗ с учетом рекомендаций и факторов, определяющих селективность и чувствительность, идет направление входного сигнала на определенную ступень защиты. В главе 2.7 исследован косвенный и прямой способ распознавания вида ОЗ. В результате исследования и анализа работ в данной области для фиксирующего органа выбран косвенный метод распознавания ОЗ основанный на контроле ВГ в токе нулевой последовательности. Как видно из главы 2.7 общий уровень в момент возникновения перемежающегося ОЗ превышает предельный уровень и, следовательно, контролируя данный параметр можно распознать вид ОЗ.
В главе 3 разработаны рекомендации и структурные схемы которые с учетом использованного выше исследования должны повысить чувствительность и селективность релейной защиты. Чувствительность повышается за счет добавления второй дублирующий защиты. Добавление второй ступени необходимо для уменьшения факторов в результате которых защит может не сработать, т.е. не почувствовать короткое замыкание. Так же вторая ступень необходима для уменьшения количества ложный срабатываний в виду уменьшения факторов, направленных на ложное срабатывание первой ступени. Все ограничения, представленные в главе 3 и исследования в главе 2 на основе которых были получены рекомендации по использованию защиты можно изменить с учетом конкретного производства или объекта. Все рекомендации являются общими, т.е. возможно дополнение и включение дополнительных ступеней и алгоритмов направленных на повышение основных требований, предъявляемых к релейной защите. В данной работе предложен косвенный способ повышения эффективности релейной защиты путем улучшения чувствительности и селективности, без исследования и разработки нового технического устройства защиты.
Подобные работы
- ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ НА ЭТАПЕ ВВОДА ВТОРОЙ ЦЕПИ ТРАНЗИТА ОТ ПС 330 кВ ЛОУХИ ДО РП 330 кВ БОРЕЙ
Бакалаврская работа, электроэнергетика. Язык работы: Русский. Цена: 4290 р. Год сдачи: 2020 - Применение интеллектуальных систем для определения мест повреждений воздушных линий электропередачи в энергосистеме Республики Таджикистан
Магистерская диссертация, электроэнергетика. Язык работы: Русский. Цена: 1800 р. Год сдачи: 2020