Тема: Повышение надежности защит блоков генератор-трансформатор-линия в системе питания и генерации электроэнергии на мусоросжигательных заводах

В результате интенсивных исследований и разработок ученых и инженеров в последние десятилетия плазмохимические процессы стали широко использоваться во многих областях науки и промышленности.
Высокоразвитые страны вкладывают большие средства в совершенствование плазменных технологий, что обусловлено рядом их преимуществ перед традиционными. Это происходит за счет использования устройств генерирующих плазму, обладающую высокой температурой и электропроводностью. Оказываемое мощное энергетическое воздействие на обрабатываемые вещества, позволяет значительно интенсифицировать скорости протекания химических реакций. При этом устройства и аппараты плазмохимических процессов становятся значительно проще, что позволяет уменьшить габариты установок.
Воздействуя на обрабатываемые вещества и являясь универсальным теплоносителем и реагентом, плазма обладает электрическим и магнитным полем, а также сильным световым излучением, что позволяет синтезировать ряд новых веществ с уникальными свойствами, которые невозможно получить другими методами.
Плазмохимическими процессами легко управлять, их можно моделировать и автоматизировать, используя один вид энергии — электричество.
Началом истории плазменных технологий можно считать исследования, проведенные в 1781¬1784 годах Генри Кавендишем (1731-1810) и Джозефом Пристли (1733-1804) по получению окиси азота из воздуха в электрическом разряде. Основополагающим в области генерации низкотемпературной плазмы было получение в 1802 году профессором Петербургской Медико-хирургической академии В.В. Петровым электрической дуги [1] и первую демонстрацию плазмы сэром ХемфриДеви в 1804 году.
В конце 1800-х годов в Германии компания SIEMENS применила плазменную технологию для производства некоторых видов металла и, позднее, плазменный нагрев использовался для переработки азотных удобрений.
В начале 1900-х годов в Германии сотрудниками компании BASFсоздается дуговая печь для получения оксида азота путем нагрева воздуха (метод Шерхерра). Примерно в это же время в Норвегии строится установка для получения оксида азота методом, основанным на пропускании воздуха через дугу, создаваемую электрическим разрядом постоянного тока, помещенную в сильное продольное магнитное поле (метод Беркеланда-Эйде). Эти способы просуществовали до конца 20-х годов прошлого века и были вытеснены появлением более экономичных и производительных [2].
Один из первых способов электрокрекинга природного газа, с целью получения ацетилена был осуществлен в Германии в 1940 году.
Одной из первых плазменных технологий, получивших широкое применение в различных отраслях промышленности, стала плазменная резка и сварка металлов. Это обуславливается возможностью их использования, как для черных, так и цветных металлов и их сплавов, обладающих высокой теплопроводностью, при этом отсутствуют структурные изменения, из-за малой зоны термического воздействия.
В настоящее время разработаны новейшие технологии сварки высокопрочных и хладостойких сталей, титановых и алюминиевых сплавов, а также технологии наплавки медных сплавов на сталь. Процессы отличаются высокой производительностью, точностью и экономичностью. Накоплен большой опыт использования средств технического оснащения в виде стационарных, переносных устройств и поточных линий [3,4].
Успехи, достигнутые в создании промышленных технологий в области плазменной резки и сварки, стимулировали распространение плазменной техники на область металлургии. Существенным моментом явилась необходимость пересмотра энергетической основы промышленности, с постепенным исключением из энергетического баланса дефицитных видов топлива. Термическая плазма, как средство превращения электрической энергии в технологическое тепло, используется в металлургических процессах[5,6].
Низкотемпературная плазма позволяет обеспечить получение материалов с улучшенными или особыми свойствами, интенсифицировать и упростить технологический процесс. Вот лишь некоторые примеры использования плазмотронов в металлургическом производстве: процессы восстановления металлов из их окислов; восстановление железосодержащего сырья; получение металлов и их сплавов; получение порошковых материалов; синтез двуокиси титана; получение моноокиси кремния [7, 8].
Высокие температуры, полученные в зоне генерации электрических разрядов, открыли новые возможности для химической технологии. В условиях низкотемпературной плазмы реализуют такие процессы, как пиролиз углеводородного сырья, с целью получения окислов углерода, получения тугоплавких соединений нитридов, карбидов, оксидов; (производство кремния и ферросилиция). Разработаны технологии, обеспечивающие получение продуктов высокой чистоты, а также получение дисперсных и ультрадисперсных порошков разнообразных соединений [9].
По многим направлениям ведутся исследования высокотемпературных технологических процессов и создаются опытные и опытно-промышленные установки. Одним из таких направлений является плазменная модификация поверхности материала. Обработка, например, рельсовой головки, в среде азотной плазмы увеличивает ее прочность и износостойкость. Кроме закалки при этом появляется возможность имплантации ионизированного азота непосредственно в поверхность металла, что приводит к повышению твердости рельса. Другим примером является плазменное нанесение покрытия. В плазменную струю подается материал в виде порошка или проволоки, который расплавляется и разгоняется до высокой скорости. Частицы напыляемого материала, взаимодействуя с разогретой поверхностью, создают тугоплавкие покрытия, стойкие к агрессивным средам [10].
Технология переработки горючих ископаемых решает задачи создания новых процессов, опережающих традиционные химические методы. К таким технологиям относятся процессы плазмохимической переработки нефти и угля. Уголь является наиболее перспективным сырьем для получения энергии и химических продуктов. Плазмохимический процесс переработки угля на синтез-газ или ацетилен при использовании минерального остатка для получения ценных, содержащихся в нем, веществ, и с учетом экологической чистоты этих процессов имеют большое будущее [11,12].
Проблема загрязнения окружающей среды, связанная с образованием, накоплением, транспортировкой и хранением отходов, привела к формированию новой отрасли промышленности — переработки отходов. Разрабатываются и исследуются новые технологии, основанные на использовании низкотемпературной плазмы [13]. Их отличие от традиционных термических технологий выражено в существенном повышении температуры процесса, обеспечении глубокой деструкции, уменьшении объема отходящих газов и возможности размещения установок в непосредственной близости к местам образования отходов[14,15].
В настоящее время актуальной задачей является создание и исследование новых методов переработки отходов, а также использование их для воспроизводства электрической и тепловой энергии.
Данная работа посвящена разработке, созданию и исследованию плазменных технологий и установок переработки отходов.

Купить

Блочные схемы соединений генератор-трансформатор-линия находят широкое распространение на современных мощных электростанциях, в том числе на станциях операционной зоны филиала ОАО «СО ЕЭС» РДУ Татарстана. Особенностью схемы является отсутствие выключателя на ВН трансформатора. Как и в любом элементе электроэнергетической системы в блоках генератор-трансформатор-линия возможны повреждения и ненормальные режимы работы. Поэтому должны предусматриваться устройства релейной защиты и автоматики на данных элементах. Основной задачей построения релейной защиты энергоблоков является обеспечение её эффективного функционирования по возможности при любых видах повреждений, предотвращение развития повреждений и значительных разрушений защищаемого оборудования, а также предотвращение развития нарушений устойчивости в энергосистеме. Среди особенностей построения релейной защиты и автоматики на данных блоках можно выделить, что в отличие от стандартных блоков генератор-трансформатор, где используются защиты генератора и трансформатора в отдельности, здесь ещё имеются защиты линии, которые также связаны с защитами генератора и трансформатора. При этом защиты Г-Т согласуются с защитами линии. Также одной из особенностей является отсутствие АПВ на данных линиях. Также для управления выключателем ВН при действии защит блока и УРОВ требуется специальное оборудование (УПАСК) для передачи команд ТО и ТУ.
В работе были рассмотрены различные варианты выполнения защит линии и целесообразность использования команд ТУ от защит линии. На основе анализа сделаны выводы о наиболее целесообразных способах защиты. Наиболее оптимальным и надёжным вариантом организации защиты линии является использование двух комплектов резервных защит с каждой из сторон линии. При этом для передачи и приёма команд ТУ(ТО) для повышения надёжности используется по два передатчика и приёмника с каждой из сторон, причём среда передачи данных по каждому из них разная (ВЧ и ВОЛС). В ходе исследования было обнаружено, что надёжнее использовать два канала, реализованных на разных средах (ВЧ и оптоволокно). Только используя два канала в комплексе можно достичь высокого уровня надёжности и безотказной работы. При этом используется по одной команде на передачу и приём с каждой сторон линии.
Пуск команды ТУ со стороны ПС осуществляется от выходных реле защит линии и УРОВ линейного выключателя. При этом выходы пуска (со стороны подстанции) и приёма (со стороны станции) команд каждого терминала объединяются в параллель (в каждом терминале шкафа реализуется приём и пуск команд). Ввиду отсутствия целесообразности использования команд ТУ на передатчике со стороны станции возможно использование только двух команд, разделяя действие защит линии и защит блока. При использовании двух комплектов резервных защит линии с каждой из сторон можно отказаться от передачи команд ТУ от защит линии со стороны станции, а использовать в данном случае только одну команду ТО, пускаемую от защит блока и УРОВ. На подстанции пришедшая команда действует напрямую в цепи отключения выключателя. Приём команды ТУ на станции можно обеспечить с контролем срабатывания БК (при неисправности одного КСЗ или вывода для технического обслуживания в работе остаётся другой терминал и команда ТУ пройдёт через него). При этом можно отказаться от использования основной защиты линии (ДФЗ, ДЗЛ), так как короткие замыкания на линии будут отключаться с достаточным быстродействием и надёжностью, что позволит сократить расходы.
При использовании по одному комплекту ступенчатых защит с каждой из сторон линии со стороны станции организуется одна команда телеотключения, пускаемая от защит блока и УРОВ, и одна команда ТУ(ТО) от выходных реле защит линии на случай отказа КСЗ со стороны подстанции. Со стороны подстанции также организуется одна команда, пускаемая от выходных реле защит линии и УРОВ. Команды, пускаемые от выходных реле защит линии, на приёмном конце контролируются БК. При этом предлагается схема контроля исправности терминала, выводящая контроль принятой команды блокировкой при качаниях, в случае неисправности терминала.
Предложены способы построения УРОВ линейного выключателя со стороны подстанции при приёме команды телеотключения со стороны станции, что позволит уменьшить объёмы разрушений оборудования.
Ввиду возможности ложной работы защиты от замыканий на землю в статоре генератора, основанную на контроле основной и третьей гармонических составляющих нулевой последовательности, вследствие снятия торможения с органа третьей гармоники (пропаже цепей напряжения со стороны нейтрали), предложены варианты контроля неисправности цепей напряжения. Способ, основанный на контроле производных напряжения третьей гармоники нулевой последовательности со стороны линейных выводов и нейтрали, позволит выявлять неисправность цепей напряжения при обрывах, при отключении автоматического выключателя с любой из сторон, также будет обеспечен контроль обрыва первичной обмотки трансформатора напряжения со стороны нейтрали и линейных выводов. Способ, основанный на использовании трансформатора напряжения с двумя вторичными обмотками со стороны нейтрали, не будет работать при одновременном обрыве вторичных обмоток, при обрыве первичной обмотки этого ТН, а также не будет обеспечен контроль неисправности цепей напряжения ТН, установленного на линейных выводах.
Были рассмотрены различные способы выполнения защиты от перегрузки обмотки ротора, а именно в способах получения значения тока ротора. Наиболее перспективным методом определения тока возбуждения является метод, основанный на использовании датчиков тока в цепи обмотки возбуждения. Одним из вариантов используемых датчиков являются датчики постоянного тока, принцип работы которых основан на эффекте Холла, либо использование напряжения, снимаемого с шунта, установленного в цепи обмотки ротора. Для преобразования напряжения, снимаемого с шунта, в унифицированный выходной сигнал 4.20 мА устанавливаются специальные преобразователи, обеспечивающие также гальваническую развязку входных и выходных цепей. Более предпочтительными преобразователями для установки являются преобразователи фирмы «Knick» и «ЭнергоСоюз», как обеспечивающие требуемую точность и электрическую прочность изоляции. Среди производителей датчиков Холла можно выделить «LEM» и «НИИЭМ». Для правильного преобразования тока ротора в пропорциональный сигнал 4.20 мА на выходе необходимо датчик тока (шунт) выбирать по значению тока в режиме форсировки.
Данные датчики компактны, обеспечивают малое время отклика, имеют низкое энергопотребление, обладают высокой точностью и устойчивы к перенапряжениям. В дополнении к ним не требуется установки дополнительных элементов. Поэтому их применение в целях измерения тока возбуждения является перспективным.
Для того, чтобы защита могла функционировать как на основной, так и на резервной системе возбуждения было выбрано место установки данных датчиков или шунтов - непосредственно перед обмоткой возбуждения.
После отключения генератора при работе защиты от замыканий на землю в обмотке статора было бы полезным знать, где место повреждения: в обмотке статора или на генераторной ошиновке. Предложены способы, позволяющие определить место замыкания, что значительно сократит время на поиски повреждения. Один из них основан на контроле волновых переходных процессов, сопровождающих повреждение изоляции при ОЗЗ с использованием импульсного реле направления мощности (по аналогии с ИЗГ). После отключения генератора и срабатывания схемы определения места повреждения можно сделать вывод о том, что замыкание находится за пределами обмотки статора (на генераторной ошиновке после установленного фильтра токов нулевой последовательности). Другой способ основан на наложении контрольного тока частотой 25 Гц через обмотку разомкнутого ТН. При этом в случае отсутствия срабатывания органа, принцип работы которого основан на наложении контрольного тока с частотой 25 Гц (при отсутствии протекания тока частотой 25 Гц через ФТНП), и наличии срабатывания органа 3U0можно однозначно сказать, что замыкание на землю произошло не в обмотке статора, а на генераторной ошиновке, либо в обмотке низкого напряжения трансформатора блока. Данный способ обладает ограниченной чувствительностью при перемежающихся замыканиях и замыканиях через значительное переходное сопротивление.

Купить