Реконструкция системы электроснабжения вспомогательных цехов АО «Агромашхолдинг»

Причины возникновения  замыканий в воздушных и кабельных  сетях многообразны. Они появляются вследствие механических разрушений изоляции, обрывов проводов и тросов, а также в результате разрушений изоляции из-за грозовых и внутренних перенапряжений. К внутренним перенапряжениям, как известно, относят коммутационные и резонансные. Коммутационные перенапряжения не могут иметь больших кратностей, так как возникают вследствие переходных процессов. В теоретической электротехнике показано, что коммутационные увеличения напряжений и токов в линейных цепях, как правило, не могут превышать двойную амплитуду установившегося значения. Что касается резонансных перенапряжений, то они изменяются в широких диапазонах и в пределе (теоретически) могут достигать бесконечно больших значений. Перенапряжение зависит от того, насколько соотношения активных, индуктивных и емкостных элементов близки к условиям резонанса в данной цепи. Если в сети отсутствуют индуктивности относительно земли, то, очевидно, резонансные перенапряжения не возникнут.

Резонансные перенапряжения относительно земли в сетях 6-35 кВ с изолированной нейтралью вызываются образованием резонансного контура из индуктивностей и емкостей между фазами сети и землей. В сетях обычно присутствуют индуктивности измерительных трансформаторов напряжения. Емкости в сети всегда имеются как между фазами, так и между фазами и землей.

Эффективным средством, устраняющим аварийный режим  замыкания на землю, является быстрое  автоматическое отключение поврежденного  участка сети. В настоящее время  предложено много различных принципов  селективной защиты от однофазных замыканий на землю. Однако подобные устройства не нашли применения из-за ложных срабатываний, отрицательно сказывающихся на работе защиты в условиях эксплуатации. В частности, отсутствует обоснованный учет амплитудных и фазовых соотношений токов и напряжений нулевой последовательности при разработке селективных защит от замыкания на землю.

Для уменьшения емкостной  составляющей тока замыкания на землю  в практике применяют дугогасящие  реакторы, которые включают в нейтраль питающего сеть трансформатора или в нейтраль дополнительного заземляющего трансформатора, не несущего иной нагрузки.

Одним из наиболее распространенных видов повреждений в электрических сетях напряжением 6-10 кВ являются однофазные замыкания на землю. Современные направленные защиты от однофазного замыкания на землю имеют большое количество ложных срабатываний и низкую чувствительность. При этом отключения часто носят групповой характер, то есть при отключении поврежденного фидера защищаемой линии отключаются одновременно один или несколько фидеров, где изоляция фаз относительно земли не повреждена. Это затрудняет поиск поврежденного фидера, в результате чего имеет место переход однофазного замыкания на землю в более опасный вид повреждения - двухфазные и трехфазные. Кроме того, основным недостатком существующих защит от однофазного замыкания на землю является трудность выбора уставки тока срабатывания, так как в процессе эксплуатации сети количество одновременно работающих присоединений меняется, а, следовательно, изменяется и ток однофазного замыкания на землю. Поэтому определенная фиксированная уставка тока однофазного замыкания на землю не обеспечивает селективность срабатывания защиты при изменении количества включенных присоединений в узле нагрузки.

 

 

4.2 Решение задачи защиты сетей от замыканий с помощью

конкретных инженерных разработок

Одним из наиболее важных вопросов в области электроэнергетики  на сегодняшний день является проблема повышения надежности электроснабжения и электробезопасности при эксплуатации электроустановок. Такое состояние связано с физическим и моральным старением большой части оборудования, а также низким уровнем технического совершенства релейной защиты и автоматики.

Условия электробезопасности  и надежности энергоснабжения в  значительной мере определяются состоянием изоляции, ее сопротивлением и емкостью относительно земли. Поэтому своевременное выявление и устранение дефектов, сопровождающееся изменением активной и емкостной составляющих проводимостей изоляции, позволит предотвратить большую часть повреждений.

Существующие в настоящее  время методы определения параметров изоляции для проведения измерений требуют привлечение персонала для подключения дополнительной емкостной и активной проводимости к электрической сети, косвенный расчет оперативным персоналом значений параметров изоляции, что ведет к снижению уровня электробезопасности персонала, занимающегося определением параметров изоляции сети.

Во многих случаях  износ электрической изоляции сети является причиной возникновения однофазного замыкания на землю, являющееся преобладающим видом повреждения в электрических сетях 6-10 кВ и составляющее около 75 % общего числа повреждений. Длительность воздействия однофазного замыкания на землю приводит к междуфазным и многоместным коротким замыканиям.

Современные направленные защиты от однофазного замыкания  на землю имеют низкую чувствительность и большое количество ложных срабатываний. При этом отключения часто носят групповой характер, затрудняется поиск поврежденного фидера в распределительной сети, в результате чего однофазное замыкание на землю может перейти в более опасный вид повреждения – двухфазное и трехфазное. Основным недостатком существующих защит от однофазного замыкания является трудность выбора уставки тока срабатывания, так как в процессе эксплуатации сети количество одновременно работающих присоединений меняется, а, следовательно, изменяется и ожидаемый ток однофазного замыкания на землю. Кроме того, существующие защиты не учитывают положение секционного выключателя автоматического ввода резерва, так как при секционировании величина реального тока однофазного замыкания на землю также будет зависеть и от параметров отходящих линий присоединенной секции и количества подключенного к ним оборудования. Поэтому определенная фиксированная уставка тока однофазного замыкания на землю не обеспечивает селективность срабатывания защиты при изменении количества включенных присоединений в узле нагрузки.

Централизованная защита от однофазного замыкания на землю на основе применения микропроцессорных систем и микроконтроллеров позволит повысить уровень селективности и быстродействие при возникновении однофазных замыканий на землю, предотвратить ложное срабатывание защиты в неповрежденных присоединениях.

Микропроцессорные средства находят все большее применение в различных сферах промышленности, так как обладают существенными преимуществами по сравнению со средствами релейной автоматики, а это, прежде всего надежность, быстродействие, простота обслуживания, а для сферы электроэнергетики это, в первую очередь, повышение уровня электробезопасности при эксплуатации действующих электроустановок.

Выбор микропроцессорной  системы зависит от многих факторов, определяемых в большинстве случаев требованиями к обслуживаемому процессу, и достаточно обширен на сегодняшний день. Многофункциональность, возможность интеграции с другими микропроцессорными системами позволяет организовать единую информационно-управляющую систему, обслуживающую определенные процессы в комплексе.

 

4.3 Устройство централизованной защиты от однофазного замыкания

на землю в функции  срабатывания устройства защиты линии

Защита от однофазных замыканий на землю в распределительных сетях 6-10 кВ имеет большое значение для надежности электроснабжения и безопасности персонала, обслуживающего сети и электроустановки потребителей.

В настоящее время  нашло применение устройство защиты от однофазных замыканий на землю, содержащее по числу линий трансформаторы тока нулевой последовательности, усилители токов нулевой последовательности, мостовые выпрямители усиленных токов, блоки выдержки времени, блоки запрета, блоки блокировки, исполнительные органы, соединенные последовательно в каждой линии, осуществляющие защиту по суммарному току линий. Недостатком данного устройства является ложное срабатывание защиты в наиболее протяженной линии, ток которой больше тока остальных линий, а также данное устройство нельзя применить в сетях с двумя присоединениями.

Для повышения уровня электробезопасности разработано устройство централизованной защиты от тока однофазного замыкания на землю в электрической сети 6-10 кВ, обеспечивающее высокую селективность, быстродействие при однофазных замыканиях на землю, контроль за состоянием всех отходящих фидеров сети, накопление информации о появлении  однофазных замыканий на землю в контролируемой сети с напряжением 6-10 кВ. Принцип работы устройства поясняется схемой, приведенной на листе 6, содержащий:

- трансформатор напряжения  – ТV;

- отходящие линии через выключатели нагрузки – QF1,QF2,QF3;

- реле фазного сдвига  – KL1, KL2, KL3;

- блоки гальванической  развязки – U1, U2, U3;

- исполнительные органы  – Y1, Y2, Y3;

- центральный процессор  – ЦП,

- оперативное запоминающее  устройство – ОЗУ;

- постоянное запоминающее устройство – ПЗУ;

- клавиатуру – К;

- параллельно-программируемый  интерфейс ввода-вывода – ППИ;

- шифратор – Ш;

- дешифратор – ДШ;

- элементы И с инвертирующими  входами – DD1, DD2, DD3.

К сети подключаются: трансформатор  напряжения, отходящие фидеры через выключатели нагрузки. К реле фазового сдвига подводятся напряжения нулевой последовательности с вторичной обмотки трансформатора напряжения и токи, протекающие в линиях, с трансформаторов тока.

Сигналы с реле фазового сдвига через шифратор и параллельно-программируемый интерфейс поступают на центральный процессор и на элементы И с инвертирующими входами.

Энергонезависимое оперативное  запоминающее устройство, дисплей, клавиатура посредством шины подключены к центральному процессору. Блоки гальванической развязки подключены к исполнительным органам выключателей нагрузки.

 При повреждении  изоляции на какой-либо линии,  в ней протекает ток однофазного  замыкания на землю, на дополнительной обмотке трансформатора напряжения появляется напряжение нулевой последовательности.

С выводом вторичных  обмоток трансформатора напряжения снимаются сигналы напряжения нулевой  последовательности, которые поступают  на реле фазового сдвига. Также на реле фазового сдвига поступают сигналы  тока. Сигналы с реле поступают на шифратор и на элементы И с инвертирующими входами.

Шифратор преобразует  сигналы с реле (с шины аварийных  сигналов) в двоичный код, которые  далее поступает на параллельно-програмируемый интерфейс.

 Центральный процессор  выполняет программу обработки данных. При наличии повреждения изоляции на фидере процессор посылает код на дешифратор.  Дешифратор выполняет обратное преобразование и подает сигнал на соответствующий поврежденной линии элемент И с инвертирующими входами, в котором происходит инверсия и умножение сигналов с дешифратора и с реле фазового сдвига. Сигнал с выхода элемента И с инвертирующими входами поступает на блок гальванической развязки и соответственно исполнительный орган, отключающий выключатель нагрузки.

             Блокировка входа сигналов с шины аварийных сигналов на шифратор в случае поступления первичного аварийного сигнала осуществляется программным способом.

 Информацию о появлении  однофазных замыканий процессор  записывает в энергонезависимое оперативное запоминающее устройство, выполняющее функцию памяти данных.

Сигналы с реле фазового сдвига поврежденной линии и дешифратора, поступающие на вход элемента И с  инвертирующими входами оба будут  иметь низкий уровень, следовательно, на выходе – высокий, который поступит на соответствующий исполнительный элемент и произведет отключение поврежденного фидера из питаемой распределительной сети.

Разработанное устройство централизованной защиты от однофазного  замыкания на землю обеспечивает селективность и надежность защиты, а также повышает уровень электробезопасности обслуживающего персонала.                                   

 

4.4 Определение экономической эффективности специальной части.

Определение экономической  эффективности от внедрения устройства от однофазного замыкания на землю сводится к нахождению срока окупаемости капитальных вложений.

Срок окупаемости расчетных  капитальных вложений определяем по формуле:

 

,                                                  (4.1)

 

где – расчетные капитальные вложения объекта без внедрения устройства, тыс. тенге;

       – расчетные капитальные вложения объекта с внедрением устройства, тыс. тенге;

       – издержки на эксплуатацию объекта без внедрения устройства, тыс. тенге;

       – издержки на эксплуатацию объекта с внедрением устройства, тыс. тенге.

Капитальными затратами  являются инвестиции, необходимые для осуществления проекта. К ним также относятся расходы на замену или модернизацию фондов, которые износились в ходе хозяйственной деятельности проекта, а также расходы на капитальный ремонт для поддержания в рабочем состоянии фондов проекта в период проведения анализа.

На внедрение устройства в эксплуатацию требуются вложения, и они составят 500000 тенге. Так как на данный момент на элеваторе устройство отсутствует, то К₁ равно 0.

В издержки на эксплуатацию входят оплата труда, материалов и топлива, арендная плата, оплата коммунальных, общих и административных услуг, налоги, а также платежи за иные товары или услуги, необходимые для выпуска продукции проекта. Издержки на эксплуатацию, в том числе расходы на техническое обслуживание и текущий ремонт, имеют место каждый год, начиная с первого дня ввода проекта в эксплуатацию. Эксплуатационные расходы оплачиваются из общих доходов элеватора.