Подать статью
Стать рецензентом
Том 248
Страницы:
300-311
Скачать том:
RUS ENG

Повышение эффективности релейной защиты на горно-обогатительном комбинате

Авторы:
Р. В. Клюев1
И. И. Босиков2
О. А. Гаврина3
Об авторах
  • 1 — д-р техн. наук Московский политехнический университет ▪ Orcid
  • 2 — канд. техн. наук Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) ▪ Orcid ▪ Elibrary ▪ Scopus
  • 3 — канд. техн. наук Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) ▪ Orcid ▪ Elibrary ▪ Scopus
Дата отправки:
2020-10-05
Дата принятия:
2021-03-30
Дата публикации:
2021-06-24

Аннотация

В работе приведены результаты построения эффективной релейной защиты в системе электроснабжения горно-металлургического комбината (ГОК). Дана краткая характеристика ГОК, приведены схемы электроснабжения и замещения, используемые для расчета токов короткого замыкания. Выполнен статистический анализ повреждений в электрической сети ГОК, позволяющий сделать выводы о характере распределения повреждений. Анализ зарегистрированных повреждений показывает, что их значительная часть – это однофазные замыкания на землю, которые в большинстве случаев переходят в многофазные короткие замыкания, отключаемые максимальной токовой защитой. С целью повышения эффективности и надежности работы релейной защиты уточнена схема электроснабжения ГОК и проведен ее анализ. Произведен расчет токов короткого замыкания, что позволило рассчитать уставки релейной защиты и дать рекомендации по месту ее установки и настройки, чтобы обеспечить нормальную работу потребителей электроэнергии. Для уменьшения количества повреждений кабельной вставки на линии, отходящей на административно-бытовой комбинат (АБК), и увеличения надежности питания потребителей целесообразно осуществить разделение мощностей существующей линии напряжением 10 кВ на две параллельные путем прокладки второй линии. На линии, отходящей на АБК, рекомендуется установить токовую отсечку, целесообразность установки которой показали расчеты. Это уменьшит вероятность повреждаемости кабельной вставки. Данные по токам уставки максимальной токовой защиты и токовой отсечки приведены на карте селективности.

Ключевые слова:
горно-обогатительный комбинат релейная защита токи короткого замыкания уставка система электро-снабжения повреждения
10.31897/PMI.2021.2.14
Перейти к тому 248

Введение

Повышение эффективности работы предприятий возможно только при правильном использовании научно-технических решений по эксплуатации и оптимальным режимам работы системы электроснабжения (СЭС). Важное значение для оптимального режима работы СЭС имеет правильный выбор устройств релейной защиты и их настройка, приводящие к повышению селективности и надежности ее работы. При изменении нагрузки потребителей режим работы СЭС становится другим, поэтому необходимо оценить влияние нагрузки на потери в СЭС.

Постановка проблемы

Одной из наиболее важных задач для СЭС горно-обогатительных комбинатов является обеспечение эффективного функционирования систем релейной защиты и автоматики. Это необходимо для снижения отрицательного эффекта от возможных повреждений и ненормальных режимов, обусловленных короткими замыканиями. Для решения этой задачи для одного из крупнейших ГОК РФ построена эффективная релейная защита на основе проведения комплексных исследований. Внедрение рекомендаций, предложенных в работе, позволит повысить надежность и эффективность работы релейной защиты в СЭС ГОК и получить соответствующий экономический эффект.

Краткая характеристика ГОК

Электроснабжение потребителей напряжением 10 кВ ГОК осуществляется от шин подстанции 10 кВ «Промплощадка» и от центральной распределительной подстанции: ЦРП-10 кВ от двух секций шин, работающих раздельно фидерами, питающими линии на административно-бытовой комбинат (АБК) (рис.1); на подстанцию «Хрустальная»; на трансформаторную подстанцию (ТП-9); с 3-й ячейки комплектного распределительного устройства наружной установки (КРУН-10 кВ). Для примера на рис.1. приведена схема электроснабжения ГОК с питающими линиями на АБК, остальные схемы в работе не представлены.

Рис.1. Схема электроснабжения ГОК с питающими линиями на АБК

Отходящие линии выполнены воздушными и кабельными линиями электропередачи (смешанными), что видно из схем электроснабжения. Сечение воздушных линий колеблется в незначительных пределах: АС-95 – АС-50 (А-50). Сечения кабельных линий – от 50 до 240 мм 2 марки ААШВ и АСБ. Длины участков кабельных и воздушных линий колеблются в очень широких пределах, в зависимости от удаленности электроприемников, подстанций и от наличия материалов на момент их строительства. Количество электроприемников, т.е. число трансформаторных подстанций на каждой линии очень значительное (до 19-20). Мощности составляют от 100 до 630 кВА.

Статистический анализ повреждений в электрической сети ГОК

Статистический материал позволяет сделать некоторые выводы о характере распределения повреждений за указанный период [8, 21]. Всего зарегистрировано 120 повреждений, из которых 58, т.е. около 50 % приходится на фидер, отходящий от ячеек 3 и 15 подстанции «Промплощадка», что является значительным для небольшого участка с большим количеством подключенных подстанций. Регистрация повреждений приведена в журнале главной понизительной подстанции (ГПП) на основании срабатывания максимальной токовой защиты (МТЗ), токовой отсечки (ТО) от токов короткого замыкания, а также в ходе срабатывания сигнализации земляной защиты.

Анализ показывает, что значительная часть повреждений – это однофазные замыкания на землю, которые в большинстве случаев переходят в многофазные короткие замыкания, отключаемые МТЗ [9, 18].

Графики анализа количества повреждений за указанный период (рис.2) иллюстрируют большинство повреждений по фидеру на АБК, которые приходятся на январь, апрель, май и декабрь 2017, 2018 и частично 2019 гг. Фидер ячейки 3 на хвостовое хозяйство (рис.3) иллюстрирует количество повреждений, большинство из которых приходится на февраль, апрель, май 2017 г., июнь 2018 г. и август 2019 гг.

Рис.2. Количество повреждений по фидеру на АБК за отдельные месяцы 2017-2019 гг.

Рис.3. Количество повреждений по фидеру ячейки 3 на хвостовое хозяйство за отдельные месяцы 2017-2019 гг.

Большое количество зарегистрированных повреждений определяется недостаточными профилактическими мероприятиями и небольшим количеством осадков за указанный период.

Причины повреждений электроустановок зависят от многих факторов и имеют разнообразный характер. Однако, из журнала учета простоя электрооборудования практически во всех случаях неясна причина повреждения и отключения элементов, только указывается, какая защита отключает повреждение. Повреждения могут быть разделены на следующие виды: пробой кабеля, повреждение изоляторов воздушной линии, обрыв воздушной ЛЭП, механическое, повреждение питающей линии (короткое замыкание на линии, схлест проводов). Целесообразно после выяснения вида повреждения делать запись в журнале простоя электрооборудования о его причине [2, 4, 14].

Таким образом, основной новизной работы является выявление повреждений, вызванных токами коротких замыканий.

Анализ повреждений в электрической сети ГОК

Для уменьшения абсолютного количества повреждений в электрической сети напряжением 10 кВ следует повысить общий уровень ее эксплуатации. Особой тщательности требует проведение профилактических мероприятий перед весной и в зимний период, когда происходит максимум повреждений. Необходимо уделять внимание проведению профилактических работ в середине и в конце недели, так как основная масса повреждений приходится на этот период. Поскольку по журналу регистрации простоя электрооборудования невозможно оценить повреждения, целесообразно в дальнейшем дежурному персоналу подстанции выяснять причину срабатывания защиты и отмечать ее в журнале регистрации и учета повреждений. Это необходимо для целенаправленной профилактической работы по сокращению отдельных видов повреждений.

Расчет релейной защиты в электрических сетях ГОК

В последние годы все больше возрастает электропотребление в промышленности, что влечет увеличение мощности трансформаторов и протяженности линий электропередачи. Примером является Маднеупольский горно-обогатительный комбинат (МГОК) [7, 17].

Главная понизительная подстанция МГОК питает основные и вспомогательные подразделения. К основным подразделениям относятся рудник открытых горных работ и обогатительная фабрика [3]. Вспомогательными, но очень ответственными электропотребителями являются поселок городского типа, мастерская специальных гаражей, бетоноузел, клуб, профилакторий, а также соседние поселки, которые питаются с помощью линий электропередачи от ГПП МГОК.

Важнейшими показателями нормальной работы указанных электроприемников являются бесперебойное электроснабжение и надежность. Это не всегда соответствует указанному требованию, так как электрическая сеть имеет значительную разветвленность, а релейная защита и автоматика работаю недостаточно четко и надежно [20, 23]. Следствием является неселективное отключение многих электропотребителей, недоотпуск электроэнергии и, тем самым, простои электрооборудования. Это в свою очередь ухудшает технико-экономические показатели работы многих подразделений и наносит вред населению и персоналу, обслуживающему основное и вспомогательное производство. Необходима рационализация, повышение эффективности и надежности работы релейной защиты и автоматики в электрических сетях МГОК [16, 19, 22].

С использованием уточненной схемы электроснабжения произведен расчет токов короткого замыкания, что позволило, имея численные значения токов короткого замыкания, рассчитать уставки релейной защиты и дать рекомендации по месту ее установки и настройки, чтобы обеспечить нормальную работу потребителей электроэнергии [12, 13].

В работе представлена методика расчета токов короткого замыкания в СЭС ГОК и на ее основе проведен анализ релейной защиты отходящих кабельных линий. Аналогичные результаты по расчету параметров релейной защиты получены и для других потребителей электроэнергии на ГОК, но ввиду ограниченности объема работы не представлены.

Методика расчета токов короткого замыкания в системе электроснабжения МГОК напряжением выше 1000 В

Для расчета токов короткого замыкания составляются расчетные схемы и соответствующие им схемы замещения линий, отходящих от ячеек КРУН-10 кВ ГПП, подстанции 10 кВ «Промплощадка» и ЦРП. Схема замещения для схемы, представленной на рис.1, приведена на рис.4.

Рис.4. Схема замещения с указанием активного и индуктивного сопротивлений линии, отходящей от ячейки 3, 15 на АБК

В расчете используется метод приближенного приведения, при котором напряжение на всех ступенях трансформации принимается равным среднему Uср.

Для расчета тока короткого замыкания за трансформатором нужно знать мощность короткого замыкания. Для определения мощности короткого замыкания за силовым трансформатором ГПП воспользуемся формулой

$$ S_K=S_{Т.НОМ}\cdot \frac{100}{u_k}, \tag*{(1)} $$

где Sт.ном – номинальная мощность трансформатора, кВА; uк – напряжение короткого замыкания в процентах от номинального напряжения Uном.

На ГПП установлен силовой трехобмоточный трансформатор типа ТДТН-25/110 с uк = 10,5 кВ для обмотки напряжением 10,5 кВ,

$$ S_{K}=25000 \cdot \frac{100}{10,5}=238095 \ \ \ кВА. $$

Ток короткого замыкания на стороне 10,5 кВ трансформатора в точке К1:

$$ I_{k1}=\frac{S_k}{\sqrt{3}U_{ср2}}, \tag*{(2)} $$

где Uср2 – принятая величина среднего напряжения за трансформатором на стороне напряжением 10 кВ,

$$ I_{k1}=\frac{238095}{\sqrt{3}\cdot 11}=12500 \\\ A. $$

По заданной и уточненной схеме электроснабжения МГОК составляется расчетная схема замещения с учетом того, что при расчете токов короткого замыкания необходим учет активного сопротивления при условии, что отношение r/x > 1/3.

Сопротивление системы определяется, исходя из рассчитанного значения тока короткого замыкания за трансформатором на стороне напряжением 10,5 кВ: zc = хc = 0,508 Ом.

Активные и индуктивные сопротивления (r и х) кабельных и воздушных линий определяются из следующих соображений:

  • индуктивное сопротивление кабеля находится из расчета, что х0=0,08 Ом/км – удельное сопротивление 1 км линии, зависящее от типа линии, материала проводов, способа выполнения ЛЭП напряжением 10,5 кВ;
  • активное сопротивление линии определяется по известному выражению, включающему в себя удельную проводимость кабельных линий и сечение рассматриваемой линии;
  • индуктивное сопротивление воздушных линий рассчитывается для кабельных линий, данные по удельному сопротивлению на 1 км линии берутся из справочных данных.

Расчет трех- и двухфазных токов короткого замыкания производится по формулам:

$$ I^{(3)}_k=\frac{U_{ср}}{\sqrt{3}\cdot z_{рез}}; \tag*{(3)} $$
$$ I^{(2)}_k= I^{(3)}_k \cdot\frac{\sqrt{3}}{2}, \tag*{(4)} $$

где zрез – результирующее значение сопротивления цепи короткого замыкания (от источника питания до точки короткого замыкания), $z_{рез}=\sqrt{(x_{рез})^2+(r_{рез})^2}$; сумма индуктивных сопротивлений участков линии до точки короткого замыкания $x_{рез}=\sum_1^nx=x_1+x_2+ \cdot \cdot \cdot+x_n$; сумма активных сопротивлений участков линии до точки короткого замыкания $r_{рез}=\sum_1^nr=r_1+r_2+ \cdot \cdot \cdot+r_n$.

Поскольку по условию r/x > 1/3, то активное сопротивление rрез должно учитываться при расчетах токов короткого замыкания.

По приведенным формулам рассчитываются величины токов трех- и двухфазных коротких замыканий. Схема замещения, на которой указаны величины сопротивлений элементов сети, расчет которых необходимо произвести, показана на рис.4. Результаты вычислений токов трех- и двухфазных коротких замыканий сведены в табл.1.

Таблица 1

Данные для расчета токов короткого замыкания и величины токов трех- и двухфазных коротких замыканий линии, отходящей от ячейки 3 и 15 на АБК

Точка к.з.

rрез, Ом

хрез, Ом

zрез, Ом

Iк(3), А

Iк(2), А

К1

0,508

0,508

12501

10826

К2

0,018

0,5168

0,5171

12281

10635

К3

0,068

0,5232

0,5276

12037

10424

К4

0,256

0,5472

0,6041

10512

9103

К5

0,35

0,5612

0,6614

9602

8315

К6

0,734

0,6092

0,9538

6658

5765

К7

1,033

0,6612

1,2264

5178

4484

К8

0,9916

0,654

1,1878

5346

4630

К9

0,67

0,6012

0,9001

7055

6110

К10

0,697

0,6092

0,9257

6860

5941

К11

0,798

0,6172

1,0088

6295

5452

К12

0,986

0,6412

1,1761

5399

4676

К13

1,63

0,7212

1,7824

3563

3085

К14

1,6576

0,726

1,8096

3509

3039

К15

2,5776

0,886

2,7256

2330

 

Составляется карта селективности работы максимальных токовых защит в электрической сети напряжением 10 кВ МГОК. В соответствии с ПУЭ на одиночных линиях с односторонним питанием от многофазных замыканий должна устанавливаться двухступенчатая токовая защита, первая ступень которой выполнена в виде токовой отсечки, а вторая – максимальной токовой защиты  с независимой или зависимой характеристикой выдержки времени.

Поскольку смешанная кабельно-воздушная сеть напряжением 10 кВ МГОК представляет собой разомкнутую радиальную сеть с односторонним питанием, то для нее предусматривается установка и расчет МТЗ и ТО. Карта селективности релейной защиты составляется в следующей последовательности:

  • составляется схема замещения электрической сети каждой из рассмотренных выше линий;
  • определяются сопротивления отдельных элементов схемы в соответствии с маркой, сечением и длиной линий;
  • рассчитываются токи трех- и двухфазных коротких замыканий в отдельных точках сети;
  • определяются токи срабатывания защит в местах присоединения понизительных подстанций и на каждой отходящей линии в местах установки защит;
  • определяется коэффициент чувствительности kч;
  • устанавливаются выдержки времени МТЗ.

Используя данные по расчету трех- и двухфазных токов короткого замыкания для отдельных отходящих радиальных линий, производится расчет тока срабатывания и проверка выбранных защит по чувствительности. Ток срабатывания максимальной токовой защиты определяется по формуле

$$ I_{с.з}=\frac{k_нk_п}{k_в}I_{раб.max}, \tag*{(5)} $$

где kн = 1,1-1,2 – коэффициент надежности; kп – коэффициент самозапуска; Iраб.max – максимальный рабочий ток (номинальный ток потребителей), А; kв – коэффициент возврата, kв = 0,6-0,7 – для реле типа РТМ, kв = 0,8-0,85 – для реле типа РС40.

Ток срабатывания реле

$$ I_{с.р}=\frac{k_{сх}I_{с.з}}{n_{ТТ}}, \tag*{(6)} $$

где kсх – коэффициент схемы, равный 1 при включении двух реле на фазные токи по схеме неполной звезды и равный $\sqrt{3}$ при включении одного реле на разность токов двух фаз; nтт – коэффициент трансформации трансформаторов тока.

Коэффициент чувствительности

$$ k_ч=\frac{I_{кз. min}}{I_{с.р}n_{ТТ}}=\frac{I_{к.з}^{(2)}}{I_{с.з}}, \tag*{(7)} $$

где I (2)кз= Iк.з.min – ток двухфазного короткого замыкания в конце защищаемой зоны.

В соответствии с ПУЭ kч ≥1,5 – при коротком замыкании в конце защищаемого участка, kч ≥1,2 – при коротком замыкании в конце смежного участка, при работе МТЗ как резервной защиты и для токовых отсечек, выполненных как резервные.

Расчет тока срабатывания токовой отсечки будет производиться по формуле

$$ I_{с.з}= k_нI_{к.з.вн.max.}^{(3)}, \tag*{(8)} $$

где kн = 1,2-1,4; $I_{к.з.вн.max.}^{(3)}$ – ток трехфазного короткого замыкания в начале смежного участка.

Произведем расчет релейной защиты отходящих линий. Линия – выход на АБК с ячеек 3 и 15 (см. рис.1).

  • На рассматриваемой линии устанавливается МТЗ на МВ1 (рядом с подстанцией «2-й подъем»).

Считаем максимальную нагрузку Iр.max по номинальной мощности присоединенных трансформаторов к отходящей линии за МВ1 (см. рис.1). Определяем ток срабатывания для МВ1 по выражению (5):

$$ I_{с.з}=\frac{1,2\cdot2,5}{0,85}\cdot46,7=164,8\\\ A, $$

где

$$ I_{раб.max}=\frac{\sum_1^nS_{ном.тр}}{\sqrt{}{3}U_H}=\frac{850}{\sqrt{3}\cdot 10,5}=46,7 \\\ A. $$

Ток срабатывания реле по выражению (6):

$$ I_{с.р}=\frac{1\cdot164,8}{10}=16,4 \\\ A. $$

К установке выбираем электромагнитное микропроцессорное реле типа РС40/20 с током срабатывания 17 А.

Проверяем чувствительность защиты по выражению (7):

$$ k_ч=\frac{2017}{17\cdot 10}=11,8. $$

Получим kч > 1,5, т.е. защита является достаточно чувствительной к току короткого замыкания в начале зоны действия (в точке К15).

Эксплуатация сетей напряжением 10 кВ отходящих линий от РП-10 показала, что на участке отходящей линии на АБК при протекании токов короткого замыкания порядка 10-12 кА очень часто выходит из строя кабельная вставка в начале указанной линии. Это приводит к обесточиванию большого числа потребителей, включая и поселок Казрети, который питается от этой линии [1, 5, 11]. Причиной является большая величина протекающего тока короткого замыкания и значительное время релейной защиты, действующей на отключение тока [6, 10, 15]. Для уменьшения повреждаемости кабельной вставки и увеличения надежности питания потребителей было бы целесообразно осуществить разделение указанной линии на две параллельные. Для этого потребуется задействовать раздельно ячейки 3 и 15 подстанции напряжением 10 кВ «Промплощадка», установить 11 опор и проложить 450 м проводов сечением А-50.

Ограничение тока короткого замыкания можно осуществить установкой реактора типа РБ-10-630-0,25. Это повысит надежность работы масляных выключателей при отключении, расчетные значения сопротивления цепи короткого замыкания и токов после установки реактора типа РБ-10-630-0,25 приведены в табл.2.

Таблица 2

Активные и индуктивные сопротивления для расчета токов короткого замыкания и величины токов трех- и двухфазных коротких замыканий линии, отходящей от ячейки 3 и 15 на АБК с учетом сопротивления линейного реактора

Точка к.з.

rрез, Ом

хрез, Ом

zрез, Ом

Iк(3), А

Iк(2), А

К1

0,758

0,758

8378

7255

К2

0,0180

0,7704

0,7706

8241

7137

К3

0,068

0,7768

0,7797

8145

7053

К4

0,256

0,8008

0,844

7524

6516

К5

0,35

0,8148

0,8867

7162

6202

К6

0,734

0,8628

1,1327

5606

4856

К7

1,033

0,9148

1,3798

4602

3986

К8

0,9916

0,9076

1,3442

4724

4091

К9

0,67

0,8548

1,086

5847

5064

К10

0,697

0,8628

1,1091

5726

4959

К11

0,798

0,8708

1,1811

5377

4657

К12

0,986

0,8948

1,3314

4770

4130

К13

1,6576

0,9448

1,8992

3343

2896

К14

1,6576

0,94

1,9055

3333

2886

К15

2,5776

1,1

2,8025

2266

1963

Из табл.2 следует, что установка реактора позволит существенно снизить токи короткого замыкания и повысить надежность системы электроснабжения МГОК. Поэтому представляется целесообразным дать заявку на подготовку этого реактора. Однако, за неимением возможности установки реактора в настоящее время, предлагается повысить быстродействие существующей МТЗ, имеющей выдержку времени. С этой целью рекомендуется на фидере, отходящем на АБК, установить токовую отсечку.

Определим коэффициент чувствительности для МТЗ на масляном выключателе МВ1 после возможной установки реактора (с учетом рассчитанных токов короткого замыкания в табл.3) по выражению (7):

$$ k_ч=\frac{1963}{17\cdot 10}=11,5. $$

Очевидно, что после установки реактора чувствительность защиты остается очень высокой и, следовательно, будет работать достаточно хорошо.

  • Расчитаем МТЗ на масляном выключателе МВЦРП в начале отходящей линии на АБК (ячейка 3 или 15). Аналогично предыдущему расчету считаем, что максимальный рабочий ток будет соответствовать току IнIр.max = 300 А.

Определяем ток срабатывания МТЗ по выражению (5):

$$ I_{с.з}=\frac{1,2\cdot2,5}{0,85}\cdot300=1058\\\ A. $$

Ток срабатывания реле будет равен по формуле (6):

$$ I_{с.р}=\frac{1\cdot1058}{60}=17,6 \\\ A. $$

К установке принимается реле типа РС40/20 на величину тока 20 А с Iс.р = 18 А.

Определяем коэффициент чувствительности до установки реактора по выражению (7):

$$ k_ч=\frac{3085}{18\cdot 60}=2,86. $$

После установки реактора

$$ k_ч=\frac{2896}{18\cdot 60}=2,86. $$

Таким образом, максимальная токовая защита будет чувствительна и до и после установки реактора.

  • Рассчитаем ток срабатывания токовой отсечки на линии, отходящей на АБК от ячейки 3 или 15 для МВЦРП. Расчет ведется по формуле (8).

До установки реактора:

$$ I_{с.з.то}=k_нI^{(3)}_{к.з.(к13)max}=1,3\cdot 3563=4631,9 \\\ A; $$
$$ I_{с.р.то}=\frac{I_{с.з.то}}{n_{ТТ}}=\frac{4631,9}{60}=77,2 \\\ A. $$

Принимается к установке реле типа РС40/100 с Iс.р = 80 А. Определяется коэффициент чувствительности по выражению (7):

$$ k_ч=\frac{I^{(2)}_{К.З.(к1)}}{I_{с.р.}n_{ТТ}}=\frac{10826}{80\cdot 60}=2,26. $$

Токовая отсечка является чувствительной, так как kч > 2.

Рис.5. Графическое определение рабочей зоны токовой отсечки: а – $l^{(2)}_{раб}$ – рабочая зона при двухфазном коротком замыкании (73,8 %∙lобщ); $l^{(3)}_{раб}$ – рабочая зона при трехфазном коротком замыкании (81,2 %lобщ); б – $l^{(2)}_{раб}$ – 54,4 %·lобщ; $l^{(3)}_{раб}$ – 65,8 %·lобщ; lмз – мертвая зона токовой отсечки

После установки реактора:

$$ I_{с.з.то}=k_нI^{(3)}_{к.з.(к13)max}=1,3\cdot 3343=4345,9 \\\ A; $$
$$ I_{с.р.то}=\frac{I_{с.з.то}}{n_{ТТ}}=\frac{4345,9}{60}=72,43 \\\ A. $$

Принимается к установке реле типа РС40/100 с Iс.р = 75 А. Определяется коэффициент чувствительности по выражению (7):

$$ k_ч=\frac{I^{(2)}_{К.З.(к1)}}{I_{с.р.}n_{ТТ}}=\frac{7255}{75\cdot 60}=1,7. $$

Эффективность токовой отсечки после установки реактора снизилась до величины kч=1,7. Однако, в соответствии с ПУЭ для токовых отсечек без выдержки времени, устанавливаемых на линиях и выполняющих функции дополнительных защит, коэффициент чувствительности должен быть около 1,2 при коротком замыкании в месте установки защиты в наиболее благоприятном по условию чувствительности режиме.

Эффективность токовой отсечки для рассматриваемой линии определяется графически для двух режимов: до установки реактора (рис.5, а); после установки реактора (рис.5, б).

Из рис.5 видно, что минимальное значение рабочей зоны токовой отсечки составляет 54 % от длины всей линии, т.е. отсечка является эффективной и в одном и в другом случае (с реактором и без него).

Время срабатывания защит на рассматриваемой линии указано на рис.1 и в табл.3 построения карты селективности, где уставки защит указаны по первичному и вторичному току Iс.з и Iс.р.

Таблица 3

Карта селективности релейной защиты при питании электропотребителей от радиальных линий напряжением 10 кВ

Отходящая линия

Место
установки
защиты

Тип
защиты

Тип токового реле

kсх

Iс.з, А

nтт

Iс.р, А

kч

t, с

Примечание

От ячеек 3, 15 на АБК

МВ1

МТЗ

РТ-40/20

1

170

50/5

17

11,8

0

 

МВЦРП

МТЗ

РТ-40/20

1

1080

300/5

18

2,8

0,6

 

ТО

РТ-40/100

1

4800

300/5

80

2,26

0

До установки
реактора

4500

75

1,7

После установки реактора

От ячейки 14 вывод № 2
к ЦММ

МВ2

МТЗ

РТ-40/50

1

520

100/5

26

6,5

0

Iр.max = 146,2 А

МВЦММ

МТЗ

РТ-40/50

1

760

100/5

38

13,7

0,6

Iр.max = 215,5 А

От ячейки 4 вывод № 1
к ЖЗБ

МВ2

МТЗ

РТ-40/50

1

520

100/5

26

6,5

0

Iр.max = 146,2 А

МВЖЗБ

МТЗ

РТ-40/20

1

900

300/5

15

5,6

0,6

 

ТО

РТ-40/100

1

6000

300/5

100

1,78

0

 

От ячейки 15 ввод
на ТП-9

МВ2

МТЗ

РТМ

1

480

150/5

16

3,6

0

 

МВ1

МТЗ

РТВ

1

750

150/5

25

2,9

0,6

 

МВЦРП

МТЗ

РТ-40/20

1

1020

300/5

17

7,8

1,1

 

Вывод с ячейки 3 КРУН 10 кВ

МВКРУН

МТЗ

РТ-40/50

1

720

150/5

24

3,5

0

Iр.max = 218,8 А

 

По всем остальным подстанциям ГОК по приведенной методике выполнены аналогичные расчеты.

Выводы

  1. Для уменьшения количества повреждений кабельной вставки на линии, отходящей на АБК, и увеличения надежности питания потребителей целесообразно осуществить разделение мощностей существующей линии напряжением 10 кВ на две параллельные путем прокладки второй линии. Для этого потребуется задействовать раздельно ячейки 3 и 15, установить 11 опор и проложить 450 м проводов сечением А-50.
  2. Ограничение тока короткого замыкания можно осуществить установкой рекатора типа
    РБ-10-630-0,25. Это повысит надежность работы масляных выключателей при отключении токов короткого замыкания (расчетные значения сопротивлений цепи и токов короткого замыкания до и после установки реактора типа РБ-10-630-0,25 приведены в табл.1 и 2).
  3. На линии, отходящей на АБК, рекомендуется установить токовую отсечку, целесообразность установки которой показали расчеты. Это уменьшит вероятность повреждаемости кабельной вставки. Данные по токам уставки МТЗ и ТО приведены на карте селективности (табл. 3).
  4. Рекомендуется установить минимальное время работы релейной защиты на отходящих линиях.
  5. На отходящей линии от ячейки 14 вывод № 2 к ЦММ в месте установки МВ2 установить трансформаторы тока 150/5 на Iн= 150 А вместо существующих 100/5, так как Iр.max = 146,2 А. В месте установки МВЦММ необходимо заменить существующие трансформаторы тока с nтт = 100/5 на ТТ с nтт = 250/5, так как Iр.max = 215,5 А.
  6. На отходящей линии «вывод с 3-й ячейки КРУН-10 кВ» необходимо вместо существующих трансформаторов тока с nтт= 150/5 установить трансформатор тока с nтт = 250/5, так как Iр.max = 218,8 А.
  7. Решение проблемы построения эффективной релейной защиты на ГОК в данной работе заключается в разработке методики расчета токов короткого замыкания в СЭС для условий предприятий в горной местности с расчетом для конкретного ГОКа. Разработанная методика и полученные результаты могут быть использованы на аналогичных предприятиях.

Литература

  1. Абрамович Б.Н. Система бесперебойного электроснабжения предприятий горной промышленности // Записки Горного института. 2018. Т.229. С. 31-40. DOI: 10.25515/pmi.2018.1.31
  2. Анализ состояния изоляции электрооборудования горно-металлургических комбинатов / Р.В.Клюев, И.И.Босиков, О.А.Гаврина, К.С.Кирсанов // Известия Тульского государственного университета. Науки о земле. 2020. Т. 2. С. 201-215.
  3. Голик В.И. Основа устойчивого развития РСО-Алания – горнодобывающая отрасль / В.И.Голик, Ю.И.Разоренов, К.Г.Каргинов // Устойчивое развитие горных территорий. 2017. T.9. № 2(32). С. 163-172. DOI: 10.21177/1998-4502-2017-9-2-163-171
  4. Комплексный анализ применения эффективных технологий для повышения устойчивого развития природно-технической системы / Р.В.Клюев, И.И.Босиков, А.В.Майер, О.А.Гаврина // Устойчивое развитие горных территорий. 2020. Т. 12. № 2(44). С.283-290. DOI: 10.21177/1998-4502-2020-12-2-283-290
  5. Обеспечение энергетической развязки электроприводов и сетей электроснабжения промышленных электротехнических комплексов / Б.Ю.Васильев, В.А.Шпенст, О.В.Калашников, Г.Н.Ульянов // Записки Горного института. 2018. Т. 229. С. 41-49. DOI: 10.25515/pmi.2018.1.41
  6. Пирог С. Идентификация местоположения нелинейной электрической нагрузки / С.Пирог, Я.Э.Шклярский, А.Н.Скамьин // Записки Горного института. 2019. Т.237. С. 317-321. DOI: 10.31897/pmi.2019.3.317
  7. Система оценки устойчивого развития региональных народнохозяйственных комплексов горных территорий / С.В.Галачиева, А.А.Соколов, О.А.Соколова, С.А.Махошева // Устойчивое развитие горных территорий. 2018. Т. 10. № 3(37). С. 329-335. DOI: 10.21177/1998-4502-2018-10-3-329-335
  8. A novel single-phase-to-earth fault location method for distribution network based on zero-sequence components distribution characteristics / L.Rui, P.Nan, Y.Zhi, F.Zare // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2018. Vol. 102. P. 11-22. DOI: 10.1016/j.ijepes.2018.04.015
  9. Ahmed E.S. Parameter less earth fault locator algorithm based on transient surges resulting from single-pole breaker opening // Ain Shams Engineering Journal. 2018. Vol. 9. Iss. 4. P. 2609-2616. DOI: 10.1016/j.asej.2017.08.002
  10. An assessment of the impact of longwall panel width on the height of complete groundwater drainage in underground thick coal seam mining / O.Kazanin, A.Sidorenko, N.Koteleva, D.Belova // Test Engineering and Management. 2020. Vol. 83. P. 5568-5572.
  11. Distortion load identification based on the application of compensating devices / Y.Shklyarskiy, A.Skamyin, I.Vladimirov, F.Gazizov // Energies. 2020. Vol. 13. Iss. 6. № 1430. DOI: 10.3390/en13061430
  12. Dynamic phasor-driven digital distance relays protection / E.Vázquez, A.Zamora-Mendez, M.Arrieta Paternina et al. // Electric Power Systems Research. 2020. Vol. 184. № 106316. DOI: 10.1016/j.epsr.2020.106316
  13. Eissa M. Developing Busbar protection with new differential characteristics to solve the breakpoint settings of digital commercial relays // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2018. Vol. 98. P. 1-10. DOI: 10.1016/j.ijepes.2017.11.006
  14. Improving the energy efficiency of technological equipment at mining enterprises / R.Klyuev, I.Bosikov, O.Gavrina, M.Madaeva, A.Sokolov // Advances in Intelligent Systems and Computing: International Scientific Conference Energy Management of Municipal Facilities and Sustainable Energy Technologies (EMMFT’19), 10-13 December 2019, Voronezh, Russia. Springer, 2021. Vol. 1258. P. 262-271. DOI: 10.1007/978-3-030-57450-5_24
  15. Litvinenko V.S. Digital Economy as a Factor in the Technological Development of the Mineral Sector // Natural Resources Research. 2020. Vol. 29. P. 1521-1541. DOI: 10.1007/s11053-019-09568-4
  16. Momesso A. Fuzzy adaptive setting for time-current-voltage based overcurrent relays in distribution systems / A.Momesso, W.Bernardes, E.Asada // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2019. Vol. 108. P. 135-144. DOI: 10.1016/j.ijepes.2018.12.035
  17. Petrov Yu.S. Increase of effective management of technological processes of the mountain enterprise on the basis of the analysis of information on technogenic cycles / Yu.S.Petrov, A.A.Sokolov // 2nd International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), 19-20 May 2016, Chelyabinsk, Russia. IEEE, 2016. P. 1-5. DOI: 10.1109/ICIEAM.2016.7911691
  18. Segment location for single-phase-to-ground fault in neutral non-effectively grounded system based on distributed electric-field measurement / D.Xiao, T.He, R.Xiao, X.Du // Electric Power Systems Research. 2020. Vol. 184. Iss. 4. P. 106321. DOI: 10.1016/j.epsr.2020.106321
  19. Sudhakar P. Reducing the impact of DG on distribution networks protection with reverse power relay / P.Sudhakar, S.Malaji, B.Sarvesh // Materials Today: Proceedings. 2018. Vol. 5. Iss. 1. Part 1. P. 51-57. DOI: 10.1016/j.matpr.2017.11.052
  20. The probability estimate of the defects of the asynchronous motors based on the complex method of diagnostics / Yu.L.Zhukovskiy, N.A.Korolev, I.S.Babanova, A.V.Boikov // Innovations and prospects of development of mining machinery and electrical engineering, 23-24 March 2017, Saint-Petersburg, Russia. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2017. Vol. 87. Iss. 3. № 032055. DOI: 10.1088/1755-1315/87/3/032055
  21. Transferred Voltages due to Single Phase Earth Fault on Power Transformers / K.C.Bikić, M.Gazdović, F.Kelemen, A.Lojpur // Procedia Engineering. 2017. Vol. 202. P. 305-311. DOI: 10.1016/j.proeng.2017.09.718
  22. Ukil A. Power systems frequency estimation using amplitude tracking square wave for low-end protective relays / A.Ukil, Y.Yeap, K.Satpathi // Measurement. 2019. Vol. 141. P. 70-84. DOI: 10.1016/j.measurement.2019.03.068
  23. Zhukovskiy Y. Diagnostics and evaluation of the residual life of an induction motor according to energy parameters / Y.Zhukovskiy, N.Koteleva // Journal of Physics: Conference Series. Mechanical Science and Technology Update (MSTU-2018), 27-28 February 2018, Omsk, Russia. IOP, 2018. Vol.1050. № 012106. DOI: 10.1088/1742-6596/1050/1/012106

Похожие статьи

Тектоно-магматические факторы локализации литий-фтористых гранитов Востока России
2021 В. И. Алексеев
Применение эффекта резонансного энергоразделения в пунктах редуцирования природного газа с целью повышения энергоэффективности системы газораспределения
2021 А. М. Щипачев, А. С. Дмитриева
Повышение эффективности переработки фосфатных руд флотационным методом
2021 Т. Н. Александрова, А. М. Элбендари
Необычные метасоматиты (фиолититы) в Колвицком габбро-анортозитовом массиве: состав и структурное положение
2021 Е. Н. Терехов, А. Б. Макеев, А. С. Балуев, А. Н. Конилов, К. В. Ван
Условия образования благороднометальной минерализации в сульфидных кобальт-медно-никелевых рудах Камчатки (на примере рудопроявления Аннабергитовая Щель)
2021 Р. М. Новаков, В. Е. Кунгурова, С. В. Москалева
Новые данные о гранитном постаменте памятника Петру I «Медный всадник» в Санкт-Петербурге
2021 А. Г. Булах, Г. Н. Попов, С. Ю. Янсон, М. А. Иванов