8 (343) 365-50-39
8 (343) 264-23-19

На главную Карта сайта Написать
Анализ аварийности в системах электроснабже­ния 6—10 кВ горно-металлургических предприятий (ГМП) был выполнен на базе угольных разрезов и металлургических алюминиевых заводов Краснояр­ского края, Иркутской и Кемеровской областей и ох­ватил период с 2002 по 2008 г.
Отличительной чертой данного периода является глубокая модернизация систем электроснабжения 6—10 кВ. Особенностью данной модернизации явля­ется замена масляных выключателей на вакуумные выключатели. Широкое внедрение вакуумных вы­ключателей на угольных разрезах и металлургиче­ских заводах с одной стороны снизили затраты на обслуживание парка выключателей, а с другой — ава­рийность в распределительных сетях 6—10 кВ по сравнению с 2000 г. возросла на угольных разрезах в 2,5 раза, а на металлургических заводах - в 1,5 раза. Таким образом, целью выполненных исследований являлось определение основных причин повышения аварийности и выявление наиболее поврежденных элементов систем электроснабжения и технологиче­ского оборудования.
Обработка данных по аварийным отключениям в сетях 6—10 кВ угольных разрезов показала, что про­центное соотношение между короткими замыка­ниями (КЗ), однофазными замыканиями на землю (033) и обрывом фаз следующая: 17, 66 и 14%. Для распределительных сетей 6—10 кВ алюминиевых за­водов соотношение между вышеуказанными аварий­ными ситуациями следующее: 13, 80 и 4 %. В 3% слу­чаев тип аварии установить не удалось. Следователь­но, основными видами аварий в сетях 6—10 кВ для горно-металлургических предприятий являются 033.
Анализ показывает, что для угольных разрезов распределение 033 имеет резко выраженный сезон­ный характер. Наибольшее число 033 приходится на май и сентябрь. Это связано с тем, что на угольных разрезах кабельные линии находятся на поверхности земли. В осенний и весенний периоды дневная темпе­ратура положительная, влага заполняет микротрещи­ны изоляции кабельных линий и электрооборудова­ния. В ночное время температура опускается, как правило, ниже нуля градусов. Влага в микротрещинах превращается в лед, что сопровождается объемным расширением микротрещин. С повышением дневной температуры в микротрещинах снова образуется вла­га, но микротрещины обладают большим размером, следовательно, диэлектрическая прочность изоляции уменьшается и незначительные термические пере­грузки, коммутационные или грозовые перенапряже­ния могут привести к электрическому пробою изоляции, т.е. к 033.
В летний период количество 033 уменьшается, это связано с тем, что прекращается резкое изменение температуры в течение суток. Температура окружаю­щей среды повышается, что приводит к эффекту "под­сушивания кабеля", диэлектрическая прочность изо­ляции кабеля повышается, число 033 уменьшается.
В зимний период за счет низкой температуры ок­ружающей среды изоляция кабельных линий имеет наибольшую диэлектрическую прочность, что спо­собствует снижению числа ОЗЗ.
Для Ачинского глиноземного комбината и алюми­ниевых заводов распределение 033 в течение года имеет плавный характер с небольшим повышением числа ОЗЗ в мае—июне и сентябре—октябре. Это свя­зано с тем, что основное количество кабельных линий уложено в специальных кабельных каналах или в траншеях. Поэтому в осенний и весенний периоды влияние резкого изменения температуры в течение суток на изоляцию кабельных линий сведено к минимуму.
Установлено, что удельный вес основных причин ОЗЗ до 2002 г. составлял: грозовые перенапряжения — 5 %, перенапряжения в режиме ОЗЗ, которые вызвали повторный пробой изоляции — 25 %, коммутацион­ные перенапряжения (КП) — 10 %, естественное ста­рение изоляции — 54 %, механические воздействия — 2 %, прочие причины - 4 %. В период с 2002 по 2008 г. удельный вес основных причин ОЗЗ сильно изменил­ся; на грозовые перенапряжения приходится 4 %, пе­ренапряжения при ОЗЗ составили 33 %, на КП прихо­дится 38 %, естественное старение изоляции — 20 %, механические воздействия — 3 %, прочие причины -2 %. Из указанных данных видно, что широкое вне­дрение вакуумных выключателей привело к росту ОЗЗ за счет КП. Число аварийных отключений, свя­занных с КП, возросло в 3,8 раза. Увеличение числа ОЗЗ за счет КП привело к росту повторных пробоев изоляции за счет перенапряжений в режиме ОЗЗ в 1,3 раза. Замена высоковольтных кабелей с длительным сроком эксплуатации на современные кабели из сши­того полиэтилена и на кабели с пластиковой изоляци­ей позволили снизить число ОЗЗ за счет естественного старения изоляции в 1,7 раза. Таким образом, на современном этапе модернизации и развития систем электроснабжения 6—10 кВ ГМП основной причиной ОЗЗ являются КП.
С внедрением вакуумных выключателей электри­ческий пробой изоляции высоковольтных электро­двигателей на угольных разрезах, Ачинском глино­земном комбинате и алюминиевых заводах происхо­дит чаще в 6,5; 3,4 и 3 раза соответственно.
Трансформаторы более устойчивы к КП, поэтому электрический пробой изоляции происходит гораздо реже, чем у двигателей. Однако число трансформато­ров, вышедших из строя из-за пробоя изоляции, за период после 2002 г. по сравнению с периодом до 2002 г. на указанных выше предприятиях увеличилось соответственно в 1,7; 2,1 и 1,4 раза. Кроме этого, вне­дрение вакуумных выключателей привело к увеличе­нию числа электрических пробоев изоляции разделок кабелей и кабельных муфт в среднем в 3,6 раза.
Таким образом, наиболее повреждаемыми эле­ментами являются высоковольтные электродвигатели и разделки высоковольтных кабелей.
До 2003 г. для ограничения КП широко использо­вались нелинейные ограничители перенапряжения (ОПН). Анализ эффективности защиты от КП с по­мощью данных устройств показывает, что средний срок эксплуатации ОПН на угольных разрезах состав­ляет два с половиной месяца в летний и зимний пери­оды эксплуатации и полтора месяца в осенний и ве­сенний периоды эксплуатации. На металлургических заводах средний срок эксплуатации составляет пять с половиной месяцев. Основной причиной выхода из строя ОПН является их низкая термическая устойчи­вость в режиме ОЗЗ. Установлено, что в момент дуго­вого ОЗЗ в неповрежденных фазах сети кратность пе­ренапряжений может колебаться в пределах от 2,6 до 3,6 [1]. Очевидно, если перенапряжения на неповреж­денных фазах превышают порог срабатывания ОПН, внутреннее сопротивление ОПН резко снижается, что приводит к возникновению кратковременного двухфазного КЗ через землю. Если защита от ОЗЗ не отключает поврежденную линию, то, как правило, наступает термическое разрушение ОПН. Визуально термическое разрушение ОПН не определяется, так как внешний вид и геометрические размеры ОПН не изменяются. Следовательно, электропотребитель остается без средств защиты от КП.
Для повышения работоспособности ОПН в режи­ме ОЗЗ необходимо снизить перенапряжения в режи­ме дугового ОЗЗ. Наиболее эффективным способом ограничения перенапряжения в режиме ОЗЗ является использование заземления нейтрали сети через низкоомный резистор [2]. Величина резистора не должна превышать 600 Ом. В этом случае максимальная крат­ность перенапряжения в режиме дугового ОЗЗ не бу­дет превышать значения 2,5, что позволит избежать возникновения двухфазных КЗ через ОПН. Кроме этого, наложение добавочного активного тока вели­чиной от 8 до 12 А на емкостный ток ОЗЗ позволяет обеспечить высокую селективность токовых защит от ОЗЗ, которые в настоящее время широко использу­ются в системах электроснабжения ГМП. Например, в системах электроснабжения алюминиевых заводов токовая защита от ОЗЗ используется в 87 случаях из 100.
Однако анализ аварийности электродвигателей, оснащенных ОПН и без них, показал, что использо­вание ОПН для защиты электродвигателей от КП не дают должного эффекта, так как аварийность элек­тродвигателей с ОПН и без них находится практиче­ски на одном и том же уровне. Поэтому для защит электродвигателей от КП рекомендуется использо­вать трехфазные RC-гасители, основой которых явля­ются RC-цепи, включенные по схеме "звезда с изолированной нейтральной точкой".
Сотрудниками кафедры "Электрификация гор­но-металлургического производства" Сибирского фе­дерального университета совместно с научно-произ­водственным предприятием ООО "Рутас" был нала­жен серийный выпуск трехфазных RC-гасителей типа ЯС-6,6-0,25/50-УХЛ1. Данное устройство эксплуати­руется на угольных разрезах Красноярского края, Ир­кутской и Кемеровской областей, на алюминиевых металлургических заводах Красноярска, Братска и Саяногорска. Опыт эксплуатации RC-гасителей в пе­риод с 2002 по 2008 г. показал, что из 460 электродви­гателей, которые эксплуатируются совместно с RC-гасителями, до настоящего времени вышли из строя 12 электродвигателей мощностью от 630 до 1250 кВт. Выход электродвигателей из строя наблю­дался за счет пробоя изоляции под рабочим напряже­нием, т.е. основной причиной являлись не КП, а ес­тественное старение изоляции, так как средний срок эксплуатации электродвигателей превышал 25 лет.
Таким образом, для эффективного снижения ава­рийности в сетях 6-10 кВ ГМП необходимо совмест­ное использование метода низкоомного заземления нейтрали сети и защитных устройств от КП, при этом средства защиты от КП должны подключаться к за­жимам электродвигателей или трансформаторов, а для защиты электродвигателей от КП необходимо использовать RC-гасители.

         Опыт эксплуатации комплексного использования RC-гасителей и низкоомного заземления нейтралей сетей 6—10 кВ на Ачинском глиноземном комбинате позволил за период с 2004 по 2007 г. снизить количе­ство 033 в 3,5 раза, при этом выход из строя высоко­вольтных электродвигателей снизился в 5,5 раза.