Аннотация
Важной задачей, возникающей при эксплуатации электросталеплавильных агрегатов, является обеспечение надежности их электроснабжения. Рассмотрена упрощенная схема подключения трансформатора агрегата печь-ковш (АПК), электрооборудование которого установлено в закрытом распределительном устройстве 110 кВ. Отмечено, что частыми причинами аварий являются неполнофазные режимы, возникающие при коммутации вакуумных выключателей (ВВ). Дано краткое описание конструкции ВВ, отмечены причины нарушений его работы. На основании временных диаграмм токов и мощностей фаз трансформатора выполнен анализ токов в нормальном и неполнофазном режимах. Показана возможность относительно длительной работы АПК при питании трансформатора от двух фаз. Проведенный литературный обзор показал, что такие токи не могут быть идентифицированы известными системами защиты печных трансформаторов. Поставлена задача разработки устройства защиты трансформатора от неполнофазного режима, обоснован принцип, основанный на усилении и последующей идентификации токов холостого хода в фазах трансформатора. С этой целью предложено применение быстронасыщающихся трансформаторов тока, выполняющих функции интегрирования измеряемых сигналов. Представлена схема системы защиты трансформатора электросталеплавильной печи от неполнофазного режима, обосновано применение серийно выпускаемых датчиков, предназначенных для измерения и усиления малых токов. Приведена желаемая вольт-амперная характеристика трансформатора тока, используемого в устройстве. Разработан алгоритм управления аварийным отключением элегазового выключателя, включенного последовательно с ВВ и обеспечивающего защиту электроустановки. Проведена проверка работоспособности предложенной системы защиты. Для этого выполнена имитация неполнофазного режима по току фазы А без подключения трансформатора к сети. В результате подтверждена достоверность последовательности формирования логических сигналов управления коммутацией ВВ. Далее проведена проверка работы защиты по токам холостого хода в каждой фазе. Подтверждены идентификация неполнофазной коммутации и надежное формирование сигнала на отключение элегазового выключателя. Устройство внедрено на агрегате печь-ковш электросталеплавильного цеха, его длительная эксплуатация подтвердила эффективность предупреждения аварийных остановов печи.
Ключевые слова
агрегат печь-ковш, трансформатор, вакуумный выключатель, элегазовый выключатель, неполнофазный режим, идентификация, защита, система, разработка, внедрение, испытания
1. Fuzzy Algorithms for Diagnosis of Furnace Transformer Insulation Condition / A.S. Karandaev, I.M. Yachikov, A.A. Radionov, I.V. Liubimov, N.N. Druzhinin, E.A. Khramshina // Energies. 2022. No. 15. 3519. doi: 10.3390/en15103519
2. Diagnostic Functions of a System for Continuous Monitoring of the Technical Condition of the Transformers of Arc Steelmaking Furnaces / A.S. Karandaev, S.A. Evdokimov, V.R. Khramshin, R.A. Lednov // Metallurgist. 2014. No. 7-8(58). Pp. 655-663. doi: 10.1007/s11015-014-9972-5
3. System for Real-Time Monitoring of the Technical State of a Transformer on an Ultrahigh-Power Electric-Arc Steelmaking Furnace / A.S. Karandaev, S.A. Evdokimov, V.R. Khramshin, A.A. Sarlybaev // Metallurgist. 2014. No. 9-10(58). Pp. 872-879. doi: 10.1007/s11015-015-0010-z
4. Monitoring Technical State of the Power Transformers Is a Necessary Condition of the Smart-Grid Technology Introduction within the Industrial Electric Networks / V.R. Khramshin, S.A. Evdokimov, Аn.А. Nikolaev, Ar.А. Nikolaev, A.S. Karandaev // Proceedings of the IEEE NW Russia Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering Conference (EIConRusNW). IEEE, 2015. Pp. 214-220. doi: 10.1109/EIConRusNW.2015.7102265
5. SF6 Circuit Breaker – Types, Construction, Working and Applications. URL: https://www.geeksforgeeks.org/sf6-circuit-breaker/ (дата обращения 21.02.2024)
6. Элегазовые выключатели 110 кВ, 220 кВ. URL: https://www.asutpp.ru/elegazovye-vyklyuchateli.html (дата обращения 21.02.2024)
7. Open-Phase Mode Protection System for Vacuum Circuit Breaker / A.A. Sarlybaev, I.V. Liubimov, A.A. Radionov, O.A. Kravchenko, E.A. Khramshina // International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). IEEE, 2023. Pp. 1129-1134. doi: 10.1109/ICIEAM57311.2023.10138996
8. Vacuum circuit breaker: fundamentals. URL:https://www.tavrida.com/tena/solutions/vacuum-circuit-breakers/vcb-fundamentals/ (дата обращения 21.02.2024)
9. Teklic A.T., Filipovic-Grcic B., Pavic I. Modelling of three-phase electric arc furnace for estimation of voltage flicker in power transmission network // Electric Power Systems Research. 2017. No. 146. Pp. 218-227. doi: 10.1016/j.epsr.2017.01.037
10. Mohajeryami S., Doostan M., Salami Z. An analysis of open-phase fault in power generation station // North American Power Symposium (NAPS). IEEE, 2016. Pp. 1-6. doi: 10.1109/NAPS.2016.7748004
11. Information and Measuring System for Electric Arc Furnace Transformer Monitoring / A.S. Karandaev, S.A. Evdokimov, V.R. Khramshin, O.I. Karandaeva // 12th International Conference on Actual Problems of Electronic Instrument Engineering (АPEIE). IEEE, 2014. Vol. 1. Pp. 273-279. doi: 10.1109/APEIE.2014.7040896
12. Olczykowski, Z. Electric Arc Furnaces as a Cause of Current and Voltage Asymmetry // Energies. 2021. No. 14. 5058. doi: 10.3390/en14165058
13. Norouzi A. Open phase conditions in transformers analysis and protection algorithm // 66th Annual Conference for Protective Relay Engineers. IEEE, 2013. Pp. 112-125, doi: 10.1109/CPRE.2013.6822031
14. Kulmala A., Alahaivala A. Open Phase Condition Scenarios for Nuclear Power Plant Electrical Network Studies // IEEE Milan PowerTech. IEEE, 2019. Pp. 1-6. doi: 10.1109/PTC.2019.8810834
15. Residual current-based method for open phase detection in radial and multi-source power systems / A.C. Adewole, A. Rajapakse, D. Ouellette, P. Forsyth // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2020. No. 117. 105610. doi: 10.1016/j.ijepes.2019.105610
16. Thermal Imaging Survey of High-Voltage Vacuum Circuit Breakers of Closed Switchgear / V.R. Gasiyarov, I.V. Liubimov, A.A. Sarlybaev, I.R. Abdulveleev, E.A. Khramshina // International Russian Automation Conference (RusAutoCon). IEEE, 2023. Pp. 1127-1132. doi: 10.1109/RusAutoCon58002.2023.10272733.258
17. Substantiation of On-Line Monitoring Methods for Surge Arrestors of Closed 110 kV Switchgear / V.R. Gasiyarov, I.V. Liubimov, A.S. Kulmukhametova, A.A. Sarlybaev, I.R. Abdulveleev, R.R. Khramshin // International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon). IEEE, 2023. Pp. 790-795. doi: 10.1109/UralCon59258.2023.10291154
18. Construction Smart System for Monitoring Technical Condition of Furnace Transformer Vacuum Circuit Breaker / I.R. Abdulveleev, A.S. Karandaev, E.A. Khramshina, I.V. Liubimov, S.A. Evdokimov, V.R. Gasiyarov // International Russian Smart Industry Conference (SmartIndustryCon). IEEE, 2023. Pp. 509-515. doi: 10.1109/SmartIndustryCon57312.2023.10110723
19. Carritte R.M., Cheung K., Malik M. Alternative approaches and dynamic analysis considerations for detecting open phase conductors in three phase power systems // Electric Power Systems Research. 2018. No. 163. Pp. 59-65. doi: 10.1016/j.epsr.2018.05.012
20. Haydaroglu C., Gumus B. Fault Detection in Distribution Network with the Cauchy-M Estimate – RVFLN Method // Energies. 2023. No. 16. 252. doi: 10.3390/en16010252.
21. Трансформаторы масляные ТОМ-110». URL: http://www.cztt.ru/userFiles/Catalog_2018/TOM-110.pdf (дата обращения 21.02.2024)
22. Торы нулевой последовательности CSH120, CSH200, GO110» – SEPAM, SEPAM 1000+ серии 10. Каталог оборудования Schneider Electric. URL: http://www.schneider-spb.ru/SEPAM-1000-10-tory.pdf (дата обращения 21.02.2024)
23. CSH120 and CSH200 Zero Sequence Current Transformers (CTs). URL: https://www.se.com/eg/en/faqs/FA221261/ (дата обращения 21.02.2024)
24. Пат. 2785005 Российская Федерация, МПК H02H 7/09. Устройство для защиты трехфазной электроустановки от неполнофазного режима / Карандаев А.С., Сарлыбаев А.А., Любимов И.В., Дружинин Н.Н., Логинов Б.М.; заявитель ФГАОУ ВО «Южно-Уральский государственный университет (НИУ)». № 2022120727, заявл. 28.07.2022, опубл. 01.12.2022.
Защита печного трансформатора от неполнофазного подключения / А.А. Радионов, И.В. Любимов, А.А. Сарлы-баев, Р.Р. Храмшин, К.Э. Одинцов // Электротехнические системы и комплексы. 2024. № 1(62). С. 41-50. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2024-1(62)-41-50