Содержание к диссертации
Введение
1. Методы и средства определения места повреждения в распределительных электрических сетях 12
1.1. Методы расчета аварийных режимов 12
1.2 Классификация методов и средств ОМП 13
1.2.1. Дистанционные методы 16
1.2.2. Топографические методы 19
1.3 Приборы и устройства для ОМП 20
Выводы по разделу 1 24
2. Моделирование параметров и режимов электрических сетей 0,38 кв в фазных координатах 25
2.1. Моделирование трансформаторов в фазных координатах 26
2.1.1 Моделирование трансформатора «звезда – звезда с нулем» 28
2.1.2 Аналитическая модель трансформатора "звезда – звезда с нулем".
2.2. Моделирование линий электропередачи в фазных координатах 31
2.3. Моделирование нагрузки 36
2.4. Моделирование блока несимметрии 37
2.5. Моделирование ответвления в фидере 0,38 кВ 2.6 Расчет аварийных режимов сети 0,38 кВ в фазных координатах 41
2.7 Расчет токов короткого замыкания сети 0,38 кВ 45
Выводы по разделу 2 51
3. Критерии определения вида и места аварийных режимов электрических сетей 0,38 КВ 52
3.1 Исследование зависимости аварийных режимов от основных параметров фидеров 0,38 кВ 52
3.1.1 Влияние параметров линии 53
3.1.1.1 Влияние длины линии 53
3.1.1.2 Влияние координат и сечения проводов 55
3.1.2. Влияние параметров нагрузки 58
3.1.2.1 Влияние мощности нагрузки 58
3.1.2.2. Влияние тангенса угла нагрузки 60
3.1.2.3. Влияние несимметричной нагрузки
3.1.3. Влияние мощности трансформатора 66
3.1.4. Влияние прилегающей энергосистемы 68
3.2 Обобщенные интервалы при различных параметрах сети 0,38 кВ 71
3.3 Аварийные режимы при исполнении линии 0,38 кВ самонесущими изолированными проводами 74
3.4 Аварийные режимы для однобакового трансформатора 78
3.5 Критерии определения вида аварийного режима при использовании относительных напряжений и токов
3.5.1 Критерии при металлическом замыкании 82
3.5.2 Критерии при замыкании через переходное сопротивление
3.5.2.1 Переходное сопротивление в месте замыкания линии 0,38 кВ 86
3.5.2.2 Критерии при малом переходном сопротивлении 88
3.5.2.3 Критерии при большом переходном сопротивлении 92
3.6 Критерии определения места аварийного режима 96
3.6.1 Интерполирующая аналитическая функция для определения места аварийного режима 106
3.6.2 Критерии определения места аварийного режима при металлическом коротком замыкании 109
3.6.3 Критерии определения места аварийного режима при замыкании через переходное сопротивление 111
Выводы по разделу 3 114
4. Экспериментальные исследования и технико экономическое обоснование 118
4.1. Экспериментальное исследование аварийных режимов фидера 0,38 кВ119
4.2. Экспериментальное исследование интервалов критериев определения вида повреждения 127
4.3. Экспериментальное исследование критериев определения места повреждения 133
4.4. Экономическое обоснование внедрения блока определения вида и места повреждения в линиях электропередачи 0,38 кВ 134
Выводы по разделу 4 142
Заключение 144
Библиографический список
- Дистанционные методы
- Аналитическая модель трансформатора "звезда – звезда с нулем".
- Влияние координат и сечения проводов
- Экспериментальное исследование интервалов критериев определения вида повреждения
Введение к работе
Актуальность работы. На сегодняшний день для электрических сетей класса 110 кВ и выше разработано много устройств для релейной и микропроцессорной защиты (РЗиА) элементов электрических сетей, а так же для определения места повреждения (ОМП). Для распределительных электрических сетей 0,38-6-10-35 кВ специальных приборов ОМП нет. Использование приборов ОМП, предназначенных для сетей класса 110 кВ и выше, в распределительных сетях не эффективно из-за их относительно большой стоимости. Кроме того, эти приборы плохо работают в распределительных сетях с изолированной нейтралью, а так же при замыканиях через переходное сопротивление.
Линии 0,38 кВ в основном являются воздушными линиями с голыми проводами (ВЛ), которые питают сельскохозяйственные потребители, расположенные на большой территории. Задача ОМП в этих сетях актуальна, так как они расположены в труднодоступной сельской местности (леса, овраги, болотистые участки, сугробы и т.п.). При возникновении аварийного режима (АР) необходим обход линий, причем часто в плохую погоду (дождь, снег, ветер, низкая или высокая температура). Сокращение времени обнаружения и устранения АР повышает эффективность работы сетей 0,38 кВ. Для этого необходимо или модернизировать существующие приборы ОМП, или разрабатывать новые специальные устройства. Создание таких устройств невозможно без разработки соответствующего математического аппарата.
Для разработки приборов ОМП необходимо уметь рассчитывать АР. Для этого в основном применяются два метода: метод трех симметричных составляющих (ТСС) и метод фазных координат (ФК). Однако, метод ТСС справедлив только для трехфазных и симметричных сетей, а так же требует составления сложных схем замещения относительно точки повреждения. В сетях класса 110 кВ и выше уже давно применяется метод ФК, который хорошо себя зарекомендовал. В распределительных сетях 0,38-6-10-35 кВ этот метод применяется пока ограниченно. Он справедлив для сетей с любым числом фаз, и поэтому его применение в четырехпроводных сетях 0,38 кВ эффективно.
Исследования по применению метода ФК выполнены учеными: Ульяновым С.А., Мельниковым Н.А., Лосевым С.Б., Черниным А.Б., Федосеевым А.М., Фабрикантом В.А., Гусейновым А.М., Берманом А.П. и др.
Большой вклад в решение вопросов по ОМП в электрических сетях сделали ученые: Айзенфельд А.И., Аржанников Е.А., Беляков Ю.С., Кудрявцев А.А., Кузнецов А.П., Лямец Ю.А., Шабад М.А., Шалыт Г.М. и др.
Методы и средства ОМП делятся на дистанционные и топографические. Их описание дано в первой главе. Сейчас разрабатываются новые методы и средства ОМП, но по-прежнему проблема определения расстояния до места повреждения остается актуальной. Большинство методов требуют отключения линии от сети, что создает определенные трудности.
Данная диссертационная работа посвящена разработке методов расчета и обнаружения АР в сетях 0,38 кВ. Для расчета использован метод ФК, и использованы модели всех элементов этих сетей. Для обнаружения АР
развивается дистанционный метод на основе одностороннего замера,
использующий фазные напряжения и токи в начале линии 0,38 кВ. Для
практической реализации можно или модернизировать выпускающиеся
промышленностью микропроцессорные приборы или разрабатывать
специальные новые приборы. В данной работе предложено усовершенствовать выпускающийся промышленностью прибор «СИРИУС-2-0,4».
Работа является продолжением исследований, ведущихся на кафедре информационных технологий в электроэнергетике ФГБОУ ВО «Костромская ГСХА». Свой вклад в исследования аварийных режимов распределительных электрических сетей внесли следующие ученые: Солдатов В.А., Попов Н.М., Олин Д.М., Клочков А.Н., Баранов А.А., Климов Н.А., Солдатов С.В..
Целью диссертационной работы является разработка специальных критериев для определения вида и места АР в сети 0,38 кВ с использованием современных методов вычисления.
Для достижения данной цели решались следующие задачи:
1. Изучить и использовать существующие модели элементов
электрической сети в ФК, а также разработать универсальную расчетную
модель и программу расчета АР сети 0,38 кВ, включающие в себя все элементы
сети, и справедливые как для ВЛ, так и для линий, выполненных СИП.
-
Исследовать влияние на АР основных параметров сети 0,38 кВ, а так же переходного сопротивления в месте замыкания.
-
Провести исследования и разработать критерии определения вида АР, справедливые при всех возможных параметрах элементов сети 0,38 кВ, а так же при металлическом замыкании и замыкании через переходное сопротивление.
-
Провести исследования и разработать индивидуальные критерии определения места всех видов АР при любом переходном сопротивлении в месте замыкания. Получить аналитическое выражение для интервала длины линии, в котором произошел аварийный режим.
-
Провести экспериментальное исследование и оценить технико-экономическую эффективность предложенного метода ОМП на основе разработанных критериев и их реализации в приборе.
Объект исследования. Объектом исследования является электрическая сеть напряжением 0,38 кВ и ее аварийные режимы.
Предмет исследования. Предметом исследования являются методы расчетов АР, а так же критерии и средства определения их вида и места в электрической сети 0,38 кВ.
Гипотеза исследования. Если использовать метод фазных координат для расчета аварийных режимов сетей 0,38 кВ, а также разработать критерии определения их вида и места, то это позволит усовершенствовать приборы определения места повреждения и снизить время обнаружения и устранения аварии.
Методы исследования. При осуществлении разработок
использовались: методы математического и компьютерного моделирования
электрической сети 0,38 кВ в фазных координатах; - матричная теория
электрических сетей; - интерполяционные полиномы; - элементы
теоретических основ электротехники; - методики определения технико-
экономической эффективности; - экспериментальные исследования на разработанном стенде.
Научная новизна работы.
-
Разработаны расчетная модель сети 0,38 кВ и программа расчета на ЭВМ, позволяющие рассчитывать любые виды АР в фазных координатах, подтвержденные экспериментальными исследованиями на лабораторном стенде.
-
Установлена степень влияния всех основных параметров элементов сети 0,38 кВ на АР. Получены два значения переходного сопротивления, которые можно использовать при металлических КЗ и при замыканиях через переходное сопротивление.
3. Разработаны три новых критерия определения видов аварийных
режимов в сети 0,38 кВ, основанные на соотношениях: напряжений
поврежденных фаз к напряжениям неповрежденных фаз; токов поврежденных
фаз к токам неповрежденных фаз; сумме этих отношений. Построены
интервалы изменения этих критериев, позволяющие отличить друг от друга
виды возникающих повреждений. Установлено, что предложенная новая
методика определения видов аварийных режимов верна: для ВЛ; для линий 0,38
кВ, выполненных СИП; при использовании в расчетах модели однобакового
трансформатора; при любых значениях переходного сопротивления.
4. Разработаны новые критерии определения места аварийных режимов
на основе отношений фазных напряжений и токов в начале фидера 0,38 кВ.
Показано, что при металлическом замыкании можно использовать один
критерий для всех повреждений, а при замыкании через переходное
сопротивление необходимо использовать индивидуальные критерии для
каждого вида повреждения. Получено аналитическое выражение для
коэффициентов интерполирующего полинома и для интервала длины линии, в
котором произошел аварийный режим.
5. Обоснована эффективность усовершенствования прибора для
обнаружения вида и места повреждения в сети 0,38 кВ на основе
разработанных критериев.
Реализация результатов исследований. Программа расчета АР, а также результаты проведенных в диссертации исследований по определению вида и места АР в сети 0,38 кВ используются в Управлении распределительных сетей филиала ПАО «МРСК Центра» – «Костромаэнерго». Программа расчета и полученные результаты используются в научно-исследовательской работе и учебном процессе ФГБОУ ВО «Костромская ГСХА» при подготовке бакалавров, магистров и аспирантов.
Практическая ценность. Разработанные методы расчета и
обнаружения вида и места аварийных режимов сети 0,38 кВ реализованы в программе расчета на ЭВМ, что позволяет повысить эффективность ОМП в этих сетях и определять место повреждения с достаточной для практического применения точностью. Разработан лабораторный стенд, который позволяет проводить экспериментальные исследования аварийных режимов сети 0,38 кВ.
Основные результаты диссертации используются в Управлении
распределительных сетей филиала ПАО «МРСК Центра» – «Костромаэнерго», а так же в учебном процессе ФГБОУ ВО «Костромская ГСХА». Сделан расчет технико-экономической эффективности предложенного метода ОМП.
Основные положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся:
1. Разработаны универсальные методика и программа расчета
аварийных режимов сети 0,38 кВ в фазных координатах, позволяющие вести
расчет при любых параметрах сети, и подтвержденные экспериментальными
исследованиями.
2. Проведены исследования зависимости аварийных режимов сети 0,38
кВ от ее основных параметров: длины линии, координат и сечений проводов,
мощности нагрузки, тангенса угла нагрузки, несимметрии нагрузки, мощности
потребительского трансформатора, сопротивления прилегающей
энергосистемы.
-
Разработана методика определения видов аварийных режимов на основе предложенных критериев, использующих отношения фазных напряжений и токов в начале линии 0,38 кВ. Подтверждена правомерность использования разработанной методики при: выполнении линии 0,38 кВ СИП; использовании математической модели однобакового трансформатора; любом значении переходного сопротивления в месте замыкания.
-
Разработана методика определения места аварийных режимов на основе предложенных индивидуальных критериев, справедливая для любого значения переходного сопротивления в месте замыкания, и получены аналитические выражения для коэффициентов интерполирующего полинома и интервала длин, где произошел аварийный режим.
5. Проведены экспериментальные исследования, подтвердившие
правильность разработанных методик, а так же технико-экономические
расчеты, подтвердившие эффективность усовершенствования прибора с
дополнительным блоком ОМП.
Достоверность исследований основана на: применении строгих
математических преобразований; использовании матричной теории
электрических сетей (фазных координат); оценке погрешности ОМП; проведении экспериментальных исследований; оценке технико-экономической эффективности.
Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях: ФГБОУ ВО «Костромская ГСХА» в 2013, 2014, 2015, 2016 г.; ФГБОУ ВО «Саратовский ГАУ» в 2014 и 2016 г.; ФГБОУ ВО «Ярославская ГСХА» в 2014 г.; ФГБОУ ВО «Пензенская ГСХА» в 2014 г., ФГБОУ ВО Алтайский ГАУ в 2015 г.; ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский ГАУ» в 2015 и 2016 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 21 научная работа, в том числе 7 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и 3-х приложений. При объёме
Дистанционные методы
В [8-10, 45, 46] приведена классификация методов и средств ОМП в электрических сетях. Приведем анализ методов и средств ОМП [3-56, 85-94].
Методы и средства ОМП можно разделить на дистанционные и топографические [3-56].
Устройства, использующие дистанционные методы, устанавливаются на подстанциях и могут указывать расстояние до места повреждения. Устройства, использующие топографические методы, находятся в распоряжении поисковой бригады, которая обходит поврежденную линию электропередачи.
Дистанционные методы подразделяются на: методы стоячих волн; локационные и волновые; по параметрам аварийного режима односторонние и двухсторонние; емкостные; петлевые. Топографические подразделяются на: электромеханические; индукционные; потенциальные; акустические. В условиях труднодоступной сельской местности, успешное определение места повреждения позволяет значительно сократить перерыв в электроснабжении потребителей. Методы ОМП и их эффективность зависят от специфики режима работы нейтрали. Режимы работы нейтрали распределительных сетей 0,38-6-10-35 кВ различаются. В сетях 0,38 кВ используют глухозаземленную нейтраль, а в сетях 6-10-35 кВ – изолированную нейтраль. Сложности работы РЗиА для распределительных сетей отражены в [85-94]. Для общности приведем обзор методов ОМП, использующихся не только в распределительных сетях, но и в электрических сетях класса 110 кВ и выше.
Дистанционные методы ОМП (импульсные, волновые, петлевые) применяются в основном на отключенных от сети линиях [3-56]. Появились новые методы и средства ОМП с использованием активного зондирования линий [22, 27, 28].
Однофазные замыкания на землю (ОЗЗ) в сетях 6-10-35 кВ трудно определить, и для них разрабатывают специальные методы и устройства [38, 41].
Для определения ОЗЗ на линиях применяются методы с отключением поврежденной линии (импульсные, петлевой и метод колебательного разряда) [18, 45, 46], а также методы на основе наложения на сеть токов непромышленной частоты [45, 46]. Для определения расстояния до места ОЗЗ на линии предлагается использовать ток, протекающий через резистор заземления нейтрали. Однако это требует резистивного заземления нейтрали. Дистанционные средства и методы ОМП при питании их от трансформаторов напряжения и трансформаторов тока не позволяют довольно точно определить расстояние до места повреждения. В основном они определяют зону, в которой произошло повреждение, а в пределах указанной зоны используются уже топографические средства. Принцип выполнения дистанционных средств ОМП при 033 в сетях 6-10-35 кВ резко отличается от таких средств в сетях 110 кВ и выше [8, 13, 46].
Анализ характера повреждения линий электропередачи выполняется на основе статистики, собранной за длительный период времени. Наибольшая часть повреждений приходится на однофазные замыкания на землю, вызванные выходом из строя опор, изоляторов, а также обрывами проводов. Повреждение линий приводит к нарушению электроснабжения. Сокращение времени простоя, затрачиваемого на выделение поврежденного элемента сети и поиска места повреждения на линиях электропередачи, существенно снижает величину ущербов.
Одной из главных задач обеспечения надежности электроснабжения является своевременное обнаружение места повреждения. До появления соответствующих приборов поиск повреждения проводился путем обхода поврежденной линии, что было крайне неудобно и занимало много времени. К тому же, некоторые виды повреждений визуально трудноразличимы. С начала 60-х годов в электроэнергетике начали появляться средства для определения места повреждения. В первую очередь данными приборами оборудовались линии электропередач 110 кВ и выше. В 90-е и последующие годы происходит тенденция к увеличению количества средств ОМП, фиксирующих параметры аварийного режима, которые позволяют рассчитать расстояние до места аварии.
Аналитическая модель трансформатора "звезда – звезда с нулем".
Для расчета аварийных режимов электрических сетей в основном применяются два метода: метод трех симметричных составляющих и метод фазных координат [65-84].
Кроме расчета АР необходимо иметь средства обнаружения его вида, а так же места его возникновения. Опять-таки, для сетей 110 кВ и выше разработаны выпускающиеся промышленностью приборы определения места повреждения, которые окупают себя из-за довольно большой мощности отключения и уменьшения времени обнаружения и устранения аварийного режима. Примером таких устройств является прибор «СИРИУС-2 ОМП». В распределительных сетях мощность отключения много меньше, поэтому в этих сетях трудно окупить дорогостоящие приборы, в том числе и «СИРИУС-2 ОМП». Поэтому для этих сетей необходимо разрабатывать новые методы расчета АР и методы ОМП.
Расчетная модель фидера 0,38 кВ состоит из: потребительского трансформатора со схемой соединения «звезда – звезда с нулем»; участков линии; нагрузки; блока несимметрии (который моделирует любые виды несимметрии в виде коротких замыканий и обрывов). Необходимо получить модели всех перечисленных элементов в ФК.
Каждый элемент фидера 0,38 кВ можно рассматривать как 2K-полюсник, где K – число фаз (проводов). Многополюсники определяют зависимость входных и выходных величин напряжений и токов через свои обобщенные параметры [66]. При этом каждый элемент сети может быть представлен 2K-полюсником в H-форме или в Y-форме. Зная одну из форм можно определить другую форму по известным соотношениям [94].
В (2.1) - (2.6) обозначено иH,1H,ЦK,1K - столбцевые комплексные матрицы фазных напряжений и токов в начале (индекс Н) и в конце (индекс К) 2 -полюсника; Н - матрица передачи элемента: Y - матрица узловых проводимостей элемента.
Элементы распределительных сетей соединены последовательно, поэтому удобно пользоваться матрицами передачи всех элементов. После определения матриц передачи каждого элемента фидера 0,38 кВ рассчитывается эквивалентная матрица передачи всей сети, которая равна произведению всех матриц передачи элементов, входящих в фидер [94].
Моделированию трансформаторов в фазных координатах посвящены работы [100, 101, 112, 115-118, 132, 136, 142, 144, 164, 168]. Для моделирования трансформаторов необходимо знать матрицу сопротивлений обмоток трансформатора. Трансформатор может быть в трехбаковом или однобаковом исполнении. В любом случае необходимо знать собственные и взаимные сопротивления обмоток, показанные на рисунке 2.1.
Приравнивая входные и выходные напряжения и токи для указанных на рисунках 2.1 и 2.2 схем, в [112] получены выражения сопротивлений через паспортные данные трансформатора. Приведем их без вывода формул.
Этот трансформатор применяется в распределительных сетях 0,38 кВ и стоит в голове фидера 0,38 кВ. В работах [96, 97, 115, 117, 118, 160, 164] получена матрица передачи данного трансформатора. Расчетная схема трансформатора представлена на рисунке 2.3. ZM Рисунок 2.3 Узлы и ветви трансформатора со схемой соединения обмоток «звезда – звезда с нулем» В соответствии со схемой обмотки 1 и 4, 2 и 5, 3 и 6 расположены на одном стержне магнитопровода. Узлы схемы обозначены в кружках, а номера ветвей обозначены прямоугольниками с направлением тока в ветвях. Согласно схеме на рисунке 2.3 составляется матрица инциденций (соединений) М [66]:
По выражениям (2.17) можно аналитически рассчитывать матрицу узловых проводимостей трансформатора "звезда - звезда с нулем" без обращения матрицы ZВ и использовать их как для непосредственных вычислений, так и для аналитических выкладок.
Для расчета сложных видов несимметрии необходимо уметь рассчитывать параметры многофазных линий электропередачи. В распределительных сетях средних и низких напряжений бывает необходимо моделировать не только трехпроводные линии, но и 4-х, 5-ти, 6-ти, 7-ми проводные линии. Как уже отмечалось в первой главе работы моделирование электрической сети в фазных координатах возможно с любым числом фаз, любой пофазно различной нагрузкой, любым видом и количеством несимметрий. Параметры линий электропередачи рассматриваются в матричном виде по числу фаз. При этом различают погонные параметры линии и параметры линии с учетом ее длины - обобщенные параметры линии [68, 80, 98, 99, 105].
Для коротких линий (длина менее 150 км) обобщенные параметры не содержат гиперболических синусов и косинусов. Распределительные сети выполнены короткими линиями.
Линия может характеризоваться комплексной квадратной матрицей погонных продольных сопротивлений k-проводников линии [z]= [і?] + 7ЇД] и комплексной квадратной матрицей погонных поперечных проводимостей k-проводников линии [г] = [G\ + j[B\. Таким образом, для расчета необходимо знать четыре матрицы: [Щ, [х], [G], [В]. 1. При расчете матрицы активных сопротивлений проводников линии [R\ диагональные элементы матрицы выражаются формулой: Rii = R0 . + R3, где: R0i - активное сопротивление провода данной марки, Ом/км; / - порядковый номер провода;і?3 =ж2/-10 4 - сопротивление земли, Ом/км,/ - частота тока сети, Гц. Не диагональные элементы матрицы [R\ равны только составляющей R3 (Rjj = R3). Таким образом, например для 4-х проводной линии матрица активных сопротивлений [R\ имеет вид:
Влияние координат и сечения проводов
При моделировании аварийных режимов необходимо учитывать все возможные параметры моделируемых элементов, будь то линия электропередачи, трансформатор, нагрузка и т.д. Каждый параметр моделируемого элемента влияет на расчетную модель и на полученные расчетные величины. Важно знать, как повлияют параметры модели фидера 0,38 кВ на параметры аварийного режима и на возможность определения вида и места повреждения. В [96, 97] показано, что критериями определения вида АР в сетях 10-35 кВ могут быть или реальные значения напряжений и токов фаз или различные их отношения. Критерии по реальным значениям напряжений и токов сильно зависят от всех параметров фидера. Критерии, использующие различные отношения напряжений и токов, более универсальны. Этими критериями могут быть отношения напряжений поврежденных фаз к напряжениям неповрежденных фаз и отношения токов поврежденных фаз к токам неповрежденных фаз. Для исследований примем сначала критерий отношения напряжений поврежденных фаз к напряжениям неповрежденных фаз.
Для расчетов принята модель фидера 0,38 кВ, показанная на рисунках 2.8 и 2.9. В модель фидера входят: потребительский трансформатор 10/0,4 кВ с соединением обмоток "звезда-звезда с нулем", два участка линии электропередачи, нагрузка на стороне 0,4 кВ, блок самой несимметрии.
Были рассчитаны следующие виды аварийных режимов: 1. однофазные короткие замыкания на нейтраль А-0, В-0, С-0. 2. двухфазные короткие замыкания А-В, А-С, В-С. 3. трехфазное короткое замыкание А-В-С-0. 4. обрывы фаз А, В, С. 5. однофазные короткие замыкания с последующим обрывом А-0+А, В-0+В, С-0+С. 6. обрывы фаз с последующим коротким замыканием А+А-0, В+В-0, С+С-0.
В пункте 2.2 рассматривался расчет параметров схемы замещения линии электропередачи. Проведем исследования, как влияет длина линии, а так же координаты и сечения проводов на параметры аварийного режима.
Были рассчитаны аварийные режимы для трех длин линии 0,3 км, 0,5 км и 1,0 км [152]. По результатам расчетов были построены интервалы сначала отдельно для каждой длины линии (или 0,3 км, или 0,5 км, или 1,0 км) и для каждой аварийной фазы (или А, или В, или С). Эти интервалы не пересекаются за исключением случаев 1 и 5, а также случаев 4 и 6, указанных в разделе 3.1. Затем все интервалы были обобщены для всех аварийных фаз А, В, С. Результирующие интервалы представлены на рисунке 3.1 для трех рассмотренных длин линии. По ним можно определить вид возникшего аварийного режима.
Например, если использовать интервалы, представленные на рисунке 3.1, то для длины линии 0,5 км получим: - если отношения напряжений лежат в интервале 0,047-0,333, то возможно произошло однофазное короткое замыкание; - если отношения напряжений лежат в интервале 0,508-0,91, то возможно произошло двухфазное короткое замыкание; - если отношения напряжений лежат в точке интервала, близкой к единице, то возможно произошло трехфазное короткое замыкание; - если отношения напряжений лежат в интервале 1,618-1,809, то возможно произошёл обрыв фазы А; - если отношения напряжений лежат в интервале 0,054-0,333, то возможно произошло однофазное короткое замыкание с последующим обрывом; - если отношения напряжений лежат в интервале 1,618-1,81 то возможно произошёл обрыв с последующим однофазным коротким замыканием.
При этом видно, что интервалы при однофазном замыкании и одновременном замыкании с обрывом практически совпадают. Т.е. необходимо сообщать - что возможно произошли два этих повреждения. То же самое относится и к режимам обрыва и одновременного обрыва с замыканием
Экспериментальное исследование интервалов критериев определения вида повреждения
Однако выполнение этих критериев сильно зависит от всех параметров фидера: длины линии, параметров трансформаторов, нагрузки, сечения проводов и так далее, и они не работают при замыканиях через переходное сопротивление. Поэтому эффективнее использовать не сами реальные значения напряжений и токов, а их отношения [151, 159].
В разделах 3.1 - 3.4 исследована возможность применения в качестве критерия интервалов отношения напряжений поврежденных фаз к напряжениям неповрежденных фаз. Была исследована справедливость этого критерия при различных параметрах фидеров 0,38 кВ: длина линии; координаты и сечения проводов; мощность нагрузки; тангенс угла нагрузки; несимметрия нагрузки; прилегающая энергосистема; мощность питающего трансформатора [151-157]. Было показано, что эти интервалы имеют частичное пересечение. Чтобы устранить этот недостаток, в качестве критерия можно использовать и отношения токов. Рассмотрим еще два дополнительных критерия: отношение токов поврежденных фаз к токам неповрежденных фаз, а так же сумма отношений напряжений поврежденных фаз к напряжениям неповрежденных фаз и отношений их токов [165, 167].
Таким образом, применение каждого из рассмотренных трех критериев в отдельности не дает строгого определения видов всех АР. Однако, применяя одновременно все три критерия, можно однозначно определить виды всех АР. Покажем это. 1. Рассмотрим режим однофазного короткого замыкания А-0: - согласно первому критерию, он пересекается с тремя режимами: КЗ А-В; КЗ А-С и КЗ А-0 с обрывом А; - согласно второму критерию, он пересекается только с режимом КЗ А-0 с обрывом А; - согласно третьему критерию, он пересекается так же только с режимом КЗ А-0 с обрывом А. Таким образом, режим КЗ А-0 и КЗ А-0 с обрывом совпадают. Их можно определить, если: 0,043k10,607 и 1,575k21,947 и 1,953k32,227 и Ia/Ib 1 и Ia/Ic 1. 2. Рассмотрим режим двухфазного короткого замыкания А-В: - согласно первому критерию, он пересекается с тремя режимами: КЗ А-С; КЗ А-0 и КЗ А-0 с обрывом А; - согласно второму критерию, он пересекается только с режимом КЗ А-С и не пересекается с КЗ А-0 и с КЗ А-0 и одновременным обрывом фазы А; - согласно третьему критерию, он пересекается так же только с режимом КЗ А-С. Этот режим можно определить, если: 0,419k10,914 и 2,876k226,93 и 3,685k327,784 и Ia/Ic 1 и Ib/Ic 1. Таким образом, режим КЗ А-В определяется однозначно. 3. Рассмотрим режим двухфазного короткого замыкания А-С: - согласно первому критерию, он пересекается с тремя режимами: КЗ А-В; КЗ А-0 и КЗ А-0 с обрывом А; - согласно второму критерию, он пересекается только с режимом КЗ А-В и не пересекается с КЗ А-0 и КЗ А-0 с одновременным обрывом фазы А; - согласно третьему критерию, он пересекается так же только с режимом КЗ А-В. Этот режим можно определить, если: 0,411k11,015 и 2,743k226,825 и 3,698k327,696и Ia/Ib 1 и Ic/Ib 1. Таким образом, режим КЗ А-С определяется однозначно. 4. Рассмотрим режим трехфазного короткого замыкания А-В-С-0: - согласно первому критерию, он пересекается с двумя режимами: КЗ А-В; КЗ АС; - согласно второму критерию, он не пересекается ни с каким режимом; - согласно третьему критерию, он пересекается с режимами КЗ А-0 и КЗ А-0 с обрывом А. Этот режим можно определить, если: 0,999k11,01 и 0,999k21,01 и 1,958k32,005 Таким образом, режим КЗ А-В-С-0 определяется однозначно.
Таким образом, при металлическом замыкании предложенные три критерия k1, k2, k3 позволяют однозначно определить все виды АР. 3.5.2 Критерии при замыкании через переходное сопротивление
Часто при расчете АР электрических сетей необходимо знать переходное сопротивление в месте замыкания. Как показывают исследования, это сопротивление может изменяться в широком диапазоне от сотых долей Ома до десятков кОм. Маленькие значения наблюдаются при металлических коротких замыканиях (схлестывание проводов, касание провода железной опоры), а большие значения наблюдаются при замыканиях через переходное сопротивление (падение провода на землю, щебень, песок, на ветки дерева, замыкание через дугу).
Чтобы получить малое переходное сопротивление, необходимо иметь большую площадь соприкосновения. Так, сопротивление подстанции составляет 4 Ом. Чтобы получить его, необходим целый контур заземления.
Для железобетонных и металлических опор воздушных линий 3-35 кВ сопротивление заземляющих устройств согласно ПУЭ не должно превышать 30 Ом, а для опор линий 0,38 кВ – 10 Ом [172].
В [86, 175, 176] отмечается, что в сетях 6 – 10 – 35 кВ суммарное значение переходного сопротивления достигает 100–200 Ом, а в некоторых случаях регистрировались переходные сопротивления замыкания на землю величиной 5–7 кОм. Переходное сопротивление носит активный характер.
Следует учесть, что при междуфазном замыкании переходным сопротивлением является сопротивление дуги, которое имеет значительную величину [176]. Таким образом, исследователь чаще всего не знает величины переходного сопротивления.