Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Обзор и анализ известных методов и устройств для определения места повреждения при однофазных замыканиях на землю в электрических сетях 6(10) kb и постановка задачи исследования 13
1.1 Анализ статистических данных о повреждаемости линий электропередач при однофазных замыканиях на землю 13
1.2 Обзор методов и устройств определения места повреждения при однофазных замыканиях на землю 19
1.3 Патентный обзор методов и средств определения расстояния до места однофазного замыкания на землю в электрических сетях напряжением 10 кВ с изолированной нейтралью 29
1.4 Постановка задачи исследования 31
Глава 2 Разработка математических моделей электрических сетей 6(10) kb для исследования переходных процессов при однофазных замыканиях на землю 34
2.1 Теоретические сведения об однофазных замыканиях на землю в сетях с изолированной нейтралью 34
2.2 Математическая модель электрической сети 6(10) кВ в режиме однофазного замыкания на землю на основе метода переменных состояния 53
2.3 Математическая модель сети в режиме 033 на основе метода преобразований Лапласа 58
2.4 Модель сети в программной среде Simulink 69
2.5 Выводы по главе 2 77
Глава 3 Разработка методов и средств оперативного определения места однофазного замыкания на землю в электрических сетях 6(10) kb по параметрам переходного процесса без отключения напряжения у потребителей 79
ЗЛ Метод оперативного определения места повреждения электрической сети напряжением 6(10) кВ на основе разряда емкости поврежденной фазы 80
3.2 Метод и устройство для определения места замыкания на основе измерений собственных частот переходного процесса разряда емкости поврежденной фазы и подзаряда емкостей неповрежденных фаз 90
3.3 Метод определения места замыкания на основе модели линии электропередачи в аварийном режиме 97
3.4 Программный комплекс для расчета параметров переходных процессов и определения расстояния до места повреждения 105
3.5 Выводы по главе 3 109
Глава 4 Экспериментальные исследования параметров переходных процессов при однофазных замыканиях на землю в электрических сетях 6( 10) kb 111
4.1 Программный комплекс для моделирования и исследования переходных процессов 112
4.2 Исследование влияния переходного сопротивления 115
4.3 Исследование влияния удаленности точки замыкания от шин подстанции 122
4.4 Исследование влияния количества линий электропередачи и характера нагрузки 129
4.5 Исследование влияния высших гармонических составляющих доаварийного режима на ток замыкания 139
4.6 Исследование влияния межфазных емкостей на ток замыкания и ток утечки 145
4.6 Выводы по главе 4 151
Глава 5 Экономическое обоснование использования новых методов и устройств для определения места повреждения при однофазных замыканиях на землю в электрических сетях 6(10) kb без отключения напряжения у потребителей 153
5.1 Определение экономического эффекта от внедрения 154
5.2 Определение капитальных затрат на внедрение устройства 162
5.3 Оценка экономической эффективности от внедрения 164
5.4 Оценка бюджетной эффективности проекта 168
5.5 Выводы по главе 5 173
Заключение 174
Список использованных источников 178
Приложение
- Обзор методов и устройств определения места повреждения при однофазных замыканиях на землю
- Математическая модель электрической сети 6(10) кВ в режиме однофазного замыкания на землю на основе метода переменных состояния
- Метод и устройство для определения места замыкания на основе измерений собственных частот переходного процесса разряда емкости поврежденной фазы и подзаряда емкостей неповрежденных фаз
- Исследование влияния высших гармонических составляющих доаварийного режима на ток замыкания
Введение к работе
Актуальность темы. На основе статистических данных обследования электрических сетей 6(10) кВ установлено, что основными повреждениями в этих сетях являются однофазные замыкания на землю (ОЗЗ), которые составляют 67-92% от общего количества повреждений.
Трудозатраты на восстановление нормального режима линий составляют примерно 3/4 всех трудозатрат на эксплуатацию и наибольшей составляющей трудозатрат на восстановление является поиск места повреждения.
В настоящее время при эксплуатации трехфазных электрических сетей напряжением 6(10) кВ с изолированной или компенсированной нейтралью для определения места однофазного замыкания на землю применяются топографические и дистанционные методы и устройства.
Известны работы отечественных ученых Цапенко Е.Ф., Щуцкого В.И., Шалыта Г.М., Лихачева Ф.А., Самойловича И.С., Дударева Л.Е. и др., посвященные исследованиям сетей с изолированной или компенсированной нейтралью и разработке методов для поиска места повреждения при замыканиях на землю на основе анализа параметров переходных процессов.
Преимуществом методов определения места повреждения на основе анализа параметров переходных процессов является оперативность поиска и определения расстояния до места замыкания на землю.
Широкое применение данных методов сдерживается недостаточными исследованиями процессов при ОЗЗ на математических моделях сети с учетом влияния характера повреждения, конфигурации сети, силовых трансформаторов, а также поперечного сопротивления в схеме замещения и отсутствием алгоритмов моделирования, исследования и расчета параметров переходных процессов.
Поэтому разработка моделей сети для исследования переходных процессов, методов и средств оперативного определения места повреждения в электрических сетях 6(10) кВ с изолированной или компенсированной нейтралью без отключения напряжения, является актуальной научной задачей, имеющей
важное народнохозяйственное значение, решение которой направлено на обеспечение надежного, эффективного и бесперебойного электроснабжения сельских потребителей.
Основания для выполнения работы. Работа выполнена в соответствии с федеральной целевой программой Министерства сельского хозяйства Российской Федерации «Социальное развитие села до 2010 г.», п.7 «Развитие электрических сетей в сельской местности», утвержденной постановлением Правительства РФ от 3 декабря 2002, № 858, а также в соответствии с хоздоговорной научно исследовательской работой «Разработка сигнализации и определение места однофазного замыкания на землю в электрических сетях 10 кВ» (договор № 35, заключенный ежду Башкирским государственным аграрным университетом и МУП «Чишминская электрическая территориальная сетевая организация» от 01.04.2006 г.
Цель работы. Повышение надежности сельских электрических сетей 6(10) кВ за счет оперативного определения места повреждения по параметрам однофазного замыкания на землю без отключения напряжения, направленного на обеспечение эффективного электроснабжения потребителей.
Основные задачи исследования:
-
провести анализ состояния существующих методов и устройств для определения места повреждения при однофазных замыканиях на землю, выявить их ограничения;
-
разработать математические модели сети, позволяющие проводить исследования переходных процессов при замыканиях на землю с учетом влияния различных факторов;
-
разработать методы и средства оперативного определения расстояния до места повреждения электрической сети 6(10) кВ, работающей с изолированной нейтралью, по параметрам переходного процесса без отключения потребителей;
4) разработать программные средства для моделирования параметров
электрической сети и их анализа при ОЗЗ с целью определения поврежденного
участка;
5) провести экспериментальные исследования математических моделей и
методов с целью определения влияния различных факторов на параметры пере
ходных процессов и спектр частот тока и напряжения сети в режиме ОЗЗ.
Объект исследования. Электрическая сеть напряжением 6(10) кВ с изолированной нейтралью при однофазных замыканиях на землю.
Предмет исследования. Модели, методы и средства определения места повреждения электрической сети 6(10) кВ при однофазных замыканиях на землю по параметрам переходного процесса без отключения потребителей.
Методы исследований. Математическое моделирование электромагнитных процессов, метод переменных состояний, операторный метод преобразования Лапласа, теория комплексного переменного, численный расчет методом Рунге — Кутта, современные информационные технологии MatLab, Simulink, Maple.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
математические модели сети, построенные на основе метода пространства состояний, преобразования Лапласа и в программной среде Simulink, для исследования переходных процессов при ОЗЗ;
-
методы и устройства оперативного определения расстояния до места повреждения электрической сети напряжением 6(10) кВ на основе анализа параметров переходных процессов режима ОЗЗ без отключения потребителей;
-
программные средства для моделирования и исследования переходных процессов при ОЗЗ и реализации алгоритмов при определении места повреждения (ОМП);
-
результаты исследований переходных процессов и спектров частот тока режима ОЗЗ в зависимости от характера повреждения, конфигурации сети и влияния трансформаторов и дугогасящей катушки (ДГК).
Научная новизна основных положений выносимых на защиту:
1) новые математические модели электрической сети напряжением
6(10) кВ в режиме ОЗЗ, которые учитывают влияние конфигурации электриче
ской сети, характера повреждения, влияние трансформаторов и ДГК, высоко
частотных составляющих доаварийного режима;
2) методы оперативного определения расстояния до места повреждения
при ОЗЗ в сельских электрических сетях 6(10) кВ без отключения потребителей
на основе анализа параметров переходных процессов с учетом декремента за
тухания стадий разряда емкости, разряда и подзаряда емкостей, реализуемые с
применением современных информационных технологий;
3) метод диагностирования состояния сельских электрических сетей
6(10) кВ с использованием ЭВМ на основе модели линии электропередачи и ба
зы данных параметров переходного процесса в режиме ОЗЗ;
4) закономерности изменения параметров переходных процессов и спек
тров частот тока в зависимости от конфигурации сети, характера повреждения,
междуфазных емкостей, высокочастотных составляющих до аварийного режи
ма, характера нагрузки и удаленности точки замыкания от шин подстанции.
Практическая ценность результатов работы состоит:
в разработке методов и измерительно-вычислительных устройств для ОМП без отключения потребителей;
в разработке программ для моделирования, исследования, анализа параметров переходных процессов и определения расстояния до места повреждения;
в разработке программного комплекса для диагностирования состояния сельских электрических сетей 6(10) кВ.
Использование разработанных математических моделей сети, методов, устройств и программных средств позволяет сократить время и трудозатраты на поиск места повреждения при ОЗЗ в линиях электропередач напряжением 6(10) кВ и обеспечить надежное и бесперебойное электроснабжение сельских потребителей.
Разработанные методы, устройства и программы для определения расстояния до места повреждения при ОЗЗ в линиях электропередач напряжением 6(10) кВ представляют собой охранно- и конкурентоспособные образцы техники, защищенные патентами РФ.
Достоверность научных положений, выводов и результатов работы подтверждается применением корректного математического аппарата и современных методов исследований на основе интегрированных программных сред Design Lab, MatLab, Maple, результатами сравнения теоретических и экспериментальных исследований.
Внедрение результатов работы. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены и используются в электроснаб-жающих организациях: ОАО «Уралтрансиефтепродукт», ООО «Энергетические системы» и в Чишминской электрической территориальной сетевой организации.
Материалы теоретических и экспериментальных исследований используются при преподавании дисциплин «Электроснабжение», «Релейная защита и автоматика», при выполнении курсовых и дипломных проектов, в научно — исследовательской работе студентов, а также в инженерном проектировании и моделировании систем электроснабжения объектов.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно — технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых, №№ 47-53, УГНТУ, 1997-2003 гг. (г. Уфа), на международных научно — технических конференциях «Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий», 2005 г. (г. Уфа), «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве», 2005 г. (г. Москва, ГНУ ВНИИЭСХ), Всероссийской научно — практической конференции «Перспективы агропромышленного производства регионов России в условиях реализации приоритетного национального проекта «Развитие АПК», 2006 г. (г. Уфа), 1 всероссийской научно — практической конференции «Моло-
дые ученые в реализации приоритетного национального проекта «Развитие АПК» 2006 г. (г. Уфа).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 15 работах, в том числе 3 статьи, 6 материалов конференций, 2 патента на полезную модель, и 4 свидетельства РосАПО о регистрации программ для ЭВМ.
Обзор методов и устройств определения места повреждения при однофазных замыканиях на землю
Большой вклад в создание методов и приборов для измерения расстояния до места повреждения в ЛЭП при 033 внесли ученые и инженеры Г.М. Шалыт, ЮЛ. Быховский, А.П. Осадчий, В.К. Спиридонов, Ф.А. Лихачев, А.И. Клачков, В.И. Щуцкий, В.В. Платонов и др. Существующие методы и устройства ОМП при 033 в линиях электропередачи подразделяются на две основные группы: 1) методы, основанные на обходе линии с визуальным осмотром и с помощью вдольтрассовых приборов; 2) методы, основанные на дистанционном определении расстояния до места повреждения стационарными устройствами. Метод с визуальным осмотром используют при плановом или внеочередном обходе линии электропередачи. Этот метод позволяет определить достаточно ярко выраженные нарушения изоляции, замыкания через дугу, обрывы проводов, а также большое число самоустранившихся повреждений. Достоинством метода с визуальным осмотром ЛЭП является высокая точность и надежность, а недостатком является то, что не каждое повреждение можно обнаружить таким способом, особенно если повреждение носит неустойчивый характер и сопровождается незначительными дефектами. Кроме того, при неблагоприятных погодных условиях (гололед, снежные заносы, затопления и др.) время поиска места повреждения может оказаться весьма значительным (сутки и более). В некоторых случаях, для облегчения поиска места повреждения, осуществляется установка секционирующих выключателей, позволяющих выделить поврежденный участок линии. Однако это не исключает необходимости посылки ремонтной бригады к поврежденному участку и его обхода.
Метод ОМП с визуальным осмотром ЛЭП используют обычно совместно с методами дистанционных измерений. Таким образом, определение места повреждения путем обхода линии является малоэффективным, требует много времени и труда, а также большого штата обслуживающего персонала. Применение переносных вдольтрассовых приборов, основанных на контроле магнитного поля вдоль линии или тока замыкания на землю в местах ответвлений, в значительной мере облегчает поиск места повреждения, но не исключает необходимости обхода линии электропередачи. Применение таких приборов возможно для сетей напряжения 6(10) кВ и небольшой длины. При применении метода определения места повреждения с помощью сигналов звуковой частоты предварительно определяют поврежденную линию и замкнутую на землю фазу. Генератор звуковой частоты присоединяют между поврежденной фазой и землей. Ток звуковой частоты (800-1000 Гц), протекающий по петле "поврежденная фаза-земля" наводит магнитный поток, который пересекает витки антенны. Наведенная в витках антенны ЭДС усиливается и с помощью телефона преобразуется в звуковые колебаниям. Место замыкания на землю определяют по исчезновению звука в телефоне за местом повреждения, перемещая прибор вдоль линии. Металлическое замыкание вызовет резкое ослабление или полное отсутствие звука за точкой повреждения, а замыкание на землю через переходное сопротивление снизит уровень сигнала. Генератор звуковой частоты должен обладать достаточной мощностью, поскольку значение необходимого тока лежит в пределах 5-20 А. Подобные устройства используют для определения мест повреждений в кабельных линиях. Применение метода определения места повреждения с помощью сигналов звуковой частоты возможно только при отключенной линии. В основе метода определения места повреждения по измерению суммы токов замыкания на землю лежит принцип электромагнитной индукции. Магнитное поле, образованное суммарным током в проводе и током в земле наводит ЭДС в измерительной катушке, величина которой пропорциональна суммарному току. Измеряя значения ЭДС вдоль линии, определяют место повреждения по ее изменению. За точкой повреждения суммарный ток бу дет значительно меньше того же тока до точки замыкания на землю, тем самым будет определена опора, через которую происходит утечка тока. По этому методу выполнен ряд приборов типа "ОМЗ". Прибор может использоваться в сетях, где величина тока замыкания на землю составляет не менее 10% тока нагрузки. Недостатком прибора такого типа является повышенная чувствительность к токам нагрузки, а также невозможность определения мест кратковременных самоустранившихся замыканий на землю при успешной работе АПВ. На этом же принципе основана работа ряда приборов типа "Поиск", "Гармоника", "УИП" и др. Отличие их от приборов типа "ОМЗ" состоит в том, что приемный контур настроен не на промышленную частоту 50 Гц, а на одну или несколько частот гармонических составляющих токов замыкания на землю. Исследования Ф.А. Лихачева показали, что в токе замыкания на землю наиболее ярко выражены 5, 7, 9, 11 гармоники. Настройка контура на эти частоты позволяет повысить чувствительность приборов за счет уменьшения влияния нагрузочного тока. Эти приборы портативны, имеют автономный источник питания, но требуют обхода линии от ее начала до места повреждения. Более совершенным методом, по сравнению с рассмотренными, является метод с предварительным определением поврежденного участка. Для осуществления этого метода линию разбивают на несколько участков и в начале каждого участка устанавливают устройство, включающее передатчик телесигнализации при замыкании на землю в этой зоне. Когда устройство фиксирует ток и напряжение одинаковой полярности, включается передатчик телесигнализации, связанный с диспетчерским пунктом. Сигнализаторы устанавливаются в распределительных устройствах и на опорах воздушных линий в местах отпаек.
Математическая модель электрической сети 6(10) кВ в режиме однофазного замыкания на землю на основе метода переменных состояния
При построении математической модели сети в режиме 033 на основе метода переменных состояния используется принцип, широко используемый в термодинамике, заключающийся в том, что в любой динамической системе, в том числе и в электрической сети, процессы перехода из одного режима в другой связаны с изменением её энергетического состояния.
Переменными состояния электрической сети в режиме 033 являются токи, протекающие по фазным индуктивностям и напряжения на фазных емкостях, характеризующие инерционность протекания динамических процессов. С другой стороны, инерционность процессов в электрических сетях характеризуется накоплением и отбором электромагнитной энергии в реактивных элементах цепи: индуктивных катушках и конденсаторах и, следовательно, система дифференциальных уравнений, описывающая переходные процессы определяется наличием и количеством реактивных элементов [29].
Для получения математической модели сети с изолированной нейтралью в режиме 033, на основе метода переменных состояния, построена схема замещения, приведенная на рисунке 2.9, полученная из обобщенной схемы (рисунок 2.3).
Граф электрической цепи соответствующий схеме (рисунок 2.9) представлен на рисунке 2.10, параметры графа приведены в приложении А.
В соответствии с методом переменных состояния схема замещения сети, показанная на рисунке 2.9, описывается системой дифференциальных уравнений представленных в матричной форме: где X - вектор переменных состояния; U - вектор выходных переменных; А - квадратная матрица размером ПхП, называемая матрицей системы и характеризующая динамические свойства системы; В - прямоугольная матрица размером пхг, называемая матрицей управления и характеризующей воздействие входных переменных U; на переменные состояния ХІ. где F - составные матрицы элементов схемы замещения, созданные по методике, изложенной в [29]. Разработанная математическая модель электрической сети 6(10) кВ с изолированной нейтралью в режиме 033 на основе метода переменных состояния позволяет учесть: - активные и реактивные сопротивления поврежденной фазы линии с замыканием на землю; - активные и реактивные сопротивления поврежденной фазы неповрежденных линий; - активные и реактивные сопротивления неповрежденных фаз неповрежденных линий; - междуфазные емкости; - взаимную индуктивность между проводами; - способ подвеса проводов.
Работоспособность модели подтверждена экспериментально для линий подстанции "Авдон" с помощью пакета программ DesignLab для различных значений переходного сопротивления (1, 10, 100, 300 Ом) с точностью до шестого порядка методом Рунге - Кутта (Приложение Б);
Разработанная математическая модель на основе метода переменных состояния может быть использована для исследования влияния на параметры переходных процессов в режиме 033 количества линий электропередачи, переходного сопротивления в месте повреждения и удаленности места замыкания от шин подстанции в сетях различной конфигурации.
В известных операторных моделях сети [ЗО] в режиме 033 не учитывается влияние на параметры переходного процесса вторичной обмотки силового трансформатора и активного сопротивления линии электропередачи.
Неучет влияния указанных параметров приводит к неправильной оценке собственной частоты тока и напряжения переходного процесса при 033, так как в поврежденной фазе происходит разряд емкости на индуктивное и активное сопротивление линии, а токи разряда замьпшются во вторичной обмотке трансформатора.
В связи с этим, при разработке математической модели электрической сети 6(10) кВ с учетом активного, индуктивного и емкостного сопротивлений в схему замещения (рисунок 2.11) введена Т - образная схема замещения силового трансформатора [31], а линия электропередачи представлена в виде двух Т - образных схем замещения каждой из фаз.
На схеме замещения еА, ев, ес - эдс соответствующая напряжению на первичной обмотке силового трансформатора, Ri и X] соответственно активное и индуктивное сопротивление первичной обмотки трансформатора, Ro и Хо соответственно активное и индуктивное сопротивление ветви намагничивания схемы замещения трансформатора, R и Xі2 соответственно приведенные активное и индуктивное сопротивление вторичной обмотки трансформатора, R, Хь Хс соответственно активное, индуктивное и емкостное сопротивление Т-образных участков семы замещения линии электропередачи.
Для учета влияния вторичной обмотки силового трансформатора осуществляется приведение его параметров к напряжению сети, в которой моделируется замыкание на землю (рисунок 2.12). На рисунке 2.12 Xі \ К032г, Хт\ RO330 - соответственно индуктивные и активные сопротивления вторичной обмотки и ветви намагничивания схемы замещения трансформатора приведенные к стороне с замыканием на землю, S033 -ключ имитирующий замыкание на землю.
Метод и устройство для определения места замыкания на основе измерений собственных частот переходного процесса разряда емкости поврежденной фазы и подзаряда емкостей неповрежденных фаз
Анализ параметров переходного процесса и ОМП при 033 в электрических сетях 6(10) кВ с большой вероятностью дуговых замыканий и замыканий через большое переходное сопротивление, целесообразно использовать не только стадию разряда емкости поврежденной фазы, но и стадию подзаряда емкостей неповрежденных фаз, собственная частота переходного процесса которой также несет информацию о расстоянии до места повреждения.
Метод ОМП на основе измерений собственных частот переходного процесса разряда емкости поврежденной фазы и подзаряда емкостей неповрежденных фаз включает в себя следующие этапы; - выявление фазы линии с поврежденной изоляцией, замкнувшейся на землю; - измерение параметров поврежденной фазы; - определение расчетным путем расстояния до места замыкания. Выявление фазы линии с поврежденной изоляцией, замкнувшейся на землю, осуществляется таюке как в предыдущем методе, при возникновении 033 и появлении ударного тока ЇУЛ, регистрируемого с помощью устройства контроля. В качестве измеряемых параметров принимают собственную частоту переходного процесса разряда емкости поврежденной фазы, собственную частоту переходного процесса подзаряда емкости неповрежденных фаз, амплитуды тока Iml и Im2 разряда поврежденной фазы, следующие друг за другом и напряжение на нейтрали U. Зависимость для определения расстояния до места повреждения получена на основе следующих соображений. При однофазном замыкании по поврежденной фазе, замкнувшейся на землю линии, проходит ток разряда емкости поврежденной фазы ip и ток подзаряда емкостей неповрежденных фаз i3 (рисунок 3,1). Контуры прохождения токов разряда и подзаряда показаны соответственно на упрощенных схемах замещения сети (рисунок 3.6 и рисунок 3.7), где L = (Ьнл + LK) - индуктивность линии, равная сумме индуктивностей неповрежденных линий Ьнл и индуктивности от начала поврежденной линии до места повреждения LK, Гн, Активное сопротивление контура замыкания определяется по аналогии с предыдущим методом, путем измерения следующих друг за другом амплитуд тока Iml и Im2. Подставив (3.13) в (3.10) и (3.11) и совместно решив их, получают значение индуктивности до места повреждения LK, а расстояние до места повреждения 1К определяют из соотношения Окончательная формула для вычисления расстояния до места замыкания, полученная после соответствующих преобразований, примет вид где L о - известное значение погонной индуктивности линии, Гн; С - емкость всей линии, мкФ; CDdn - собственная частота переходного процесса разряда емкости поврежденной фазы, с" ; tOd„ - собственная частота переходного процесса подзаряда емкости неповрежденных фаз, с"; U - напряжении на нейтрали, В; Іщь Іш2 - амплитуды токаразряда поврежденной фазы, А. Структура измерительно-вычислительного устройства, предложенная для реализации данного метода и алгоритма показана на рисунке 3.8 [40].
В состав измерительно-вычислительного устройства входят датчики тока А1, А2, A3 и датчики напряжения VI, V2, V3 соответственно фаз А, В и С, фильтр напряжения нулевой последовательности (UNZ) 1, фильтр тока нулевой последовательности (ANZ) 5, фильтр напряжения (UZ) 2, два компаратора (К) 3 и 7, фазочувствительный выпрямитель (VS) 4, фильтр тока (AZ) 6, одновибра-тор (D) 8, устройство анализа и отображения информации (PC) 9.
Датчики токов Al, А2, A3 предназначены для преобразования первичных токов до значений 1А, 1в, 1с, поступающих на фильтр ANZ. В качестве датчиков токов используются трансформаторы тока, тип которых выбирается в зависимости от их полной погрешности и расчетного значения тока нагрузки линии электропередачи. Фильтр тока нулевой последовательности ANZ служит для выделения тока замыкания на землю (утроенного значения тока нулевой последовательности 310) из токов нагрузки ІА, їв, 1с- Фильтр тока нулевой последовательности ANZ собран из параллельно соединенных вторичных обмоток измерительных трансформаторов тока, используемых в качестве датчиков тока. Фильтр цепи тока AZ, подавляющий ток промышленной частоты и пропускающий гармонические составляющие высших частот тока без затухания, представляет собой Т - образный RC фильтр.
Датчики напряжения VI, V2, V3 предназначены для преобразования фазных напряжений до значений UA, UB, UC, поступающих на фильтр UNZ. В качестве датчиков напряжения используется трехфазный измерительный трансформатор напряжения, тип которого выбирается в зависимости от погрешности по напряжению и номинального напряжения электрической сети. Фильтр напряжения нулевой последовательности UNZ служит для выделения напряжения на нейтрали (утроенного значения напряжения нулевой последовательности 3U0) из фазных напряжений UA, UB, UC. Фильтр напряжения нулевой последовательности UNZ представляет собой вторичную обмотку измерительного трансфор матора напряжения, соединенную по схеме разомкнутого треугольника. Фильтр цепи напряжения UZ является Т - образным RC фильтром, подавляющим напряжение промышленной частоты и пропускающим высшие гармонические составляющие напряжения.
Компаратор (К) 3 служит для измерения собственной частоты переходного процесса напряжения на нейтрали и может быть выполнен на операционных усилителях. Компаратор (К) 7 служит для измерения собственной частоты переходного процесса тока замыкания на землю и может быть выполнен на операционных усилителях.
Исследование влияния высших гармонических составляющих доаварийного режима на ток замыкания
Основной причиной появления в токах 033 высших гармоник является нелинейность кривой токов намагничивания всех понижающих трансформаторов сети. Содержание высших гармонических составляющих за счет токов намагничивания силовых трансформаторов составляет обычно не менее пяти процентов емкостного тока основной гармоники.
Наличие нелинейной нагрузки - печной, тяговой и др. существенно увеличивает уровень высших гармоник тока.
В общем случае гармонический состав тока 033 зависит от конкретных условий и может меняться в достаточно широких пределах [54].
Влияние дугогасящих реакторов (ДГР) на распределение по фазам и линиям установившихся токов высших гармоник очень невелико. Распределение токов основной гармоники остается справедливым и для составляющих других частот. Это означает, что ток замыкания на поврежденной линии равен сумме собственных емкостных токов всех элементов сети, причем весь ток проходит по замкнувшейся на землю фазе поврежденного присоединения. На неповрежденных присоединениях ток замыкания определяется их емкостью и проходит по незамкнувшимся на землю фазам, находящихся под большим напряжением относительно земли, чем поврежденная фаза.
Гармонический состав напряжения поврежденной фазы не содержит составляющих с частотами, кратными трем [55], [56]. Поэтому при расчете определяется минимальный уровень пятой, седьмой, одиннадцатой, тринадцатой гармоник в данной сети. Напряжение первичной обмотки силового трансформатора не содержит высших гармоник, поэтому напряжение на шинах сети при высокой частоте определяется только падением напряжения в трансформаторе где 1ХХ - ток холостого хода трансформаторов приемных подстанций, выраженный в долях номинального тока, 1 = 7% [56]; ек - напряжение короткого замыкания питающих трансформаторов сети обмоток высокое напряжение - низкое напряжение, ек = 18,7 %; S = ST/Sn - отношение суммарной мощности всех подключенных в данном режиме сети трансформаторов приемных подстанций ST к мощности питающих трансформаторов сети Sn, ST= 43647,7 кВ-А, Sn= 40000 кВА; v - коэффициент, учитывающий несинусоидальиость тока намагничивания, v=l,9[53]; При наличии токоограничивающего реактора содержание высших гармоник в напряжении на шинах увеличивается, поэтому при расчете минимального уровня высших гармоник параметры ветви намагничивания реактора не учитываются. Таким образом, напряжение данной сети содержит пятую, седьмую, одиннадцатую и тринадцатую гармоники, среди которых преобладающей является пятая гармоника с долей 0,14 % от напряжения на основной частоте. Емкостной ток утечки пятой гармоники при нормальном режиме работы сети рассчитывается по формуле [56] Аналогично рассчитаны емкостные токи высших гармоник и на других кабельных линиях (таблица 4.7). Ток пятой гармоники ДГР определяется по формуле Таким образом, высокочастотная составляющая тока 033 равна разности тока дугогасящей катушки и емкостного тока сети Расчеты высших гармоник тока и напряжения проведены для подстанции «Глумилино», имеющей большое число отходящих линий электропередач, понижающих трансформаторов, токоограничивающих реакторов и дугогася-щих катушек. Результаты расчетов показывают, что для данной сети в спектральном составе напряжении доаварийного режима содержатся пятая, седьмая, одиннадцатая и тринадцатая гармоники, преобладающей из которых является пятая гармоника с долей 0,14 % от напряжения на основной частоте, равной 14 В. Суммарный емкостной ток пятой гармоники, который будет проходить при 033 по поврежденной линии, составляет 0,42 А, после компенсации 0,4 А, что может составить 8-10 % тока переходного процесса подзаряда емкостей при повреждении. Если не произвести отстройку от тока пятой гармоники, то расстояние до места замыкания на землю будет определяться с погрешностью 10 %.
