Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ надежности сетей 10 кВ и методик расчета аварийных режимов 9
1.1 Анализ надежности сельских сетей 10 кВ с изолированной нейтралью. 9
1.1.1 Анализ аварийности сельских сетей 10 кВ с изолированной нейтралью 11
1.1.2 Оценка надежности сельских сетей 10 кВ с изолированной нейтралью 13
1.2 Методы расчета аварийных режимов сельских сетей 10 кВ с изолированной нейтралью 18
1.2.1 Общие сведения о методе симметричных составляющих 19
1.2.2 Общие сведения о методе фазных координат 21
1.3 Виды аварийных режимов сети 10 кВ с изолированной нейтралью 23
1.3.1 Обрыв фазного провода 23
1.3.2 Однофазное замыкание на землю 28
1.3.3 Короткое замыкание в сети с изолированной нейтралью 33
1.3.4 Сложные аварийные режимы 34
1.4 Средства обнаружения аварийных режимов в сети 10 кВ с изолированной нейтралью 34
1.4.1 Обнаружение обрывов 34
1.4.2 Обнаружение замыканий на землю по току и напряжению нулевой последовательности 36
1.4.3 Обнаружение замыканий на землю по высокочастотным составляющим тока и напряжения 40
1.5 Факторы, снижающие чувствительность защит 41
1.6 Выводы по главе 1 45
Глава 2 Совершенствование расчета токов и напряжений в сложных аварийных режимах методом фазных координат 46
2.1 Изменения в методике расчета токов и напряжений 46
2.2 Моделирование участка с повреждением в фазных координатах 46
2.3 Моделирование участка линии электропередачи 50
2.4 Моделирование нагрузок, подключаемых к линии 10 кВ 56
2.5 Модель трансформаторов со схемой соединения обмоток «звезда-треугольник» 59
2.6 Обрывы фазных проводов с замыканиями на землю со стороны источника 66
2.7 Выводы по главе 2 73
Глава 3 Выявление режима обрыва фазного провода с замыканием на землю со стороны потребителя по токам и напряжениям на питающей подстанции 74
3.1 Влияние переходного сопротивления в месте замыкания на землю 79
3.2 Влияние суммарной длины линий, отходящих от одной секции шин... 82
3.3 Влияние места обрыва фазного провода с замыканием на землю 84
3.4 Влияние сопротивления нагрузки
3.5 Влияние расположения проводов в пространстве 88
3.6 Регрессионный анализ влияния параметров электрической сети и аварийного режима на значение напряжения нулевой последовательности
3.6.1 Управления факторами эксперимента 92
3.6.2 Результаты исследований по определению напряжения нулевой последовательности в аварийных режимах 93
3.7 Выводы по главе 3 100
Глава 4 Средства обнаружения обрыва проводов 101
4.1 Определение класса сети с обрывом фазного провода по параметрам сети 0,38 кВ 101
4.2 Исследование работы устройства определения класса сети с обрывом фазного провода
4.2.1 Применение пакета Electronics Workbench для анализа схем релейной защиты 105
4.2.2 Анализ схемы устройства обнаружения трехфазных сетей с обрывом фазного провода в пакете Electronics Workbench 107
4.2.3 Лабораторные испытания
4.3 Производственные испытания 110
4.4 Принцип работы устройства обнаружения режима обрыва с замыканием на землю со стороны потребителя 111
4.5 Выводы по главе 4 115
Глава 5 Экономическое обоснование применения устройства для оценки места обрыва фазного провода в сети 0,38 или 10 кВ 116
5.1 Расчет возможного дохода от внедрения устройства обнаружения трехфазных сетей с обрывом фазного провода 117
5.1.1 Расчёт капиталовложений 117
5.1.2 Определение годовых эксплуатационных затрат
5.2 Определение показателей экономической эффективности капиталовложений 121
5.3 Расчет надежности проектируемых устройств 126
5.4 Выводы по главе 5 128
Заключение 129
Список использованных источников 131
- Оценка надежности сельских сетей 10 кВ с изолированной нейтралью
- Моделирование участка линии электропередачи
- Влияние места обрыва фазного провода с замыканием на землю
- Исследование работы устройства определения класса сети с обрывом фазного провода
Введение к работе
Актуальность темы. Диссертационная работа посвящена решению задачи регистрации в сети 10 кВ обрывов фазных проводов, в том числе с замыканием на землю со стороны потребителя. В процессе эксплуатации распределительных сетей зафиксированы случаи, когда аварийный режим обрыва фазного провода с замыканием на землю в сети 10 кВ с изолированной нейтралью обнаруживался только после поступления сообщения диспетчеру от населения. При этом устройство сигнализации подобных повреждений на питающей подстанции было исправно, но не сработало. Нерешенность задачи своевременной регистрации в сети 10 кВ обрывов проводов с замыканием их на землю со стороны потребителя снижает надежность электроснабжения потребителей из-за большой продолжительности процесса отыскания повреждения: останавливается технологический процесс на предприятиях, лежащий на земле под напряжением провод представляет опасность для жизни людей и животных.
Обзор существующих и используемых защит в сетях 10 кВ в сельской местности и методов расчета аварийных режимов позволяет сделать вывод, что выбор уставок устройств сигнализации замыкания на землю подбирается опытным путем в процессе эксплуатации. Объясняется это тем, что в сельских сетях 10 кВ объективно возникают аварийные режимы, не получившие теоретического описания с помощью существующих методов расчета.
Анализ исследований по расчету аварийных режимов и созданию эффективных защит, проведенных учеными С.А. Ульяновым, С.А. Бургучевым, Н.А. Мельниковым, А.М. Федосеевым, В.Л. Фабрикантом, А.М. Мусиным, А.О. Грундулисом, М.И. Пронниковой, И.А. Будзко, Ф.Д. Косоуховым, Т.Б. Лещинской, В.А. Воробьевым, Р.Х. Юсуповым, И.В. Наумовым, Н.М. Поповым, В.А. Солдатовым, Л.П. Андриановой, А.И. Шалиным показал, что теорией описаны аварийные режимы только в случае возникновения любого из них в отдельности. Совместное влияние аварийных режимов на токи и напряжения в сети 10 кВ не рассматривалось.
Таким образом, разработка математических моделей элементов сети 10 кВ с изолированной нейтралью, позволяющих вести расчет сложных аварийных режимов, в том числе обрыва с замыканием на землю со стороны потребителя, методом фазных координат, разработка методики расчета таких сложных аварийных режимов и разработка устройства оценки места обрыва фазного провода в сети 0,38 кВ или 10 кВ являются актуальной.
Научная концепция. Основываясь на результатах исследований ученых и объективно существующих закономерностях, предлагается совершенствовать методику расчета сложных аварийных режимов сетей 10 кВ с изолированной нейтралью метод фазных координат и разработать алгоритм обнаружения повреждений сравнивая фазные напряжения и напряжение нулевой последовательности на питающей подстанции с регистрацией обрывов проводов у потребителя.
Целью исследования является совершенствование методики расчета сложных аварийных режимов сети 10 кВ с разработкой алгоритма фиксации на подстанции режима обрыва фазного провода с замыканием на землю со стороны потребителя и создание устройства оценки места обрыва фазного провода в сети 0,38 кВ или 10 кВ. Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:
-
Провести анализ существующих методик расчета аварийных режимов сетей 10 кВ с изолированной нейтралью.
-
Для сети 10 кВ разработать математические модели линий электропередачи, нагрузки, трансформатора 35/10 кВ со схемой соединения обмоток «звезда-треугольник», аварийного участка линии электропередачи с учетом влияния земли как четвертого проводника.
-
Усовершенствовать методику расчета сложных аварийных режимов, в том числе обрывов фазных проводов с замыканием на землю со стороны потребителя, для сети 10 кВ с изолированной нейтралью.
-
Теоретически исследовать влияние различных параметров сети и аварийных режимов на значения токов и напряжений в различных ее точках. Дать рекомендации по настройке существующих устройств релейной защиты и сигнализации.
-
Обосновать и показать возможность использования средств визуального моделирования для расчёта параметров сетей 10 кВ в аварийных режимах.
-
Разработать устройство для оценки места обрыва фазного провода в сети 0,38 кВ или 10 кВ, способное ускорить отыскание места повреждения.
-
Разработать алгоритм фиксации на питающей подстанции режима обрыва фазного провода с замыканием на землю со стороны потребителя.
-
Экспериментально проверить эффективность разработанного устройства и определить экономическую эффективность его работы.
Объектом исследования являются сельские сети 10 кВ с изолированной нейтралью в сложных аварийных режимах обрыва линейных проводов с замыканиями на землю.
Предметом исследования являются закономерности изменения тока и напряжения нулевой последовательности на питающей подстанции в сложных аварийных режимах сетей 10 кВ.
Методы исследования. При решении поставленных задач использовался метод фазных координат, теория электрических цепей, методы математического и регрессионного анализа, теория надежности электронных устройств и электрических систем, компьютерное моделирование.
Научная новизна состоит в следующем:
-
Разработана методика расчета сетей 10 кВ с изолированной нейтралью с учетом земли как четвертого проводника, для которой созданы математические модели линии электропередачи, нагрузки потребителей, трансформатора 35/10 кВ со схемой соединений обмоток «звезда-треугольник», аварийного участка линии электропередачи.
-
Получены зависимости величины и направления вектора напряжения нулевой последовательности от параметров сети и аварийного режима.
Наиболее существенные результаты, полученные лично соискателем:
-
Разработаны математические модели элементов сети 10 кВ для метода фазных координат с учетом земли как четвертого проводника.
-
Разработана методика расчета токов и напряжений сетей 10 кВ с изолированной нейтралью в сложных аварийных режимах, в том числе при обрыве фазного провода с замыканием на землю.
-
Получена зависимость напряжений нулевой последовательности, фиксируемого на питающей подстанции, при обрыве фазного провода с замыканием на землю со стороны потребителя от значений переходного сопротивления в месте замыкания, длины линий и нагрузки потребителей.
-
Разработано устройство для оценки места обрыва фазного провода в сети 0,38 кВ или 10 кВ. На данное устройство получен патент РФ на полезную модель.
-
Разработана библиотека математических моделей элементов сети 10 кВ с изолированной нейтралью для метода фазных координат в пакете Simulink математического комплекса MATLAB.
Достоверность результатов подтверждается тем, что результаты проведенных аналитических исследования согласуются с результатами производственных измерений с расхождением не более 5%.
Практическая ценность работы. Полученные результаты исследований использованы:
при разработке устройства для оценки места обрыва фазного провода в сети 0,38 кВ или 10 кВ;
при разработке рекомендаций по настройке существующих устройств релейной защиты и сигнализации;
при разработке библиотеки моделей для расчета сетей с изолированной нейтралью методом фазных координат в пакете Simulink математического комплекса MATLAB;
при составлении алгоритма работы сигнализации о режиме обрыва фазного провода с замыканием на землю со стороны потребителя.
Реализация результатов работы.
Устройство для оценки места обрыва фазного провода в сети 0,38 кВ или 10 кВ внедрено на предприятии СПК «Родина» Красносельского района Костромской области.
Разработанная методика расчета режимов сельских сетей 10 кВ с изолированной нейтралью используется в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Костромская ГСХА» при изучении дисциплин «Электроснабжение» и «Релейная защита».
Научная апробация работы. Основные положения и результаты научной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях ФГОУ ВПО «Костромская ГСХА» (г. Кострома, 2008-2009 гг.), ФГОУ ВПО Орловский ГАУ (г. Орел, 2009 г.), ФГОУ ВПО СПбГАУ (г. Санкт-Петербург, 2010-2011 г.)
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 7 печатных работах общим объёмом 6,52 п.л., из них на долю соискателя приходится 2,7 п.л., в том числе 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общего заключения и списка литературы из 100 наименований и 4 приложений, включает 159 страниц, 32 рисунка, 13 таблиц.
Оценка надежности сельских сетей 10 кВ с изолированной нейтралью
Надежность электроснабжения потребителей характеризуется продолжительностью перерывов подачи электроэнергии, а также количеством перерывов. В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) всех потребителей разделяют на три категории в отношении обеспечения надежности электроснабжения [65]. Для каждой категории регламентируется допустимая продолжительность перерыва в электроснабжении. Так, для первой категории перерыв питания допустим на время автоматического включения резерва, для второй - на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады, для третьей - не более суток. Для потребителей второй категории надежности так же применяется такой показатель, как допустимая частота отказов с заданной продолжительностью отключения. Различают перерывы в электроснабжении продолжительностью до четырех часов (в случае повреждения линии 10 кВ с ручным переключением на резервное питание), свыше четырех до десяти часов (при повреждении потребительской подстанции 10/0,4 кВ). Для перерывов, связанных с повреждением линии 10 кВ продолжительностью до четырех часов нормативная частота отказов составляет соц(т 4)=2,5 отк/год. Для мощных потребителей свыше 120 кВт, для которых обязательно двустороннее питание подстанций 10/0,4 кВ нормативная частота отказов составляет юп(4 т 10)=0,1 отк/год. Для маломощных потребителей, питающихся от магистрали по коротким линиям 10 кВ, нормативная частота отказов составляет юп(4 т 10)=0,2 отк/год.
Перерыв в электроснабжении у конечных потребителей возможен из-за повреждения как потребительских линий 0,38 кВ, так и распределительных линий 10 кВ. Следовательно, надежность электроснабжения зависит от работы потребительских сетей, трансформаторных пунктов, распределительных линий 10 кВ.
По данным ОАО «Костромаэнерго» в период с 2006 по 2008 годы зафиксировано 1229 повреждений линий электропередачи 10 кВ. При этом подавляющее большинство, а именно 853 повреждения, были связаны с короткими замыканиями. Оставшееся количество составляют обрывы, замыкания на землю и обрывы с замыканием на землю.
Анализ статистики повреждений показывает, что среди всех зафиксированных аварийных режимов присутствует определенное количество таких, информация о которых поступила от населения, а не от устройств защиты и сигнализации. Всего за три года было обнаружено 13 таких случаев, три из которых являлись случаями чистого обрыва фазного провода. В остальных десяти случаях повреждение было охарактеризовано как обрыв с замыканием на землю.
Из приведенной статистики повреждений таблицы 1.1 можно заметить, что довольно часто возникает режим обрыва, отключаемый устройствами максимальной токовой защиты. Поскольку в отчетах отражается лишь итоговое повреждение, а не ход развития аварии, то данные в строке «Обрыв с сигналом МТЗ» являются сборными для нескольких видов повреждений. В частности в эту категорию попадает двойное замыкание на землю. В этом случае отдельные повреждения могут происходить даже на разных линиях, но защитой отключится одна линия.
Следует добавить, что возникновение двойного замыкания на землю наблюдалось несколько раз в зимние периоды, когда под тяжестью налипшего на провода снега линия обрывалась. В таком случае более вероятен такой вариант развития аварии, при котором сначала обрывается один провод, а потом другой, возможно даже в разных пролетах или линиях. В этом случае на питающей подстанции должен сначала появиться сигнал замыкания на землю, и только спустя определенное время линия могла бы быть отключена действием МТЗ. Однако такие режимы зафикеированы не были. Данный факт, а так же факт поступления информации об аварии от населения позволяет нам предположить, что в сельских сетях 10 кВ с изолированной нейтралью возможны аварийные режимы, не обнаруживаемые существующими устройствами защиты и сигнализации. Условий возникновения таких режимов на данный момент в литературе не описаны, следовательно, необходимо разработать теорию возникновения таких режимов, создать адекватные модели линий электропередачи в таких режимах и разработать устройства защиты, способные данные режимы обнаружить.
Замыкание на землю должно сигнализироваться на питающей подстанции. При появлении сигнала следует немедленно приступить к отысканию повреждения. Согласно инструкции - повреждение должно быть обнаружено в течение 2 часов [64], а в некоторых случаях немедленно отключено [18, 40, 22]. Если повреждение обнаружено не было, то линия должна быть отключена из соображений безопасности. Как можно видеть из таблицы 1.1, среднее время ликвидации замыканий на землю с обрывом провода составляет более 18 часов. Большую часть этого времени составляет поиск повреждения в сети. Следовательно, сокращение времени поиска приведет к сокращению времени перерывов подачи электроэнергии, что приведет к повышению надежности электроснабжения в целом.
Количественно надежность аппаратов и систем определяется статистической вероятностью выполнения ими своих функций или случайными величинами частоты вынужденных отказов и длительности нормальной и аварийной работы. При оценке надежности используют методы математической статистики и теории надежности [95, 93, 45]. Надежность характеризуется рядом различных показателей, которые можно разделить на единичные и комплексные в зависимости от количества описываемых ими свойств. Все показатели разбиты на группы, определяющие безотказность, долговечность, ремонтнопригодность, сохраняемость, живучесть, безопасность, устойчивоспособность объектов.
Моделирование участка линии электропередачи
В распределительных сетях большое распространение получили трансформаторы со схемой соединения обмоток «звезда - треугольник», подключаемые к линиям 35 кВ. Такие трансформаторы с напряжениями 35/10 кВ используются для питания трехпроводных сетей 10 кВ. Ранее для метода фазных координат были разработаны модели трансформаторов 35/10 кВ со схемой соединения обмоток «звезда - треугольник». Однако данные модели разработаны для трехпроводной сети, не учитывающей влияние земли, как четвертого проводника. Поэтому необходима разработка новых моделей, способных учитывать протекание тока в режиме замыкания на землю.
Введение четвертого проводника, учитывающего проводимость земли, ведет к тому, что модель силового трансформатора должна содержать четыре входа и четыре выхода по количеству проводников. Так же ранее было отмечено, что проводник, описывающий влияние земли в расчетной схеме не должен напрямую соединяться с источником напряжения или узлом постоянного потенциала. Для соблюдения данных условий была разработана модель трансформатора (рис. 2.7). На данной схеме узел 4 связан с общей точкой обмоток высшего напряжения (узел 9), соединенных по схеме «звезда», через большое сопротивление порядка 10 Ом. Это необходимо для согласования модели трансформатора с вектором задающих напряжений источника. В этом случае потенциал четвертого проводника на входе трансформатора может быть любым. Связь четвертого узла с остальной моделью через большое сопротивление не скажется на распределении токов.
На выходе модели трансформатора узел 8 соединяется с узлом нулевого потенциала через большое переходное сопротивление. Этим приемом удается избежать перераспределения токов в случае изменения потенциала земли, например в режиме замыкания на землю. Связь узлов 4 и 8 с остальной частью схемы необходима, так как в противном случае в матрице инциденций появляются строки и столбцы, все элементы которых равны нулю. Это недопустимо из-за ограничений матричного исчисления. Трехфазный трансформатор представляется собственными сопротивлениями первичной обмотки Z1} вторичной обмотки Z2 и взаимными сопротивлениями между обмотками Zм.
Знак «минус» при параметре Вт показывает, что проводимость трансформатора (шунт) имеет индуктивный характер.
По найденному из формулы [76] сопротивлению ZT и проводимости YT определяется коэффициент связи между обмотками;
Получили матрицу проводимостей размерностью 9x9. Такую матрицу нельзя использовать для четырехпроводной сети. Для согласования матриц эквивалентируем матрицу V до размера 8x8, исключив узел 9 на стороне высшего напряжения.
Поскольку по правилам математики строку или столбец в матрице, все элементы которого равны нулю, можно исключить из матрицы, то, в случае отсутствия связи между четвертым и восьмым узлом, добавим для узла 4 незначительную проводимость к нулевому узлу. На размер матрицы и распределение токов данная операция не повлияет, но позволит пользоваться математическим аппаратом более корректно. Далее по правилу преобразования многолучевой звезды в полный многоугольник (с диагоналями), эквивалентируем матрицу Y. Для этого разобьем ее на 4 блока:
Используя описанную модель, можно задавать напряжение на входе трансформатора значениями трех фазных напряжений и произвольного потенциала четвертого проводника (земли). Поскольку в описанной модели трансформатора входной потенциал четвертого проводника не связан ни с одним элементом сети, то его значение можно задавать произвольно. В дальнейшем расчете возможно появление потенциала, отличного от нуля, на четвертом проводнике. Это будет означать, что существует связь, в частности через фазные емкости, между токоведущими проводами и землей. От параметров первого элемента трансформатора в форме Y перейдем к параметрам трансформатора в форме Япо формулам (1.11), получим; Atl=-YE2V1-Y22; Ві1=Е2Ґ;
Обрыв фазного провода с замыканием на землю со стороны источника является одним из сложных аварийных режимов и возникает, когда конец оборванного фазного провода со стороны источника соединяется с землей, а оборванный конец со стороны потребительского трансформатора связи с землей не имеет. Этот вид аварии мало изучен, поскольку расчетная схема замещения сети в этом режиме значительно усложняется по сравнению с обрывом фазного провода и однофазного замыкания на землю.
Режим характерен тем, что междуфазные напряжения на питающем трансформаторе не изменяются. На потребительском же трансформаторе смещается нулевая точка, поскольку питание подводится по двум фазам. При таком подводе питания обмотки исправных фаз потребительского трансформатора оказываются включенными последовательно на между фазное напряжение. В результате напряжение нулевой точки относительно исправных фаз становится равно половине междуфазного, а относительно своего потенциала в симметричном режиме - половине фазного.
Традиционно расчет режима ОЗЗ производится методом симметричных составляющих и сводится к определению напряжения нулевой последовательности 3U0 на шинах питающего трансформатора, необходимого для проверки чувствительности сигнализации целостности изоляции (рис. 1.6). Для настройки чувствительности токовых защит рассчитывают значение тока нулевой последовательности промышленной частоты 31о. Поскольку в сетях 6-35 кВ с изолированной нейтралью ток нулевой последовательности 31о обусловлен наличием емкостных проводимостей между фазными проводами и землей, поэтому токовые защиты необходимо отстраивать от токов небаланса.
Отличие режимов обрыва с замыканием на землю со стороны источника и потребителя полностью описывается значениями элементов матрицы замещения блока, описывающего место повреждения. Конкретные значения ее элементов не влияют на ход решения, следовательно, для фазных координат схема сети не меняется, меняются только ее свойства. Этим метод фазных координат выгодно отличается от метода симметричных составляющих, для которого необходимо заново строить расчетную схему сети. Это не представляет трудности, если схема сети известна и не изменялась. Однако, для таких специфичных режимов, как обрыв фазного провода с замыканием на землю, возможно возникновение затруднений, поскольку изменения схемы происходят значительные, и не всегда бывает очевидным их влияние на общие параметры схемы.
Влияние места обрыва фазного провода с замыканием на землю
Анализ уравнений регрессии показывает, что на напряжение нулевой последовательности 3Uo наибольшее влияние оказывает величина суммарной длины отходящих линий Ls (коэффициент регрессии 1,66), близки по влиянию величина переходного сопротивления в месте замыкания на землю Zz и сопротивление потребительского трансформатора Zt (коэффициент регрессии 1,48 и 1,4 соответственно). Изменение длины поврежденного участка Ьб в выбранном интервале варьирования оказывает меньшее влияние на величину 3U0 (коэффициент регрессии 1,12).
Анализ полученного уравнения регрессии с помощью двумерных сечений (рис. 3.6) показал, что при увеличении переходного сопротивления от 1 до 8000 Ом значение 3U0 меняется в пределах 48,42 до 34,41 В. При изменении суммарной длины от 20 до 100 км значение 3U0 меняется в пределах 48,42 до 23,18 В. Совместное влияние этих двух факторов приводит к более быстрому снижению напряжения нулевой последовательности, чем от одного из них в отдельности, и до меньших значений (13,39 В). Рисунок 3.6 - Сечение поверхности отклика зависимости 3Uo напряжения нулевой последовательности по двум факторам (Zz,Ls)
Из приведенных данных можно сделать вывод, что влияния даже этих двух факторов достаточно для того, чтобы устройство сигнализации ОЗЗ с уставкой в 30 В не сработало. Однако стоит иметь в виду, что значения переходного сопротивления в несколько тысяч Ом достаточно редкое явление. Такие значения данного фактора могут наблюдаться в районах с каменистой почвой или в зимний период при падении провода в сухой снег.
Анализ двумерных сечений (рис. 3.7) позволяет сделать вывод, что при увеличении длины поврежденного участка Ьё от О до 20 км значение 3U0 меняется в пределах 36,74 до 31,75 В, то есть на 5 В. При изменении сопротивления потребительского трансформатора Zt от 1 до 4 кОм значение 3U0 меняется в пределах 54,38 до 36,74 В. Совместное влияние этих двух факторов приводит к более быстрому снижению напряжения нулевой последовательности, чем от каждого из них в отдельности. Однако ввиду сравнительно малого влияния данных факторов даже их совместное влияние не выводит значение 3U0 при 033 и зоны чувствительности устройств сигнализации.
Сечение поверхности отклика зависимости 3U0 напряжения нулевой последовательности по двум факторам (Zt,Ld) Двумерное сечение (рис. 3.8) описывает совместное влияние сопротивления потребительского трансформатора и переходного сопротивления. На основании анализа данного сечения можно сделать вывод, что изменение любого из этих параметров ведет к резкому увеличению или уменьшению напряжения нулевой последовательности. Совместное влияние этих двух факторов приводит к более быстрому снижению напряжения нулевой последовательности, чем от каждого из них в отдельности. Совместное увеличение значений сопротивлений ведет к снижению величины 3U0 ниже 30 В уставки сигнализации. Несмотря на это, значение напряжения нулевой последовательности не опускается ниже 20 В, следовательно, чувствительность сигнализации можно повысить изменением величины уставки. Рисунок 3.8 - Сечение поверхности отклика зависимости 3U0 напряжения нулевой последовательности по двум факторам (Z,Zг) Двумерное сечение (рис. 3.9) описывает совместное влияние суммарной длины отходящих линий и длины поврежденного участка. На основании анализа данного сечения можно сделать вывод, что изменение любого из этих параметров ведет к увеличению или уменьшению напряжения нулевой последовательности, но характер такого изменения плавный. Совместное влияние этих двух факторов приводит к более быстрому снижению напряжения нулевой последовательности, чем от каждого из них в отдельности. Совместное увеличение значений сопротивлений ведет к снижению напряжения 3U0 ниже 30 В уставки сигнализации. Несмотря на это, значение напряжения нулевой последовательности не опускается ниже 20 В, следовательно, чувствительность сигнализации можно повысить изменением величины уставки. Жі -У .у, поверхности отклика зависимости 3U0 напряжения нулевой последовательности по двум факторам (Ld,Ls) Анализ двумерных сечений поверхности отклика не дает полной картины влияния факторов на значение напряжения нулевой последовательности. Для более точного анализа необходимо воспользоваться полученной формулой регрессии. По данной формуле можно сделать вывод, возможен ли такой режим обрыва с замыканием на землю со стороны потребителя, который не будет обнаружен устройствами сигнализации. Причем возникновение данного режима может быть обусловлено различными сочетаниями значений факторов. Следует отметить, что некоторые параметры режима не могут быть заранее точно определены, поскольку носят вероятностный характер. Так, заранее неизвестно значение переходного сопротивления в месте 033, но оно может быть определено с заданной долей вероятности. Анализируя уравнение регрессии можно заметить, что при большом сопротивлении потребительского трансформатора и при значительной суммарной длине отходящих линий значение 3Uo находится в зоне нечувствительности сигнализации, поскольку составляет всего
В. Данное значение мало зависит от значений переходного сопротивления. Этот факт позволяет сделать вывод, что в современных сельских сетях с малой загрузкой трансформаторов и большой протяженностью сетей 10 кВ режим обрыва фазного провода с замыканием его на землю со стороны потребителя сигнализацией обнаружен не будет.
Исследование работы устройства определения класса сети с обрывом фазного провода
Изменение суммарной длины подключенных к одним шинам линий, а так же длины самого аварийного участка мало влияют на значения фазных и междуфазных напряжений. При изменении переходного сопротивления в месте замыкания от 0,01 Ом до 500 кОм получена дуга, которую описывает конец вектора 3U0. Дуги для режимов замыкания на землю с обрывом и без него полностью идентичны.
Во втором случае обрыва с замыканием на землю со стороны потребителя векторная диаграмма напряжений значительно изменяется. Это объясняется тем, что потенциал земли в этом случае не будет равен потенциалу замкнувшейся фазы.
Как показали расчеты, в этом случае на значение 3U0 оказывает значительное влияние изменение переходного сопротивления, длины поврежденного участка, количества и суммарной длины смежных линий. В этом случае конец вектора 3U0 не описывает дугу, характерную для режима замыкания на землю. Для сети, в которой длина поврежденной линии равна 20 км, длина оборванного участка 10 км, нагрузка поврежденной линии 2000 Ом на фазу, получено семейство кривых, описывающее зависимость значения 3U0 от остальных двух факторов. Положения конца вектора при граничных условиях представлены на рисунке (рис. 4.4).
Из векторной диаграммы можно видеть, что графики положения конца вектора 3U0 для режимов замыкания на землю с обрывом и без него находятся в разных полуплоскостях, для режимов с одинаковой поврежденной фазой. Однако по диаграмме трудно сказать, как соотносятся параметры режимов при повреждении различных фаз. Для более полного анализа необходимо построить векторную диаграмму всех возможных режимов (рис. 4.5).
Как видно из диаграммы, графики рассматриваемых режимов пересекаются в случае, если сравниваемая фаза с ОЗЗ отстает от фазы с обрывом и замыканием на землю со стороны потребителя на 120. Эта область соответствует значениям переходного сопротивления, превышающим 18 кОм. С ростом суммарной длины линий, подключенных к одним шинам, значение переходного сопротивления в точке пересечения графиков так же растет. Таким образом, можно сделать вывод, что отличить данные виды аварии можно, анализируя положение конца вектора 3U0.
Векторная диаграмма возможных режимов с замыканием на землю Стоит отметить, что при изменении нагрузки поврежденной линии изменяется только значения напряжений. Характер векторной диаграммы остается постоянным. Пересечение графиков замыкания на землю с обрывом и без него наблюдается в области больших переходных сопротивлений более 20 кОм. Таким образом, анализирую положение векторов фазных напряжений на координатной плоскости, можно однозначно определить режим обрыва с замыканием на землю со стороны потребителя.
Анализ векторной диаграммы следует производить следующим образом. Измеряя фазные напряжения следует определить фазу с максимальным и минимальным его значением. Далее следует определить ход чередования фаз, при движении от фазы с минимальным напряжением к фазе с максимальным. Если чередование напряжения обратное, то это режим замыкания на землю через переходное сопротивление без обрыва. В случае прямого чередования необходимо проверить, попадает ли конец вектора напряжения нулевой последовательности в область значений для режима обрыва с замыканием на землю со стороны потребителя. Нет
Конец вектора 3Uo в зоне обрыва с замыканием со стороны потребителя Анализируя подобным образом векторные диаграммы можно определить не только вид аварийного режима, но и поврежденную фазу. Так, действительно, при обратном чередовании значений фазных напряжений поврежденная фаза будет иметь наименьшее напряжение. При прямом чередовании фаз и попадании конца вектора в область режима обрыва с замыканием на землю со стороны потребителя поврежденная фаза будет иметь наибольшее напряжение, при непопадании -среднее.
Использование описанного алгоритма может быть положено в основу устройства, обнаруживающего режим обрыва фазного провода с замыканием на землю со стороны потребителя.
В процессе работы систем электроснабжения сельскохозяйственных потребителей на основе распределительных сетей с изолированной нейтралью возможно наступление аварийных режимов, не фиксируемых существующими устройствами защиты и сигнализации. Причины наступления таких режимов описаны во второй и третьей главах данной работы. Обнаружение аварии в этом случае возможно только обслуживающим персоналом сельскохозяйственных предприятий, либо потребителями частного сектора. Такой способ выявления аварии многократно увеличивает время обнаружения, а, следовательно, время простоя электрооборудования, подключенного к аварийной линии. Простой оборудования и недоотпуск электроэнергии в свою очередь обуславливают экономические потери энергосбытовой компании и производителя сельхозпродукции.
В данной работе производится сравнительное технико-экономическое обоснование целесообразности применения устройства обнаружения трехфазных сетей с обрывом фазного провода на примере линии электропередачи 10 кВ длиной 15 км с подключенным потребительским трансформатором мощностью 160 кВ-А, загруженным на 25%. От потребительского трансформатора по линиям 0,38 кВ питается предприятие, занимающееся производством сельхозпродукции.
В исходном варианте рассматривается обнаружение аварийного режима по сигналу диспетчеру от обслуживающего персонала сельхозпредприятия с предварительным поиском неисправности в потребительских сетях и трансформаторном пункте. В предлагаемом варианте обнаружение аварийного режима происходит с помощью описанного устройства, сокращая тем самым время поиска. Применение данного устройства позволит снизить ущерб от простоя электрооборудования
Расчёт экономической эффективности от внедрения предлагаемых технических решений повышения эксплуатационной надёжности электрооборудования системы сельскохозяйственного водоснабжения производится по методикам, изложенным в [87, 16, 80].
