Введение к работе
Актуальность темы. Сокращение аварийных . перерывов - алектроонабяения потребителей. и снижение вкгплуатацяонных затрат, "вызываемых аварийными, отключениями, определением' мест повреждений и выполнением ремонтов. повредившихся элементов влектрических сетей долго еще будет являться чрезвычайно актуальным для внергоонабжающих' организаций я вксплуатационного пероонвла.Это, в первую очередь, относится к однофазным ввмыканийм на вемлю как наиболее распространенному виду повреждений. В связи о втим, работы, направленные на снижение отрицательных пооледотвий, вызываемых повреждениями электрических сетей, в том числе по релейной защите, автоматизации и телемеханизации распределительных сетей всемерно поддерживаются вксплуатационнніш организациями и приносят значительный положительный эффект.
Методы исследования. При решении указанный ввдвч использованы метода математического моделирования, симметричных составляющих, расчета цепей с рвопределеннымй параметрами,' теории многополюсников, линейной алгебры, физического моделирования.
Н в' к -ч пая новизна.
1. Показана возможность использования в воздушных сетях 20 кВ для определения мест замыканий на землю устройств, действующих
-з- >'
по принципу определения направления протекания токов нулевой последовательности одиннадцатой гармоники.
-
Показана возможность выполнения ФТШ из двух линейных траноформаторов тока и шинного датчика без компенсация небаланса для выделения тока нулевой последовательности одиннадцатой гармоники.
-
Оценена резонансная чавтога и входное сопротивление 0ТКЛЮЧ9ІШОЙ линии 20 кВ. Показана, что сопротивление намагничивания потребительских трансформаторов на тональных частотах шунтируются сопротивленцам потерь в отали, составляющим единица ом. Реализована пэредача сигнала по отключенной линии.
і 4. Предложено использовать для восстановления электрической цепи через место повреждения отключившейся вследствие ЗНЗ линия резонансной цепи, одним из . влемэитов которой является регулируемая индуктивность( а вторым елементом - емкость отключившейся линии.
Првктичэойая ценность. Разработан комплекс устройств, немедленно выдавший На питающую подстанцию информацию, на каком учвоткв линии распределительной сети 20 кВ ігроизопшо повреждение изоляции, и обеспечивающий возможность оперативного отыскания непосредственно места замыкания. Применение указанного. комплекса многократно снижает продолжительность аварийных отключений потребителей, вызываемых ЗНЗ, и значительно сокращает трудозатраты на устранение таких повреждений.
Внедрение результатов. Разработанный комплекс устройств внедрен.в опытную вкоплуатацию в воздушных сетях 20 кВ подстанции 110/20 кВ "Балкан". Планируется внедрение комплекса устройств на нескольких подстанциях в районе города Пловдив. Изготовление устройств предполагается во ВМЭИ, г.Габрово.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на научно-твхничеоких конференциях: ВМЭИ, г. ГаОрово (1988 г., 1989 г., 1991 г.); ВОВВУ, г. В.Тырново (1993 г.); ВМЭИ, г. Вврна (.1992 г.); на Международной юбилейной сессии МЭИ им.Баумана, г.Москва, (19S8 г.)'; на кафедре 0ЭЭ ВМЭИ, г.Габрово (1993 г.); кафедре АЭ и ивфедрэ ТОЭ Киевского политехнического института (1993г.).
II у б л и к а ц и и. По теме работы опубликовано 13 статей,
оонрвные из НИХ -7,
Структур, а.и о б % в м работ if .Диссертация состоит даз введения, четырех глав, и ввкдачения, изложенных на 145 страницах машияопиоваго текога, 37 рисунков, 9 таблиц и приложения.
'Еибиогрвфия включает. 17Z источников. Общий объем работа 181 страница..
Во в-в в д е н и и описаны рообенности воздушных линий
напрякедаэм 20 нБ Болгарии и специфика организации их
эксплуатации . и ремонта. Обоснована актуальность тема и
сформулирована, Цель исследований. Приведены положения, выносимые
на защиту. '
В первой главе 'приведены результаты анализа основных параметров распределительных сетей 20. кВ Болгарии» в большинстве случаев выполняемых о , компенсированной нейтралы^ Отмэчена значительная длина и рааветвлеяность воздушных линий 20 кВ. Приведеш данные о -повреждаемости сетей и данные, гюдтверидагацие, что ооновным видом повреждений, олучашихоя, в втих сетях, является вамыкания На авмлю, вызываемые, в основном* ' пробоем изоляторов.
Рассмотрены основные соотношенияі- характеризующие процесс замыкания на землю в воздушных. электрических сетях о Компенсированной нейтралью. С использованием метода симметричных составляющих и метода расчета цепей о распределенными параметрам* на основе комплексной схемы замещения сети 20 кВ выведены . основные выражения, определяющие частичные токи нулевсэй последовательности n-ой гармоники, протекающие в характерных точках сети, и напряжения нулевой последовательности П-ой гармоники, имевшее место в этих те точках:
J ., \ n(kj , , (1)
«o^'-'Ww (2>
t" « (і ї ;
or. on. on.'
(3)
'k s" ' : і' ~
Kt*- V 00B -en*''- 3 iin*oeela >*'» ' <S>
*J« - *І* C0B *o„*' - І V- eln d01tx< j . (6)
Здооь: ,
^n(k) " Ф33*59 напряжение n-oft гармоники в точке ЗНЗ;
^оп* ^опя' ^опш " напряжение нулевой пооледовательнооти п-ой гармоники соответственно в меотв ЗНЗ, в любой точке поврежденной линии до мвота авмыкания и на шинах подстанции;
'Кп> Чп' Чп* *!юх* W - частичные гокй нулевой .последовательности n-ой гармоники соответственно в месте ЗНЗ* да и аа местам SH3* в любой тачке поврежденной линии до месте . Паврекхенйя» в начале неповрежденной линии',
don* 2йо ' к^ЗФщявнт фазы и волновое сопротивление схема нулевой пооледовательнооти линии для n-ой гармоники;
х', х" - расстояние от места ЗНЗ на поврежденной линии до точек замера соответственно до и после квота повреждения; '
lj- - длина неповрежденной линии.
Показано, что наличие дугогасящей катушки практически не влияет на токи и напряжения нулевой пооледовательнооти гармоник. Рассмотрено влияние переходного сопротивления в Месте повреждения на параметры ЗНЗ. Последовала вовможнооть опрокидывания фазы тока нулевой последовательности п-ои гармоники по отношению к напряженшо нулевой пооледовательнооти етой же гармоники на Поврежденной линии. Для обеспечения емкостного одвига по фазе между втими составляющими необходимо, чтобы длина линий 1,, на Которой яаходитоя повреждение, была меньшей раоочитвиной по формуле
где zonH - оумарное входное сопротивление , нулевой пооледовательнооти неповрежденных линий.
Показано, что для применения в сетях 20 кВ Болгарии
' -0' '
оптимальной для выполнения устройств защиты и сигнализации, ревгирущих на направление протекания токов нулевой^ ' рооледовательшоти гармоники, является одиннадцатая гармоника в рилу того, что при использовании гармоник более высокого порядка вовможно опрокидывание фазы тока, а использование более низких частот нецелесообразно из-за большего их. уровня в токах нагрузки, :
что усложняет выполнение фильтров нулевой последовательности,
Рааочигаш уровни напряжений и токов гармоник в различных точках сети исходя из условия, что ооновными источниками токов гармоник, в распределительных сетях Болгарии являются нелинейные ' сопротивления намагничивания потребительских трансформаторов, Полученные результаты хорош корреспондируются о замеренными вкоперимвнтвлыга и данными других авторов.
Во второй главе приведен аналитический обзор
извеотннх уотройотв, обеспечивающих уменьшение отрицательных
последствий, вызываемых ЗНЗ. ,
*' Анализ технических решений уотройотв защиты, оигнализации, определения раоотояний до мест поврежхений и отношения меот ЗНЗ показывает, что для применения в воздушных1 распределительных сетях 20 кВ Болгарии наиболее приемлемым и дающим наибольший эффект от внедрения является комплекс, состоящий ив следующих устройств:
*- селективной защиты от ЗНЗ, реагирующей на направленна протекания тока нулевой последовательности 11-ой гармоники;
' - уотройотв ' сетевой селективной ( сигнализации, устанавливаемых в характерных точках линии.и выдвющих сигнал на питающую подотвнцию об их срабатывании по отключившейся линии; уотройотва должны использоввть тот se принцип действия, что и защита от ЗНЗ;
- переносного прибора для отыокания непосредственно мест замыканий, реагирующего на'вводимый в отключенную линию ток и дающего вовможнооть отслеживать путь протекания втого тока.
Использование для сокращения перерывов влектроонвбжения,
' вызванных ЕНЗ, уотройотв для определения расстояний от подстанции
до мест повреждений вряд ли даст ощутимый еффект я силу
равветвленнооти оатей и дороговизны такой аппаратуры.
В „.jr ,р в т ь е й главе рассмотрены различные опоообц
" выполнения фильтров напряжений (ФЮЩ) и токов (ФТНП) нулевой
последовательности как сановных влемектав уотройотв ващиты и
Сигнализации о ЗНЗ.
В качеатве ФННП для разрабатываемого устройства ващитм о*
' ВНЗ» иопольэуемого на подстанции, рекомендуется принять Пятиотеркневой трансформатор напрякения, у которого нвпрякениЭ» снимаемое о выводов обмотки разомкнутого треугольника,
'пропорционально напряжению нулевой последовательности а оети. Для устройстве сетевой селективной сигнадиввции в качестве Датчика напряжения нулевой последовательности рекомендуется использовать антенну в виде стержня длиной около 1,5 м, устанавливаемого вдоль проводов линии на расстоянии от.вемли, равном 4 м. Такой датчик, фактически является, трехфазным делителем напряжения,- роль которого, по оути, выполняют вое ФШП. ПроиЬввден раочеТ такого датчика. Потенциал *з, окимаемый о антенны при ЗЮ, равен
In
+ a2 In
4 а Ш
$
+ U0ln
1Х ХВ ^0
(10)
где С0 - емкость единицы длины фазного провода относительно . вэмля;
е0 - диэлектрическая проницаемость воздуха; фазное напряжение линии;
. UQ - напряжение нулевой последовательности; -^А* 1В' *с " Расстояшіе между антенной и проводами линии; ' -1д, lg, 1q - то же, между зеркальными изображениями проводов. Относительное вначение потенциала антенны в нормальном режиме работы линия (по отношению к потенциалу» вызываемому напряжениями нулевой последовательности), условно названное относительным напряжением небаланса антенны, равно
~ч~ч
~Ч
-чз
чч чч
* -
(11)
'iAiBiD .
Для антенны устройства УСС **в « 0,1.
В качестве ФТНП для выполнения ваииты от ЗНЗ рекомендуется так называемый двухтрансформаторный > фильтр о шинным датчиком, охема которого ггривэдена на рио. 1. Шинный датчик, преДотввлящий tta себя тороидальный магнитопровод из трансформаторной стали с
.;: : -В-
первичной и вторнчиой обмотками надевается на, проходной изолятор
— средней фазы линии. При втом
шдерлашаотря воэ изоляционные
-рио.1.
\2т рв0'ГОЯРия и нв требуется, реконструкция рвопредуотройствэ. 20 кВ, необходимая при выполнении других МШ, По первичной обмотка пропускается оунма вторичных токов фаз 4 и 0, где имеются трансформаторы тока. Выполнен раочет такого фильтра. Показано, что era ток небаланса равен оуммэ первичных ,„ токов нвмагничиэания трансформато-ров тока фаз А и с. в связи о тем,' ; , что уровень гармоник в токах намагничивания трансформаторов тока веоьма мал, рассматриваемый ФГНП может успешно применяться для 'защиты от SH3, реагирукщей на Фоки гармоник. Это подтвердили данные екопэрименха, в котором напряжение на катушке ФГНП, вызываемое токам? 31оп - 100 мД> 0ыло ив порядок в более выше, чем напрякениа небаланса от токоа нагрузки на частоте егой ке гармоники.
Для уотройотва УСС обосновано применение ФТШ, соотоящего из
двух магнитных датчиков, располагаемых под проводами линии на
..безрпвдном j8ooToamat_OT них. Расстояние мэвду датчиками принято
' равным 1,4 м, они устанавливаются под
і соответствующими рассчитанными углами
(рио.2). Разработана методика расчета.
АІХА.Ш
; етого ОТВД, .
Для выделения составлявших нулевой
ПООЛеД9В8Т9ЛЬКОСТК о выходов ФННП и ФТНП
рекомендовано применение биквадратного
&*
полосно-пропуокайдего активного фильтра,
выполняемого на операционных уоилиталях*
как такого, что имеет возможность
регулирования частоты наотройки при
помощи только одного пвраменного
Ірис,Я, вначениями
резиогора. Построены емплитудво -
, частотные характеристики такого фильтра
о различными вначениями добротности, что повволяет оптимально
: внбирвть параметры фильтра для различных случаев «го применения в. разрабатываемых устройствах.
В Четвертой г л а 9 в опиовнн разработанные уотройотва, вюдящиэ а комплекс, ггреДвввначеннчй для уменьшения отрицательных даодедотвии от ЗНЗ,
На рио.З приведена структурная схема защита от зш и уотройотве датевой селектявной: сигнализации.
/ТО у-
Ун Г
Ion J
и _
AT
во
:фч
рио.З. Сановнав 'параметри уотройотв защиты и УСО
Использование а схемах уотройотв порогового органа U0, обусловлено тем, что этот параметр наиболее четко проявляется при возникновении ЗНЗ. Иопольвование пброгоаогр органа 1*и вызвано необходимость»} предотвращения ложных срабатываний, которые могут вызвать токи небаланса ФГНП при уотвяовкэ уотройотв на коротких линиях или их участках, когда чаотичныя ток ЭТО, обусловленный этими участками оати, может быть соизмерим о токами небеланоа.
' Питание устройства УСО осуществляется от разработанного
автором емкоотного устройства присоединения, схема которого
приведена на рио*4. Конденсаторы С, представляющие набор
.',' высоковольтных ' полипропиленовых
. "* . - . ._ : конденоаторов, размещенный в зали
той трансформаторным маслом фарфо-
Ue .
Lk L^
TV1 u
VD3. . f—,
Jtf. г
ровой оболочке, имеют емкость по С 390 пФ и подключаются к двум фазным проводам линии? Ток,' .отекающий о , конденоаторов 0, трансформируется трансформатори TV2, и его выходное напряжение пооле выпрямления и стабилизации используется в схемах
УСС , н уотройства передачи
информации о срабатывании УСС.
Предусмотрена защита элементов
уотройства присоединения от
.-,-' -.- -перенапряжений. Показано, что токи,
; ' рис 4 текущие по первичной обмотке трано-
/ форматора TV2 величиной от 1,4 до , 4,2. МА в различных режимах работы сети 20 кВ достаточны .для Обеспечения питания подключаемой к устройству присоединения нагрузки.
При возникновении ЗШ поолэ орвбатывания устройства УСО и отключения линии кратковременно включается устройство передачи информации на подстанцию о срабатывании УСС. Основным елементом : пэ^датчика является транзисторный ключевой генератор тональной частота, выход которого подключается к трансформатору TV1. Дроосэли Lh (рис.4) используются дл комленчации сопротивления конденсатооров С на несущей частота. Питание генератора и управляющего им уотройства ооущеотвляетоя от предварительно' варяжеяного конденсатора. Непосредственно работой ключевого транзистора генератора управляет звдвющий несущую чвототу мультивибрвтор. Генераторы всех устанавливаемых на одной линии устройств УСС работают нв одной частоте. Элементом, неоущим информацию, от какого из оработавишх уотройств УСС передается оигнал, является выдержка времени "между моментом исчезновения напряжения на линии вследствие ее отключения от вго до начала реботы генератора, Зта кодирующая передачу выдержка врэмени
, вырабатывается схемой управления на ооновэ микро електронного
1 очетчика импульсов, которыми танке регламентирует работу генератора. Указанные выдержки времени выбираютоя кратными 0,6 а, время работы генератора также равно 0,5 о.
Приемное устройство, устанавливаемое на шдотанции, подключается к описанному выше устройству приооединения (трансформатор 5V1), которое уотенавливаетоя в начале контролируемой линии. Декодирующую функцію ігри приеме информации осуществляет аналогичная охема управления на основе очетчика импульсов, которая производит селекцию приходящих сигналов nq времени мехду отключением выключателя и моментом появления сигнала. Выходными елементами приемного устройства являютоя указательные реле.
Решающее ваачение при передаче информации по отключенной:
„линии 20 кВ имеет входное сопротивление линии, которое для уменьшения, мощнооти передаваемого сигнала должно быть минимальным, фактически отключенная линия представляет собой"' четырехполюсник, содеряащий параллельный 1С -. контур, одним элементом которого является меадуфазная емкость линии, а вторым -индуктивность подключенных к линии трансформаторов. Кааалооь би, что в таком случае трансформатор» в охеме замещения должны быть представлены индуктивностью, определяемой их сопротивлением холоотого хода. В работе показано, что вта индуктивность шунтируется , активным сопротивлением потерь в отали трансформаторов, которое на тональной чаототе и уровнях оигнала составляет единицы ом. Походя из втого, максимальное входное сопротивление отключенной линии имеет меото на резонансной частоте указанного выше LC - контура, индуктивным елементом которого является индуктивность трансформаторов, определяемая их сопротивлением короткого замыкания. Эта чаотота находитоя в пределах 1-3 кГц, величина входного сопротивления линии на такой чвототе - около килоома.
Наличие информации о том, не каком участке отключивиейоя линии находитоя меото повреждения, значительно уокоряет время его ликвидации, т.к. позволяет наиболее целесообразным образом
'.организовать его устранение. Однако на отыскание собственно меота : замыкания на отключенной линии тратится весьма много временя, т.К, иногда приходитоя прибегать к подъему на опоры и визуальной проверке изоляторов. Наиболее просто можно осуществить отыскание
' .йетгоорвдотвенно меота ВНЗ путем контроля пути протекания ., квкладынвемого на отключвннуп линию тока при помощи переносного мгрнбора, ревгирумцего на магнитное поле, вызываемое втим током. : Наложение токе на отключенную линии уоложняетоя тем, что вачаотую
изоляция в мэоте повреждения после отключения линии оамовооота-
'навливазтоя, хотя при повторной подаче напряжения опять .< ітробиваетоя. Й целЫо устранения такого нежелательного Двляения,
Мак оамовосогатавление изоляции на отключенной повредившейся
линии, предложено накладывать ток при включении последовательно. О ' выходннми Вадимами линии регулируемого дроосэля Ь. Если изоляция
на линии оамовооотановилась» то при атом ооздввтоя ; : йоследовательный Ю - контур, где 0 - емкость трех фае линии, ^'относительно 89МЛИ. Изменяя, величину индуктивности дросселя, на.
проводах линии можно достичь номинального фазного напряжения и, воли его выдержит изоляция линии, то ев можно включать в работу. *:Воли йволяния опять пробилась, ,тб по петле "провод - меого
повреждения -». земля" потечет ток; отслеживая путь протекания
которого находят ЗНЗ. ;"' РаосчигаМ й изготовлен твкой высоковольтный регулируемый
Дроссель й ^источником питання и разработан переносной прибор,
дающий возможность Контролировать протекание накладываемого ha линию тока, а также проверять наличие на ней напряжения в случае
самовосстановления изоляции.
Изготовлены экспериментальные образцы уотройотв
разработвннсго комплекса й установлена в опытную експлуагацию.
ИопнтаКия и опыт вксплуатации разработанных уотройотв о оередюш ' . 1993 Г. подтвердили их работоспособность, существенное Облегчение
работ по ликвидации ЗНЗ и значительное сокращение перерывов
йлектроонйбжения потребителей.
Похожие диссертации на Комплекс устройств защиты, сигнализации и отыскания мест замыкания на землю
