Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ технических средств для высоковольтных испытаний и диагностирования зоны повреждения силовых кабельных линий
1.1 Методы высоковольтных испытании силовых кабельных линий 13
1.2 Методы определения мест повреждения в кабельных линиях, применимые для передвижных установок 22
1.3 Технические средства для высоковольтных испытаний силовых кабельных линий и их структурное исполнение 31
1.4 Технические средства по обнаружению мест повреждения 35
1.5 Выбор и расчёт схем умножения напряжения дли высоковольтных испытательных у еталон ок 39
1.6 Выводы 47
Глава 2. Исследование нагрузочной способности выпрямителей с умножением напряжения
2.1 Компьютерное моделирование режимов работы высоковольтных выпрямителей 51
2.2 Оценка области применения аналитических расчётов для схем выпрямителей с умножением напряжения 60
2.3 Анализ нагрузочных хараісгеристик высоковольтных выпрямителей, выполненных по двухполупериодпой несимметричной схеме 64
2.4 Анализ нагрузочных характеристик высоковольтных выпрямителей выполненных по двухполупериодной симметричной схеме 72
2.5 Выводы .79
Глава 3. Моделирование кабельной линии для анализа схем диагностирования мест повреждения
3.1 Компьютерная модель трёхфазной силовой кабельной линии 82
3.2 Моделирование и анализ переходных процессов в кабельных линиях при диагностировании мест повреждения 87
3.3 Совершенствование метода колебательного разряда при определении зоны повреждения изоляции в силовой кабельной линии 101
3.4 Выводы ИЗ
Глава 4. Исследование переходных процессов в комплексной модели системы «испытательная установка - кабельная линия»
4.1 Компьютерная модель переносной испытательной установки 116
4.2 Комплексная компьютерная модель системы «кабельная линия — испытательная установка» 120
4.3 Численный эксперимент и анализ системы 125
4.4 Выводы 132
Глава 5. Совершенствование технических средств определения зоны повреждения трёхфазной силовой кабельной линии
5.1 Основные направления совершенствования технических средств 135
5.2 Схемные решения по переносным испытательным установкам .137
5.3 Схемные решения по определению по определению ЗОНЫ повреждения и выбор методики испытания 145
5.4 Технические характеристики разработанной аппаратуры 148
5.5 Выводы 157
Заключение 159
Список используемой литературы 161
Приложение 166
- Методы определения мест повреждения в кабельных линиях, применимые для передвижных установок
- Оценка области применения аналитических расчётов для схем выпрямителей с умножением напряжения
- Моделирование и анализ переходных процессов в кабельных линиях при диагностировании мест повреждения
- Комплексная компьютерная модель системы «кабельная линия — испытательная установка»
Введение к работе
Актуальность темы. Одной из основных задач электроэнергетики России является обеспечение требуемого уровня надежности электроснабжения потребителей. Важным показателем, характеризующим надежность электроэнергетического оборудования, является время его нахождения в ремонте. Сокращение длительности ремонтного режима позволяет повысить надежность электроснабжения. Кабельные линии 6-10 кВ получили широкое применение в распределительных сетях энергосистем, в городах и на промышленных предприятиях. Повреждаемость кабельных линий в 2-3 раза выше, чем у других элементов сети электроснабжения, что вызывает необходимость периодического диагностирования и отыскания до 500 тыс. повреждений ежегодно в электрических сетях РФ. Анализ эксплуатационных свойств кабельных сетей показывает, что более 90% отказов в работе приходятся на кабельные линии, проложенные в земле. Время поиска таких повреждений составляет от нескольких часов до 5 суток и является наиболее сложной и дорогой операцией, так как до 50% затрат на ликвидацию повреждения приходится на определение места повреждения на трассе кабельной линии. Поэтому испытания и определение места повреждения (ОМП) силовых кабелей с максимальной точностью и наименьшими затратами времени и средств является важной задачей эксплуатации кабельных электрических сетей.
Многообразие видов повреждений и параметров повреждённых кабельных линий привело к созданию и применению большого количества устройств и методов диагностики. Негативное влияние оказывает различие условий диагностирования, которое обусловлено конструктивными особенностями кабельных изделий и свойствами современных изоляционных материалов. Отдельной задачей в указанных условиях становится проверка состояния изоляции силовых кабельных линий переносными испытательными установками, так как не всегда предоставляется возможность использования автолабораторий для испытания изоляции кабеля, особенно в условиях многоэтажных распределительных устройств электрических станций и подстанций. В результате испытания возможен пробой, поэтому отыскание места повреждения является актуальной задачей. Экономически оправданным подходом в решении указанной задачи может служить применение комбинированных переносных испытательных установок с регистратором расстояния до места повреждения. Компактность установки снижает проблему ограниченности пространства, а возможность исключения операции прожигания изоляции экономит время выполнения всего комплекса работ ОМП.
При выполнении диссертации использовались материалы ведущих учёных и специалистов: Платонова В.В., Быкадорова В.Ф., Шалыта Г.М., Спиридонова В. К. и других.
Исследования по теме диссертации выполнялись в соответствии с
комплексной научно-технической программой Южно-Российского
государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института) "Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов и повышение эффективности работы электроэнергетических систем".
В работе обобщены результаты исследований и разработок, выполненных лично и при непосредственном участии автора, на кафедре «Электрические станции».
Целью работы является совершенствование технических средств диагностирования силовых кабельных линий с регистратором расстояния до места повреждения и повышение эффективности дистанционного определения места повреждения методом колебательного разряда.
Для достижения цели работы потребовалось решение следующих задач:
выполнить анализ конструктивных особенностей переносных испытательных установок и их параметров для оптимизации размеров, массы и технических характеристик переносных средств;
составить компьютерную модель переносной высоковольтной испытательной установки для изучения переходных процессов в схеме выпрямителя с умножением напряжения и влияния кабельной линии на нагрузочную способность выпрямителя;
составить компьютерную модель силовой трёхфазной кабельной линии, учитывающую частотно-зависимые удельные параметры и взаимоиндукцию токоведущих частей кабеля для изучения переходных процессов при пробоях изоляции «жила - жила», «жила - оболочка». Определить влияние схемы испытания и элементов заземления на форму и период свободных колебаний волновых процессов в кабельной линии при высоковольтном диагностировании;
составить компьютерную модель технологической системы «высоковольтная установка - силовая кабельная линия» для изучения переходных процессов в кабельной линии и установке до пробоя изоляции, в момент пробоя и после пробоя изоляции во время высоковольтного диагностирования;
провести численный эксперимент и оценить влияние отдельных элементов совместной модели системы на переходные процессы в кабельной линии и испытательной установке при пробое ослабленной изоляции во время высоковольтных испытаний, для оптимального выбора параметров высоковольтного блока аппарата, защитного сопротивления установки и схемы проведения испытания;
усовершенствование и экспериментальная проверка технических средств для высоковольтных испытаний силовых кабельных линий и определения зоны повреждения дистанционным способом.
Методы исследований.
Для решения поставленных задач использовались методы математического и физического моделирования, методы анализа, аналитические и численные методы расчета с применением ЭВМ.
Достоверность и обоснованность результатов работы. Разработанные в диссертационной работе теоретические положения реализованы в новых технических решениях и апробированы экспериментально на кабельной линии 6 кВ, а также путем математического моделирования. Результаты экспериментов не противоречат результатам, полученным ранее другими авторами, и дополняют их. Научная новизна работ соискателя:
Предложена методика расчёта внешних характеристик выпрямителя с умножением напряжения в любом диапазоне нагрузок, которая применима при любых сочетаниях параметров элементов схемы и формы питающего напряжения.
Разработана схема выпрямителя с умножением напряжения в составе
переносных испытательных установок и определены параметры её элементов,
обеспечивающие повышенную нагрузочную способность за счёт включения катушки индуктивности, настроенной в резонанс с конденсатором первого каскада.
Уточнены параметры компьютерной модели силовой трёхфазной кабельной линии, учитывающей частотно-зависимые удельные параметры и взаимоиндукцию токоведущих частей для изучения волновых процессов при повреждениях изоляции.
С целью уменьшения зоны повреждения кабельных линий методом колебательного разряда предложены оптимальные по критерию минимума искажения волнового процесса в повреждённой жиле кабеля схемы подключения и параметры элементов заземления здоровых жил.
5. Разработана компьютерная модель технологической системы «высоковольтная испытательная установка - силовая кабельная линия», моделирующая процессы системы в режимах диагностирования в реальном времени, позволяющая производить оптимизацию параметров испытательных установок и режимов диагностирования кабельных линий. Практическая ценность результатов работы:
1. Сокращение времени определения зоны повреждения и уменьшение
трудозатрат при высоковольтном испытании изоляции с использованием
предложенной испытательной установки, на которую получен патент [6].
2. Возможность исключить процесс прожигания при диагностировании
повреждений и сразу перейти к трассовым методам определения места
повреждения.
Возможность работы переносной установки как от аккумуляторной батареи постоянного тока напряжением 12В, так и от источника напряжения 220В переменного тока промышленной частоты, что позволяет её использовать как самостоятельно, так и в составе автолабораторий.
Существенно сниженные масса и размеры установки позволяют использовать предложенную аппаратуру в многоэтажных распределительных устройствах и кабельном хозяйстве собственных нужд электрических станций, где проезд для автолабораторий затруднён или невозможен.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
Схемы и параметры выпрямителей с умножением напряжения с повышенной нагрузочной способностью для переносных испытательных установок.
Совершенствование дистанционного определения места повреждения изоляции, методом колебательного разряда в различных схемах высоковольтных испытаний.
Расчетная модель технологической системы «высоковольтная испытательная установка - силовая кабельная линия» при произвольном расположения места пробоя изоляции и различных видах повреждений в кабеле.
Структурная и принципиальная схемы высоковольтной установки с регистратором расстояния до места повреждения кабельной линии. Реализация результатов работы:
Переносные высоковольтные испытательные установки с регистратором расстояния до места повреждения внедрены в эксплуатацию в филиал ОАО «МРСК Юга» - «Ростовэнерго» ПО СВЭС, филиал ОАО «Донэнерго» - КМЭС. Устройство защищено патентом РФ, отмечено дипломом победителя конкурса «инновационных проектов молодых учёных, аспирантов и студентов»
министерства экономики, торговли, международных и внешнеэкономических связей Ростовской области 2009г., почётной грамотой лауреата конкурса научных работ студентов «Знания молодых ядерщиков - атомным станциям» Концерна Энергоатом (г.Обнинск 2009г.).
Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе при подготовке специалистов по специальности 14020465 «Электрические станции» и магистров по направлению 551700 «Электроэнергетика» (в лабораторных занятиях и дипломном проектировании).
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались: на научно-технических конференциях «Энергосбережение, энергетическое оборудование и системы технической диагностики» (г. Ростов-на-Дону, 2007-2008 г.г.), семинарах РАН «Кибернетика электрических систем» по тематике «Электроснабжение промышленных предприятий» и «Диагностика энергооборудования» (г. Новочеркасск, 2007-2010 г.г.), на научных сессиях ЮРГТУ (НПИ) (г. Новочеркасск, 2007-2010 г.г.), на итоговой конференции научных работ студентов «Знания молодых ядерщиков - атомным станциям» ОАО «Концерн энергоатом» ( г. Обнинск 2009 г.).
Публикации. По результатам работы опубликовано: 5 статей в изданиях, рекомендуемых ВАК, 6 публикаций в межвузовских сборниках и периодических изданиях. Получен один патент на полезную модель РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 56 наименований. Работа изложена на 180 страницах, в том числе: 160 с. основного текста, 84 рисунка, 5 с. списка использованных источников.
Методы определения мест повреждения в кабельных линиях, применимые для передвижных установок
Электрические сети состоят из отдельных элементов, связанных между собою посредством электрических сетей, С точки зрения ОМП к отдельным элементам целесообразно отнести КЛ и ВЛ, трансформаторы, РУ, щиты управления, вводы, а также электродвигатели п различи ые электроприемники (например, светильники, электропечи). Несмотря на непрерывное улучш епие качества строите л ьства и эксплуатации сетей, происходят и, в обозримый исторический период неизбежно будут происходить повреждения изоляции, обрывы проводов, кабелей и линий электропередачи. Удары молний или индуктированные перенапряжения при грозовых разрядах, короткие замыкания, ураганы, гололед, лесные пожары, оползни грунта, вибрации от движения транспорта, коррозия и многие другие причины приводят к повреждениям линий. Повреждение линий приводит к нарушению режимов электроснабжения объектов, недоотпуску продукции, дезорганизации работы транспорта, а также к нарушению нормальных условий жизни и быта людей.
Быстрое и точное ОМП не только ускоряет ликвидацию перерывов или ненадежных режимов электроснабжения, но является эффективным профилактическим средством.
От быстроты и точности ОМП кабельных линий зависит не только стоимость ремонтов (размер нарушения асфальто-бетонных покрытий, объем монтажных работ), но и эффективность профилактических испытаний. Возможность отыскания ДІЄ ста повреждения любого вида (сложные повреждения, заплывающий пробой и т.д.) позволяет с помощь профилактических испытаний поддерживать уровень изоляции, регулировать равномерность ремонтных работ, предотвращать многоместные повреждения.
Ускорение ликвидации мест замыкгшия на землю и обрыва проводов IT кабелей повышает условия безопасности населения. Экономический эффект от внедрения прогрессивных методов и средств ОМП в масштабах страны исчисляются многими миллионами рублей в год.
В элементах электрической сети возникают как устоичивьте. так и неустойчивые повреждения изоляции и токоведущих частей. Неустойчивые повреждения могут самоустраняться, оставаться неустойчивыми или переходить при определенных условиях в устойчивые. Разнообразие видов и характера повреждений, а также структуры и условий работы электрических сетей не позволяет разработать какой-либо универсальный метод ОМП. Еще более сложно создать какую-либо универсальную аппаратуру- Достаточно отмстить, что необходимо находить повреждения как в сверхмощных и сверхдальних электропередачах, так и но внутренних проводках к отдельным светильникам при расстояниях в несколько метров,
Структурная схема системы ОМП включает четыре последовательные операции: определение поврежденного элемента сети, прожигание изоляции в месте повреждения, дистанционное ОМП, топографическое (трассовое) ОМП,
Определение поврежденных элементов приходится осуществлять не только при авариях, т. е. внезапных КЗ, но и при профилактических испытаниях. Это относится к испытаниям, одновременно охватывающим цепочки элементов или даже участки электрической сети. Способы определения поврежденных элементов зависят от характеристик сечей и видов повреждений. Вторая операция системы ОМП — прожигание [18], По существу, это подготовительная операция, обеспечивающая возможность использования совокупности методов ОМП. Как будет показано ниже.. многие методы ОМП применимы только при переходном сопротивлении в месте повреждения изоляции не более сотен и даже единиц Ом (в отдельных случаях требуются десятые доли Ома). Снизить переходное сопротивление — задача прожигания изоляции в месте повреждения,
Наиболее быстро можно произвести дистанционное ОМП, заключающееся в измерении расстояния до места повреждения от конца или концов липни. Однако любое дистанционное ОМП обладает ограниченной точностью. Для КЛ, проложенной ъ земле, нельзя достаточно определенно указать место раскопки трассы, соответствующее идеально точно измеренному расстоянию от конца линии. Расстояния до характерных точек трассы КЛ (поворотов, соединительных муфт и т. п,) в исполнительной документации указываются в планах т. е. в горизонтальной плоскости. В действительности КЛ изменяет свое положение и по вертикали, что не отражаегся в документаїгии. Кроме того для компенсации температурных смещений, кабели укладываются «змейкой». Таким образом, дистанционное ОМП позволяет быстро указать фактически не место повреждения, а зону его расположения. Для подавляющего большинства длин К Л необходим, следовательно, еще один метод ОМП - топографический (трассовый).
Оценка области применения аналитических расчётов для схем выпрямителей с умножением напряжения
Сравнительная оценка применяемых схем в составе переносных установок проводилась на основе сравнения нагрузочных характеристик (рис.2.6) полученных на основе аналитического расчёта методом А.И. Балабуха, компьютерной модели на базе OrCAD и экспериментальной характеристики для высоковольтного выпрямителя собранного по несимметричной схеме утюжения (рис.2.1).
Для обоснования выбора схемы и параметров выпрямителя при различных исходных данных выполняется расчёт методом А.И. Балабуха. К исходным данным относятся: выходные параметры выпрямителя U I=70KB, Т(г=2мА, амплитуда питающего напряжения L m-IOKB, ЧИСЛО каскадов умножении в 2 раза п-4, рабочая частота питающего напряжения 1 =2 ОкГц, допустимые потери в схеме выпрямителя AUO=10KBL І.Ннапряжстсие на нагрузке при заданном токе нагрузке (IQ)
Таким образом, подштовлены данные для дальнейшего расчета процессов в выпрямителе. Расчет длительности импульсов входного тока: а) при положительной полярности входного напряжения
Сравнивая результаты расчетов с экспериментальными даттттыми, можно сделать заключение о том, что математическое моделирование в пакете OrCAD с высокой степенью достоверности отражает физические процессы в реальных объектах, в отличие от методики изложенной в [56], которая имеет явно выраженный прямогтанейный характер, чем значительно отличается от экспериментальной кривой. Это даст возможность использовать данный инструмент для исследования выпрямительных схем ітри различных её парамеграх.
Анализ выполнялся с целью оценки влияния параметров элементов схемы и формы питающего напряжения выпрямителя на его внешнюю харакіеристику Для этого использовались результаты моделирования в программном комплексе OrCAD [48]. На рис. 2.7 представлена расчетная схема четырехкаскадного двухполупериодиого выпрямшеля с умножением напряжения без повышающего трансформатора, выполненного по несимметричной схеме с равномерным распределением конденсаторов по каскадам, форма питающего напряжения -синусоидальная, выпрямительную схему при различных значениях ёмкостей кондет1сат0р0в и параметрах источника питания, с целью определения наилучшей нагрузочной характеристики
На рис.2.8 представлены для сравнения нагрузочные характеристики выпрямителей при синусоидальной форме питающего напряжения, результаты экспериментальных исследований нагрузочной способности отображены в таблице 2.3
Из рисунка видно, что при увеличении ёмкости входного конденсатора наблюдается некоторый подъём характеристики. Аналогичный и наиболее существенный эффект даёт последовательное включение индуктивности настроенной в резонанс, что объясняегся уменьшением токоограничивающего действия первого каскада. Мгновенные значения тока и напряжения на входе выпрямителя показаны на рис.2.8.
Из осциллограмм, полученных путём моделирования видно, что при увеличении ёмкости входного конденсатора первого каскада, увеличивается и ток в диоде первого каскада, что не желательно, так как это может привести к пробою диода и снизить надежность установки. Токи в кгиушке индуктивности (включённой последовательно перед входным конденсатором и подобранной в резонанс) не перегружает ДООД64 установки, так как не превышают длительно допустимые значения іоков Для диода - 50мА.
Для оценки влияния формы входного напряжения были выполнены аналогичные расчёты при питании тех же сїХЄМ от источника напряжения прямоугольной формы. Полученные характеристики представлены на Рис.2.9.
Сравнив полученные результаты, можно сделать вывод, что суЕЦественный подъем нагрузочной характеристики, в области напряжений близких к номинальному, имеет место только в случае оптимального подбора индуктивности на вкодс выпрямителя,
Для сравнения на рис.2Л0 представлены осіщллоіраммьі тока Б диоде и напряжения конденсатора на входе выпрямителя при питании от различных источников (прямоугольная и синусоидальная формы входного напряжения).
В модели высоковольтной установки источник питания имеет трапецеидальную форму со временем перехода через ноль dU/cit 0,lT , что позволяет условно говорить о прямоугольной форме входного напряжения.
Проанализировав полученные результаты, можно сделать заключение, что при выборе несимметричной схемы выпрямителя с умножением напряжения в составе переносной установки для высоковольтных испытаний изоляции электрооборудования, следует отдавать предпочтение варианту с индуктивностью на входе, настроенной в резонанс и равномерным распределением ёмкости по каскадам с прямоугольной формой питающего напряжения, так как в других случаях существенного улучшения не наблюдается.
Моделирование и анализ переходных процессов в кабельных линиях при диагностировании мест повреждения
Силовые кабели отличаются весьма значительным многообразием конструкций и типоразмеров [47+52]. В отдельных классах напряжений существует более 1000 типовых кабельных изделий [53]. На напряжение б — 10 кВ до 80% от общего количества составляют трёхфазные кабели марок ААБ? ААШв с жилами и оболочкой из алюминия — из-за меньшей стоимости. На сложных трассах при числе поворотов более 2 и протяжек в трубах длиной более 20 м применяются марки кабелей, обладающие большей гибкостью, например типа АСБ, СБ. Кабели марок С!Б с медными жилами используются в тех случаях, когда это предусмотрено требованиями ПУЭ.
Кабели рассматриваемого типа имеют три основных конструктивных элемента: токовсдущис проводники, изоляцию или изоляционные элементы и герметичные защитные оболочки. Номинальное сечение то ко проводящих жил силовых кабелей определяется ГОСТ 24183 — SO и имеет следующие типоразмеры: 1; 1,5; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 35; 50; 70; 95; 120; 150; 185; 240; 300; 400; 500; 625; 800; 1000 мм2. Изоляция силовых кабелей с рабочим напряжением до 35 кВ включительно выполняется из твёрдых диэлектриков. В эксплуатации, как правило, повреждения кабельной линии носит закрытый характер, т.е. недоступно для визуального выявления (за исключением случаен механического повреждения кабельной линии). К наиболее частым видам повреждений относятся замыкания между жилами, и между жилой и оболочкой.
Рассматривая в качестве объектов диагностирования мест повреждения силовые чрёхфазные кабели необходимо отметить [68]: геоме-грическое единство данных токопроводящих систем (протяжённость и плоскопараллельность ) — 1, общность топологии токоведущих частей и защитных оболочек - 2, подобие электрических контуров при повреждении изоляции. Пред стаи л яя собой систему с распределенными электромагнитными параметрами: удельной ёмкостью С0, удельной индуктивностью L0 и удельным активным сопротивлением Ну, удельной проаодимость G0 силовой кабель является длинной линией в режимах диагностирования. На промышленной частоте при неповреждённой изоляции G0 на несколько порядков меньше удельной ёмкосшой проводимости (ш-С0). Однако значительное изменение угла диэлектрических потерь с ростом частотыг( изменение tg{&) ) приводит к существенному изменению соотношения GQ/C0 и требует учёта при определении вторичных параметров кабеля на повышенных частотах,
Список кабелей, подлежащих моделированию, определялся по следующим критериям; 1 - необходимостью обзора возможно большего многообразия кабелей и их типоразмеров; 2 - выполнением исследований по оценке влияния различных конструктивных особенностей кабелей и влиянием материалов токопроводящих областей на их удельные электромагнитные параметры; 3 — возможностью сопоставления получаемых результатов с экспериментальными данными. На основании указанных критериев были приняты к рассмотрению следующие типы кабелей: СБ -кабель с медными жилами и оболочкой из свинца; АСБ — с алюминиевыми жилами и оболочкой из свинца; ЛАБв - с жилами и оболочкой из алюминия; ЛАШв-с жилами и оболочкой из алюминия,
Параметры для моделирования силовых трехфазных кабельных линий были взяты с учётом частоты свободных затуханий в нём [49]. При моделировании пробоев в кабеле во время высоковольтных испытаний для всех кабельных линий были приняты зависимости параметров от частот, а имеино 400 кГц (при пробоях изоляции на расстоянии 100 м от начала кабеля), 40 кГц (на расстоянии 1000 м от начала кабеля) и 4кГц (расстоянии 10000 м от начала кабеля), данные параметров с учётом частоты приведены в приложении 1. Для каждой из перечисленной выше моделируемой линии рассматривались различные сечения жил, от минимального до максимального для данного класса [50].
На рис. 3.5 в программном комплексе OrCAD приведена компьютерная модель силовой трехфазной кабельной линии марки СБ с сечением жилы 25мм7 рабочим напряжением 6 кВ и общей длиной 99 метров. Модель представляет собой 33 блока НВ2...НВ2_33 (рис 3.5 а), в каждый из которых заложена схема замещения (рис.3.1) трех метров силовой кабельной линии (рис. 3.5 б), параметры которой указаны в приложении 2.
В схеме замещения рис.3.10, а: U1 — ключ, имитирующий замыкание в кабельной линии, который замыкается в заданное время, после того как ёмкость кабельной линии зарядится до заданной величины. Заряжает кабельную линию источник постоянного тока блок НВ 1 (рис 3.5 а), подключённый к испытуемой жиле, свободные жилы Й оболочка заземлены, на конце кабеля жилы разомкнуты. На рис.3.6 показан источник постоянного тока VI в блоке НВ1 с заданным значением испытательного напряжения.
Комплексная компьютерная модель системы «кабельная линия — испытательная установка»
Комплексная модель системы «кабельная линия — испытательная установка» образуется путём совмещения компьютерной модели силовой кабельной линии ( 3.3) и высоковольтной переносной испытательной установит ( 4,1) в программном комплексе OrCad, Структурная схема показана на рис. 4.3. Данная комплексная модель позволит получить оценку взаимного влияния элементов системы, а именно - изучение переходных процессов при пробое изоляции во время ее испытания высоким напряжением постоянного тока отрицательной полярности
Экспериментально такую задачу решить сложно ввиду многообразия тщраметров системы, а использование модели позволило ответить на практические вопросы выбора полупроводниковых плементоп выпрямителя в составе высоковольтного блока, защитного сопротивления установки и предложить технические решения увеличившие работоспособность аппарата. При пробое изоляции, испытательная установка отключается защитой от перегрузки, волна напряжения по величине равная испытательному напряжению (образовавшаяся во время пробоя) распространяется по обе стороны от места повреждения к началу кабеля, где встречается установкой, в результате чего наблюдаются частые выходы из строя аппарата,
При разработке алгоритма автоматизации процесса расчета учитывались следующие общие принципы построения сложных программных комплексов и систем [52, 53]: — принцип минимизации интерфейсных операций типа "человек компьютер" (основной фактор снижения вероятности ошибок ввода) [54]; - принцип допустимости применения менее эффективных алгоритмических приёмов и методов для снижения количества процедур обработки с целью существ енного повышения алгоритмического единообразия и, как следствие, повышение надёжности реализации алгоритма; - принцип избыточности хранимых данных для существенного повышения скорости разработки конкретных реализаций и обеспечения возможности дальнейшего развития и модификации алгоритма; — принцип платформонезаписимости, обеспечивающий быструю адаптацию алгоритма для различных услоний реализации и применения.
Совместная модель (рис.4.3) состоит из высоковольтного источника напряжения (блок 1) с выпрямителем, выполненным по симметричной схеме умножения рис.4.1. В блоке 2 задаётся значение защитного дросселя установки Ьзащ (рис.4.4). Силовая трёхфазная кабельная линия с рабочим напряжением 6 кВ марки СБ — 25 состоит из 33 последовательно соединённых блоков (НВ2 ... НВ2.33), показанных на рис.4.4, каждый блок включает в себя схему замещения трёх метров длины (рис.3.5.а), общая длина которых составляет 99 метров. Блоки 3 и 5 структурной схемы учитывают способ заземления жил и оболочки моделируемой кабельной линии.
Напряжение прямоугольной формы с амплитудой 10000 В подастся на чстырёхкаскадную симметричную схему умножения напряжения высоковольтной установки, восьмикратное выпрямленное напряжение блока НВ1 рис. 4.4 подается на жилу силовой кабельной линии Р1 через индуктивное защитное сопротивление L1 величиной равной 1 Гн. В начале кабельной линии (согласно правилам испытания изоляции высоковольтных кабельных линий 6-10 кВ) свободные жилы рис. 4.4 и оболочка заземлены, в конце кабельной линии жилы разомкнуты. Так как согласно закону коммутации напряжение на емкости не может измениться скачком, напряжения начинает плавно возрастать во времени с начала высоковольтного испытания и до заданного значения времени (рис. 4.6)5 заряжая емкость кабельной линии до тех пор, пока не произойдёт пробой изоляции. Пробой имитируется ключом, замыкая между собой жилы (в схеме замещения обозначены Р1, Р2? РЗ), имитируя пробой изоляции типа «жила — жила» либо «жила — оболочка». Ключ устанавливается в схеме па извесптос расстояние. По времени первого периода электромагнитной волны, (распространяющейся от места пробоя изоляции к обоим концам кабеля), проверяется искомое расстояние от высоковольтного источника до зоны пробоя ослабленной изоляции относительным методом. Ключ управляется временем замыкания, а именно замыканием своих контактов по истечению заданного времени. Маркер {фиксирующий волну напряжения) расположенный перед защитным дросселем L1, выводит осциллограмму волнового процесса в отдельном окне программы (рис, 4.5, б). При помощи маркеров возможно посмотреть значение и форму как тока, так и напряжения в любой точке системы «испытательная установка — кабельная линия» и вынести в отдельном окне для изучения и выявления наиболее слабых и уязвимых мест переносного испытательного аппарата- В конце кабельной линии жилы соединены через высокоомные резисторы Rl, R2, R3, так как программа не допускает разрыва расчётных контуров.
