Введение к работе
Актуальность темы определяется тем, что устойчивое функционирование единого сетевого электроэнергетического комплекса России невозможно без надежной и качественной работы распределительных электрических сетей (РЭС), которые являются завершающим звеном в системе обеспечения потребителей электроэнергией и находятся в непосредственном взаимодействии с конкретным потребителем.
Воздушные линии (ВЛ) являются наименее надежными элементами РЭС: в сетях 6-10 кВ происходит в среднем 26 отключений в год в расчете на 100 км воздушных или кабельных линий. Трудозатраты на восстановление нормального режима линий составляют примерно 3/4 всех трудозатрат на эксплуатацию и наибольшей составляющей трудозатрат на восстановление является поиск места повреждения. Задача определения места повреждения (ОМП) является наиболее сложной, а часто и наиболее длительной технологической операцией по восстановлению поврежденных участка или элементов электросети. Даже верховые осмотры не всегда позволяют найти следы перекрытия изоляторов в воздушных линиях электропередачи. Иногда, особенно при неустойчивых повреждениях, вообще не остается на трассе следов перекрытия и протекания токов замыкания.
Известны работы отечественных ученых Будзко И.А., Евдокунина Г.А., Щуцкого В.И, Шалыта Г.М., Лихачева Ф.А., Кадомской К.П., Шалина А.И., Короткевича М.А. (Белоруссия) и др., посвященные исследованиям сетей с изолированной или компенсированной нейтралью и разработке методов ОМП на ВЛ. Общим является вывод, что для ВЛ напряжением 6-35 кВ, составляющих основу РЭС, до сих пор не существует реально используемых эффективных методов дистанционного определения места повреждения.
Перспективу открывает распространение для РЭС систем коммерческого учета электроэнергии (СКУ) с функциями оценки показателей её качества. В результате появляется возможность использования параметров аварийных режимов на потребительских подстанциях в алгоритмах определения мест повреждения ВЛ РЭС, измеряемых на стороне 0,4 кВ понижающих подстанций и передающихся по каналам связи СКУ в центр питания (ЦП).
Цели и задачи исследования. Многообразие физических процессов, приводящих пробоям изоляции и сопровождающих однофазные замыкания на землю (ОЗЗ), не создают предпосылок для разработки одной универсальной методики по определению мест повреждения на ВЛ. Целью данного исследования является разработка комплекса методов определения поврежденных участков на ВЛ в РЭС, включая обрывы фазных проводов, адаптированных к различным условиям повреждения и режимам заземления нейтрали.
Объектами исследования являются воздушные линии электропередачи распределительных электрических сетей напряжением 6 - 35 кВ древовидной топологии.
Предметом исследования выступают диагностические признаки наличия повреждения РЭС напряжением 6 - 35 кВ в виде металлических и ду-
говых ОЗЗ, обрывов фаз линий электропередачи, выявляемые по параметрам установившихся и переходных режимов.
Теоретическая и методологическая основа исследования базируется
на использовании методов математического моделирования электрических сетей в сертифицированных программных продуктах Matlab и Simulink, теории электрических цепей, теории установившихся и переходных процессов в электрических сетях, опубликованных экспериментальных данных по однофазным замыканиям на землю.
Научная новизна исследования заключается в следующем.
Показано, что использование дополнительного низкоомного резистив-ного заземления нейтрали в конце магистральной электропередачи повышает точность расчётов определения участка повреждения ВЛ.
Предложена методика определения поврежденного участка ВЛ при устойчивом ОЗЗ для низкоомного резистивного заземления нейтрали на основе напряжений обратной последовательности (ОП), измеряемых на стороне 0,4 кВ потребительских подстанций.
Разработан алгоритм определения участка обрыва ВЛ в РЭС древовидной структуры по параметрам режима, измеряемых на стороне 0,4 кВ потребительских подстанций.
Показано, что в случае дугового замыкания на землю для решения задачи ОМП может быть использован метод гармонического баланса напряжений нулевой последовательности (НП), распространенный на переходные процессы.
Разработана методика определения поврежденного участка РЭС для условий горения перемежающейся дуги в месте ОЗЗ по значению «резонансной» частоты и на основе сопоставления уровня «резонансных» гармоник, измеряемых на стороне 0,4 кВ понижающих подстанций.
Практическая значимость работы заключается в том, что на основе распространяемых в РЭС дистанционных устройств учета электроэнергии может быть создана система определения поврежденных участков электропередачи - обрывов и ОЗЗ. Тем самым резко сокращается время обнаружения мест повреждения, а также негативное воздействие на сеть перенапряжений, провоцируемых перемежающейся дугой.
Достоверность результатов и выводов исследования подтверждается применением апробированных моделей электропередачи, использованием общепринятых физических допущений в отношении моделирования линий электропередачи, использованием теоретических и экспериментальных данных других авторов и сопоставлением с ними полученных результатов.
На защиту выносятся следующие положения.
Целесообразность дополнительного низкоомного резистивного заземления нейтрали для определения участка повреждения воздушной линии электропередачи при устойчивом замыкании на землю.
Методика определения участка устойчивого однофазного замыкания на землю воздушной линии электропередачи при использовании низкоомного
резистивного заземления нейтрали по напряжениям ОП, измеряемых на стороне низшего напряжения понизительных подстанций.
Алгоритм определения участка обрыва фазы воздушной линии электропередачи в распределительной электрической сети древовидной структуры по параметрам режима, измеряемых на стороне низшего напряжения понизительных подстанций.
Методика определения расстояния до места ОЗЗ в сети с резистивно заземленной нейтралью по уравнениям динамического гармонического баланса напряжений НП при наличии перемежающейся дуги.
Методика определения участка с ОЗЗ в РЭС древовидной топологии по «резонансным» гармоникам на стороне 0,4 кВ понижающих подстанций.
Апробация работы: II Молодежная научн. конф. «Тинчуринские чтения», Казань, 2007; XIV Всеросс. конф. по проблемам науки и высш. шк. «Фундаментальные исследования и инновации в технических университетах», СПбГПУ, 2010; XIII Междунар. конф. «Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты», Алушта, Крым, Украина, 2010;: Вторая научно-практ. Конф. с междунар. участием «Инновационная энергетика 2010», Новосибирск, НГТУ, 2010; VII Всеросс. научн.-техн. конф. «Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике», Чебоксары. ЧГУ, 2010; XVII Междунар. научн.-практ. конф. студентов и молодых ученых «Современная техника и технологии», Томск, 2011; Междунар. научн.-техн. конф. «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (XVI Бенардосовские чтения), Иваново, 2011; VII Междунар. научн.-практ. конф. «Новейшие достижения европейской науки», София, 2011.
Личное участие автора исследования заключается в разработке всех основных теоретических положений диссертации, непосредственной реализации пилотного проекта по установке приборов дистанционного учета электроэнергии в Альметьевских РЭС, а также в последующей их отладке, доработки программного обеспечения и вводе в эксплуатацию. В работах, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежат постановка и формализация задач, разработка теоретических и методических положений, математических моделей и методов, реализация алгоритмических решений и анализ результатов.
Публикации: основное содержание диссертации изложено в 11 печатных работах, из них в журналах, рекомендованных ВАК - 2.
Структура работы: диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, приложений и списка литературы. Общий объем диссертации 212 страниц, в том числе 109 рисунков, список литературы из 116 наименований.
