Введение к работе
Актуальность темы
Существующие в настоящее время жесткие условия рыночных отношений между энергосистемой и потребителями требуют качественного и бесперебойного электроснабжения. Поэтому задача определения места повреждения на воздушных линиях электропередачи крайне важна для обеспечения скорейшего восстановления питания в случае аварии.
Линии электропередачи и связи охватывают большую территорию и поэтому они являются наиболее уязвимой частью системы передачи электроэнергии и информации. Как показывает статистика, в сетях средней энергосистемы годовое количество повреждений исчисляется сотнями, а в питающихся от нее абонентских сетях - тысячами. Большую часть повреждений воздушных линий составляют короткие замыкания и обрывы. Причиной их возникновения могут быть естественные и искусственные условия.
К сожалению, в последнее время участились случаи искусственного создания коротких замыканий на линиях с целью отключения питания электропроводов системой релейной защиты для безопасного создания обрывов проводов и последующего их хищения. Убытки от хищения электропроводов и варварского разрушения электролиний в настоящее время в энергосистемах достигают нескольких миллионов рублей в год.
Воздушные линии являются наименее надежными элементами энергосистемы. К тому же определение места повреждения 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. Иногда, особенно при неустойчивых повреждениях, вообще не остается на трассе следов перекрытия и протекания токов короткого замыкания.
Для электролиний напряжением 6 - 35 кВ, составляющих основу распределительньж сетей, до сих пор не существует реально используемых эффективных методов дистанционного определения места повреждений. Методы диагностики электролиний напряжением ПО кВ и выше, которые имеют глухозаземленную нейтраль, хорошо известны и успешно используются на практике. Однако в распределительньж электросетях напряжением 6-35 кВ, применяется изолированная нейтраль. Это обстоятельство исключает использование вышеупомянутых методов диагностики. Кроме того, распределительные сети имеют сильно разветвленную древовидную топологию. Вследствие этого, методы диагностики, успешно используемые в электролиниях напряжением ПО кВ и выше, в данном случае неприменимы.
Информационный поиск и анализ советско-российской и зарубежной технической литературы показал, что ни в РТ, ни в СНГ, ни за рубежом данная проблема до конца не решена. Пока не удалось найти какой-либо универсальный метод диагностики электросетей, который бы одинаково успешно обнаруживал короткие замыкания и обрывы проводов электролиний. Специалисты служб эксплуатации электросетей не имеют оперативных и действенных методов опреде-
рос националыиа| БИБЛИОТПи І sbtm
ления места повреждения, что затрудняет их обнаружение и увеличивает время аварийного простоя, приводящее к значительным экономическим потерям.
Поэтому сложность и неординарность ситуации требуют разработки способа определения повреждений в электролиниях распределительных сетей напряжением 6-35 кВ, при этом необходимо, чтобы способ бьш дистанционным, оперативным и универсальным.
Цель и задачи работы
Целью данной работы является разработка оперативного, дистанционного, универсального метода определения места повреждения воздушньж линий распределительньж сетей напряжением 6 - 35 кВ с древовидной топологией.
При этом необходимо решить следующие задачи:
-
выполнить анализ структурных и физических особенностей электролиний распределительньж сетей;
-
выбрать способ определения мест повреждений в электролиниях с древовидной топологией, соответствующий требованиям оперативности (быстродействия), дистанционности и универсальности;
-
выбрать тип необходимой измерительной аппаратуры, пригодной для диагностики электролиний с древовидной топологией;
-
установить диагностические признаки неоднородностей электролиний;
-
разработать принципы и алгоритмы распознавания неоднородностей электролиний с древовидной топологией;
-
разработать универсальный метод дистанционного и оперативного, обнаружения повреждений электролиний с древовидной топологией применительно к распределительным сетям напряжением 6-35 кВ.
Научная новизна работы заключается в следующем:
определены физико-технические особенности реакции неоднородностей линий с древовидной топологией на импульсное зондирование, установлены диагностические признаки (словарь) импульсов, отражающихся от неоднородностей (места присоединения ответвлений, концы линий и ответвлений, кабельные вставки, активные и реактивные нагрузки, фильтры присоединения, заградительные фильтры и тд.) распределительньж сетей напряжением 6 - 35 кВ при их локационном зондировании;
разработаны принципы и алгоритмы распознавания рефлектограмм при импульсном зондировании линий распределительньж сетей напряжением 6 - 35 кВ с древовидной топологией;
доказана возможность исследования в лабораторньж условиях методом импульсного локационного зондирования нормальных и аварийных ситуаций реальных линий распределительньж сетей на их физических моделях (макетах);
разработан локационный метод обнаружения повреждений на линиях распре
делительньж сетей напряжением 6- 35 кВ с древовидной топологией, отве
чающий требованиям дистанционности, оперативности и универсальности.
Практическая ценность работы заключается в том, что предложенная методика определения мест повреждений (ОМП) в воздушньж линиях распределительньж сетей напряжением 6 - 35 кВ позволяет оперативно и дистанционно обнаруживать ко-
адїміиЯ.ііІГ'."! V- -
і rtt w ^1
роткие замыкания и обрывы проводов электролиний, что сокращает время определения места повреждения линии, уменьшает перерывы в электроснабжении потребителей и значительно сокращает финансовые потери энергосистем.
Достоверность полученных результатов и выводов подтверждается совпадением данных экспериментальных измерений, выполненных в лабораторных условиях на макетах электролиний и на реальных линиях электропередачи распределительных электрических сетей с древовидной топологией.
Основные положения, выносимые на защиту
-
Описание физико-технических особенностей реакции неоднородностей линий с древовидной топологией при импульсном зондировании, словарь импульсов (перечень диагностических признаков), отражающихся от неоднородностей (места присоединения ответвлений, концы линий и ответвлений, кабельные вставки, активные и реактивные нагрузки, фильтры присоединения, заградительные фильтры и т.д.) распределительных сетей с древовидной топологией при их зондировании;
-
Принципы и алгоритмы распознавания рефлектограмм при локационном импульсном зондировании электролиний распределительных сетей с древовидной топологией.
-
Возможность исследования в лабораторных условиях методом импульсного локационного зондирования нормальных и аварийных ситуаций реальных линий распределительных сетей на их физических моделях (макетах);
-
Локационный метод обнаружения мест повреждений на линиях распределительных сетей напряжением 6 - 35 кВ с древовидной топологией, соответствующий требованиям дистанционности, оперативности и универсальности.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях и семинарах: Республиканская научно-техническая конференция «Проблемы энергетики», посвященная 80-летию плана ГОЭЛРО и созданию Казанского государственного энергетического университета (г. Казань,
-
г.), Российский национальный симпозиум по энергетике (г. Казань, 2001 г.), I форум молодых ученых и специалистов Республики Татарстан (г. Казань,
-
г.), Ш Всероссийская молодежная научно-техническая конференция «Будущее технической науки» (г. Нижний Новгород, 2004 г.), 16-ая Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция «Электромеханические и внутрика-мерные процессы в энергетических установках, струйная акустика, диагностика технических систем, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий» (г. Казань, 2004 г.), V Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике» (г. Чебоксары, 2004 г.), Научно-практическая конференция «Эффективная энергетика» посвященная 15-летию Инженерного центра «Энергопрогресс» (г. Казань, октябрь 2004 г.), а также регулярно обсуждались на аспирантско-магистерских семинарах КГЭУ. Результаты так же представлены в отчетах: отчет о научно-исследовательской работе «Разработка системы оперативного обнаружения обрывов и коротких замыканий в распределительных сетях и линиях электропередачи 6-10-35 кВ» - хоздоговорная работа с ОАО «Татэнерго» по теме № 106 от 13.08.2001 (шифр договора 004/01), вьшолненная через НТВ ООО «НПК Силеста» г. Казань, отчет по гранту Академии Наук Республики Татарстан
№ 06 - 6.7 - 178/2002 (Ф) АН РТ от 20 мая 2002 г. по теме «Разработка физико-технических основ и внедрение технологии диагностики повреждений воздушных распределительных электрических сетей с древовидной топологией». Результаты работы были оценены именной стипендией Президента Республики Татарстан (2001 г.). По материалам диссертации имеется 9 публикаций.
Реализация результатов работы. Теоретические и практические результаты диссертации используются в учебном процессе на кафедре электроэнергетических систем и сетей Казанского государственного энергетического университета при подготовке специалистов по направлению «Релейная зашита и автоматизация электроэнергетических систем». Предложенный метод обнаружения повреждений электролиний проходит апробацию в Приволжских электрических сетях ОАО «Татэнерго».
Личный вклад автора работы. Автор участвовал в лабораторных и полевых исследованиях, как постановщик задач и руководитель измерений, выполнил анализ экспериментальных данных и их интерпретацию. Участвовал в разработке алгоритмов и компьютерных программ по обработке результатов измерений. Разработал принципы распознавания рефлектограмм линий распределительных сетей с древовидной топологией напряжением 6-35 кВ.
Основные результаты получены автором под руководством д.ф.-м.н., профессора Минуллина Р.Г.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации 168 страниц, в том числе 75 рисунков, 6 таблиц, список литературы из 72 наименований.
