Содержание к диссертации
Введение
1. Теоретические основы функционирования защит в электрических сетях с изолированной нейтралью 12
1.1. Краткая характеристика исследований в области защит распределительных электрических сетей 12
1.2. Основные физические процессы в электрических сетях с изолированной нейтралью при однофазных замыканиях на землю 29
1.3. Основные принципы построения существующих защит от однофазных замыканий на землю 34
1.4. Экономическая предпосылка создания защит от однофазных замыканий на землю 38
1.5. Особенности математического аппарата нечеткой логики 42
1.6. Выводы 43
2. Закономерности изменения «резонансных» частот электропередачи РЭС в условиях однофазной поперечной несимметрии 45
2.1. Математическая модель одиночной электропередачи 45
2.2. Математическая модель электропередачи при наличии нескольких фидеров 48
2.3. «Резонансные» частоты одиночной линии 52
2.4. «Резонансные» частоты при наличии дополнительных линий 58
2.5. Влияние нагрузки на «резонансные» частоты 66
2.6. Влияние сопротивления сети на «резонансные» частоты 70
2.7. Выводы 80
3. Разработка требований к линейным сенсорам для выделения признаков ОЗЗ в параметрах режима электрической сети 81
3.1. Постановка задачи исследования 81
3.2. Анализ топологии и элементных составляющих распределительных сетей 82
3.3. Имитационное моделирование одиночных линий в нормальном режиме функционирования электрической сети 84
3.4. Имитационное моделирование электрической сети в нормальном режиме функционирования 90
3.5. Исследование влияния различных факторов на выделяемый сигнал в одиночной линии при ОЗЗ 93
3.5.1. Изменение частотного диапазона окна выборки спектра 93
3.5.2. Оценка влияния нагрузки на «резонансные» частоты 104
3.6. Закономерности изменения индикативных параметров ОЗЗ в РЭС древовидной топологии 107
3.7. Выводы 122
4. Экспериментальное исследование ОЗЗ в распределительных электрических сетях и разработка диагностического сенсора 123
4.1. Моделирование выделения полезного сигнала на примере действующих РЭС при появлении замыкания 123
4.2. Организация экспериментального исследования раннего диагностирования ОЗЗ 128
4.2.1. Основные условия проведения эксперимента 128
4.2.2. Описание экспериментальной установки 130
4.2.3. Перечень оборудования, задействованного в экспериментальном исследовании и его функциональных свойств. 133
4.3. Анализ результатов натурного эксперимента 136
4.4. Разработка системы локации ОЗЗ на основе нечеткой логики 140
4.4.1. Особенности математического аппарата нечеткой логики 140
4.4.2. Распознавание ОЗЗ на основе математического аппарата нечеткой логики 141
4.5. Технические особенности сенсора на основе цифрового сигнального процессора 145
4.6. Выводы 149
Заключение 151
Список литературы 153
Приложение 1 166
Приложение 2 167
Приложение 3 170
Приложение 4 172
Приложение 5 180
Приложение 6 183
Приложение 7 186
- Основные физические процессы в электрических сетях с изолированной нейтралью при однофазных замыканиях на землю
- «Резонансные» частоты одиночной линии
- Закономерности изменения индикативных параметров ОЗЗ в РЭС древовидной топологии
- Моделирование выделения полезного сигнала на примере действующих РЭС при появлении замыкания
Введение к работе
Актуальность работы. Распределительные электрические сети
напряжением 6-10-35 кВ являются одними из наиболее протяженных в большинстве как региональных, так и федеральных сетевых компаний. Электрические сети рассматриваемого класса напряжений выступают в подавляющем большинстве случаев в качестве единственного источника питания для мелкомоторных и бытовых потребителей электроэнергии в сельской местности, что является одной из основополагающих причин необходимости повышения надежности их функционирования.
Однофазные замыкания на землю (ОЗЗ) являются основным видом электрических повреждений в распределительных электрических сетях, и по разным оценкам именно они вызывают порядка 70% от общего числа всех повреждений на данном уровне напряжений.
Проблема выявления как самого факта ОЗЗ, так и места его появления не теряет своей актуальности для распределительных сетей, она изучалась на протяжении нескольких десятков лет многими выдающимися отечественными и зарубежными учеными и специалистами электротехниками. Среди исследований, проведенных за последние десятилетия, необходимо выделить работы А.И. Шалина, В.А. Шуина, H. Lee Willis, Y.G. Paithankar, Paul Gill, J. Lewis Blackburn и др. Существенный вклад в исследование данной проблемы внесли ученые, проводившие исследования в рамках функционирования Международного Совета по большим электрическим системам высокого напряжения – CIGRE и Института инженеров по электротехнике и электронике – IEEE.
Однако, несмотря на вышеупомянутые исследования, существующие методики выявления ОЗЗ, применяемые в данное время в большинстве распределительных сетей, практически не учитывают изменения технических условий функционирования сетей. Они ориентированы на имеющиеся средства релейной защиты, тогда как вновь вводимые цифровые подстанции предоставляют возможности динамического мониторинга параметров качества электроэнергии. Так, в новой концепции Smart Grid релейная защита (РЗ) должна быть совмещена с функциями информационно-измерительной системы. Причиной этого является то, что, во-первых, микропроцессорные устройства
релейной защиты производят измерения токов, напряжений в векторной форме. Во-вторых, они записывают и накапливают информацию об аварийных режимах и собственных срабатываниях. Эта информация может быть напрямую использована в будущих контрольно-информационно-измерительных системах Smart Grid».
Таким образом, имеется противоречие, заключающееся в том, что, несмотря на актуальность и практическую значимость рассматриваемого вопроса, отсутствуют системы текущего мониторинга и распознавания мест ОЗЗ, учитывающие влияние сложной топологии распределительной сети и других факторов, осложняющих обнаружение мест повреждения.
Цель диссертационной работы: повышение надежности и качества электроснабжения потребителей путем оперативного распознавания фидеров с ОЗЗ и мест повреждения на них в распределительных электрических сетях древовидной структуры.
Объектом исследования являются распределительные сети с изолированной нейтралью классом напряжений 6-10-35 кВ.
Предметом исследования являются закономерности изменения «резонансных» частот в зависимости от места ОЗЗ в распределительных сетях древовидной структуры и принципы функционирования систем распознавания мест ОЗЗ.
Научная задача исследования заключается в научно обоснованной разработке систем мониторинга ОЗЗ с функциями определения расстояния до места повреждения. Решение поставленной задачи проводится по следующим основным направлениям:
анализ средств и методов обнаружения ОЗЗ, направлений развития систем их мониторинга, разработка соответствующих методик выделения и использования информативных признаков наличия ОЗЗ в привязке к месту его появления;
проведение имитационного моделирования и экспериментальных исследований по распознаванию информативных признаков ОЗЗ в различных точках электрической сети на различных ступенях номинального напряжения;
разработка сенсоров для выделения информативных признаков ОЗЗ в параметрах режима электрической сети, и разработка на их основе систем распознавания мест ОЗЗ в электрических сетях древовидной структуры.
Научная новизна исследования:
-
Показана взаимосвязь между проявляющимися высшими «резонансными» гармониками и местоположением ОЗЗ в районных электрических сетях с учетом влияния прилегающей электрической сети.
-
Разработана система идентификации участка с ОЗЗ в районных электрических сетях на основе выделения диагностических признаков местоположения источника высших гармоник при использовании математического аппарата «нечеткая логика».
-
Выполненные натурные эксперименты режимов ОЗЗ в действующих распределительных электрических сетях напряжением 10 кВ показали, что гипотеза о наличии «резонансных» частот в спектре напряжений, обусловленных волновыми свойствами электропередачи в режиме дугового ОЗЗ, подтвердилась. Подтверждено положение о проявлении «резонансных» гармоник на стороне 0,4 кВ понижающих подстанций. Экспериментально обоснована возможность мониторинга режима ОЗЗ на фидерах 6-35 кВ по уровню высших «резонансных» гармоник на любой из фаз каждого фидера.
Теоретическая значимость работы заключается в создании и обосновании математической модели РЭС и выделении диагностических значений параметров напряжения в режимах ОЗЗ. Работа выполнялась в соответствии с НИР «Методы повышения надежности электроснабжения и качества электроэнергии в распределительных электрических сетях» (задание №2014/448 на выполнение государственных работ в сфере научной деятельности в рамках базовой части государственного задания Минобрнауки России).
Практическая значимость работы заключается в том, что на основе сенсоров для диагностики ОЗЗ, устанавливаемых в распределительных сетях, может быть внедрена система определения участков электропередач с ОЗЗ. Тем самым существенно уменьшаются как временные, так и ресурсные затраты при работе обслуживающего персонала с одновременным улучшением качественных показателей распределительных сетей. Использование представленных в диссертационной работе материалов предполагается при разработке системы идентификации фидеров с ОЗЗ в РЭС «Высокогорские
электрические сети» филиала «Приволжские электрические сети» ОАО «Сетевая компания», г. Казань.
Достоверность результатов, выводов и рекомендаций обеспечивалась применением при решении поставленных задач корректных математических моделей, использованием апробированных программных продуктов для имитационного моделирования режимов исследуемых электрических сетей, физической обоснованностью применяемых допущений, экспериментальным подтверждением выдвинутых теоретических положений.
Апробация работы. Основные результаты исследования докладывались и обсуждались на конференциях и семинарах: VIII Междунар. науч.-техн. конф. «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (г. Иваново, 2013 г.), VIII Открытой молодежной науч.-практ. конф. «Диспетчеризация и управление в электроэнергетике» (г. Казань, 2014 г.); IX Междунар. молодежной науч.-техн. конф. «Тинчуринские чтения» (г. Казань, 2014 г.); XI Всерос. науч.-техн. конф. «Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем материалы» (г. Чебоксары, 2015 г.); VII Междунар. молодежной науч.-техн. конф. «Электроэнергетика глазами молодежи» (г. Казань, 2016 г.); Междунар. науч.-практ. конф., посвященной 60-летию высшего нефтегазового образования в РТ «Достижения, проблемы и перспективы развития нефтегазовой отрасли» (г. Альметьевск, 2016 г.), а также на аспирантско-магистерских семинарах КГЭУ.
Публикации. Основное содержание работы отражено в 14 научных публикациях, из них 3 публикации в журналах, входящих в перечень ВАК.
Соответствие диссертации научной специальности. Диссертация соответствует специальности 05.09.03 - «Электротехнические комплексы и системы». Результаты, представленные в диссертационной работе, соответствуют следующим пунктам паспорта специальности:
П.1. Развитие общей теории электротехнических комплексов и систем, изучение системных свойств и связей, физическое, математическое, имитационное и компьютерное моделирование компонентов электротехнических комплексов и систем.
П.4. Исследование работоспособности и качества функционирования электротехнических комплексов и систем в различных режимах, при разнообразных внешних воздействиях.
Методы и методики исследования: изучение научной литературы по
исследуемой проблеме, ее теоретический анализ. Математическое
моделирование процессов изменения показателей качества электроэнергии. Экспериментальное измерение показателей качества электроэнергии при ОЗЗ в распределительной сети. Сравнительные методы. При математическом моделировании и обработке результатов использовался программный продукт Матлаб и его приложение Симулинк. Для разработки технических решений использовались программные продукты ЛТСпайс IV, ИГЛ 7.1.0, а также Код Компоузер Студио 3.3.
Конкретное личное участие автора в получении результатов: все теоретические и экспериментальные результаты диссертационной работы, выносимые на защиту, получены лично автором диссертации. В работах, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежит формализация задач, разработка теоретических и методических положений, компьютерных моделей и анализ результатов.
На защиту выносятся следующие положения:
-
Методика расчета зависимости резонансных частот с учетом влияния прилегающей электрической сети от места возникновения замыкания в линии электропередачи для выделения диагностического признака обнаружения и локализации места повреждения.
-
Имитационные модели электрической сети с результатами оценки уровня информативных сигналов ОЗЗ и идентификации места повреждения на основе использования значений «резонансных» гармоник, выделяемых математическим аппаратом «нечеткая логика», и значений фазного напряжения на стороне высшего и низшего напряжений понижающих подстанций.
-
Система распознавания ОЗЗ и места повреждения на основе разработанных сенсоров и результаты натурных экспериментов по выявлению информативных признаков ОЗЗ на разных ступенях номинального напряжения распределительной электрической сети.
Структура работы: диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации 186 страниц. Работа иллюстрирована таблицами, рисунками. Список литературы включает 116 наименований.
Основные физические процессы в электрических сетях с изолированной нейтралью при однофазных замыканиях на землю
В предыдущем параграфе была показана необходимость повышения эффективности функционирования релейной защиты в сетях с изолированной нейтралью рассматриваемого класса напряжений. Далее представлены основные принципы построения релейной защиты с раскрытием основных ограничений по их функционированию.
В качестве основного ограничения эффективного функционирования релейной защиты в сетях с изолированной нейтралью выделяют малый ток замыкания на землю при ОЗЗ, протекающий через сопротивление фазы, и, как следствие, приводящий к малому изменению треугольника напряжений, изображенному на рис. 1.8, на что указывается в [49].
Типичная ситуация при замыкании на землю проиллюстрирована на рис. 1.9. Схема, изображенная на данном рисунке, раскрывает сложность происходящих процессов, оказывающих существенное влияние на эффективность функционирования релейной защиты, в том числе и при ОЗЗ.
На рис. 1.10 Х1С, Х2С, Х0С – сосредоточенные параметры распределенных емкостей между фазой и землей. Рис. 1.10 отражает процессы, происходящие при ОЗЗ в прямой, обратной и нулевой последовательностях при замыкании фазы «А» на землю. Распределенные емкости X1C, X2C и Х0С имеют большое значение, принимая во внимание, что значения сопротивлений Х1S, ХT, Х1L и Х0L относительно очень малы. Таким образом, Х1С меньше Х1S и ХТ в прямой последовательности и подобны для обратной последовательности.
Применительно к сети с изолированной нейтралью допустимо принять, что Х0С практически равен Х1С=Х2С, и эквивалентен зарядной емкости трансформаторов, линий и других элементов, присоединённых к данной сети.
В различных литературных источниках приведены типовые данные зарядной мощности различных составляющих компонентов сети. В существующих же сетях возможно определить делением измеренного фазного зарядного тока на фазное напряжение. Однако эти измерения необходимо проводить после каждого схемного изменения сети, что на практике вызывает большие сложности.
Нельзя не оставить без внимания тот факт, что ОЗЗ возможно в любой части линии, а Х0С будет меняться незначительно. Это происходит вследствие того, что сопротивление относительно мало, а ток ОЗЗ практически такой же, как и рабочий ток, и мало зависит от местоположения ОЗЗ. Это делает практически невозможным селективное определение местоположения ОЗЗ обычными системами релейной защиты.
Когда ОЗЗ появляется в прямой последовательности, напряжение в оставшихся двух фазах вырастает до значений линейного (рис. 1.8, б). В нормально сбалансированной системе (рис.1.8, а) Uan=Uag, Ubn=Ubg и Ucn=Ucg. При появлении ОЗЗ напряжение между фазой и нейтралью становится отличным от напряжения между фазой и землей. Нейтральная точка становится «точкой, которая имеет такой же потенциал, как и точка соединения трех не реактивных сопротивлений в схеме замещения системы» [36]. Эта нейтральная точка представлена на рис.1.8, б.
Это смещение нейтрали и возможно определить как напряжение нулевой последовательности.
В качестве второго ограничения эффективного функционирования релейной защиты от ОЗЗ в сетях с изолированной нейтралью выделяют вариативность типов замыканий на землю. Основные типы ОЗЗ достаточно подробно описаны в [38]. К наиболее часто встречающимся возможно отнести следующие типы: кратковременные пробои «клевки»; «металлические», ОЗЗ через переходные сопротивления и дуговые ОЗЗ. Практика функционирования сетей с изолированной нейтралью в ОАО «Сетевая компания» показала, что наиболее сложными для обнаружения типами ОЗЗ являются так называемые «клевки» и ОЗЗ через переходные сопротивления.
Таким образом, проблема повышения эффективности функционирования защит ОЗЗ требует проведения исследований и поиска решений, основанных на альтернативных физических принципах.
Для оптимизации поиска решений рассматриваемой технической задачи ниже представлен анализ основных используемых типов защит от ОЗЗ в действующих электрических сетях рассматриваемого класса напряжения.
«Резонансные» частоты одиночной линии
Как показано на рис. 2.1, к шинам 6 - 10 кВ центра питания подключен трансформатор напряжения. Он входит в состав обязательного к установке электрооборудования, поэтому использование его обмотки, соединенной по схеме «разомкнутый треугольник», позволяет без дополнительных затрат на устройства измерения выделить нулевую последовательность напряжений. В реальной электропередаче это исключено, так как линия обладает активным сопротивлением. Но именно значительное возрастание амплитуды ЧХ служит маркером «резонансной» частоты. Знание её теоретического значения позволит связать «резонансную» частоту с расстоянием до места подключения источника высших гармоник. На рис. 2.6 приведены в графическом виде решения следующего уравнения, которое соответствует знаменателю формулы (2.9): = coSU(0);i)cosU(0);2)cos(„p/)-2 sin(„p;i)cos(„p/2)sinU(0)/)=0.
Номера кривых на рис. 2.6, а и 2.6, б соответствуют следующим расстояниям от начала линии до источника ВГ:
1 - 2 км; 2 - 6 км; 3 - 10 км; 4 - 15 км; 5 - 20 км; 6 - 24 км; 7 - 28 км.
В расчетах рис. 2.6, а принята линия с проводами АС-95 длиной 30 км; волновое сопротивление для ПП и НП zc =347,8 Ом и z) =91А Ом (с; =2,806); коэффициент изменения фазы для ПП и НП соответственно (3 =0,0010659 1/км и р(0) =0,0013325 1/км. (Погонные параметры: прямая последовательность L0=1,18 10-3 Гн/км; С 0=9,755 10-9 Ф/км. Нулевая последовательность: L0(0)=4,131 10-3 Гн/км; С0(0)=4,355 10-9 Ф/км).
В расчетах рис. 2.6, б принята линия с проводами АС-95 длиной 30 км; волновое сопротивление для ПП и НП zc =270,0 Ом и zy =730,0 Ом (с; =2,703); коэффициент изменения фазы для ПП и НП соответственно (3 =0,0010835 1/км и р(0) =0,0017767 1/км. (Погонные параметры: прямая последовательность L0=0,9337 10-3 Гн/км; С 0=12,74 10-9 Ф/км. Нулевая последовательность: L0(0)=4,126 10-3 Гн/км; С0(0)=7,751 10-9 Ф/км).
На рис. 2.7 представлены закономерности изменения «резонансных» частот при смещении источника высших гармоник от начала линии к её концу.
Кривые с номерами 1 и 2 построены по данным рис. 2.6, а; кривые с номерами 3 и 4 построены по данным рис. 2.6, б. Номера 1 и 3 соответствуют первым «резонансным» частотам; номера 2 и 4 - вторым. Последующие «резонансные» частоты не показаны.
Необходимо учитывать, что некоторые «резонансы» могут исчезать из частотной характеристики за счет её числителя. Так, в выражении (2.9) при расположении источника ВГ середине лини, т.е. при соблюдении условия h=h, происходит изменение знаменателя (2.9) вследствие сокращения одного из его сомножителей.
Соответствующая частотная характеристика (её абсолютная величина) в диапазоне между двумя «резонансными» частотами представлена на рис. 2.8.
В численном виде получаем следующее выражение для определения «резонансных» частот для ЧХ (рис. 2.8): у = cos(0,032 W)cos(0,020 п)-0,713 sin(0,032 W)sin(0,020 п) =0. (2.10)
Решая уравнение (2.10), получаем следующие значения кратностей первых двух «резонансных» частот: пр= 33 и пр= 89.
Сопоставляя их со значением, получаемым по кривой 4 (рис. 2.6, а) находим, что «резонансная» частота кратностью np=89 также наличествует для кривой 4, но является третьей по счету. Таким образом, за счет обнуления числителя ЧХ (2.9) выпала одна из «резонансных» частот.
Сравним полученный результат со случаем подключения источников НП к середине электропередачи. «Резонансные» частоты определяются из уравнения j = cos(0,020-x)=0. (2.11)
Решение уравнения (2.11) показывает, что кратности первых двух «резонансных» частот равны ир= 78,6 и пр = 235,8. На рис. 2.9 представлена зависимость кратности первой «резонансной» частоты, определенной из уравнения (2.11), при удалении источника НП ВГ от начала электропередачи.
Сравнивая кривые рис. 2.7 и 2.9, видим, что наличие поперечной несимметрии существенно повлияло на значения «резонансных» частот. Таким образом, использование упрощенной математической модели, основанной на частотных характеристиках лини при введении источника ВГ нулевой последовательности, не может дать сколь-нибудь достоверный результат по связи значений «резонансной» гармоники с местом подключения однофазного источника высших гармоник.
Закономерности изменения индикативных параметров ОЗЗ в РЭС древовидной топологии
Сенсоры, обеспечивающие первичную информацию для последующего выделения «резонансных» гармоник, могут быть размещены как на стороне ВН ТП, так и на стороне 0,4 кВ. Как отмечалось выше, установка сенсоров на стороне 0,4 кВ ТП снижает их стоимость во много раз, но при этом следует ожидать определенных трудностей при выделении аварийных составляющих в измеряемых параметрах режима. Теоретически, если в сети с изолированной нейтралью происходит металлическое ОЗЗ, то на стороне 0,4 кВ его нельзя почувствовать. Трансформаторы напряжения на стороне 0,4 кВ идентифицируют этот режим, поскольку их нейтраль с первичной стороны заземлена и обеспечивает протекание токов нулевой последовательности.
У силовых трансформаторов 10/0,4 кВ на стороне высшего напряжения нейтраль не выведена, следовательно, отсутствуют токи нулевой последовательности, и на стороне 0,4 кВ ОЗЗ не идентифицируется.
Однако в этом теоретическом построении есть одно неявное допущение, а именно малый ток замыкания на землю не оказывает влияния на напряжения прямой и обратной последовательностей, на напряжения на входе понижающего трансформатора. На частоте 50 Гц так оно и есть, а на более высоких частотах можно ожидать заметный перекос векторов напряжений прямой и обратной последовательностей. Выше было показано, что «резонансные» частоты одинаковы для напряжений любой последовательности. Отсюда следует, что методика локации поврежденных участков электрической сети может быть основана и на использовании информации о составе ВГ и на стороне 0,4 кВ понижающих подстанций.
Для проведения анализа формы сигнала была смоделирована РЭС, представленная на рис. 3.25, на одной из отпаек которой происходит ОЗЗ. На рис. 3.26 и рис. 3.27 представлены осциллограммы напряжений на стороне 10 кВ (в начале и в конце ВЛ) и 0,4 кВ каждой подстанции.
Осциллограммы напряжений на стороне 10 кВ достаточно наглядно показывают наличие перемежающегося ОЗЗ, что может выступить и одним из устойчивых признаков диагностирования замыкания. На стороне 0,4 кВ ТП осциллограммы не имеют явного признака ОЗЗ. На рис. 3.28 в качестве иллюстрации последовательно приведены спектрограммы в узлах 1, 4 и 5 при размещении сенсоров на стороне ВН ТП, а на рис. 3.29 – спектры напряжений узла 2 при установке сенсора на стороне ВН ТП (верхний график) и при размещении сенсора на стороне НН ТП (нижний график).
Приведенные спектры относятся к режиму ОЗЗ в начале ВЛ, подключенной к магистрали и питающей ТП6 (рис. 3.27). Также были выполнены математические эксперименты для режима ОЗЗ на этой же ВЛ на расстоянии 3 км от магистрали и для режима ОЗЗ непосредственно на вводе трансформатора ТП4. Результаты представлены на диаграммах рис. 3.30 и 3.31 для первых двух «резонансных» гармоник, которые были выделены на спектрограммах для каждого узла измерений на стороне ВН. По оси ординат единицы измерения – dbm.
Сделано это в целях оценки возможности последующего выделения индикативных сигналов с сенсоров, уровень которых ограничивается величиной примерно –100 dBm. Спектральный анализ напряжений на основе БПФ показывает наличие «резонансных» гармоник на частотах, которые не дают выраженного «резонансного» всплеска по мощности, и тем не менее хорошо согласуются с теоретическими моделями, полученными в разделе 2.
Ниже приведены для сравнения линейчатые спектры, полученные применением БПФ к напряжениям на стороне 10 кВ сети и на стороне 0,4 кВ подстанций, представленные на рис. 3.32 – 3.39.
По спектрам на стороне 0,4 кВ можно сделать вывод, что аварийный режим (появление ОЗЗ) надежно идентифицируется, но изменение амплитуд гармоник просматривается достаточно слабо. В качестве дополнительного признака места ОЗЗ можно использовать уровень напряжений на стороне 0,4 кВ, а появление ВГ на всех подстанциях будет служить необходимым и достаточным условием появления ОЗЗ в сети. Такая проверка необходима, так как наличие ВГ на одной из подстанций может быть обусловлено работой искажающих нагрузок. Синхронное же проявление ВГ одного частотного диапазона на всех ТП для такого случая практически невозможно.
В качестве примера рассмотрим электрическую сеть более сложного вида, чем рассматривали выше, а именно такую, где установлены трансформаторы разной мощности марок ТМ-250/10, ТМ-400/10, ТМ-630/10. Для исследования влияния неоднородности нагрузки введем три выше-обозначенные номиналы трансформаторов в модель РЭС (рис. 3.40). Для исключения влияния места появления ОЗЗ в РЭС на параметры ВГ место появления ОЗЗ моделируется на другой отпайке, в отличии от модели на рис. 3.25.
Моделирование выделения полезного сигнала на примере действующих РЭС при появлении замыкания
Анализ результатов в модельных РЭС, представленный в предыдущей главе, показал возможность применения метода ранней диагностики ОЗЗ на основе анализа параметров ВГ и изменений напряжений в осциллограммах как по 10 кВ, так и по 0,4 кВ. Далее будет рассмотрена возможность данного анализа в натурных РЭС на предмет проявления ВГ при различных режимах функционирования. В процессе анализа использовался принцип моделирования, аналогичный представленному выше, с использованием ПО Матлаб с приложением Симулинк. Выбор топологии моделируемых натурных РЭС представлен во второй главе.
На рис. 4.1 иллюстрируется участок моделируемых натурных РЭС, Необходимо отметить, что помимо силовых трансформаторов в модели был учтен трансформатор напряжения, установленный в начале линии, с которого в практическом эксперименте снимались данные с помощью экспериментального оборудования, описанного в следующем параграфе. В качестве элементов схемы моделируемых натурных РЭС использовались модели элементов РЭС, рассчитанные по методике, представленной выше. Соответствующие расчетные параметры элементов РЭС приведены в приложениях. Результаты моделирования представлены на рис. 3.39 в общем виде и на рис. 3.40 с масштабированием по оси абсцисс.
Рис. 4.2 иллюстрирует проявление в нормальном режиме лишь первой гармоники (50 Гц) и ВГ на частоте 10 МГц (явление резонанса), что подтверждает волновые свойства линий и возможность их применения для исследуемых сетей класса напряжения 6-10-35 кВ. Рис. 4.2 иллюстрирует практическое отсутствие ВГ при моделировании натурных РЭС в нормальном режиме их функционирования.
Необходимо отметить, что в модели схемы натурных РЭС анализаторы спектра установлены в начале линии на напряжении 10 кВ: анализатор спектра №1 и анализатор спектра №3, подключенный к измерительному трансформатору напряжения 100 В. На отпайке с ОЗЗ установлен анализатор спектра №2 на напряжение 10 кВ и анализатор спектра №4 на напряжение 0,4 кВ. Рассмотрим более детально результаты моделирования, а именно результаты, представленные на рис. 4.5.
Рис. 4.5 иллюстрирует проявление ВГ на напряжении 10 кВ как в начале, так и в конце линии, что свидетельствует об устойчивости данного диагностического признака. Для повышения точности определения частоты ВГ на рис. 4.6 представлены результаты с увеличением масштаба по оси абсцисс.
Рис. 4.6 раскрывает некоторое изменение частот ВГ, что объясняется большим количеством ТП, имеющих преимущественно индуктивный характер сопротивления и большой протяженностью линий, имеющих емкостной характер сопротивления. А так как емкостное и индуктивное сопротивления располагаются в РЭС несимметрично, то данное обстоятельство приводит к смещению частоты ВГ относительно начала и конца фидерной линии.
Одновременно с вышеобозначенной зависимостью представляет интерес сопоставление модельных данных на измерительном трансформаторе напряжения в начале фидерной линии и на напряжении 10 кВ. Данное сопоставление представлено на рис. 4.7 и показывает совпадение частот ВГ с одновременным проявлением дополнительных ВГ на трансформаторе напряжения, обусловленном дополнительным существенным индуктивным сопротивлением последнего. Это обстоятельство дает основание предполагать о возможности снятия показаний о появлении ВГ в РЭС не только с напряжения 10 кВ, но и измерительных трансформаторов.