Введение к работе
Актуальность темы. Наиболее частым видом повреждений в распределительных сетях 6-35 кВ являются однофазные замыкания на землю (ОЗЗ). Практически повсеместное физическое и моральное старение электрооборудования объективно создает предпосылки к увеличению количества повреждений, большая часть которых инициируется однофазными замыканиями на землю (ОЗЗ). Вероятность возникновения ОЗЗ, переходящих в КЗ, заметно растет в связи со старением изоляции электрооборудования и достаточно частыми случаями превышения максимально допустимых токов ОЗЗ, установленных в ГГУЭ для систем электроснабжения с изолированной нейтралью. ОЗЗ нередко приводят к крупным авариям, сопровождающимся значительными ущербами. Особенно остро стоит вопрос в распределительных сетях специального назначения (специальных объектов и заводов непрерывного цикла производства), в шахтах и карьерах, на судах, платформах нефтедобычи и кораблях. Разветвленная конфигурация кабельной распределительной сети требует селективного обнаружения, а при необходимости - отключения присоединения с ОЗЗ. При этом конфигурация подключений секций, а также их вывод из эксплуатации может изменяться в зависимости от режимов работы приемников электроэнергии, что значительно усложняет поиск дефекта.
Возможности для повышения эффективности защит от ОЗЗ существенно возрастают при использовании новых способов селективного контроля состояния изоляции присоединений в сетях с изолированной нейтралью напряжением 6-10 кВ, с радиальной структурой. Сети с изолированной нейтралью могут стать конкурентоспособными, при условии использования новых технических решений, позволяющих с большой точностью и достоверностью определять присоединения с ОЗЗ на ранней стадии его развития.
Целью диссертационной работы является разработка новых способов мониторинга состояния изоляции присоединений и раннего обнаружения ее дефектов для повышения надежности электроснабжения и обеспечения пожаробезопасности.
Объектом исследований в данной работе являются электротехнические комплексы и системы, имеющие в своем составе кабельные распределительные сети с радиальной структурой и изолированной нейтралью.
Предметом исследования выступают закономерности растекания токов утечки между присоединениями к распределительному устройству (РУ) при ОЗЗ через большие переходные сопротивления,
способы повышения достоверности обнаружения ОЗЗ, алгоритмы работы системы непрерывного селективного контроля состояния изоляции присоединений.
Задачи научного исследования. Для достижения поставленной цели исследования необходимо решить следующие научно-технические задачи:
провести сравнительный анализ характеристик эффективности существующих методов и средств защиты;
разработать математическую модель процессов растекания несимметричных токов утечки между присоединениями в широком диапазоне их параметров;
экспериментально исследовать взаимосвязи между значениями регистрируемых токов утечки и неравномерностью распределения емкости сети относительно земли между элементами сети;
разработать алгоритм достоверного обнаружения 033 через большое переходное сопротивление;
разработать эффективные датчики-преобразователи с повышенной чувствительностью, адаптированные к работе в составе автоматизированных информационно-измерительных систем;
разработать алгоритм работы централизованной системы селективного контроля состояния изоляции.
Методы исследований. Решение поставленной задачи выполнялось посредством математического моделирования на базе теории электрических цепей, лабораторных и экспериментальных исследований, моделирования на ПЭВМ, а также натурных испытаний в условиях реальной эксплуатации.
Научная новизна работы заключается в:
математической модели, отражающей реальную картину распределения токов нулевой последовательности между элементами сети на основе применения относительных параметров и нормирования измеренных токов нулевой последовательности;
эффективном способе селективного контроля состояния изоляции присоединений по токам утечки, основанном на результатах математического и экспериментального моделирования;
новых схемотехнических решениях чувствительных датчиков-преобразователей тока нулевой последовательности и в алгоритме их работы;
алгоритме работы централизованной системы селективного контроля состояния изоляции контролируемых присоединений разветвленной распределительной сети с изолированной нейтралью.
Практическая значимость работы:
разработан датчик-преобразователь повышенной чувствительно
сти с алгоритмом обработки сигналов для работы в составе системы
контроля состояния изоляции высоковольтных распределительных ка
бельных сетей с изолированной нейтралью; !
создан программно-аппаратный комплекс централизованной системы контроля состояния изоляции присоединений, использующий новую методику расчета повреждений изоляции контролируемых присоединений распределительной сети с радиальной структурой.
Достоверность полученных результатов обусловлена принятыми допущениями исследования, корректным использованием математического аппарата, близостью результатов численного моделирования и физического эксперимента.
Основные положения, выносимые на защиту
Математическая модель, отражающая реальную картину растекания токов нулевой последовательности между элементами распределительной сети.
Алгоритм обработки данных относительных замеров от датчиков-преобразователей, основанный на сравнительном анализе нормированных данных.
Схемотехнические решения датчиков-преобразователей, использующих принцип пояса Роговского с повышенной чувствительностью, предназначенные для работы в составе автоматизированных информационно-измерительных систем.
Алгоритм работы централизованной системы селективного контроля состояния изоляции присоединений для сетей с изолированной нейтралью 6-10кВ.
Реализация и внедрение результатов работы.
Полученные в работе научные результаты внедрены в ОАО «Приборостроительный завод Вибратор», ОАО «Новая Эра», Марийский государственный технический университет. Работа выполнялась в рамках ОКР «Создание системы контроля состояния изоляции в системах электроснабжения специальных объектов» (шифр - «Величина - И»), проведенной на основании постановления Правительства РФ № 876-48 от 30.12.2004, в рамках государственного оборонного заказа, и НИР «Разработка ТТТ, макета и ТТЗ на ОКР по созданию системы контроля электрической изоляции в сетях автономного электроснабжения» (Шифр НИР «Кастанит-1»), проведенной в рамках государственного оборонного заказа.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на десятой российской научно-технической конференции по электромагнитной совместимости технических средств и электромагнитной совместимости технических средств и электромагнитной безопасности (ЭМС-2008. Санкт-Петербург, 2008), девятых и одиннадцатых Вавиловских чтениях (Йошкар-Ола, 2005,2007г).
Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 7 работ, в том числе 2 - в журналах, включенных в перечень ВАК.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 114 наименований и приложений. Она изложена на 139 страницах, содержит 47 рисунков и 13 таблиц.
