Введение к работе
Актуальность работы. Воздушные линии электропередач (ЛЭП) являются наименее надежными элементами энергосистемы, повреждение которых наносит значительный ущерб народному хозяйству и представляет большую опасность для жизни оказавшихся поблизости людей.
В отличие от сетей с глухозаземленной нейтралью, сети напряжением 6-35кВ с изолированной и компенсированной нейтралью имеют сильно разветвленную древовидную топологию, а наиболее частый вид повреждения - однофазное замыкание на землю (033) - характеризуется малыми токами, которые не превышают 20-30 А, не искажают треугольник междуфазных напряжений и, следовательно, не отражаются на питании потребителей.
Между тем длительное существование 033 в сети нередко служит причиной развития повреждения с последующим переходом в аварийное, которое требует немедленного отключения. К числу аварийных последствий 033 относятся: перенапряжения на оборудовании, переход 033 в междуфазное КЗ, появление двойных замыканий на землю в разных точках сети из-за пробоя или перекрытия изоляции на неповрежденных фазах, а самое главное велика вероятность попадания человека под напряжение прикосновения или шага.
Для исключения последствий, вызванных 033, а также уменьшения среднего времени восстановления поврежденного участка, как при 033, так и при междуфазном КЗ, необходимо быстрое определение места повреждения.
Для воздушных электролиний напряжением 6 - 35 кВ в настоящее время не существует эффективных методов дистанционного определения места (ОМП) или участка (ОУП) повреждений.
Таким образом, исследовательская работа, посвященная разработке дистанционного способа определения участка повреждения в сети напряжением 6-35 кВ с изолированной или компенсированной нейтралью на основе автономных датчиков тока, является актуальной задачей.
Цель работы заключается в совершенствовании существующих методов и разработке новых технических средств дистанционного определения участка повреждения воздушной линии (ВЛ) электропередачи 6-35 кВ.
Для достижения поставленной цели в диссертации требуется решить следующие задачи:
разработать методику расчета переходного процесса при 033 для сетей с изолированной нейтралью и проанализировать полученные результаты на соответствие экспериментальным испытаниям.
разработать способы определения участка повреждения при дуговых и металлических 033.
разработать способ определения переходного сопротивления при 033 и емкости шин подстанции относительно земли по параметрам аварийного режима.
разработать конструктивное исполнение блока питания на основе трансформатора тока.
- разработать датчик тока с электропитанием от фазного тока, способный
регистрировать параметры нормального и аварийного режимов и передавать
информацию на верхний уровень автоматизации по беспроводному каналу свя
зи.
Методика исследования.
Решение поставленных задач осуществлялось на основе следующих методов исследования: математическое моделирование на базе теории электрических цепей; лабораторные экспериментальные исследования; проверка результатов исследования при проведении натурных испытаний в условиях реальной эксплуатации.
Достоверность и обоснованность результатов работы.
Результаты диссертационной работы реализованы в технических решениях и апробированы на ЛЭП 6 кВ. Результаты экспериментов не противоречат и дополняют результаты, полученные в исследуемой области другими авторами.
Научная новизна работы:
разработан новый способ ОУП на воздушных ЛЭП при дуговых 033, заключающийся в фиксации контура протекания аварийной составляющей тока замыкания на землю путем одновременного измерения уровня высших гармоник в начале линии и на ее отпайках.
разработан новый способ ОУП на воздушных ЛЭП при металлических и дуговых 033, заключающийся в фиксации контура протекания аварийной составляющей тока замыкания на землю путем одновременного измерения первой производной тока в начале линии и на ее отпайках.
разработан новый способ определения емкости шин подстанции относительно земли и переходного сопротивления при 033 для определения характера места повреждения, заключающийся в аналитических зависимостях между названными параметрами и параметрами режима при металлическом 033.
разработан датчик тока с электропитанием от фазного тока, способный регистрировать параметры нормального и аварийного режимов и передавать информацию на верхний уровень автоматизации по беспроводному каналу связи.
разработан новый способ определения поврежденной фазы при аварии типа 033, основанный на временном сравнении положения всплеска тока относительно максимума нагрузочного тока.
Практическая ценность работы.
Разработанные способы, аппаратные и программные средства поиска участка повреждения позволяют оценить расстояние от питающей подстанции до участка, где произошло междуфазное КЗ или замыкание на землю в ВЛ с древовидной структурой, ограничить зону обхода линии оперативно-ремонтным персоналом и, тем, самым уменьшить время, в течение которого существует большая вероятность попадания человека под шаговое напряжение, а также время недоотпуска электроэнергии или время работы сети в режиме 033.
Разработанные датчики тока, реализующие способ ОУП на ЛЭП 6-35 кВ, совместно с программой верхнего уровня автоматизации введены в опытную эксплуатацию в Филиале ОАО «Сетевая компания» Казанские электрические сети.
Получен патент на изобретение.
Основные положения, выносимые на защиту:
новый способ ОУП на воздушных ЛЭП при дуговых 033, заключающийся в фиксации контура протекания аварийной составляющей тока замыкания на землю путем одновременного измерения уровня высших гармоник в начале линии и на ее отпайках.
новый способ ОУП на воздушных ЛЭП при металлических и дуговых 033, заключающийся в фиксации контура протекания аварийной составляющей тока замыкания на землю путем одновременного измерения первой производной тока в начале линии и на ее отпайках.
новый способ определения емкости шин подстанции относительно земли и переходного сопротивления при 033 для определения характера места повреждения, заключающийся в аналитических зависимостях между названными параметрами и параметрами режима при металлическом 033.
датчик тока с электропитанием от фазного тока, способный регистрировать параметры нормального и аварийного режимов и передавать информацию на верхний уровень автоматизации по беспроводному каналу связи.
новый способ определения поврежденной фазы при аварии типа 033, основанный на временном сравнении положения всплеска тока относительно максимума нагрузочного тока.
Апробация работы.
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на: международной молодежной научной конференции «XV Туполевские чтения» (г. Казань, 2007 г.), всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» (г. Новосибирск, 2007 г), четырнадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2008 г.), международной научно-технической конференции «Энергетика 2008: инновации, решения, перспективы» (г. Казань, 2008 г), Ш-й молодежной международной научной конференции «Тинчуринские чтения» посвященной 40-летию КГЭУ (г. Казань, 2008 г), пятнадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2009г.), II международной научно-практической конференции «Молодежь и наука: реальность и будущее» (г. Невинномысск, 2009 г.), IV-й молодежной международной научной конференции «Тинчуринские чтения» (г. Казань, 2009 г.), V-й молодежной международной научной конференции «Тинчуринские чтения» (г. Казань, 2010 г.),шестнадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2010 г.), семнадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника,
электротехника и энергетика» (г. Москва, 2011 г.), VI-й молодежной международной научной конференции «Тинчуринские чтения» (г. Казань, 2011 г.).
Данная работа выиграла два гранта на конкурсах: «Участник молодежного научно-инновационного конкурса», «Конкурс молодежных инновационных проектов 2010».
Публикации.
По результатам выполненных исследований опубликовано 8 печатных работ.
Личный вклад
Автор принимал непосредственное участие в разработке аппаратных и программных узлов системы, состоящей из датчиков тока, а также программы верхнего уровня автоматизации, в проведении экспериментальных исследований, в интерпретации полученных теоретических и экспериментальных результатов.
Объем и структура работы.
Основное содержание диссертации изложено на 180 страницах, содержит 117 рисунков и 5 таблиц. Работа состоит из введения, пяти глав и заключения. Список использованных источников содержит 60 наименований.
