Введение к работе
Актуальность темы. Протяженность распределительных электрических сетей высокого напряжения (РСВН) в Марокко составляет примерно 70% общей протяженности высоковольтных сетей. Большая часть РСВН размещается на территории городов, типичным является кабельная сеть в центральной части города и воздушные линии на периферии. Нейтраль РСВН с номинальным напряжением 12,5 кВ и 22 кВ заземлена в центре питания (ЦП) через низкоомный резистор. Эксплуатация наблюдает частую работу выключателей сета, что снижает качество электроснабжения. С целью повышения эффективности эксплуатации автор предлагает использовать положительный опыт, накопленный в СНГ, по разземлению нейтрали РСВН и введению в сеть устройства защитного шунтирования (ЗШ) дефектной фазы при однофазном замыкании на землю (ОЗЗ). При этом достигается, в частности, восстановление симметрии электрической нагрузки на изоляцию сети, ограничение перенапряжений при ОЗЗ примерно до линейного напряжения сети, снижение числа двухфазных замыканий через землю. Первично предложение автора обсуждалось в Office national de 1'EleAilcite (Касабланка) и получило принципиальное одобрение. В известных устройствах ЗШ основным элементом является трехфазная группа однополюсных выключателей с номинальным напряжением РСВН; такую группу выключателей можно получить либо в результате переделки серийного трехфазного выключателя, либо путем специальной разработки (тиристорная схема). Для Марокко характерно применение фирменных (заводских) электрических аппаратов высокого напряжения без переделок на месте. Отсутствие на рынке однофазных выключателей для 1'СВН позволило автору поставить вопрос о разработке устройств ЗШ без высоковольтных выключателей. При таком подходе задача исследования и разработки более эффективного в применении устройства автоматического повторного заземления дефектной фазы (АПЗФ) РСВН для условий Марокко является актуальной и своевременной. Положительные результаты этой работы могут оказаться полезными и для других стран.
Цель работы. Целью работы является повышение надежности и безопасности функционирования РСВНсвоздушными (ВЛ) и кабельными (КЛ) линиями и с изолированной или компенсированной нейтралью за счет ограничения времени горения открытой электрической дуги. Поставленная цель потребовала решения следующих задач:
-
Проанализировать состояние вопроса об особенностях режима однофазного замыкания на землю ОЗЗ в РСВН и определить целесообразные направления исследования возможностей ограничения последствий ОЗЗ в сетях определенного типа, в частности с изолированной нейтралью и с участками ВЛ и КЛ среднестатистических длин.
-
Показать эффективность АПЗФ в РСВН с изолированной нейтралью для восстановления симметрии электрической нагрузки изоляции фаз сети при ликвидации дуговых форм ОЗЗ вследствие атмосферных перенапряжений как средства грозозащиты сетей с железобетонными опорами.
-
Предложить вариант принципиального'решения устройства АПЗФ с улучшенными против известных решений техническими параметрами за счет использования при шунтировании электромагнитной связи и исключения коммутаторов высоковольтного исполнения.
-
Разработать методику расчета режима РСВН при двухместном замыкании дефектной фазы на разных напряжениях, т.е. непосредственно через дугу на землю и на вторичной стороне добавочного трансформатора (ДТ), с учетом частичного ограничения тока ОЗЗ индуктивностью ДТ.
Автор защищает.
-
Математическую модель для исследования квазиустановившегося режима в сети с изолированной нейтралью при одноместном замыкании на землю и повторном замыкании этой же фазы на землю на вторичной стороне добавочного трансформатора.
-
Результаты исследования влияния режима нейтрали и параметров добавочного трансформатора на условия надежного самораспада дуги однофазного замыкания па землю.
-
Методику выбора основных параметров элементов устройства АПЗФ в сети с заданными характеристиками и с учетом сопротивления электрической дуги в месте замыкания, а также схемные решения системы управления и сигнализации АПЗФ.
Методы исследований. Методологическую основу диссертационной работы составляет теория электрических цепей и метод симметричных составляющих для анализа неустановившегося процесса, теория атмосферных перенапряжений на линиях электропередачи, теория подобия и моделирования. Научная новизна исследований состоит в следующем: 1. Разработан ряд математических моделей, с помощью которых установлена возможность ограничения квазиустановившегося тока в месте одно-
фазного замыкания на землю в распределительной сети высокого напряжения с изолированной нейтралью при повторном замыкании дефектной фазы на вторичном, низшем, напряжении добавочного трансформатора;
2. Разработана методика выбора близких к оптимальным параметров элементов АПЗФс ДТ при выполнении достаточных условий распада открытой дуги в месте ОЗЗ по значениям критического тока в дуге и восстанавливающегося напряжения между опорными точками дуги;
3. Установлено, что использование ДТ для устройства ЛПЗФ дает эффект частичной компенсации емкостного тока однофазного замыкания на землю и исключает введение в схему АПЗФ специальных токоограничи-вающих элементов для режима двухфазного короткого замыкания;
-
Разработана и применена методика учета (итерационным и графоаналитическим методом) вольт-амперной характеристики (ВЛХ) дуги замыкания при расчетах режимов электрической сети с однофазной несимметрией;
-
Показана возможность снижения требований к величине сопротивления заземления опоры распределительной сети по условиям перехода однофазного дугового замыкания от индуктированного перенапряжения в двухфазное дуговое КЗ по этой опоре.
Практическая ценность работы. Теоретические положения, сформулированные в работе в виде математических моделей режимов трехфазной сети при однофазной несимметрии с повторным замыканием дефектной фазы через электромагнитную связь на землю, доведены до алгоритмов и программ выбора основных параметров устройства повторного замыкания при задании характеристик сети и степени токоограничення в дуге первичного замыкания. Опыт расчетов и использования методики определения эффективности устройства АПЗФ позволил получить решение для конкретной сети, в частности, города Таурирт (Марокко). Полученное решение по устройству АПЗФ рекомендовано к реализации в диапазоне токов однофазного замыкания от 2Л до 15А п сетях U„ = 12,5 кВ. Разработки использованы в учебном процессе.
Реализация результатов работы. Основные результаты работы и методика выбора параметров элементов схемы АПЗФс добавочным трансформатором доложены 08.09.1995г. в Office national de 1'Electricite ( Касабланка, Марокко) и получено принципиальное одобрение с рекомендацией техни-
ческой доработки для конкретной сети и последующего предметного рассмотрения. Результаты работы используются в дипломном проектировании.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава ХГПУ в 1993, 1994 и 1995 гг., а так же на секции международных конференций 1994 -1995 г.
Публикации. Результаты диссертационной работы освещены в пяти публикациях с общим объемом 57 стр.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 45 наименований и 4 приложений. Основной текст содержит 136 страниц машинописного текста, иллюстрированного 37 рисунками и 16 таблицами.