Совершенствование технологии поиска замыкания на землю воздушных линий 10 кВ в сети с изолированной нейтралью тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.02, кандидат наук Лхамсурэн Энхсух

• Лхамсурэн Энхсух
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Лхамсурэн Энхсух

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ОБЗОР, АНАЛИЗ И СРАВНЕНИЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ РЗА, ВКЛЮЧАЯ ОМП ПРИ ОЗЗ В СЕТИ ВЛ 10 кВ, ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ И АКТУАЛЬНОСТЬ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИИ ТОПОГРАФИЧЕСКОГО ПОИСКА МЕСТА ОЗЗ 1. 1 Особенности электроэнергетических систем Монголии, анализ эксплуатационных данных о работе сети ВЛ 10 кВ при ОЗЗ и актуальность разработки новой технологии топографического поиска ОЗЗ с импульсным

наложенным током

1. 2 Режимы нейтрали ВЛ 10 кВ и классификация РЗА энергосистем,

включая ОМП

1. 3 Классификация методов и средств ОМП при ОЗЗ в сети ВЛ 10 кВ и

технология ОМП

1. 4 Сигнализация при ОЗЗ в сети ВЛ 10 кВ

1. 4. 1 Общая неселективная сигнализация при ОЗЗ в сети ВЛ 10 кВ

1. 4. 2 Селективная сигнализация при ОЗЗ в сети ВЛ 10 кВ и

дистанционные средства ОМП

1. 5. Топографические методы и средства ОМП при ОЗЗ в сети ВЛ 10 кВ

1. 5. 1 Стационарные указатели поврежденного участки и индикаторы

1. 5. 2 Переносные токовые ненаправленные указатели

1. 6 Выбор направления исследований, постановка цели и

задач диссертации

1. 7 Выводы по первой главе

Глава 2. РАЗРАБОТКА НОВОГО СПОСОБА ТОПОГРАФИЧЕСКОГО ПОИСКА МЕСТА ОЗЗ В СЕТИ ВЛ 10 кВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

2. 1 Электрические величины, используемые для действия РЗА,

включая ОМП

2. 2 Особенность и подтверждение работоспособности нового способа топографического поиска места ОЗЗ с помощью физического

моделирования

2. 3 Расчетно-экспериментальное определение значений основных

технических параметров технологии ОМП с импульсным наложенным током при периодическом замыкании неповрежденной фазы на контур заземления подстанции через высокоомный резистор (при импульсном периодическом

(I-) (11-)

переводе в режим К ^ КдВ' ) в сети ВЛ 10кВ

2. 4 Характеристика оценки устойчивого обнаружения импульсов

наложенного тока в точке контроля на трассе ВЛ 10 кВ

2. 5 Сопоставительный анализ существующего и разработанного

способов поиска ОМП по результатам расчета и моделирования

2. 6 Выводы по второй главе

Глава 3. РАЗРАБОТКА НАУЧНО-ОБОСНОВАННЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ И РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО СОЗДАНИЮ ПЕРСПЕКТИВНЫХ УСТРОЙСТВ И ИХ ТЕХНОЛОГИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИ ПОИСКЕ ОЗЗ 3. 1 Разработка рекомендаций по созданию перспективных устройств и

их цифровых технологии поиска ОЗЗ

3. 2 Разработка научно-обоснованных технических требований

перспективных устройства при поиске ОЗЗ

3. 3 Особенности применения управляемой коммутации при периодическом замыканий неповрежденной фазы на контур заземления

ТП 10 кВ через высокоомный резистор в сети ВЛ 10 кВ

3. 4 Выводы по третьей главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ (А):

Принципиальная схема параметры и распределение токов нулевой последовательности при ОЗЗ в точке сети ВЛ 10кВ РП «Айраг» Улан-Баторской железной дороги Монголии на основе расчетных данных и приведенных к значениям первичных токов ВЛ 10кВ

ПРИЛОЖЕНИЕ (Б):

Экспериментальные результаты измерений токов на физической

(11)

модели сети ВЛ 10кВ при переводе в режим К_'с (включен коммутатор)

с опережающей фазой в «неизвестной» точке К в пределах значений

переходного сопротивления Япер =0 ^ 5 кОм

ПРИЛОЖЕНИЕ (В):

Экспериментальные результаты измерений токов на физической

(11)

модели сети ВЛ 10кВ при переводе в режим (включен коммутатор)

с отстающей фазой в «неизвестной» точке К в пределах значений

переходного сопротивления Япер =0 ^ 5 кОм

ПРИЛОЖЕНИЕ (Г):

Протокол для проверки блоков физической модели экспериментальных работ измерений на физической модели сети

С!-) (I

ВЛ 10кВ при переводе в режим Ко33 и КдВ'

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологии поиска замыкания на землю воздушных линий 10 кВ в сети с изолированной нейтралью»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. В электроэнергетических системах России, Монголии и других странах на воздушных линиях (ВЛ) 10 кВ, работающих в сети с изолированной нейтралью, одним из наиболее частых видов повреждений является однофазное замыкание на землю (ОЗЗ). Схемы, параметры этих сетей ВЛ 10 кВ, природно - климатические условия и особенности возникающих ОЗЗ весьма разнообразны, так что использование для всех случаев какой-то одной единственной технологии определения места повреждения (ОМП) неэффективно. В условиях Монголии, в частности, для обеспечения работы сети её железных дорог характерно наличие только одной или двух отходящих ВЛ 10 кВ длиной до 60 км от каждой секции трансформаторной подстанции 10 кВ (ТП) (распределительного пункта-РП). Такие особенности имеют сети ВЛ 10 кВ для обеспечения электроэнергией трубопроводов в России и других странах.

В сетях ВЛ 10 кВ Российской Федерации (РФ) успешно используется известная технология поиска места ОЗЗ по показаниям токовых топографических переносных указателей «Поиск», «Волна» и «Квант» фирм «ОРГРЭС» и «Радиус». Однако для неё характерна недостаточная устойчивость действия при ОЗЗ вблизи середины одиночной ВЛ 10 кВ и ближе к шинам ТП (РП) с двумя ВЛ 10 кВ, так как в этих зонах не формируются устойчивые признаки места ОЗЗ. Устойчивым признаком, как известно, является большое значение (скачок) показания токового переносного указателя при движении персонала по трассе ВЛ 10 кВ.

В связи с этим актуален вопрос проведения исследований и разработки технологии топографического поиска места ОЗЗ на ВЛ 10 кВ с обеспечением её достаточной устойчивости при использовании показаний переносного токового ненаправленного указателя действующего значения тока нулевой последовательности. При этом устойчивые признаки места ОЗЗ формируются по результатам контроля наличия или отсутствия созданного импульсного наложенного тока, который создаётся с помощью принудительного

периодического кратковременного замыкания одной из неповрежденных фаз ВЛ 10 кВ на землю через высокоомный резистор и коммутатор.

Степень разработанности. Как известно, в технике ОМП используются дистанционные и топографические средства. Дистанционные оценивают растояние от подстанции 10 кВ до места повреждения, а топографические помогают работникам ремонтной бригады ориентироваться на трассе ВЛ 10 кВ в процессе поиска места повреждения. В данной работе разрабатывается вариант топографических средств ОМП. В теории и технике релейной защиты и автоматики (РЗА) искусственное формирование электрических токов при ОЗЗ с помощью резистора известно с 1930-х годов, причём в процессе функционирования предусматривалась манипуляция значения сопротивления резистора.

Во второй половине прошлого века были разработаны два вида топографических переносных указателей для поиска ОЗЗ:

- токовые;

- направленные.

Токовые указатели реагируют на токи промышленной частоты или на высшие гармонические составляющие в токах нулевой последовательности, растекающиеся от места ОЗЗ, они весьма эффективны и находят широкое применение в достаточно развитых сетях ВЛ 10 кВ со значительным количеством отходящих присоединений и, соответственно, - значительными значениями токов нулевой последовательности. При этом направленные указатели не нашли применения из-за неудовлетворительного опыта эксплуатации.

При выборе значений параметров электрических величин контролировалась термоустойчивость резистора. Однократный ограниченный во времени перевод исходного естественного ОЗЗ в режим двойного двухместного замыкания на землю через высокоомный резистор для действия односторонного дистанционного средства ОМП ВЛ 10 кВ исследован Чекарьковым Д. М. в ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» (в 1980-е годы).

В последствии, в начале 21-го века технология с однократным переводом в режим двойного замыкания на землю использована в ООО «ИЦ «Бреслер» (ООО «Релематика») для действия РЗА и стационарных токовых указателей, включённых на токи фаз.

Вклад в разработку теории и практики изучения соотношений электрических величин в установившихся и переходных процессах при ОЗЗ в сетях с различными способами заземления нейтрали и основанных на этих соотношениях средств РЗА, включая ОМП, внесли российские инженеры и ученые Белотелов А. К., Борухман В. А., Вайнштейн Р. А., Гловацкий В. Г., Гусенков А. В., Кудрявцев А. А., Кузнецов А. П., Козлов В. Н., Лачугин В. Ф., Лихачев Ф. А., Лямец Ю. Я., Максимов Б. К., Миронов И. А., Нагай В. И., Сирота И. М., Сиротинский Л. И., Федосеев А. М., Чекарьков Д. М., Шабад М. А., Шалыт Г. М., Шуин В. А., а также специалисты российских и зарубежных фирм «Антракс», «Norway» и других.

Однако до сих пор не решена научно-техническая задача совершенствования технологии топографического поиска ОЗЗ в зоне вблизи середины одиночной ВЛ 10 кВ и около шин ТП 10 кВ (РП) с двумя ВЛ 10 кВ по показаниям переносного токового указателя.

Объект исследования - воздушные линии 10 кВ в сети с изолированной нейтралью.

Предмет исследования - Разработка технологии топографического поиска места ОЗЗ на ВЛ 10 кВ с наложенным током, созданным в результате принудительного периодического кратковременного замыкания неповрежденной фазы ВЛ на землю через высокоомный резистор и коммутатор на ТП (РП) 10 кВ.

Цель работы. Совершенствование технологии топографического поиска места замыкания на землю ВЛ 10 кВ в сети с изолированной нейтралью.

Задачи исследования

1. Обзор, анализ и сравнение существующих методов и средств релейной защиты и автоматики, включая ОМП при ОЗЗ на ВЛ 10 кВ в сети с изолированной нейтралью, выбор направления исследований и обоснование

актуальности разработки технологии топографического поиска места ОЗЗ на ВЛ 10 кВ.

2. Разработка нового способа топографического поиска места ОЗЗ с подтверждением достоверности и определением значений основных технических параметров специального коммутационного оборудования 10 кВ с использованием физического моделирования.

3. Разработка научно-обоснованных технических требований и рекомендаций по созданию следующих перспективных устройств и их технологии использования при поиске ОЗЗ:

- специальное коммутационное оборудование 10 кВ с системой управления, включающее коммутатор, высокоомный резистор и разъединитель с пофазным ручным управлением;

- токовый переносный ненаправленный указатель с использованием современных цифровых информационных технологий.

Методы исследования. При решении задач на основе теории электрических цепей и электромагнитных переходных процессов проводились анализ и обобщение результатов, использовались физические и математические модели. Формировались графические образы и выявлялись причинно-следственные взаимосвязи.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработан новый способ топографического поиска места ОЗЗ на ВЛ 10 кВ с зоной устойчивого обнаружения наличия импульсов действующего значения созданного наложенного тока, отличающийся тем, что наложенный ток формируется путём принудительного периодического кратковременного замыкания неповрежденной фазы сети ВЛ 10 кВ на контур заземления подстанции 10 кВ через высокоомный резистор и коммутатор, а контроль наличия импульсов осуществляется переносным токовым ненаправленным указателем.

В этом способе предусмотрено использование для сравнения вариантов количественной численной характеристики оценки устойчивости обнаружения импульсов наложенного тока в точке контроля на трассе ВЛ 10 кВ по отношению

измеряемых параметров контролируемого тока с заданной периодичностью их изменения. Выявлено, что в рассматриваемых сетях 10 кВ с одной или двумя ВЛ 10 кВ коэффициент устойчивого обнаружения импульсов наложенного тока Куст не менее 3 при переходном сопротивлении в месте повреждения до 5,0 кОм, который обеспечивается методикой поиска ОМП.

2. Разработаны научно-обоснованные технические требований по созданию следующих перспективных устройств и их технологии использования при поиске ОЗЗ:

- специальное коммутационное оборудование 10 кВ с системой управления, включающее коммутатор, высокоомный резистор и разъединитель с пофазным ручным управлением;

- токовый переносный ненаправленный указатель с использованием современных цифровых информационных технологий.

Научная новизна технологии заключается в использовании сочетания известных и значительного количества новых действий и процедур.

Практическая значимость.

1. Определен состав программно-технических средств, реализующих временную диаграмму работы комплекса ОМП и значения основных технических параметров специального коммутационного оборудования (10 кВ, 10 А, 0,5/50 Гц) с системой управления, при котором обеспечивается термоустойчивость высокоомного резистора (1 кОм, 1 кВт). При этом благодаря обеспечению строгой ограниченности зоны наличия импульсов наложенного тока только между искомой точкой ОЗЗ и местом включения высокоомного резистора и устойчивого обнаружения импульсов наложенного тока в точках контроля на трассе ВЛ 10 кВ время поиска места ОЗЗ составляет не более 2 часов.

2. Разработаны рекомендации по созданию перспективных устройств и технология их использования при поиске ОЗЗ. Предусматривается использование современных информационных технологии (Internet, GPRS, GSM, ГЛОНАСС, (GPS), ГИС и др), что способствуют повышению производительности и культуры труда.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Новый способ и технология топографического поиска места ОЗЗ на ВЛ 10 кВ с зоной устойчивого обнаружения переносным токовым указателем действующего значения созданного наложенного тока, который формируется путём принудительного периодического кратковременного замыкания неповрежденной фазы ВЛ 10 кВ на землю через высокоомный резистор и коммутатор.

2. Научно-обоснованные технические требования и рекомендации по созданию следующих перспективных устройств и их технологии использования при поиске ОЗЗ:

- специальное коммутационное оборудование 10 кВ с системой управления;

- токовый переносный ненаправленный указатель с использованием современных цифровых информационных технологий;

Соответствие паспорту специальности.

Согласно формуле специальности 05.14.02 - Электрические станции и электроэнергетические системы, данная диссертация посвящена вопросам «Развития и совершенствования теоретической и технической базы электроэнергетики с целью обеспечения экономичного и надежного производства электроэнергии, её транспортировки и снабжения потребителей электроэнергией в необходимом для потребителей количестве и требуемого качества». Научные положения, отраженные в диссертации, соответствуют областям исследования специальности 05.14.02 - Электрические станции и электроэнергетические системы:

- п. 6. «Разработка методов математического и физического моделирования в электроэнергетике» относится созданная физическая модель «ZOL-Ш» сети ВЛ 10 кВ, а также программа и методика исследования процессов при импульсном периодическом переводе в режим двойного замыкания на землю

(К£д)) и формирования зоны наложенного тока путем периодического замыкания

неповрежденной фазы ВЛ на контур заземления подстанции ТП 10 кВ через высокоомный резистор.

- п. 7. «Разработка методов расчета установившихся режимов, переходных процессов и устойчивости электроэнергетических систем» относится предложенная методика расчета распределения токов нулевой последовательности при переводе в режим двойного замыкания на землю в сети ВЛ 10 кВ при включении высокоомного резистора на подстанции ТП 10 кВ (РП), на которой включено специальное коммутационное оборудование 10 кВ с системой управления.

Достоверность результатов диссертационной работы базируется на использования фундаментальных положений теории электротехники, РЗА и подтверждается соответствием данных аналитических и экспериментальных исследований. Результаты расчетов по аналитическим выражениям и экспериментальные данные модели совпадают с погрешностью не более 2-3% с лабораторными экспериментами при физическом и математическом моделировании за счет корректного использования положений теоретических основ электрических цепей и переходных процессов. Программа и методика предусматривала проведение исследования при более чем 250 вариантах исходных данных на физической модели с использованием коммутатора. Автор использовал графические образы в виде эпюр распределения показаний токового переносного указателя для обобщения и сравнения экспериментальных данных.

Личный вклад соискателя. Основная идея и актуальность темы диссертации базируется на многолетнем опыте работы автора в системе электроснабжения Монгольской железной дороги [22, 23, 85, 86, 87, 88, 89, 90]. Постановка цели и задач исследования [22, 23, 77, 85, 86, 87, 89, 90, 91], определение путей их решения [23, 85, 86, 87], разработка физической модели «70Ь-Ш» [85, 86], программа и методика экспериментов [85, 86, 87], анализ, обобщение и проверка достоверности результатов исследований [85, 86, 87], полученные научные результаты и выводы по работе [77, 85, 86, 87, 89, 90, 91]. Автор благодарит В. К. Лобанова-ведущего инженера кафедры «Релейная защита

и автоматизация энергосистем» ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» за помощь в создании коммутатора и силового трансформатора 0,4/0,036 кВ на физической модели.

Апробация результатов работы. Основные результаты получены в многочисленных экспериментах на физической модели. Материалы диссертации были доложены и обсуждены на Международной научно-технической конференции «Инновационные подходы к решению технико-экономических проблем» (Москва, 2014 г); на Международной научно-технической и практической конференции «Перспективы развития электроэнергетики и высоковольтного электротехнического оборудования» ТРАВЭК. (Москва, 2015 г); на XXXVIII сессии Всероссийского научного семинара «Кибернетика энергетических систем» по тематике «Диагностика энергооборудования» (Новочеркасск, 2016 г); на XXI, XXIII Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» (Москва, 2015 г, 2017 г); на кафедре «Релейная защита и автоматизация энергосистем» ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» (Москва, 2016 г, 2017 г).

Публикации. По основным результатам диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых печатных изданиях РФ по перечню ВАК.

Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав и заключения, изложенных на 143 страницах основного машинописного текста, содержащего 61 иллюстрации, 21 таблицу и список литературы из 91 наименования. Кроме того имеется 4 приложения на 41 стр.

Краткая аннотация

1. Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, отражена структура диссертации, показана научная новизна и практическая ценность результатов исследования.

2. В первой главе определена цель и задачи диссертации и выполнен обзор, анализ и сравнение существующих методов и средств РЗА, включая ОМП,

сделан выбор направления исследований и рассмотрено обоснование актуальности разработки новой технологии топографического поиска места ОЗЗ на ВЛ 10 кВ с импульсным наложенным током.

3. Во второй главе выполнена разработка нового способа топографического поиска места ОЗЗ на ВЛ 10 кВ с наложенным током посредством контроля переносным токовым ненаправленным указателем действующего значения созданного наложенного тока. Наложенный ток формируется путём принудительного периодического кратковременного замыкания неповрежденной фазы ВЛ 10 кВ на землю через высокоомный резистор и коммутатор с подтверждением достоверности и определением значений основных технических параметров специального коммутационного оборудования 10 кВ с системой управления для новой технологии ОМП с использованием физического моделирования.

4. В третьей главе приведены научно-обоснованные технические требования и рекомендации по созданию перспективных устройств и новой технологии их применения с учетом использования современных информационных технологии (Internet, GPRS, GSM, ГЛОНАСС (GPS), ГИС) при ОЗЗ.

5. В заключении диссертационной работы сформулированы основные научные результаты и выводы, а также перспективы развития предложенной технологии.

1. ОБЗОР, АНАЛИЗ И СРАВНЕНИЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ РЗА, ВКЛЮЧАЯ ОМП ПРИ ОЗЗ В СЕТИ ВЛ 10 кВ, ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ И АКТУАЛЬНОСТЬ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИИ ТОПОГРАФИЧЕСКОГО ПОИСКА МЕСТА ОЗЗ

1. 1. Особенности электроэнергетических систем Монголии, анализ эксплуатационных данных о работе сети ВЛ 10 кВ при ОЗЗ и актуальность разработки новой технологии топографического поиска ОЗЗ с импульсным наложенным током

Монголия - не имеющая выхода к морю страна Центральной Азии. По общей площади территории (1,5 млн. кв. км) Монголия находится на 17 месте в мире. Протяженность границы с Россией (на севере) составляет 3,5 тыс. км, с Китаем (на юге) - 4,7 тыс. км. Страна известна своими степями и пустыней Гоби, однако на её территории расположены также многочисленные горные системы, реки и озера [19].

Общая численность населения Монголии, по данным на 2015 год, составляет 3,1 млн. человек. При плотности населения 1,6 человек на квадратный километр Монголия является одной из самых мало населенных стран мира, что предопределяет преобладание длинных слабо разветвленных электрических сетей.

По суточным и годовым колебаниям температуры Монголия относится к числу самых континентальных стран мира. Мировой водораздел делит Монголию на две неравные и несхожие по своей природе части - северную, которая по природным условиям является продолжением восточносибирских областей России, и южную - собственно монгольскую, занимающую 2/3 ее площади и относящуюся к бессточным, пустынным и полупустынным районам Центральной Азии. Однако пустыни занимают сравнительно небольшую часть территории Монголии, что объясняется ее высоким положением над уровнем моря [19].

Климат сухой, резко континентальный. Зима холодная, малоснежная, в январе морозы достигают - 45°. Лето короткое, жаркое. В июле абсолютный максимум температуры воздуха в северных районах достигает + 35°, в южных районах + 41° [18].

Основными направлениями развития промышленности являются топливно-энергетическая, горнорудная, деревообрабатывающая, производство строительных материалов, переработка продуктов животноводства и земледелия. Монголия имеет благоприятную базу для развития топливной промышленности. Общие запасы каменного угля - основного вида топлива страны - оцениваются в несколько десятков миллиардов тонн. Основные угледобывающие предприятия Баганурский, Шивээ-Овогынский, Шарынгольский, Адунчулунский угольные карьеры, шахта «Налайха». Основная часть энергетического угля добывается открытым способом [84].

Энергетику Монголии представляют 6 крупных тепловых электростанций, расположенных в основных промышленных районах страны. Наиболее крупным по мощности и вырабатываемой электроэнергии является Улан-Баторский промышленный район, на который приходится примерно 60 % всей производимой в стране электроэнергии [19].

В Монголии функционируют четыре независимых электроэнергетических системы (ЭЭС) на рис. 1. 1:

- Центральная (ЦЭЭС)

Алтай-Улиастайская

Восточная

Западная

(ЗЭЭС) (ВЭЭС) (АУЭЭС)

1МЕ1=гСВ>' ЭУБТЕМ 01= М01Ч1001_1А

Рис. 1. 1. Электроэнергетические системы Монголии

Электроэнергетическая система центральной части Монголии охватывает важнейшие промышленные и сельскохозяйственные объекты центральной и северной частей страны, где проживает около половины населения. Центральная электроэнергетическая система (ЦЭЭС) Монголии, которая вырабатывает более 94 % электроэнергии, состоит из пяти ТЭЦ мощностью от 20 до 750 МВт. Суммарная установленная мощность электростанций энергосистемы составляет 1150 МВт, а располагаемая - 900 МВт, т. е. около 78 % от установленной [18]. Причем самая крупная электростанция ТЭЦ-4 г. Улан-Батора (установленной мощностью 750 МВт) производит около 70 % общего потребления электроэнергии.

ЦЭЭС имеет системообразующую сеть с напряжением 220 кВ, состоящую из одно (65 %) и двухцепной (35 %) линии электропередачи (ЛЭП) и имеет связь по двухцепной линии электропередачи с Иркутской системой через Гусино-Озерскую ГРЭС Бурятской энергосистемы Российской Федерации [19].

Системообразующая сеть 220 кВ ЦЭЭС имеет протяженность 1044 км и имеет нагрузку от 250 до 700 МВт. Линии электропередачи напряжением 110 кВ имеют протяженность 4240 км, а распределительные линии напряжением 6-35 кВ

имеют суммарную протяженность 18600 км. Плотность нагрузки Улан-Баторского, Эрдэнэтского, Дарханского и Баганурского районов составляет от 45 до 120 кВт на один квадратный километр. Другие районы в ЦЭЭС Монголии

л

имеют меньшую плотность нагрузки до 10 кВт/км [19].

Особенности системообразующих 110-220 кВ и распределительных ЛЭП 10 кВ заключается в том, что ВЛ 10 кВ сравнительно длинные и по ним пропускают небольшие мощности по сравнению с пропускной способностью ВЛ.

Из данных приведенных [11, 12, 21] следует, что наиболее повреждаемыми элементами в системах электроснабжения являются ВЛ 10 кВ. Доминирующим

видом повреждений на ВЛ 10 кВ является ОЗЗ ( Ко33 ). По данным исследований, выполненных во многих странах мира, ОЗЗ часто является первопричиной аварий, сопровождающихся значительным экономическим ущербом и создающих опасность поражения эксплуатационного персонала и населения электрическим током.

Годовая повреждаемость ОЗЗ в сети ВЛ 10 кВ в разных странах [19, 40], как видно из табл. 1. 1, сравнительно высока по сравнению с другими странами мира в Монголии, именно в сетях ВЛ 10 кВ. В том числе в 2009-2015 годах количество отключений достигло до 32,0 в год/100 км.

Таблица 1. 1.

Годовое количество повреждения ОЗЗ на 100 км сети воздушных линии 10 кВ в разных странах

Уровень Количество повреждений

№ Страна Регион напряжения ВЛ 10 кВ в год

ВЛ, кВ (на 100 км)

1. Польша Вся территория 10 1,4 - 4,2

2. Германия Вся территория 10 1,8 - 3,1

3. Канада Вся территория 10 1,9 - 3,0

4. США Вся территория 10 1,8 - 3,5

5. Россия Иркутская область 10 8,0 - 8,5

6. Монголия Вся территория 10 16,5 - 32,0

7. всего

Однофазные замыкания на землю являются наиболее часто встречающимся видом повреждения ВЛ 10 кВ и составляют около 80 % их общего числа [63, 75]. В сетях с изолированной нейтралью допускается работа в таком режиме в течение достаточно длительного интервала времени (до 2 часов и более) [70]. Иногда при однофазном замыкании на землю грунт в месте установки опоры с поврежденной изоляцией подсыхает, переходное сопротивление возрастает, и ток замыкания пропадает. Однако возникает опасность поражения людей электрическим током при касании опоры с поврежденной изоляцией.

На рис 1. 2 представлено распределение токов нулевой последовательности в фазах и на землю для ОЗЗ в сети ВЛ 10 кВ с изолированной нейтралью

при распределенных емкостях Сол, например К [6, 56].

Рассматриваются сеть, изображенная на рис. 1. 2, нейтраль которой принята изолированной [6]. Фазы последнего имеют по отношению к земле емкости Сол. Емкостные сопротивления несоизмеримо велики по сравнению с активно-индуктивными сопротивлениями линий. Поэтому емкости Сол могут учитываться не только как равномерно распределенные вдоль участков, но и как сосредоточенные. Емкости между фазами СМф и обусловленные ими токи, как не влияющие на №.

Рис. 1. 2. Распределение токов нулевой последовательности в фазах и на землю

(1)

при К на ВЛ 10 кВ сети с изолированной нейтралью

При металлическом замыкании на фазе А в точке К сети ВЛ 10 кВ через

С ол и ее неповрежденные фазы проходят токи /д1 ^ и /^\ Так как напряжение

поврежденной фазы и д1 ^ =0, то и ток / д1 ^ = 0 [6]. Токи нулевой последовательности /ол одинаковы во всех трех фазах и определяются следующим образом:

/ + / = 3/ол = 3с Сол иф (1. 1)

Причины однофазных замыканий на землю связаны не только с перекрытием изоляции, обрывом проводов в результате порывов ветра, вмешательства техники и др., но и набросами, касаниями деревьев опор и земли фазными проводами и др.

В сетях ВЛ 10 кВ при ОЗЗ в Монголии аварийные отключения вызывают следующие негативные последствия [22]:

1. Отключение системы управления семафорами Улан-Баторской железной дороги, что приводит к остановке движения поездов.

2. Недостаточная надежность одиночных ВЛ 6-10 кВ, обеспечивающих крупные горнорудные и строительные предприятие, наносит значительный технико-экономический ущерб.

3. Отключение электронасосов в системе теплоснабжения в осенне-зимний период приводит к замерзанию труб теплоснабжения и т. д.

Рис. 1. 3. Улан-Баторская железная дорога на территории Монголии

Перейдем к анализу и сравнению статистики повреждаемости в сетях ВЛ 10 кВ на базе энергообеспечения «ЭЧ-2» Открытого Акционерного Общества Улан-Баторской железной дороги (ОАО УБЖД) за 2013-2015 годы. Приведены технические данные в табл. 1. 2 и статистические показатели в табл. 1. 3 и 1. 4 [82].

Таблица 1. 2.

Технические данные сетей воздушных линии 10 кВ на базе энергообеспечения «ЭЧ-2» ОАО УБЖД в Монголии

№ Наименование РП 10 кВ Количество фидеров ВЛ 10 кВ, соединяющихся в РП 10 кВ (шт) Суммарная длина фидеров ВЛ 10 кВ, соединяющихся в РП 10 кВ (км) Количество трансформаторов подстанции, соединяющихся в фидере ВЛ 10 кВ (шт) Суммарная мощность трансформаторов подстанции, соединяющихся в фидере ВЛ 10 кВ 8, (кВА) Количество разъдинителей подстанции, соединяющихся в фидере ВЛ 10 кВ (шт)

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Лхамсурэн Энхсух, 2018 год

Источник

Шина и._0 = 0.36кВ

Блок №1 Блок №2

<Ц> -Сн>

и А ив и с

Коммутатор

—О-

Блок №3 Блок №4

—О-

<Е>

С=0.54мкФ С=0.54мкФ

Ь=15км Ь=15км

= 10 Ом

[] Яазем.контур = 4 Ом

---------------СХ>-

^м^^ - Миллиамперметр

I, II, III, IV, V, VI, VII, VIII, IX, X - Порядок проведения

измерений токов нулевой последовательности на физической моделе сети ВЛ-10кВ с помощью миллиамперметра

Рис. 2. 16. Схема соединений и организация измерений на физической модели сети ВЛ 10

(1 (1 1) ^ кВ при и в пределах значений переходного сопротивления Д п ер = 0 ^ 5 кОм.

я

С=0.54мкФ L=1 5км

С=0.54мкФ L = 15км

я

В результате экспериментальной части работы измерений токов в цепях

(1) (11)

физической модели ВЛ 10 кВ при переводе в режим К К_'с и „(1) ^(1,1) .

КА К А - В •

\ гС1-1)

а) - получена зависимость токов в цепях 'д-с от переходного

(11)

сопротивления Яп ер в пределах значений 0^5 кОм при К_'с . Результаты экспериментальной части работы представлены в табл. 2. 6, на рис. 2. 15 (гистограммы) и на рис. 2. 16 - 2. 25 (эпюры).

б) - получена зависимость токов в цепях от переходного

(11)

сопротивления Я пер в пределах значений 0 ^ 5 кОм при . Результаты

экспериментальной части работы представлены в табл. 2. 7, на рис. 2. 26 (гистограммы) и на рис. 2. 27 - 2. 36 (эпюры).

Как видно из экспериментальной части работы, при переводе в режим

двойного замыкания на землю с «опережающей» фазой при значении

Япер < 5 кОм коэффициент Куст не снижается менее Куст > 3 (табл. 2. 6) а в режим (11)

К_'с с «отстающей» фазой при значении Япер < 5 кОм коэффициент Куст не снижается менее Куст > 2,6 (табл. 2. 7).

«опережающей» фазой.

В табл. 2. 6 приведены экспериментальные результаты измерений токов

нулевой последовательности на физической модели сети ВЛ 10 кВ при

(11)

(отключен коммутатор) и (включен коммутатор) с «опережающей» фазой

„(1)

в искомой точке в пределах значений переходного сопротивления

Я п ер = 0 ^ 5 кОм.

На рис. 2. 18 - 2. 27 показано распределение токов нулевой последовательности на землю в режиме (отключен коммутатор) и (включен коммутатор) сети ВЛ 10 кВ на основе экспериментальных данных измерений, полученных на физической модели и приведенных к значениям первичных токов сети ВЛ-10 кВ в пределах значений переходного сопротивления Я п ер = 0 ^ 5 кОм.

На рис. 2. 17 показаны гистограммы токов нулевой последовательности в

Ш (11) ("1")

режиме К и К_'с в искомой точке К при значений предела Я пер = 0 ^ 5

кОм и приведенных к значениям первичных токов ВЛ 10 кВ. Измерения

Ш (11)

гистограммы токов нулевой последовательности в режиме и в

искомой точке показывает, что при выполнении исследовании с помощью физической модели при значении Япер < 5 кОм коэффициент Куст не снижается менее Куст > 3.

В приложении (Б) даны экспериментальные результаты измерений токов в

(11)

цепях физической модели сети ВЛ 10 кВ при переводе в режим в

пределах значений Я пер = 0 ^ 5 кОм.

Таблица 2.6

Экспериментальные результаты измерений токов нулевой последовательности на

Г1) (1 1)

физической модели сети ВЛ 10 кВ при К (отключен коммутатор) и К_'с (включен

(1)

коммутатор) с «опережающей» фазой в искомой точке КА в пределах значений переходного сопротивления Д п ер = 0 ^ 5 кОм.

№ Вариант включения высокоомного резистора Я через коммутатор одной из неповрежденных фаз С в сети ВЛ 10 кВ. Переходное сопро-тив- ление р лп е р, Ом Измеренные токи нулевой последовательности на физической модели, мА Коэффициент машстаба Щ = ти Приведенные значения первичных токов нулевой последовательности в сети ВЛ 10 кВ, А Коэффициент устойчивого обнаружения импульсов наложенного тока. к Куст

7(1) 1озз (А) (при кГ) I +1(1) 1 Я ^ 1 озз (А) (при „(1-1). КА-С ) 7(1) 1 озз (А ) (при КГ) I +1(1) 1Я ^ 1 озз (А) (при „(1-1). КА—С )

1. КА-С 0 12,4 65,7 160 1,96 10,4 5,3

2. ^(1,1) 50 12,3 62,5 160 1,95 9,9 5,1

3. ^(1,1) 100 12,2 59,4 160 1,93 9,4 4,8

4. ^(1,1) 300 12,0 50,5 160 1,9 8,0 4,2

5. ^(1,1) 500 11,4 41,7 160 1,8 6,6 3,6

6. ^(1,1) 1000 10,0 29,6 160 1,6 5,5 3,4

7. ^(1,1) 1350 9,0 25,6 160 1,4 4,6 3,3

8. ^(1,1) 2600 6,1 16,2 160 0,96 3,07 3,1

9 ^(1,1) 4400 3,9 11,5 160 0,62 1,92 3,1

10 ^(1,1) 5000 3,2 9,6 160 0,5 1,5 3,0

(1)

Рис. 2. 17. Гистограммы токов нулевой последовательности в режиме КА (отключен

(1 1) (1) коммутатор) и (включен коммутатор) в искомой точке КА при изменении значения

Д п ер = 0 ^ 5 кОм и приведенных к значениям первичных токов ВЛ 10 кВ

Рис. 2. 18. Распределение токов НП на основе экспериментальных данных измерении, полученных на модели и приведенных к значениям первичных токов ВЛ 10 кВ

при Ом

а) - в режиме К(1) б) - в режиме

Рис. 2. 19. Распределение токов НП на основе экспериментальных данных измерении, полученных на модели и приведенных к значениям первичных токов ВЛ 10 кВ

при Ом

Однофазное замыкание на землю к(1

- Зона протекания наложенного тока Е = - Емкостные токи при ОЗЗ

Шина 10кВ

I, А

Шина 10кВ

I, А

0 .54 мкФ

Поврежденный фидер

Ь = 60 кт 2 .16 мкФ

I к = 8.2 А

коммутатор

Поврежденный фидер

Ь = 15 кт Ь = 30 к

0.54 мкФ 1.08 мкФ

1 . 62 мкФ

Ь = 60 кт 2.16 мкФ

Двойное замыкание на землю К (,г'

9.4

8.6

2.1

1.93

1.1

1.0

я

Рис. 2. 20. Распределение токов НП на основе экспериментальных данных измерении, полученных на модели и приведенных к значениям первичных токов ВЛ 10 кВ

при Ом

а) - в режиме б) - в режиме

Рис. 2. 21. Распределение токов НП на основе экспериментальных данных измерении, полученных на модели и приведенных к значениям первичных токов ВЛ 10 кВ

при Ом

Рис. 2. 22. Распределение токов НП на основе экспериментальных данных измерении, полученных на модели и приведенных к значениям первичных токов ВЛ 10 кВ

при Ом

а) - в режиме б) - в режиме

полученных на модели и приведенных к значениям первичных токов ВЛ 10 кВ

при Ом

Рис. 2. 24. Распределение токов НП на основе экспериментальных данных измерении, полученных на модели и приведенных к значениям первичных токов ВЛ 10 кВ

при Ом

а) - в режиме К(1) б) - в режиме

Рис. 2. 25. Распределение токов НП на основе экспериментальных данных измерении, полученных на модели и приведенных к значениям первичных токов ВЛ 10 кВ

при Ом

Рис. 2. 26. Распределение токов НП на основе экспериментальных данных измерении, полученных на модели и приведенных к значениям первичных токов ВЛ 10 кВ

при Ом

а) - в режиме б) - в режиме

Рис. 2. 27. Распределение токов НП на основе экспериментальных данных измерении, полученных на модели и приведенных к значениям первичных токов ВЛ 10 кВ

при Ом

Табл. 2. 7 соответствует варианту перевода исходного однофазного замыкания на землю К в режим двойного замыкания на землю Кд_в с «отстающей» фазой.

В табл. 2. 7 приведены экспериментальные результаты измерений токов

нулевой последовательности на физической моделе сети ВЛ 10 кВ при К

(11)

(отключен коммутатор) и (включен коммутатор) с «отстающей» фазой в

искомой точке К в пределах значений переходного сопротивления Япер = 0 ^ 5 кОм.

На рис. 2. 29 - 2. 38 показано распределение токов нулевой последователь-

(1) (11) ности на землю в режиме К (отключен коммутатор) и (включен

коммутатор) сети ВЛ 10 кВ на основе экспериментальных данных измерений,

полученных на физической модели и приведенных к значениям первичных токов

сети ВЛ 10 кВ в пределах значений переходного сопротивления Я п ер = 0 ^ 5 кОм.

На рис. 2. 28 показаны гистограммы токов нулевой последовательности в

Ш (11) ш

режиме К и в искомой точке К при значений предела Я пер = 0 ^ 5

кОм и приведенных к значениям первичных токов ВЛ 10 кВ. Измерения

Ш (11)

гистограммы токов нулевой последовательности в режиме и в

искомой точке К показывает, что при выполнении исследовании с помощью физической модели при значении Я п ер < 5 кОм коэффициент Куст не снижается менее Куст > 2,6.

В приложении (В) даны экспериментальные результаты измерений токов в

(1) (11)

цепях физической модели сети ВЛ 10 кВ при переводе в режим в

пределах значений Я пер = 0 ^ 5 кОм.

Таблица 2.7.

Экспериментальные результаты измерений токов нулевой последовательности на

Г1) Г1 1)

физической модели сети ВЛ 10 кВ при Кд (отключен коммутатор) и Кд_'в (включен

fi)

коммутатор) с «отстающей» фазой в искомой точке Кд в пределах значений переходного сопротивления R п ер = 0 ^ 5 кОм.

№ Вариант включения высокомного резистора Я через коммутатор одной из неповрежденных фаз В в сети ВЛ 10 кВ. Переходное сопротивление, D лп е р, Ом Измеренные токи нулевой последовательности на физической модели, мА Коэффициент машстаба Щ = ти Приведенные значения первичных токов нулевой последовательности в сети ВЛ 10 кВ, А Коэффициент устойчивого обнаружения импульсов наложенного тока. JS Куст

7(i) 1озз (А) (при КГ) / +/(1) 1R ~ 1 озз (А) (при „(1-1). КА-В ) 7(i) 1 озз (А ) (при К(АЪ / +/(1) 1 R ~ 1 озз (А) (при КА—В )

1. КА-В 0 12,4 54,1 160 1,96 8,6 4,3

2. ^(1,1) 50 12,3 52,6 160 1,95 8,3 4,2

3. ^(1,1) КА-В 100 12,2 50,3 160 1,93 8,0 4,1

4. КА-В 300 12,0 43,5 160 1,9 6,9 3,6

5. ^(1,1) КА-В 500 11,4 37,6 160 1,8 6,0 3,3

6. КА-В 1000 10,0 30,0 160 1,6 4,8 3,0

7. КА-В 1350 9,0 27,0 160 1,4 4,0 2,8

8. КА-В 2600 6,1 20,0 160 0,96 2,7 2,8

9. КА-В 4400 3,9 16,1 160 0,62 1,62 2,7

10 ^(1,1) КА-В 5000 3,2 8,32 160 0,5 1,3 2,5

(1)

Рис. 2. 28. Гистограммы токов нулевой последовательности в режиме КА (отключен

(1 1) (1) коммутатор) и (включен коммутатор) в искомой точке при изменении значения

Д п ер = 0 ^ 5 кОм и приведенных к значениям первичных токов ВЛ 10 кВ

Однофазное замыкание на землю К (

Двойное замыкание на землю

- Зона протекания наложенного тока Е:: = : - Емкостные токи при ОЗЗ

Шина 1 0кВ

I, А

Шина 10кВ

I, А

Поврежденный фидер

Ь = 15 кт Ь = 30 к

0 . 54 мкФ 1 . 08 мкФ

Ь = 45 кт Ь = 60 кт

1 . 62 мкФ 2.16 мкФ

•а

1К = 9.ЗА

К = 1кОм

коммутатор

Ь = 15 кт Ь = 30 к

0.54 мкФ 1.08 мкФ

-д

Поврежденный фидер

Ь = 45 кт 1 . 62 мкФ

Ь = 60 кт 2 . 16 мкФ

Известная точка ОЗЗ

9.3

8.9

8.6

2.0

1.96

1.0

0.9

К

еизвестная точка ОЗЗ

Рис. 2. 29. Распределение токов НП на основе экспериментальных данных измерении, полученных на модели и приведенных к значениям первичных токов ВЛ 10 кВ

при Ом

а) - в режиме б) - в режиме

Рис. 2. 30. Распределение токов НП на основе экспериментальных данных измерении, полученных на модели и приведенных к значениям первичных токов ВЛ 10 кВ

при Ом

Рис. 2. 31. Распределение токов НП на основе экспериментальных данных измерении, полученных на модели и приведенных к значениям первичных токов ВЛ 10 кВ

при Ом

а) - в режиме б) - в режиме

Однофазное замыкание на землю К (

В:\ = : ГШ - Емкостные токи при ОЗЗ

точка ОЗЗ

Поврежденный фидер

1.88 1.9

К = 300ом

Шина 1 ОкВ

I, А

I р = 7.6А

оммутатор

Поврежденный фидер

Двойное замыкание на землю К

И

7.6

7.3

6.9

I. А

0.89

0.9

2 .16 мкФ

2 .16 мкФ

Неизвестная точка ОЗЗ

Неизвестная точка ОЗЗ

а)

Рис. 2. 32. Распределение токов НП на основе экспериментальных данных измерении, полученных на модели и приведенных к значениям первичных токов ВЛ 10 кВ

при Ом

Однофазное замыкание на землю К (

- Зона протекания наложенного тока Е:: = : - Емкостные токи при ОЗЗ

Шина 1 ОкВ

I, А

0 . 54 мкФ

1.9 1.8

Ь = 45 кт 1 .62 мкФ

Шина 10кВ

I, А

Поврежденный фидер

Ь = 60 кт 2 .16 мкФ

I р = 6.7 А

К = 1кОм

0 . 54 мкФ

коммутатор

Поврежденный фидер

Ь = 30 кт 1 .08 мкФ

Ь = 45 кт 1 .62 мкФ

ЯПЕР = 500ом

Ь = 60 кт 2 .16 мкФ

Двойное замыкание на землю К ¿-я

6.7

6.4

6.0

1.0

0.9

0.5

Неизвестная точка ОЗЗ

Рис. 2. 33. Распределение токов НП на основе экспериментальных данных измерении, полученных на модели и приведенных к значениям первичных токов ВЛ 10 кВ

при Ом

а) - в режиме б) - в режиме

Однофазное замыкание на землю К (

| | | - Зона протекани

Е!: = :: ^ - Емкостные токи при ОЗЗ

Ь = 15 кт 0 .54 мкФ

Шина 10кВ

Поврежденный фидер

1.55 1.6

Ь = 45 кт 1 .62 мкФ

КПРР = 1000ом

7Р = 5.6 А

К = 1кОм

шмутатор

Поврежденный фидер

Ь = 15 кт 0 .54 мкФ

= 1000ом

Двойное замыкание на землю К

I. А

I. А

5.6

5.2

4.8

0.8

0.9

0.8

0.43

Ь = 60 кт 2 .16 мкФ

Ь = 60 кт 2 .16 мкФ

Рис. 2. 34. Распределение токов НП на основе экспериментальных данных измерении, полученных на модели и приведенных к значениям первичных токов ВЛ 10 кВ

при Ом

Однофазное замыкание на землю К (

- Зона протекания наложенного тока Е:: = ::1 - Емкостные токи при ОЗЗ

Шина 10кВ

I, А

- I, А Поврежденный фидер

0.7 1.42 1.4 г> 0.7

0 . 54 мкФ Ь = 30 кт 1 .08 мкФ Ь = 45 кт Ь = 60 кт 1 .62 мкФ 2.16 мкФ

а) = 1350ом [ ] (КА) ~ Неизвестная точка ОЗЗ

1я = 5.1А

Я = 1кОм

коммутатор

Поврежденный фидер

0 .54 мкФ

Ь = 30 кт 1 .08 мкФ

Ь = 45 кт 1 .62 мкФ

Ь = 60 кт 2 .16 мкФ

Неизвестная точка ОЗЗ

Двойное замыкание на землю К

5.1

4.7

4.0

0.45

Я

Рис. 2. 35. Распределение токов НП на основе экспериментальных данных измерении, полученных на модели и приведенных к значениям первичных токов ВЛ 10 кВ

при Я пер = 1 3 5 0 Ом

а) - в режиме К^11 б) - в режиме К^д

Рис. 2. 36. Распределение токов НП на основе экспериментальных данных измерении, полученных на модели и приведенных к значениям первичных токов ВЛ 10 кВ

при Ом

Рис. 2. 37. Распределение токов НП на основе экспериментальных данных измерении, полученных на модели и приведенных к значениям первичных токов ВЛ 10 кВ

при Ом

а) - в режиме К^ б) - в режиме К^д

Рис. 2. 38. Распределение токов НП на основе экспериментальных данных измерении, полученных на модели и приведенных к значениям первичных токов ВЛ 10 кВ

при Ом

2. 5. Сопоставительный анализ существующего и разработанного способов поиска ОМП по результатам расчета и моделирования

Разработан новый способ топографического поиска места ОЗЗ на ВЛ 10 кВ с зоной устойчивого обнаружения наличия импульсов действующего значения созданного наложенного тока. При этом наложенный ток формируется путём принудительного периодического кратковременного замыкания неповрежденной фазы сети ВЛ 10 кВ на контур заземления подстанции через высокоомный резистор и коммутатор, а контроль наличия импульсов осуществляется переносным токовым ненаправленным указателем. На физической модели подтверждена достоверность нового способа.

Сопоставление зон протекания наложенного тока на рис. 2. 8 (а) и 2. 9 свидетельствует, что место ОЗЗ чётко выявляется в виде границы зоны наличия наложенного тока между точкой возникшего ОЗЗ на трассе ВЛ и точкой, где включён комплект специального коммутационного оборудования. Использование наложенного тока обеспечивает высокую селективность этого способа ОМП.

Значение наложенного тока через заземляющий контур ТП 10 кВ (РП) характеризует обеспечение устойчивого обнаружения импульсов наложенного тока в точке контроля на трассе ВЛ 10 кВ. Поэтому, исходя из опыта эксплуатации и для обеспечения безопасности, это значение должно составлять примерно 10 А. При этом колебания показаний токовых топографических переносных указателей в пределе 0-3 А до 10-13 А с частотой действия коммутатора вполне обеспечивают формирования устойчивого признака ОМП.

Наличие зоны протекания импульсов наложенного тока порядка 10 А в соответствии с новой технологии позволяет обеспечить строгую пространственную ограниченность только между искомой точкей ОЗЗ и местом включения высокоомного резистора и выявить искомое место ОЗЗ.

Если не использовать импульсный периодический режим, то мощность, рассеиваемая резистором Я, окажется равной 10 кВ х 10 А =100 кВт, в связи с чем потребуется применение принудительной системы охлаждения, что в практической реализации достаточно затруднительно. Таким образом, перевод в

импульсный периодический режим позволяет не только обеспечить устойчивые обнаружения импульсов наложенного тока в точке контроля на трассе ВЛ 10 кВ, но и открывает пути для снижения активной мощности Р высокоомного резистора Я, что обеспечивает достаточность естественного охлаждения. Степень этого снижения целесообразно выбрать до уровня рассеиваемой мощности в высокоомном резисторе Я около Р=1 кВт.

В этом способе предусмотрено использование для сравнения вариантов количественной численной характеристики оценки устойчивости обнаружения импульсов наложенного тока в точке контроля на трассе ВЛ 10 кВ по отношению измеряемых параметров контролируемого тока с заданной периодичностью их изменения. Выявлено, что в рассматриваемых сетях 10 кВ с одной или двумя ВЛ коэффициент устойчивого обнаруежния импульсов наложенного тока Куст не менее 3 при переходном сопротивлении в месте повреждения до 5,0 кОм, который обеспечивается методикой поиска ОМП.

Определен состав программно-технических средств, реализующих временную диаграмму работы комплекса ОМП и значений основных технических параметров специального коммутационного оборудования (10 кВ, 10 А, 0,5/50 Гц) с системой управления, при котором обеспечивается термоустойчивость высокоомного резистора (1 кОм, 1 кВт);

При этом благодаря обеспечению строгой ограниченности зоны наличия импульсов наложенного тока только между искомой точкей ОЗЗ и местом включения высокоомного резистора и устойчивого обнаружения импульсов наложенного тока в точках контроля на трассе ВЛ 10 кВ время поиска места ОЗЗ составляет не более 2 часов.

Следует отметить, что традиционная технология поиска ОЗЗ после определения поврежденной ВЛ 10 кВ требует детального осмотра проводов в пролете и на каждой опоре в процессе движения АВБ по трассе ВЛ 10 кВ. При этом скорость движения небольшая, с остановками, с использованием биноклей. Сложные погодные условия еще больше задерживают движении АВБ. В итоге среднее время поиска ОМП превышает 5-7 часов на каждое ОЗЗ.

2. 6. Выводы по второй главе

1. Разработан новый способ топографического поиска места ОЗЗ на ВЛ 10 кВ с зоной устойчивого обнаружения наличия импульсов действующего значения созданного наложенного тока. При этом наложенный ток формируется путём принудительного периодического кратковременного замыкания неповрежденной фазы сети ВЛ 10 кВ на контур заземления подстанции через высокоомный резистор и коммутатор, а контроль наличия импульсов наложенного тока осуществляется переносным токовым ненаправленным указателем.

В этом способе предусмотрено использование для сравнения вариантов количественной численной характеристики оценки устойчивости обнаружения импульсов наложенного тока в точке контроля на трассе ВЛ 10 кВ по отношению измеряемых параметров контролируемого тока с заданной периодичностью их изменения. Выявлено, что в рассматриваемых сетях 10 кВ с одной или двумя ВЛ коэффициент устойчивого обнаружения импульсов наложенного тока Куст не менее 3 при переходном сопротивлении в месте повреждения до 5,0 кОм, который обеспечивается методикой поиска ОМП.

2. Определен состав программно-технических средств, реализующих временную диаграмму работы комплекса ОМП и значения основных технических параметров специального коммутационного оборудования (10 кВ, 10 А, 0,5/50 Гц) с системой управления, при котором обеспечивается термоустойчивость высокоомного резистора (1 кОм, 1 кВт). При этом благодаря обеспечению строгой ограниченности зоны наличия импульсов наложенного тока только между искомой точкой ОЗЗ и местом включения высокоомного резистора и устойчивого обнаружения импульсов наложенного тока в точках контроля на трассе ВЛ 10 кВ время поиска места ОЗЗ составляет не более 2 часов.

3. В режиме действия специальных коммутационных технических средств поиск места ОЗЗ в ВЛ 10 кВ осуществляется по данным токовых топографических указателей наличия импульсов наложенного тока в зоне между

точками заземления К 1 * _ К 1 * и (К 1 * _ К 1 Использование импульсов

наложенного тока обеспечивает селективность способа ОМП. Селективность практическая абсолютная.

Результаты работы автора по этой главе опубликованы в рецензируемых печатных изданиях РФ по перечню ВАК [85, 86], а также прошли апробацию на международной научно-технической и практической конференции «Перспективы развития электроэнергетики и высоковольтного электротехнического оборудования» ТРАВЭК (Москва, 2015 г); на XXXVIII сессии Всероссийского научного семинара «Кибернетика энергетических систем» по тематике «Диагностика энергооборудования» (Новочеркасск, 2016 г); на XXIII международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» (Москва, 2017 г).

3. РАЗРАБОТКА НАУЧНО-ОБОСНОВАННЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ И РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО СОЗДАНИЮ ПЕРСПЕКТИВНЫХ УСТРОЙСТВ И ИХ ТЕХНОЛОГИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

ПРИ ПОИСКЕ ОЗЗ

В третьей главе разработываются научно-обоснованные технические требования и рекомендации по созданию следующих перспективных устройств и технологии их применения при поиске ОЗЗ:

- специальное коммутационное оборудование 10 кВ с системой управления, включающее коммутатор, высокоомный резистор и разъединитель с пофазным ручным управлением;

- токовый топографический ненаправленный переносный указатель с использованием современных цифровых информационных технологий.

3. 1. Разработка рекомендаций по созданию перспективных устройств

и их цифровых технологии поиска ОЗЗ

Энергосистема напонимает живой организм, для живучести которого необходима интеграция силовой и информационно-управляющей подсистем. Эти системы с одной стороны автономны, а с другой стороны должны быть взаимосвязаны. Для эффективного функционирования энергосистемы необходимо предусматривать систему диагностики, сигнализации повреждений и технически совершенную технологию определения места повреждения (ОМП) для ускоренного проведения аварийно-восстановительных работ.

Одной из важных задач эксплуатации распределительных сетей 10 кВ является быстрое определение места повреждения и проведение аварийно-восстановительных работ без задержек. Потребители-плательщики за электроэнергию предполагают, что работники сетего предприятия весьма заинтересованы возможностями быстрого получения всей необходимой информации, чтобы незамедлительно приступать к ремонту и не тратить время на поиск места однофазного замыкания на землю (ОЗЗ).

При большой протяженности и разветвленности распределительных сетей 10 кВ указанная задача может эффективно решаться при использовании специальных программно-технических средств, определяющих поврежденную линию, поврежденное ответвление и оперативно транслирующих данную информацию на автоматизированные рабочие места, которые интегрируют силовую и информационную составляющие в электро-информационную сеть, по технологию «Energy. Net» и «Smart Grid».

Как известно, основной целью создания сетевых компаний является обеспечение надежности и качества электроснабжения потребителей в сочетании с эффективностью операционной (производственно-финансовой) деятельности.

Поэтому основной задачей сетевых компаний при появлении ОЗЗ является скорейшее проведение аварийного ремонта и уменьшение возможных ущербов из-за негативных воздействий на электрооборудование и опасностей для людей и животных в окрестностях места ОЗЗ:

- повышение напряжения на неповрежденных фазах линий электропередачи, шин и трансформаторов сетевой компаний;

- импульсные перенапряжения, проникающие через ёмкости понижающих трансформаторов 10/0,4 кВ в сети потребителей электроэнергии;

- шаговые напряжения в месте растекания токов ОЗЗ.

Как известно, длительность реализации аварийных ремонтов при ОЗЗ является суммой четырех составляющих:

- Организационно-технических мероприятий;

- Движения ремонтной бригады к зоне поиска;

- Поиска места ОЗЗ по трассе ВЛ 10 кВ;

- Собственно ремонтные работы с обеспечением условий безопасности.

В предыдущих главах диссертации на основании обобщения и анализа публикаций выявлены недостатки известных топографических методов ОМП при ОЗЗ в особых схемно-режимых условиях с одной-двумя ВЛ 10 кВ на секции ТП 10 кВ (РП).

Как известно [79], поиск места ОЗЗ осуществляется на основе анализа и сопоставления показаний переносных ненаправленных токовых указателей, дистанционно реагирующих на магнитное поле токов нулевой последовательности в фазных проводах на трассе ВЛ 10 кВ и направленных указателей, реагирующих на электромагнитное поле ВЛ 10 кВ в режиме ОЗЗ.

Для преодоления этих недостатков и расширения области использования топографических токовых переносных указателей в предыдущих главах научно обоснованы пути повышения совершенствования технологии топографического поиска места ОЗЗ на ВЛ 10 кВ с наложенным током, созданным в результате принудительного периодического кратковременного замыкания неповрежденной фазы ВЛ 10 кВ на землю через высокоомный резистор и коммутатор на ТП 10 кВ (РП) в следующих конкретных направлениях:

- обеспечение строгой ограниченности зоны наличия импульсов

наложенного тока только между искомой точкей ОЗЗ и местом включения

высокоомного резистора (зона протекания наложенного тока);

- повышение коэффициента устойчивого обнаружения Куст за счет благоприятного соотношения параметров импульсов наложенного тока, которое позволяет четко фиксировать зону протекания импульсного наложенного тока при Я п ер до 5,0 кОм с коэффициентом Куст > 3 ;

- повышение быстродействия за счёт возможности быстрого движения аварийно-восстановительной бригады (АВБ) при поиске ОЗЗ вдоль трассы ВЛ 10 кВ.

Общая идея повышения производительности труда ремонтников заключается в комплексном использовании цифровых информационных технологий, интегрированных в мобильном автоматизированном рабочем месте (АРМ), размещенном в транспортном средстве АВБ:

- Длительность организационной технической части может быть сокращена за счет электронного документооборота и быстрой передачи

технологической информации и рекомендуемого района поиска с использованием GPRS на АРМ АВБ.

- С использованием доступа к устройсту управления коммутатором по GPRS в АРМ АВБ передается осциллограмма импульсного наложенного тока, создаваемого путём периодического импульсного замыкания одной из неповреждённых фаз через высокоомный резистор и импульсный коммутатор на заземляющий контур подстанции с переводом ОЗЗ в режим двойного, двухместного замыкания. Обеспечивается регистрация событий, сбор статистики и автоматическое составление отчетов.

- В процессе движения с помощью АРМ производится фиксация графика движения АВБ по трассе ВЛ 10 кВ. Действие АВБ документируются автоматически с использованием картографической технологии, ГЛОНАСС, фото и видеофиксации осмотренных участков ВЛ 10 кВ.

Предложенная технология «Energy .Net» при поиске ОЗЗ предусматривает

следующую последовательность действий, которая иллюстрируется на рис. 3. 1:

d-)

1. Возникновение ОЗЗ на ВЛ 10 кВ, например точка /Q .

2. Значительное увеличение напряжения нулевой последовательности и срабатывание устройства сигнализации ОЗЗ на ТП 10 кВ и работа телемеханики.

3. Прибытие АВБ на ТП с поврежденной ВЛ по указанию диспетчеров.

4. Определение поврежденной фазы (например, фазы А) по показаниям вольтметров.

5. Подключение специального коммутационного оборудования 10 кВ для ОМП при ОЗЗ в цепь между общей точкой разъединителя Р с пофазным ручным управлениям и заземляющим контуром.

6. Включение одной фазы разъединителя Р с пофазным ручным управлением на одну из неповрежденных фаз (например, фазу С).

7. Включение коммутатора и оценка значения переходного сопротивления по току в цепи.