автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Способы определения участка повреждения в распределительных сетях 6-35 кВ на основе автономных датчиков тока

кандидат технических наук
Кузьмин,
Игорь Леонидович
город
Казань
год
2011
специальность ВАК РФ
05.09.03
Автореферат по электротехнике на тему «Способы определения участка повреждения в распределительных сетях 6-35 кВ на основе автономных датчиков тока»

Автореферат диссертации по теме "Способы определения участка повреждения в распределительных сетях 6-35 кВ на основе автономных датчиков тока"

005004674 и

На правах рукописи

КУЗЬМИН Игорь Леонидович

СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УЧАСТКА ПОВРЕЖДЕНИЯ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ 6-35 кВ НА ОСНОВЕ АВТОНОМНЫХ ДАТЧИКОВ ТОКА

Специальность 05.09.03 — "Электротехнические комплексы и системы"

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

- 1 ДЕК 2011

Казань 2011

005004674

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет» на кафедре «Электрические системы и сети»

кандидат физико-математических наук, доцент Хузяшев Рустэм Газизович

доктор физико-математических наук, профессор Наумов Анатолий Алексеевич

кандидат физико-математических наук, доцент Курганов Александр Ростиславович

ОАО «Сетевая компания» (г.Казань)

Защита состоится «15» декабря 2011 года в 13:30 часов в аудитории Д-223 на заседании диссертационного совета Д-212.082.04 при ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет» по адресу: 420066, г. Казань, ул. Красносельская, д. 51.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения) направлять по адресу: 420066, г. Казань, ул. Красносельская, 51, Ученый Совет КГЭУ. Телефон: (843) 5194202; факс: (843) 5624325, 5184464. E-mail: kgeu@kgeu.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет», с авторефератом - на сайте http ://www.kgeu.ru

Автореферат разослан «14» ноября 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, Д 212.082.04 кандидат педагогических наук, доцент

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Общая характеристика работы

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 635кВ 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 пемедленного 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 дистапционного 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 ОЗЗ.

- разработать способ определения переходного сопротивления при ОЗЗ 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 связи.

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 ОЗЗ.

- 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 педоотпуска 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 патепт 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.),шестпадцатой 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.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована и подтверждена актуальность выбранной темы диссертационной работы, определены цель и задачи исследования, приняты методы их решения, сформулированы научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе выполнен анализ существующих алгоритмов ОМП и теоретических исследований параметров режима при аварии типа 033. На основании чего сделан вывод об отсутствии в настоящее время работоспособных автоматизированных алгоритмов ОУП, в частности при 033, на ЛЭП 6-35 кВ. Для обоснования наиболее оптимальных алгоритмов ОУП необходимо дополнительно экспериментально исследовать временные осциллограммы тока нулевой последовательности.

Показано, что для ОУП в распределительных сетях с древовидной структурой перспективным является использование автономных датчиков тока.

Во второй главе анализируется экспериментальный материал, собранный с помощью цифрового регистратора аварийных событий типа РЭС-3-16 фирмы «Прософт Системы».

Представлена методика расчета переходного процесса при 033 с целью анализа длительности скачка тока в начальный момент возникновения 033 в разных точках поврежденного фидера.

Разработаны новые способы ОУП на воздушных ЛЭП при дуговых и металлических 033.

В третьей главе предложен новый способ определения нормальных (величина фазной емкости:) и аварийных (величина переходного сопротивления) параметров системы при аварии типа 033.

Приведены результаты сравнения модельных расчетов и экспериментального материала.

В четвертой главе рассмотрено аппаратное устройство впервые разработанного датчика тока, способного питаться от энергии фазного тока, регистрировать нормальные и аварийные параметры режима ЛЭП и передавать их по сотовым каналам связи на верхний уровень автоматизации.

Впервые предложена схема блока питания с трансформатором тока (ТТ) на современной элементной базе, позволяющая снабжать электроэнергией электронные компоненты устройства суммарной мощностью до 0,3 Вт от фазных токов ЛЭП порядка 10 А и более. Впервые рассмотрены процессы заряда, разряда аккумулирующего элемента ионистора при питании его электроэнергией от ТТ.

Выполнен анализ схем соединения нескольких ТТ с целью уменьшения величины тока в фазном проводе, при котором датчик будет работоспособен.

Анализ экономической эффективности от внедрения датчиков тока показал снижение издержек на ОУП.

В пятой главе представлены результаты опытной эксплуатации системы, состоящей из программы верхнего уровня автоматизации и шести датчиков тока, в филиале ОАО «Сетевая компания» Казанские электрические сети. Разработанные датчики тока за время опытной эксплуатации показали работоспособность и подтвердили правильность выбора основных технических решений.

В результате анализа экспериментального материала, полученного с помощью датчиков тока, предложен алгоритм определения поврежденной фазы при аварии типа ОЗЗ, основанный на временном сравнении положения всплеска тока относительно максимума нагрузочного тока, зарегистрированных магнитной антенной датчика тока.

Сопоставлены аварийные осциллограммы временной формы сигнала измеренного на вторичной обмотке штатного ТТ и магнитной антенны.

Заключение содержит основные теоретические положения и выводы по исследуемым проблемам.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Новый способ ОУП на воздушных ЛЭП при дуговых ОЗЗ, заключающийся в фиксации контура протекания аварийной составляющей тока замыкания на землю путем одновременного измерения уровня высших гармоник в начале линии и на ее отпайках.

Авария типа ОЗЗ подразделяется на два типа: самоустраняющееся кратковременное нарушение изоляции вследствие, например, прикосновения ветки дерева к фазному проводу, и устойчивое замыкание на землю, образующееся, например, в результате сильного загрязнения изоляторов или обрыв фазпого провода воздушной ЛЭП с касанием провода заземлепной траверсы.

Место устойчивого дугового замыкания на землю определяется при пешем осмотре ВЛ с помощью переносного прибора КВАНТ, который фиксирует поврежденный контур путем регистрации суммарной амплитуды высших гармо-

ник тока в интервале 300-800Гц. В поврежденном контуре регистрируется большая амплитуда гармоник по сравнению с неповрежденными отпайками.

Участок повреждения при самоустраняющихся кратковременных нарушениях изоляции, являющихся предшественниками устойчивых ОЗЗ, можно определить лишь при одновременной регистрации суммарной амплитуды высших гармоник в различных точках воздушной линии электропередач и тем самым предупредить устойчивое ОЗЗ.

О - Специализированное техническое средство

Ц - Спешшииированное техническое средство, зарегистрировавшее превышение суммарно» амплитуды гармоник в интервале 300-800 Гц

Рис. 1. Фиксация контура протекания аварийной составляющей тока специализированными техническими средствами

Предлагается новый способ ОУП на воздушной ЛЭП, заключающийся в фиксации контура протекания аварийной составляющей тока замыкания на землю путем одновременного измерения уровня высших гармоник в начале линии и на ее отпайках специализированными техническими средствами (рис.1). При аварии типа ОЗЗ технические средства (ТС), установленные в разных точках ВЛ, регистрируют в поврежденном контуре увеличение более чем в 7 раза суммарной амплитуды гармоник тока в интервале от 300 до 800 Гц (рис.2,3). Данный диапазон частот гармоник определяется длительностью всплесков тока, вызванных перемежающейся дугой при ОЗЗ, которая изменяется в диапазоне от 1 до 3 мс (рис.4), что согласуется с экспериментальными исследованиями (С. Дмитриев и др. Городские электрические сети. Опыт эксплуатации централизованных микроконтроллерных защит. - Новости электротехники, 2011, №2(68), 52-60 е.).

ТС, расположенные на неповрежденных отпайках или на поврежденном присоединении за местом ОЗЗ, увеличение амплитуды гармоник в данном диапазоне частот не зафиксируют. Это связано с тем, что длительность всплеска тока после места ОЗЗ гораздо меньше, чем до него, и составляет 0,2-1,4 мке

(рис.5), что соответствует спектральным составляющим в диапазоне 0,710 МГц. Участок повреждения есть область ЛЭП между наиболее удаленными от источника питания ТС, зарегистрировавшим увеличение суммарной амплитуды гармоник в интервале 300-800 Гц. и не зарегистрировавшим увеличение амплитуд гармоник.

А Нормальный режим

К 9 IV 11 12 КЗ 14 Номер гармоники

Рис.2. Спектр тока в нормальном режиме.

Аварийный режим

3,15 ■■

1.......

1.........

ол ( см \

Суммарная амплитуда гармоник в интервале 300-800 Гн е аварийном режиме (0.2773 А) увеличилась более чем в 7 раз относительно нормального режима Г0.0383 А).

ОЗЗ на фазе С

! 9 1!)!! п

Рис.3. Спектр тока в аварийном режиме. 9

• • . ----г С,/С,

'О 15 20 22 30

Рис.4. Длительность (мс) всплеска тока в поврежденном контуре. С|-емкость шин подстанции относительно земли, С2 - емкость ЛЭП относительно земли после места повреждения, Д„ - переходное сопротивление в месте ОЗЗ.

Я,, Ом" ш

Ш 15 30 25 30

Рис.5. Длительность (мс) всплеска тока после места повреждения. СУсмкость шин подстанции относительно земли, С2 - емкость ЛЭП относительно земли после места повреждения, Лп - переходное сопротивление в месте ОЗЗ.

Временные параметры всплесков тока оценивались на основе схемы замещения ЛЭП для исследования переходного процесса при ОЗЗ. Всплески тока

обусловлены процессами разряда емкости поврежденной фазы и дозарядом емкостей неповрежденных фаз. Большая длительность всплеска тока до места замыкания, чем после него связана с большей величиной емкости в начале ЛЭП относительно величины емкости в конце ЛЭП.

2. Новый способ ОУП на воздушных ЛЭП при металлических и дуговых ОЗЗ, заключающийся в фиксации контура протекания аварийной составляющей тока замыкания на землю путем одновременного измерения первой производной тока в начале линии и на ее отпайках.

С целью исследования параметров режима для фиксации контура протекания аварийного тока при металлическом 033 в филиале ОАО «Сетевая компания» Казанские электрические сети на воздушной ЛЭП 6 кВ был установлен цифровой осциллограф РЭС-3-16 (частота дискретизации 7 кГц).

На основе анализа экспериментально полученных осциллограмм было установлено, что форма производной напряжения нулевой последовательности при 033 совпадает с формой тока нулевой последовательности, это соотношение доказывается и аналитически исходя из схемы замещения сета нулевой последовательности. При перемежающемся ОЗЗ происходит ряд переходных процессов, вызванных разрядом и дозарядом емкостей фаз ЛЭП через место повреждения. Однако, первое замыкание поврежденной фазы на землю вызывает наибольший скачок величины тока и величины производной от напряжения нулевой последовательности. Это объясняется наибольшей величиной напряжения пробоя в отличие от последующих пробоев, происходящих при меньшем напряжении.

Выявленная связь между временной формой тока и напряжения нулевой последовательности позволяет утверждать об информационной эквивалентности тока и напряжения для целей обнаружения факта ОЗЗ.

Рис.6. График первой производной тока при ОЗЗ на фазе С.

Это позволяет сформулировать оптимальное по чувствительности условие обнаружения факта ОЗЗ по превышению порога либо первой производной от

тока, либо второй производной от любого фазного напряжения. Увеличение амплитуды информативной части сигнала при взятии производной объясняется высокочастотными свойствами операции дифференцирования, которая режек-тирует низкочастотную нагрузочную составляющую сигнала тока или напряжения. Вычисление более высоких порядков производных, означающих повышение частоты среза ВЧ фильтра, режекгирует и информационный аварийный сигнал, что приводит к уменьшению величины всплеска тока или напряжения над нагрузочным режимом.

На основе сформулированного условия обнаружения факта металлического и дугового 033 предлагается новый способ ОУП на воздушной ЛЭП при металлических и дуговых 033, заключающийся в фиксации контура протекания аварийной составляющей тока замыкания на землю специализированными ТС путем одновременного измерения первой производной тока в начале линии и на ее отпайках (рис.6).

ТС постоянно измеряют величину амплитуды основной гармоники тока и величину его первой производной. При обнаружения факта 033 регистрируется длительность всплеска тока и через 2 сек снова замеряется амплитуда основной гармоники тока. В поврежденном контуре до места ОЗЗ длительность всплеска тока будет больше по сравнению с длительностью всплеска тока на неповрежденных отпайках и за местом 033. Последующее измерение амплитуды основной гармоники тока необходимо для выделения всплесков тока, вызванных именно 033. При междуфазном КЗ и включении ЛЭП также возникает всплеск тока, однако в первом случае через 2 сек тока в ЛЭП не будет, т.к. штатные устройства релейной защиты отключат выключатель ЛЭП. При включении выключателя ЛЭП величина амплитуды тока основной гармоники до всплеска тока будет равна нулю. При 033 данный параметр будет отличен от нуля как до всплеска тока, так и после него. С целью исключения ложных срабатываний системы, состоящей из ТС и программы верхнего уровня, необходимо контролировать напряжение нулевой последовательности, которое замеряется на подстанции.

При проведении экспериментальных исследований аварийных параметров режима с помощью цифрового осциллографа значительных помех в осциллограммах тока в ЛЭП, искажающих работу алгоритма, не наблюдалось.

3. Новый способ определения емкости шин подстанции относительно земли и переходного сопротивления при ОЗЗ, для определения характера места повреждения, заключающийся в аналитических зависимостях между названными параметрами и параметрами режима при металлическом ОЗЗ.

На основе зависимостей симметричных составляющих параметров режима от параметров контура протекания аварийного тока при ОЗЗ, при известности значений симметричных составляющих токов и напряжений, можно определить параметры контура протекания аварийного тока, такие как величина переходного сопротивления места замыкания на землю Я„ и значение суммарной емкости шин подстанции относительно земли Сг согласно формул системы

уравнений (1).

(/и-'о)

'О 11д 'о и1а + ^2а + ^Оа — ~ ~ ¡0^0

3 • IV ■ 11,

/2а = ¡г - 1

/д - а ■ /с ~ /о ■ (1 ~ а)

где а = е-'"?",

21Л — сопротивление ЛЭП прямой последовательности до места 033, и1г,и2а,и0а — напряжение прямой последовательности начале ЛЭП , 01д,/ 1Д — напряжение и ток прямой последовательности в начале ЛЭП в доаварийном режиме,

/1а,/2а,'о — ток прямой, обратной и нулевой последовательностей в начале ЛЭП, ¿0 — сопротивление ЛЭП нулевой последовательности, /А,/с — ток фазы А и С.

4. 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.

Для реализации нового способа ОУП на воздушных ЛЭП при 033, заключающегося в одновременной фиксации контура протекания аварийной составляющей тока замыкания на землю путем регистрации величины амплитуды высших гармоник был разработан датчик тока. Данный способ ОУП был выбран в связи с простотой его технической реализации.

Датчик тока разработан с использованием достижений современной микроэлектроники, изолирован воздухом от окружающих его конструкций и монтируется на фазном проводе ЛЭП с помощью трансформатора тока с разъемным магнитопроводом.

Датчик конструктивно состоит из блока питания, аналоговой измерительной части, цифровой части и блока связи.

Впервые предложена схема (рис.7) блока питания с использованием ТТ, позволяющая запитывать электроэнергией активные электронные элементы датчика суммарной непрерывно потребляемой мощностью до 0,3 Вт и кратко-времешю потребляемой мощностью до 0,72 Вт от фазных токов ЛЭП порядка 10 А и более. Исполнение блока питания датчика основано на принципе аккумулирования электроэнергии, получаемой от ТТ, на ионисторе и последующем

ее преобразовании по величине напряжения с помощью импульсного стабилизатора. Выбор ионистора обусловлен его лучшими характеристиками по сравнению с аналогичными параметрами химических аккумуляторов электроэнергии.

Структурная схема блока питания датчика

АЦП1 АЦП2

1ном=Ю-150А

Импульсный стабилизатор

Рис.7. Структурная схема блока питания датчика тока.

Аналоговая измерительная часть датчика предназначена для регистрации магнитного поля, генерируемого фазными токами ЛЭП, и электрического поля, генерируемого линейными напряжениями. Она состоит из магнитной и электрической антенн, усилителей каналов «КЗ» и «033», фильтров и выпрямителей. Регистрация электрического поля (канал «Обрыв») позволяет фиксировать время включения и отключения ЛЭП.

Два частотных фильтра выделяют основную гармонику промышленной частоты, большая амплитуда которой характеризует аварию типа междуфазное КЗ, и высшие гармоники промышленной частоты, большая амплитуда которых характеризует аварию типа 033. С целью анализа аварийной ситуации замеряются осциллограммы с помощью анапогово-цифрового преобразователя (АЦП) микроконтроллера. Частота дискретизации АЦП равна 4,4 кГц. Длина каждой осциллограммы составляет примерно 23 мсек.

Цифровая часть датчика состоит из микроконтроллера типа Atmega644P и внешних периферийных устройств.

Датчики передают собранную информацию о параметрах нормального и аварийного режима на компьютер диспетчера энергосети с помощью СБМ-модема, где она визуально отображается в программе ПОИК.

С 01.06.2009 по 13.10.2010 в Филиале ОАО «Сетевая компания» Казанские электрические сети проходили опытную эксплуатацию датчики тока в составе 6 штук. За это время произошло одно межфазное короткое замыкание и несколько случаев самоустранившихся однофазных замыканий.

Опытная эксплуатация датчиков тока показала их работоспособность и помехозащищенность, а также подтвердила правильность выбора основных технических решений. Датчики надежно регистрируют факты включения, отключения ЛЭП, межфазные КЗ и 033.

5. Новый способ определения поврежденной фазы при аварии типа ОЗЗ, основанный на временном сравнении положения всплеска тока относительно максимума нагрузочного тока.

Временное запаздывание или опережение всплесков тока при аварии типа 033 относительно максимума нагрузочного тока позволяет сделать вывод о том, какая фаза является поврежденной. Например, при аварии типа 033 на рис.8 скачок тока, отстает от максимума на1рузочного тока на угол от 95,4°. Зная, что датчики размещаются на фазе В, т.е. магнитная антенна наиболее близко расположена к этой фазе, можно сказать, что измеряется лишь нагрузочный ток фазы В. Поэтому при отставании скачков тока от максимума нагрузочного тока на вышеуказанный угол поврежденной фазой является фаза С, которая отстает от фазы В на 120 градусов.

Рис.8. Форма тока, зарегистрированная датчиком тока.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработан новый способ ОУП при дуговых ОЗЗ, 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 ОЗЗ, заключающийся в фиксации контура протекания аварийной составляющей тока замыкания на землю путем одновременного измерения первой производной тока в начале линии и на ее отпайках.

В результате моделирования ОЗЗ разработан способ определения нормальных (величина фазной емкости) и аварийных (величина переходного сопротивления) параметров системы при аварии типа ОЗЗ, проведена оценка длительности всплесков тока, обусловленных процессами разряда емкости поврежденной фазы и дозарядом емкостей неповрежденных фаз.

Впервые разработан автономный микропроцессорный датчик тока, регистрирующий аварийные параметры режима, питающийся электроэнергией фазного провода по впервые предложенной схеме блока питания с ТТ, использующий беспроводные каналы связи для передачи информации на компьютер де-

журного диспетчера, что позволяет сократить время поиска места повреждения. Конструкция датчика защищена патентом на изобретение.

Опытная эксплуатация системы сбора нормальной и аварийной информации на основе разработанных датчиков в составе шести штук в ОАО «Сетевая компания» показала работоспособность датчиков и подтвердила правильность выбора основных технических решений.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1) Патент 1Ш 2 372 624 С1 (Российская Федерация). Способ определения места однофазного замыкания в разветвленной воздушной линии электропередач, способ определения места междуфазного короткого замыкания в разветвленной воздушной линии электропередач и устройство контроля тока и напряжения для их осуществления / Авторы Хузяшев Р.Г., Кузьмин И.Л. МПК вОЖ 31/08 (2006.01) - Опубл. в Бюллетене №31, часть 4, 2009 г., с. 931 - 932

2) Хузяшев Р.Г., Кузьмин И.Л. Топографический датчик, регистрирующий параметры нормального и аварийного режима в ЛЭП. Электрика-5-2008,с.36-37

3) Хузяшев Р.Г., Кузьмин И.Л. Разработка программно-аппаратного комплекса, реализующего алгоритм определения места повреждения в ЛЭП с изолированной нейтралью. - Энергетика Татарстана, 2008, №1(9),с.97-99.

4) Хузяшев Р.Г., Кузьмин И.Л. Анализ экспериментальных результатов измерения тока при однофазном замыкании на землю. // Материалы докладов VI Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения», 1 том, Казань, 2011 г. с.37-38.

5) Хузяшев Р.Г., Кузьмин И.Л. Разработка алгоритма функционирования канала ОБМ-связи топографического датчика // Молодежь и наука: реальность и будущее: Материалы П Международной научно-практической конференции, том VIII, Невинномысск, 2009. с.386.

6) Хузяшев Р.Г., Кузьмин И.Л. Удаленное программирование микроконтроллерного датчика тока. // Материалы докладов IV Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения», 1 том, Казань, 2009 г. с.30-31.

В журналах по списку ВАК:

7) Хузяшев Р.Г., Кузьмин И.Л. Блок питания на основе трансформатора тока с микропроцессорным управлением// Электротехника. - 2009.-№4. - с.28-34.

8) Кузьмин И. Л., Хузяшев Р. Г., Хаьсимов Ш. 3. и др. Информационно-измерительное устройство для определения участка повреждения линий электропередач//Датчики и системы. -2011.-№7. - с.43-47.

Подписано к печати 11.11.2011г. Формат 60x84/16

Гарнитура «Times» Вид печати РОМ Бумага офсетная

Физ.печ.л. 1.0 Усл.печ.л. 0.94 Уч.-изд.л. 1.0

Тираж 100 Заказ № keil В

Типография КГЭУ 420066, Казань, Красносельская, 51 16

Оглавление автор диссертации — кандидат технических наук Кузьмин, Игорь Леонидович

Введение 2011 год, диссертация по электротехнике, Кузьмин, Игорь Леонидович

Заключение диссертация на тему "Способы определения участка повреждения в распределительных сетях 6-35 кВ на основе автономных датчиков тока"

БиблиографияКузьмин, Игорь Леонидович, диссертация по теме "Электротехнические комплексы и системы"