автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Электрический метод контроля разветвления кабельной сети при однофазных замыканиях

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ой

^ а (В г^]

Бнконі Жерве Арсен Маісср (Конго)

УДК 621.316.1.027

ЕЛЕКТРИЧНИЙ МЕТОД КОНТРОЛЮ РОЗГАЛУЖЕНОЇ КАБЕЛЬНОЇ МЕРЕЖІ ПРИ ОДНОФАЗОВИХ ЗАМИКАННЯХ

Спеціальність 05.11.13 - Прилади і методи контролю та визначення складу речовин

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Харків - 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі "Передача електричної енергії” Харківського держ; політехнічного університету Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, професор

Гуль Віктор Іванович,

Харківський державний політехнічний університет, професор кафедри "Передача електричної енергії".

Офіційні опонентьі: доктор технічних наук, доцент .

Набока Борис Григорович, .

Харківський державний політехнічний університет, професор кафедри "Електроізоляційна і кабельна техніка".

кандидат технічних наук, '

Толсггіков Микола Григорович,

Державний військовий інститут Національної Гвардії Україні доцент кафедри.

Провідна установа: Національний технічний університет України

«Київський політехнічний інститут»,

Міністерство освіти і науки України, м. Київ.

Захист відбудеться 2000 року о _____________ годині на зас

спеціалізованої вченої ради Д64.050.09 у Харківському державному політехні університеті за адресою: б Ю02..М- Харків, вул. Фрунзе, 21.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського держа політехнічного університету.

Автореферат розісланий " ІЛ • бґ .2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Електричні мережі високої напруги складають в різних країнах від до 70% всіх мереж, тому проблема підвищення надійності їх функціонування, іеречно, актуальна. Зокрема це стосується України, де внаслідок напруженого паливно-)гетичного балансу, малої щільності навантажень на лінію виникла проблема япечення надійності резервування енергопостачання. Ліквідація аварій в мережах жої напруги займає багато часу. Наслідки аварій залежать також від характеру ринкових ошень між виробником (постачальником) і споживачем електроенергії, від рівня ізпеченості матеріалами і транспортом ремонтних підрозділів, від ступеня зносу іентів мережі. В цих умовах особливо важливого значення набувають планово-;реджувальні ремонти мереж. Обгрунтований вибір ділянок мережі для першочергового лючення і ремонту повинен опиратися на тривалі спостереження за станом ізоляції яьної мережі. Для неї характерні повільні процеси старіння, свідченням яких є зткочасні дугові однофазні замиканця на землю (033) (так звані «клювки», поштовхи), и передують остаточним замиканням. Своєчасне відновлення ізоляції саме в місці її кового пошкодження дозволяє виключити в майбутньому раптову появу тривалого 033 икнути великих збитків. Для цього необхідні дослідження з метою обгрунтування і юбки методики автоматичного визначення місцеположення однофазного замикання в >чому режимі кабельної розгалуженої розподільчої мережі високої напруги ще на в ітковій стадії процесу замикання. Відзначимо, що фіксація початкових стадій замикання іхідна також для наступного визначення як нестійких, так-і усталених замикань.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана на кафедрі :редача електричної енергії" Харківського державного політехнічного університету у звідності з планом дослідної роботи кафедри із урахуванням рекомендацій Харківського рисмства електричних мереж (лист ХПЕМ від 16.06. 97р.).

Мета і задачі дослідження. Мета роботи визначена як обгрунтування принципу матичного контролю місцевого дефекту типу однофазного замикання на землю в діючій льній мережі високої напруги шляхом імпульсного зондування протягом першого гріоду перехідного струму замикання.

Для досягнення мети необхідно вирішити наступні задачі:

1. Розробити метод імпульсного зондування місця 033 в діючій розподільчій мережі кої напруги під час природнього замикання означеного типу, а саме в початковій його її. Це забезпечить визначення дистанції від джерела зондуючого імпульсу до місця кту незалежно від фактичної тривалості режиму замикання.

2. Обгрунтувати математичну модель для дослідження вірогідності визнані місцеположення 033 в розгалуженій мережі по методу багаторазового відбиття. Мо, повинна забезпечити підвищення якості інформації, на основі якої визначається чаї приходу очікуваного відбитого сигналу.

3. Запропонувати розрахункову модель для оцінки деформації форми імпу. напруги в лінії з втратами- при урахуванні поверхневого ефекту з метою вибору відпові, форми і амплітуди зондуючого імпульсу.

4. Розробити принципову схему високовольтного генератора, що автоматі: створює в трьох фазах мережі зондуючий імпульс в момент першого півперіоду перехіді струму замикання.

5. Синтезувати функціональну схему пристрою для визначення місця замикг шляхом автоматичної роботи в мікросекундному діапазоні часу.

В дослідженнях застосовувались методи класичної теорії лінійних і нелініії електричних кіл із додатками формалізованих засобів їхнього аналізу. Викона досліджень і використання отриманих результатів орієнтоване на широке застосува універсальних засобів перетворення інформації.

Наукова новизна одержаних результатів:

1. Обгрунтована можливість застосування імпульсного дистанційного мет визначення місця пошкодження в діючій розподільчій кабельній мережі високої напруг ізольованою або з резонансно заземленою нейтраплю) в початковій стадії одноразов 033, що виникає природньо.

2. Доведена можливість визначення відстані від джерела зондуючого імпульсу

місця 033 в мережі з одним вузлом (точкою галуження) і кількома радиальньїми лініями, відходять. Відзначені відповідні обмеження на випадок ідентичності хвильо характеристик окремих радиальних ліній і збігу часових діаграм при 033 в окре радіусах. ...... .

3. Встановлена можливість використання спрощеної схеми заміщення мережі | врахування місцеположення 033) для оцінки перехідного струму 033 і вибору моме імпульсного зондування.

4. Досліджені питання аналізу і синтезу розрядного контуру генератора імпульс напруг (ГІН) для використання фронтового резистора як еквівалента корисн навантаження.

5. Показано, що шляхом попарного виднімання скорегованих імпульсних відбит отриманих при посиланні зондуючої хвилі одночасно в три фази мережі, можна зна: пошкоджену фазу. Ефективне виділення інформації саме від місця дефекту досягаєт

лідок компенсації відбитків від місць дискретної зміни хвильових параметрів здорових юк мережі.

6. Розроблено алгоритм контролю графа заступиої схеми мережі з метою виявлення по перехідним струмом, що реєструються в вузлах розгалудженої мережі.

Результати роботи розглянуті у Харківському підприємстві електричних мереж ієни 1997р., жовтень 1998р.) і отримали принципове схвалення. Розробоки з дисертації ристані в лекційних курсах та в дипломних роботах.

Вірогідність наукових положень дисертаційної роботи, що реалізувалися у маточних моделях, алгоритмах і програмах, підтверджується коректним використанням ічної теорії електричних кіл, обгрунтованістю прийнятих допущень і задовільним м результатів рішень тестових задач з результатами, відомими з публікацій інших зів.

Практичне значення одержаних результатів. Рекомендовано на підставі факту рації і визначення місцеположення в мережі короткочасного 033 виконувати місцеве нжне профілактичне відновлення послабленої ізоляції з метою поліпшення показників ності функціонування мережі, обмеження очікуваних збитків від перерви ропостачання і витрат на ремонтно-відновлювальні роботи. Розроблена на основі іаних досліджень принципова схема пристрою визначення місця (ПВМ-ОЗЗ), тобто нції від центру живлення до місця 033. Запропонована послідовність отримання оцінки со-економічного ефекту, що досягається при впровадженні ПВМ-ОЗЗ в мережі, що гься. Перспективность такого впровадження відзначена Харківським ПЕМ після >ації результатів дисертаційної роботи. Основні результати досліджень орієнтовані на юстання в кабельній мережі, разом з тим принципово можливо застосувати розробки в овольтних мережах з повітряними лініями. Необхідні доопрацювання зумовлюються ими потенціалами фаз, збільшенням хвильових швидкостей в повітряних лініях, ивостями конструкції ГІН і пристроїв прийому з ліній відбитих хвиль, атмосферними апругами. Математичні моделі для розрахунку багаторазових відбиттів з урахуванням іня хвиль у складних по конфігурації мережах, відповідні алгоритми і програми мають : методичну цінність для навчального процесу.

Особистий внесок здобувача в наукові результати роботи є:

- В розробці прннципа використання імпульсного метода визначення місця ідження в першій півперіод несталого струму 033 в мережі з малим струмом такого ання.

- В створенні методики проведення імпульсного зондування та обробки його .татів для виміру дистанції до місця 033.

- В розробці алгоритмів і програм розрахунку багаторазових відбиттів в мережі вузлом галуження, визначення напрямку на місце 033 шляхом аналізе напрямків струмі: окремих приєднаннях, розрахунку деформації імпульса тощо.

- В експеріментальному дослідженні схеми ГІН з обмеженим часом запізнення.

- В розробці структури автоматизованої комп’ютерної системи для визначеі місцеположення виникнення 033 в розподільчій мережі з галуженням.

Основні положення, винесені на захист. '

- Метод імпульсного зондування місця 033 в діючій розподільчій мережі висо напруги в початковій стадії несталого процесу природнього замикання вказаного типу.

- Математична модель для дослідження вірогідності визначення по мет багаторазових відбиттів місцеположення 033 в мережі з галуженням. З метою підвище рівня змісту корисної інформації в моделі викорастаний запропонований в роботі ме різнецевих діаграм,

- Розрахункова модель спрощеної оцінки деформації форми імпульса напруги в лін втратами. Модель враховує поверхневий ефект. Обгрунтована форма і ампліт зондуючого імпульсу.

- Принципова схема генератора високої напруги, що створює автоматично зондую імпульс в трьох фазах мережі у наперед визначену фазу першого півперіоду несталого стр 033.

- Функціональна схема пристрою визначення місця замикання (ПВМ-ОЗЗ). Сх передбачає автоматичне функціювання в мікросекундному, діапазоні часу, використа елементів сучасної електронної бази та видачу кінцевих результатів на дісплей диспетчера мережі.

- Методика адаптації ПВМ-ОЗЗ у конкретну рекомендовану мережу. Показано, найбільш загальним варіантом конфігурації для розподільчих мереж високої напруї складна магістраль, тобто мережа,із багатьма вузлами галуження. Для такого варі; розроблено алгоритм вибору ділянки мережі з дефектом. Алгоритм спирається на тес розпізнавання образів.

Апробація результатів і публікацій. Результати досліджень, наведені в дисертації, о мали по результатах апробації позитивну оцінку (лист Харківського ПЕМ, N01-12-118! 16.10.98р.), де відзначене включення розробок в перспективний план розвитку кабел мережі. Результати доповідалися на міжнародних конференціях: [7; 8; 9] в Харкові, ХД] [10; 11] - по нетрадиційним електромеханічним і електричним системам в Алушті (Кг Щорічно (1996-1998) робота розглядалася на кафедрі "Передача електричної ене Харківського державного політехнічного університету.

Структура дисертації включає вступ, чотири розділи основної частини, висновки, ок джерел ,що використалися і шість додатків. Повний обсяг дисертації складає 168 іінки, в тому числі 149 сторінок з 61 ілюстраціями і 19 сторінок додатків. Наведено 8 гидь. Список літератури включає 46 позиції на 5 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

Розділ перший. Цілеспрямований аналіз численних сучасних літературних матеріалів юлив прийти до наступного. Основною, (82-5-90)%, причиною експлуатаційних відмов гтропостачання в кабельних розподільчих електричних мереж високої напруги є ікоджения ізоляції кабелів. Наприклад, спостереження (8460 км.років, ин =б-г10 кВ) ть число відмов на 100 км довжини кабельної лінії відповідно при робочій напрузі і при робуваїшях: ціле місце 5,07 і 4,31; муфти 1,23 і 0,99; кінцеві обробки 2,49 і 15,2. Зростання ваяості експлуатації збільшує відмови при випробуваннях. Стійким замиканням при очій напрузі передують численні короткочасні дугові замикання (клювки, поштовхи) із .ііпом існування до 0,01с. По даним Шалити Г. М. в 55% випадків сталому замиканню гдують І клювок; в 32% - 2 клювки; в 13% - від 3 до 10 клювків. Між черговим клювками (іває значний час: в 25% випадків інтервал складає від 10' до 60'; в 23% - від 1 до 10 діб; в

і - більше 10 діб. Ізоляція немов-би попереджає про наближення ненавмисного замикання ережі. В основному мають місце однофазні замикання на землю, в рідких випадках •іблизно 8%) 033 переходять в двухфазові ЬСЗ або через землю і характеризуватимуться аметрами аварійного режиму. Сучасні влаштування релейного захисту, наприклад ІСЗ, :трують факт клювка в лінії, але не визначають місце замикання. Із числа можливих для ельної лінії засобів визначення місця пошкодження з точки зору вигоди використання оматизації перспективним є дистанційний імпульсний засіб локації. Засіб ефективно ористовується на підготовлених дільницях мережі (прилади фірми ЗсЬа Оупаїгопіс); цювання пробою в ізоляції при посиланні високовольтного імпульсу в мережу ,іцо ліджується без накладення на робочий режим, розширює застосування імпульсного оду. Істотньо, на результативність інтерпретації даних імпульсної локації суттєво впливає [фігурація мережі і в окремих випадках дослідники зупиняються тільки на оцінці радіусу, іежах якого певно знаходиться місце пошкодження. Здійснення контролю в робочому симі мережі за появою місцевих кумулятивних ослаблень ізоляції у вигляді гаткочасового пробою дозволяє в межах вже існуючої автоматизованої системи ггралізозаного керування мережею досягнути підвищення якості електропостачання, іак для цього систему слід доповнити приладами і схемами, що дозволять визначати цеположенкя навіть випадкових 033 у формі клювків або поштовхів в мережі.

Розділ другий. В випадку електричного імпульсного зондування ділянка електрич: мережі представляється системою окремих ліній, в межах цих ліній хвильовий опір швидкість V розповсюдження хвилі і згасання електромагнітного сигналу приймают відомими, також як і характерні місця сполучення типу муфт і кінцевих обробок кабел підключенням зосереджених електричних навантажень. Визначимо як реальний об' застосовування результатів дослідження типову кабельну розподільчу мережу висо напруги міста. Потужна підстанция центра живлення дає енергію розподільчім пунктам Р далі по схемі напівпетлі трансформаторним пунктам ТП. При появі нових підприємстві і невеликих груп будинків для їхнього електропостачання будують нові ТП, приєдна такого ТП до одного з наявних пунктів робить останній розподільчим ТП, або РТП. З чаї число муфт в мережі збільшується. .

В межах однорідної лінії зміна в часі і по її довжині напруги и (Ч, х) описуст телеграфним рівнянням. Його рішення за відсутності втрат було отримано ще Даламберс вигляді бігучих хвиль. Вважаючи можливим застосування метода суперпозиції, для оп хвильового процесу у вузлі з декількома приєднаними лініями використовується прав еквівалентної хвилі із виділенням хвиль відбитих та заломлених. Проходження хі прямокутної форми з лінії 2і на лінію з повз ємності С в вузлі створює заломлену хвилі

= иаг1{г1+^)-‘ .(і-ехр -і^+їХ^су1).

Вхідна ємність силового трансформатора в ТП складає (700-5-1000) пФ, тоді типових для силових кабелів Z=(2(H-40) Ом тривалість відбивання хвилі від вузла досягає мкс. Це дозволяє в першому наближенні не враховувати в системі відбитих хвиль трансформатори. Варіант схеми з розгалудженням для аналізу відбитгів і заломл реєстрованих приймачем її при посиланні зондуючого імпульсу ЗІ, показаний на ри Дефект Б можливий в одному із вузлів (2; 4; 6).

Рис. ] Варіант базисної схеми з розгалудженням для аналізу відбитих і заломлених хвиль.

По термінології каналов зв’язку мають місце дра види лінійних спотію] експоненціальні та ехо-спотворення. В останньому разі на основний сигнал накладаються ехо-сигнали із зменшеною (амплитудою) а* та зміщені на тг . результуючий сигнал представимо як

у(і) = Х(і) + 2>4А'(/ + г*) .

(2)

При відомому спектрі 5д(Д2) зондуючого сигиала ехо-спотворений сигнал іачається інтегралом Фур’є:

у{і) = (2я-)-‘. І^(/Ш І+2>^" •

і

л

(3)

Відомий також другий метод урахування ехо-сигналів, тобто метод бігучих хвиль, або зд Даламбера. Рішення телеграфних диференційних рівнянь лінії можна трактувати як гему прямої ІГ та зворотньої 11" хвиль у точці лінії, де хвильовий опір змінюється від 2і 'г. Для набігаючої хвилі и рішення дає:

Застосування методу Даламбера наочне і відносно просте в лініях без втрат, іхування втрат припускає використання функцій Бесселя. При вводі у схему (т.1 по рис. 1) чбкоподібиої функції

икає перехідний процес. По типу ехо-сигналів процес розглядається за допомогою сітки аторазових відгалужень. Так, напруга м,(г) при дефекті в т.2 ступінчасто змінюється іно сумі:

Результат вводу в т.1 прямокутного імпульса довжиною т отримаємо як суму виразів іу (6) із протилежними знаками та з зсувом на т. Результати відповідних розрахунків ?ані на рис.2. '

Виділити дефект вдається саме на різницевих рефлектограмах (ркс.2 <і, е). Відзначимо, момент появи першого відбиття (індекс 1) протилежної (проти ЗІ) полярності тктеризує електричну відстань х від точки 1 до дефекту. Окремий випадок, коли можливі іакові т при наявності дефекта в т. 4 або в т. б, вимагає для уточнення положення дефекту ілізу других вїдбиттів (індекси 2). В розробленому алгоритмі використовується рівняння з оригіналом, внаслідок чого знімаєтья вказане обмеження. В разі низького рівня вторного відбиття загострюється питання підвищення співвідношення корисний 'ная/шум, особливо в мережі із багатьма вузлами розгалужень. Запропоновано доповнити

и' = и.а = и.72^ +2^',

(5)

*і(ї) — *$2\{} *2і) + а<н • ' Ргг' аг\* ^іо(*

І-1] *Сї0І - а,2 * ■ сс10 • • АзО ~ ®оі * аіх * * ^гз * Аз ‘ * ^чо(/ ~ ~

І- ...

вимірювання х аналізом напрямків струмів нульової послідовності в окремих лініях ме Розглянута трифазна мережа із кількома приєднаними пініями (1.2, 3,...). Комш провідності фаз на землю ліній позначимо К,, У2 ... Далі припустімо, що має замикання фази А ліній 2 на землю (£>). З'являються струми нульової послідовності (/01 ...) і поперечні струми (ІІА>1\В'ІїС>Ігл — )• Напруга нейтралі мережі Ц_КІ порівнюет напругою Ц,а нульової послідовності із зворотнім знаком. Після перетворень знаходимс

* 2,0 = Шу;; і20 = и0(т2 - БХ); із» = ШХз •

Згідно (7) струм нульової послідовності в лінії із замиканням на замшо найбілм має зворотню полярність відносно відповідних струмів в здорових лініях. Ця ознака на; вказує лінію з дефектом. Можливість виміру струмів підвищених частот (біля 1000 Гц і і за допомогою серійних трансформаторів струму (як кабельних, так і в схемах філ струму нульової послідовності у вигляді двобічної зірки) доведена нами окремо.

и„ ь . І

*ЇГ

ГЦ ЕГ

НІ

25 СР

5і

52 t, мкс

КЗ

72

15 і 5J 20 7» ’

15

25 t, мкс

25 t, мкс

Рис.2 Часові діаграми відбиттів у разі, коли генератор у т.1:а - дефект (D) в т.б; b- L т.4; с - дефекта немає; die- відповідно різницеві діагралт при D в т.б та D в т.4.

Розділ третій. Момент посилання зондуючого імпульсу визначається за формою зехідного струму 033. В реальній мережі частота вільної складової перехідного струму отньо виїде робочої частоти. Згідно гіпотези В. Петерсена дуга перехідного струму іалюється один раз за півперіод при максимумі робочої папруги і згасає при першому хходжепні струму через нуль. Петерс і Слєпян визначаютьтасіння перехідного струму при

іі струму робочої частоти о>. Біляков М. М. зв'язує момент гасіння дуги 033 з чинником ловлення електричної міцності проміжку. Як гіпотези, так і експерименти (Ліхачев Ф. А.) начають струм в місці 033 як згасаючий. Тому зондування протягом саме першого періоду перехідного струму дозволяє обійти проблему впливу повторних замикань на начеты відстані до місця дефекту. Форма перехідного струму залежить від параметрів ії і місця 033. Аналіз показує, що безпосередньо після 033 ємності здорових фаз і '.фазові ємності за надто короткий час в хвильовому режимі перемикаются на паралельне лучення. Після цього починається процес обміну зарядами з частотою оп цих з'єднаних :остей через еквівалентну індуктивність з виходом в результаті на квазіусталений режим

5. Струм іп при появі дуги у пошкодженій фазі при напрузі им можна визначити так:

( г , ' ,.Л-| \

,(8)

2^і^1 - 'І ^ • ехр^- /?(2/.)~' • + Юд)°’5 - со С5Іпса і

де 8~В$ї)~1-,ап = (2£)'а'5.

В (8) індуктивність Ь визначається, в основному індуктивностю Ьт розсіяння «форматора живлення мережі, оскільки для кабеля індуктивність петлі прямого і 5отаього струму 033 небагато менше Ьт. Ємність С=ЗСо, де Со ємность фази на землю, істор Я прийнятий відповідний хвильовому опору. Відзначимо, що для реальної мережі відношення амплітуд перехідного і„ та усталеного (Іуозз) струмів близько до відношення частот соп • 0)~х. Задовільна стабільність зондування досягається тоді, ііп ~ (3 -г 5)іу033. До цього моменту згасають струми 033 хвильової стадії і можливі зткі кидки струму внаслідок несинхронних комутацій вимикачем окремих фаз.

Ефективність методу рефлектограм залежить від надійності вимірів проміжків часу Дт :рийому відбитого сигналу і визначення величини швидкості V розповсюдження хвиль, іаченкя Дт припускає використання характерних озйак прямої і відбитої хвиль, шклад, відповідних моментів іх амплітуд або початків імпульсів. Треба врахувати також >рмації відбитого імпульсу. В лінії з втратами для опису напруги и(х, і) в разі юкутного зондуючого імпульсу застосовуються беселеві функції першого роду першого їдку. При більш складних формах імпульсу, наприклад, за законом гіперболічного

сінуса, застосовується інтеграл Дюамеля. Ускладнення виникають також при спр врахування залежності від частоти ї розподілених параметрів лінії: із зростанням f інтервалі від 103 до 10і Гц) швидкість розповсюдження V в силовому кабелі змінюється монотонно в межах У=(0.60т0,85)с, де с - швидкість світа. Замінимо відрізок л

чотириполюсником, еквівалентним на частоті їпа' тф ^ , де Тф - тривалість фро

зондуючого імпульсу. Тоді буде враховане явище поверхневого ефекту, внаслідок як визначальною стає величина внутрішнього опору лінії: .

де г ~ ;

ц - магнітна проникність; % - питома електропровідність.

Визначення перехідної функції для екранованого омічного подільника напруги пс М. Ашнеру може бути задовільно вирішене із використанням заступної схеми у виг. чотириполюсника. При напрузі на початку лінії «, = л(ехр(- аі) - ехр(- Ьі)) напруга 11г на кінці лінії має форму

щ = А^[ех р(- аі) - ехр(- //)) - л(ехр(- Ьг) - ехр(- //))),

де 1 = 0,5Я1:' т|о,25(Ж1)2-(ІС)'1)0,5; т=\-а.Ґ\ я = 1-6.Г'.

Результати розрахунків загасання хвилі подані на рис.З: Короткий імп деформується більш значною мірою, причому площа перетину кабеля менше вплива деформацію імпульсу порівняно з його довжиною. Амплітуди прямого і відбитого імпу; не слід використовувати для розрахунків Лт. В умовах невизначеності моменту поч імпульсу практично реального характерною ознакою стає досягнення напругою х опорної величини ІГоп, причому із зростанням т ф моменти досягнення иоп на падаю' відбитій хвилях зближуються. Зближення має місце і при зниженні рівня иМІ . застосуванні підсилювача для відбитої хвилі співвідношення сигнал/шум не зміниться, деякому заданому рівні и0и збільшення амплітуди імпульсу знижує похибку вимірії Таким чином, бажана форма зондуючого импульсу характеризується фрої Тф = (0,5 -г і) мкс, трівалістю тх и (5 -г 10) мкс; а амплітуда його и» може сягати ]

амплітуди и„оМ мережі. При цьому не виникає небезпечних перенапруг на відкритому кабелю, зате вельми вірогідне ефективне зменшення перехідного опору в місці дугового1

Рис. З Згасапт хвилі вздовж кабелю довжиною х:

А:Гф/тх 0.5/5мкс; б:Гф/тх О.І/О.Змкс; 1 - х-0; 2 - х=1 км, 5=240 мм1; 3 - х=1, 8-95мм2.

Запропонована схема, що формує зондуючий імпульс одночасно в трьох фазах мережі ис.4). Накопичувальна високовольтна ємність С* початково заряджена. Після пробою іфового проміжку ІП Ск починає розряджатися через паралельно включені ланцюги Я,, і Са - 213, де Ъ відповідає хвильовому опору фази. Конфігурація розрядного контура іівпадає з відомою схемою генератора імпульсних напруг при ємнісно-омічному шантаженні. Проте принципова відмінність полягає в формуванні імпульсу на фронтовому :зисторі такої схеми.

Напруга, що повторює у деякому масштабі форму струму 033, подається з фільтру НП (рис.4) на блок узгодження БП, в який вводиться опорна напруга иол і де формується ігнал керування. Для запуску ПН-а з малою затримкою відносно сигналу керування істосовано газонаповнений керований прилад ІФК-І20. При цьому час затримки не їревищиує 5 мкс.

'пс.4 Підключення генератора імпульсів і дільників до розподільчим мережам високої напруги .

Розділ четвертий. Контроль появи випадкового у часі і за місцем пробою ізоляції іаза-оболонка кабелю в реальній мережі повинен здійснюватися тільки автоматично. Методика синтезу дозволила створити загальний алгоритм, що враховує ідентифікацію ежиму 033 в першому півгіеріоді перехідного струму, посилку і прийом високовольтного мпульсу напруги для рефлектограм.-Алгоритм реалізований в функціональній схемі прилада

визначення місцеположення 033 (ПМВ-ОЗЗ) в мережі. Особливістю мережі як об'єк дослідження с складність її конфігурації з багатьма вузлами, що характеризується магістраль з розгалуженням на відгалуженнях (рис.5).

Рис.5 Варіант схеми мера/сі з багатша вузлами.

Місце появи 033 на схемі мережі випадкове, відповідно випадковим є направлен граф з струмами в гілках, орієнтованими на місце 033.

Схема ПВМ-ОЗЗ (рис. 6) має слідуючі основні блоки: блок визначення відстані місця 033 (БВВ) встановлюється на живлячій мережу підстанції і виставляє диспетчеру д: про пошкоджену фазу, розраховує відстань до 033 і формує граф на місце замикання основі аналізу інформації від блоків виявлення лінії зі зворотним струмом (БВВЛ) і в р; необхідності може вказувати місцеположення 033 на плані міських кварталів.

В дисертації наведені варіанти принципових схем пристроїв порівняння сигналів 3 4 (ППСФ), визначення адреси пошкодженої фази (ПАПФ) і пуску (ПП), а також лічильнії імпульсів (ЛІ) і генератора опорної частоти (ГОЧ). Частота ГОЧ і АЦП на рівні ЗО М теоретично забезпечує розділення до 5 м по довжині кабеля, тобто на рівні можлнвост топографічних засобів визначення місця пошкодження. Аналіз показує, що можли невизначеність варіацій швидкостей розповсюдження хвиль на дільницях мережі практич знижує розділення в декілька раз; однак оскільки розміщення в мережі місць з віднос підвищеною аварійністю ’ (муфти, кінцеві обробки) визначено заздалегідь, в багать випадках 033 достатньо розрізняти такі місця по довжині кабеля.

Адаптація ПМВ-ОЗЗ в конкретну мережу розглянута на прикладі дільниці місьі мережі ХПЕМ (м. Харків). Секції шин живлячої ПСТ 110/6 кВ мають ряд приєднань, в то числі лінії в близькі РП. Наявність струмообмежуючого реактора на початку лі приєднання визначає як об'єкт зондування мережу, розташовану нижче (по пото потужності в нормальному режимі) реактора.

Підстанція 1

В режимі 033 на одному з приєднань повний ємнісний перехідний струм частково еежується реакторами як івдухтивностями продольної компенсації. Показано, як раховувати хвильові параметри конкретної мережі, в тому числі елементів ємнісних іників фаз; обгрунтовані рекомендації по застосуванню фільтрів для підключення БВВ.

• висновки ;

1. Розроблена методика автоматичного контролю появи в розподільчій мережі окої напруги місцевого дефекту типу 033. Характерною особливістю її є визначення цеположення 033 імпульсним методом у першому півперіодї перехідного струму нульової лідовності з подальшим визначенням типу 033 (пробой у формі клювка, періодично (Икаюча дуга, тривале замикання). Вирішена задача аналізу багаторазових відбиттів дуючого імпульсу для ідентифікації місця 033 дистанційним методом в розгалуджених >ежах.

2. Визначені основні чинники, що визначають похибку методики: а) відсутність

5ивання саме від місця 033; Ь) похибки даних про хвильові швидкості для окремих ліній >ежі в графі на місце 033; с) похибки виміру часу згасання хвилі відбиття від 033. і адова першої похибки обмежується використанням запропонованого в роботі метода кицевих діаграм; складова другої похибки корегується шляхом контрольних периментів. Третя складова частково компенсується при збільшенні частоти ГОЧ і АЦП, особливо суттєво при малих дистанціях до 033. .

. 14 :

3. Розроблені положення по адаптації ПВМ-ОЗЗ в конкретну мережу: визначен рівнів пороговых сигналів, попередня оцінка визначення місця пошкодження математичній моделі мережі і задача контрольних вимірів при фіксованих місцях 02 варіанти принципових схем блоків та пристроїв ПВМ-ОЗЗ.

4. Найбільш перспективним є впровадження розробок в кабельну мережу резервуванням на високій напрузі та з автоматичним виділенням дефектної лінії. Тоді ст економічно виправданим підвищення надійності експлуатації за рахунок позапланово профілактичного ремонту по даним визначення місця пошкодження при 033. У випад промислових підприємств слід мати на увазі відносно короткі лінії і замикання електричних машинах високої напруги.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ ПРАЦЬ

1. Бикоий Ж.А. Алгоритм выявления поврежденной линии при однофазні замыканиях в разветвленной кабельной сети..Вестник ХГПУ. Выпуск 55, ХГПУ, 1999. - с.! 82. .

2. Бикоий Ж.А. Определение дистанции до однократного 033 для модели сети ветвлениями. Вестник ХГПУ. Выпуск 58, ХГПУ, 1999. - с.59-62.

3. Бикоий Ж.А. Функциональная схема устройства дистанционного определения линии местоположения 033 на начальной стадии замыкания. Вестник ХГПУ. -Выпуск : Харьков, 1998. - с.33-37.

4. Гуль В.И., Бикоий Ж.А. Ограничение погрешности эхолокации из-за деформац импульса напряжения в линии с потерями. Вестник ХГПУ. -Выпуск 14, Харьков, 1998. - с.< 49.

5. Смилянский И.И., Бикоий Ж.А., Гуль В.И. Особенности принципиальной схеї УОМ-ОЗЗ, обусловленные расширением автоматизации распределительных сетей. Вести ХГПУ. -Выпуск 25, Харьков, 1998. - с.38-43.

6. Бикоий Ж.А., Гинзбург А.М., Гуль В.И. Использование микропроцессоры устройств для регистрации кратковременного 033 в распределительных сетях 6-35 і Вестник ХГПУ. Выпуск 10, Харьков 1998г. - с.82-84.

7. Бикоий Ж.А., Гуль В.И. Сигнализация в распределительном пункте с помощ трансформаторов тока появления однофазного замыкания на землю в одном присоединений. Информационные технологии: наука, техника, технология, образован здоровье: Сборник научных трудов ХГПУ. Выпуск 6, Ч.1.- Харьков, 1998. - с.470-474.

8. Гуль В.И., Бикоий Ж.А. Особенности применения автоматической импульси локации 033 с учетом конфигурации городской сети ВН. Информационные технолог]

аука, техника, технология, образование, здоровье; Тр. Междунар. Науч.-техн.конф., арьков, 12-14 мая 1997 г. 4.5. -с.246-250.

9. Бикоий Ж.А., Гуль В.И. Локация прямоугольным импульсом из точки ветвления ти и алгоритм распознавания места и характера 033 в линии без потерь. Информационные хнологии : наука, техника, технология, образование, здоровье: Тр. Междунар. Науч,-хн.конф., Харьков, 12-14 мая 1997 г. 4.5. -с.232-236.

10. Бикоий Ж.А., Гуль В.И. Выбор момента зондирования высоковольтной кабельной

ти при импульсной локации места кратковременного замыкания фазы на землю, oceedings of the 3rf International scientific and technical conference on Unconventional rctromechanical and electrical systems, Alushta, The Crimea,Ukraine, September 19-21, 1997. Jl.3, pp.803-808. '

11. Гуль В.И., Бикоий Ж.А., Измайлов О.И. Автоматическое высоковольтное іпульсное зондирование кабельной сети при однофазном кратковременном дуговом мыкании. Proceedings .of 3rd International Scientific and Technical Conference on iconventional Electromechanical and Electrical systems. Alushta, The Crimea, Ukraine, Member 19-21, 1997. Vol.3,pp.897-902.

12. Бнкоий Ж.А., Гуль В.И., Фажрауи X. Алгоритм расчета напряжения в начале нии с ответвлением при локации прямоугольным импульсом // Тез. докладов ждународной научно-технической конференции. Харьков, 30-31 мая, 1996. - с. 188.

АНОТАЦІЇ :

Бикойі Жерве Арсен Макер. Електричний метод контролю розгалуженої кабельної зежі при однофазових замиканнях. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю

11.13 - Прилади і методи контролю та визначення складу речовин. - Харківський жавний політехнічний університет, Харків, 1999.

Дисертація присвячена обгрунтуванню принципа і розробці прилада автоматичного ітролю місцевого дефекту у вигляді однофазного замикання на землю (033) в діючій ельній мережі високої напруги. Імпульсне високовольтне зондування здійснюється в шому півперіоді перехідного струму 033 в мережі типу магістралі з розгалуженнями на алуженнях. Місцеположення дефекту визначається виміром дистанції до нього і :>ітованим на дефект графом, останній ідентифікується по методу порівняння з гіналом. Введення зондуючого імпульсу одночасно в три фази мережі використано в зді різницевих діаграм для вилучення відбитків від симетричних неоднорідностей в ежі. Прийняті рішення і рекомендації обгрунтовані - математичними і фізичними

експериментами. Робота апробована в Харківському підприємстві електричних мер Вказані варіанти розширеного використання результатів роботи.

Ключові слова: прилад контролю, замикання, мережа, електричний про! зондування, струм перехідний, дистанція, граф орієнтований.

Bikoyi Gervais Arsene Macaire. An electric method of the control of the ramified ca power distribution networks at single-phase-to-ground faults. - Manuscript.

Thesis for a candidate’s degree by speciality 05.11.13 - Instruments and methods of control and definition of structure of substances. - Kharkiv State Polytechnic University, Kharl 1999.

The thesis represents research into the method of the fault location on the basis of which electronic instrument is designed for the automated check single-line to ground fault on one of phases in cable electric power distribution networks. The detection by high voltage pulses is used the first half-period of the transient current in branched off basic lines. The fault is located measuring the distance to it and by directing the graph, which is identified by comparing w original. In order to exclude the reflections from the symmetric irregularity in the network i method of differential diagrams is suggested based on the measurements of a probing impulse s( simultaneously into three phases of the network. Mathematical and physical methods wi applied. The work was approved by Kharkiv EEN. The area of further applications is determine;

Key words: instrument of the control, fault, distance, directed graph, location, lii probing, transient current.

Бикойи Жерве Арсен Макэр. Электрический метод контроля развегвленні кабельной сети при однофазных замыканиях. - Рукопись. '

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук ' і специальности 05.11.13 - Приборы и методы контроля и определения состава вещест Харьковский государственный политехнический университет, Харьков, 1999.

В работе представлены научно-практические результаты в виде методш автоматического контроля появления местного дефекта типа однофазного замыкания (03: на землю в распределительной сети высокого напряжения (РСВН). Харктернс особенностью методики является использование импульсного метода в течение первог полупериода переходного тока замыкания в сети с изолированной или заземленной чер< настроенную индуктивность нейтралью, что в сочетании с одновременным автоматически анализом распределений токов замыкания по отдельным участкам сети обеспечивае определение места повреждения (ОМП) дефекта типа 033 без ограничения п продолжительности замыкания и в сложной по конфигурации сети.

В работе проведен анализ особенностей РСВН как объекта мониторинга появления ггных дефектов изоляции типа 033 и на примерах ОМП в сетях ряда стран отмечены >бенности применения импульсного дистанционного метода. Впервые разработан .шлесный подход к - решению задачи диагностики’ в автоматическом режиме :редоточенных дефектов фазной изоляции силового кабеля с целью своевременного «ждающего восстановления изоляции.

Показано, что регистрация наиболее частого в РСВН вида самоустраняющего ггковременного 033 ц последующий ремонт в месте дефекта в период времени меньшей величины ущерба от перерыва электроснабжения имеет технико-экономическую Ьективность, возрастающую с повышением уровня АСДУ сети.

Проведен обзор дистанционных и топографических методов ОМП и обоснована таточность дистанционного импульсного метода для РСВН в связи с примерно невероятным распределением дефектов в целом месте кабеля, а также в разделках и зтах с предопределенным их местоположением в сети.

Впервые разработано ОМП типа 033 импульсным методом в РСВН в первом упериоде переходного тока, что позволяет регистрировать 033 независимо от их должителыюсти.

Впервые разработана методика ОМП 033 импульсным методом в сети сложной фигурации, включающая совместный анализ результат измерения дистанции до 033 11 едеяения направлений составляющих токов нулевой последовательности в отдельных соединениях.

Обоснованы и введены в методику критерии оценки формы и амплитуды импульса 1Ирования в микросекундном диапазоне с учетом деформации его из-за поверхностного екта, условий импульсных перенапряжений, снижения переходного сопротивления дуги

Разработана вычислительная процедура обработки результатов измерений для ОМП СВН при 033 и импульсном зондировании с использованием теории линейных трических цепей, теории графов, теории распознавания образов.

Доказаны методом вычислительных экспериментов возможности и ограничения ОМП ^льсным методом в сети с узлом ветвления, обоснован выбор признака момента страции импульса отражения от дефекта.

Обоснована результатами вычислительного эксперимента целесообразность нения временных диаграмм (последовательностей появления отражений) в здоровых и в ктной фазе и получение разностных диаграмм для повышения уровня информативности идентификации дефектной фазы и дистанции до 033.

Предложена и экспериментально исследована схема ГИІІ зондирующего напряжеш минимальным (микросекунды) временем запаздывания.

Впервые разработанная методика ОМП типа 033 в действующей РСВН отлича< автоматическим опознаванием по превышению в данной сети мгновенным значением т нулевой последовательности предварительно устанавливаемого порогового значения на уро (2-3)1^ ом момента посылки импульса поджига на ГИН с постоянной подзарядкой разряди конденсатора от напряжения фазы сети и последующего ввода ;импульса сразу в три фазы чс схему ассимметра с одновременным запуском схемы регистраций отражений.

Разработаны соответствующие алгоритмы и программы обработки результа регистрации отражений и распределений токов по данным от ТТНП на подходящих к узлам с присоединениям для однозначного ОМП в сети сложной конфигурации.

Предложена структура автоматизированной компьютерной системы, основанной разработанном устройстве УОМ 033 и адаптированной к АСДУ предприятия злектричесі сетей, предусмотрено расширение ее возможностей в виде индикации МП на крупномасштабі планах кварталов, особенностей и даты 033, заполнение карт состояния и др.

Система реализована на уровне алгоритмов, вариантов функциональной принципиальных схем блоков УОМ 033, программ для сетевых микропроцессоров. Разработ; последовательность адаптации устройства УОМ 033 в конкретной сети.

Основные результаты работы апробированы в ХПЭС (г. Харьков) и рекомендов; реализация УОМ 033 в плане перспективных работ.

Ключевые слова: прибор контроля, замыкание, сеть, электрический пробой, зондирован ток переходный, дистанция, граф ориентированный.