автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Поиск мест повреждений на воздушных линиях электропередачи 6-10 кВ после их аварийного отключения

кандидата технических наук
Доржиев, Сергей Содномович
город
Москва
год
1993
специальность ВАК РФ
05.20.02
Автореферат по процессам и машинам агроинженерных систем на тему «Поиск мест повреждений на воздушных линиях электропередачи 6-10 кВ после их аварийного отключения»

Автореферат диссертации по теме "Поиск мест повреждений на воздушных линиях электропередачи 6-10 кВ после их аварийного отключения"

РГ6 .ДА

[ïiïï■'■Г.Ъ-<УУ']\> <:;г.'ПЛ ГОССИПСКОп 'ГЕНЕРАЦИИ

Московский ордена Трудового Краевого Знамени, институт инженеров сельскохозяйственного производства имени 3. П Горячкина

На правах рукописи

i •

УДК 621.316.1.0G4. 1

Дордиеп Сергей Содномович

ПОИСК МЕСТ ПОВРЕЖДЕНИИ IIA ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЯХ ЗЛЕКТFOÏ1ЕГЕДАЧИ 6-1П кБ ПОСЛЕ ÏK АВАРИЙНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ.

Специальность 05. 20. 02 - Электрификация сельскохозяйственного производства.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва - 19ЭЗ

Работу шлюлнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени институте инженеров сельскохозяйственного производства имени ЕIL Горячгана

Научный руководитель - кандидат технических наук,профессор

Сукманов Е И.

! ,

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Сергованцев ЕТ. - кандидат технических наук Мурадян А. Е. Ведущее предприятие - ВГПИ и НИИ "Сельэнергопроект"

Защита состоится " ^ " U-hCtf J 1993 г. в" "часов на заседании . спецкалиьирован.чого совета N2 ( К 120.12.02) Иэскоьзкого ордена Трудоеого Красного Знамени института инженеров сельскохозяйственного производства имени Е Е Горячкина по адресу ул. Тимирязевская,д. 58

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке МЭД1СП.

Автореферат разослан »/^ " 1993 г.

Отзывы на автореферат (в 2-х экземплярах).заверенные печатью, просим направлять по адресу: 127550,Москва И-550.Тимирязевская ул. .дом 58.МИИСП,Учёный совет.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических. наук профессор А. И Фоменков

ОШЯ ХЛРЛКТЕГИСТИИА РЛГОТЫ

Актуальность теми. Повышение эффективности сельскохозяйственного производства связано с бесперебойным электроснабжением сельскохозяйственных потребителей. Осуществление этой задачи предъявляет повышенные требования к надежности электроснабжения, уровень которой в настоящее время остаётся низким.

Данные аварийной статистики свидетельствуют о том,что 70-80% всех перерывов в электроснабжении сельскохозяйственный потребителей происходит из-за повреждений в сетях 6-10 кВ,причем 907« этих повреждений приходится на воздушные линии.

В комплексе мероприятий, направленных на повышение надёжности электроснабжения,важное место принадлежит разработке ¡1 совершенствованию устройств, позволяющих ускорить ::о<'ок мост повреждений в воздушных электрических сетях 6-10 кВ. Ре-работкой таких устройств на протяжении ряда лет занимаются во многих научно-исследовательских и учебных институтах,а так»» в энергосистемах: ВНИИЭ. ВГШ1 к ЗБ1И "Сельэпоргоярсест". РИЭСХ, ОГРЭО, ЖИОП,ЧКЭСХ,Мосэнерго и других. В результате в настоящее время разработаны .и внедрены в практику эксплуатации устройства для определения расстояния до места мелдуфазкых коротких замыканий (КЗ) с шин подстанции,стационарно устанавливаемые на линиях указателе поврежлбниых (при КЗ) участков линии,а также устройства для поиска однофазных замменний на землю (3113) на неотключенных линиях.

Вместе с т*:ч проблема поиска мест повреждений в сельских электрических сетях 6-10 кВ. по-прежнему остаётся актуальной, так как поиск связан с большими затратами времени,финансовых средств и педоотпуском электроэнергии потребителям. Су-

ществую'лие технические средстпи дли поиска мест понк'ало-ния.устанавливаемые на подстанции, не всегда дают однозначный ответ о месте повреждения из-за разветвлённости линий электропередач, что вызывает необходимость установки дополнительных устройств на линии для определения повреждённого участка линии.' Однако,применение последних связано со сложностями их эксплуатации, требующей их периодической проверки и настройки, устройства подвержены атмосферным воздействиям, что сокращает их срок службы. Потребность в таких устройствах для оснащения сетей в масштабах сетевого предприятия может быть велика и требует экономического обоснования."

Перечисленные недостатки существующих технических средств практически исключаются или сводятся к минимуму при использовании переносных устройств для поиска мест мест поврежде-• ний. Оснащение такими устройствами персонала оперативно-выездных бригад позволит последним ускорить поиск мест повреждений на линиях электропередачи 6-10 кВ после их аварийного отключения при существенно меньших затрат. В настоящее время . переносные устройства для поиска мест повреждений на линиях электропередачи 0-10 кВ после их аварийного отключения ещё не разработаны.

Требуется разработка способов и средств для определения наличия повреждения на аварийно отключенной линии . направления к месту повреждения из любой точки сети, а также для определения расстояния до места повреждения . в первую очередь до однофазного замыкания на землю. Решению этих задач посвящена реферируемая работа, которая выполнялась в соответствии с научно-технической проблемой 0.51.21 ГКНТ СССР на 1981-1990 годы "Разработать' и внедрить новые методы и технические средства

- б -

электрификации сельскою хозяЛетна" и республиканской (федеральной) целевой научно-технической программой на 1992-1995 годы "Техника, энергетика и сбережение ресурсов".

Цель работы. Повышение надёжности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей путём ускорения поиска мест повреждений на воздушных линиях электропередачи 10 кВ поело их аварийного отключения,с помощью переносных приборов, использующих наложенные токи непромышленной частоты.

Задачи исследований:

- оценка- показателей надёжности сельских электрических сетей 6-10 кВ и анализ, существующих способов и средств ускорения поиска мест повреждений в этих сетях.

- теоретическое обоснование использования постороннего источника наложенных токов для поиска мест повреждений.Теоретические исследования возможности- применения предварительно заряженного конденсатора в качестве постороннего источншса наложенных токов для определения наличия'повреждения и направления поиска к нему.

- теоретические исследования применения генератора с изменяющейся частотой для определения расстояния до места однофазного ЗНЗ.

- разработка и испытание переносного устройства для определения наличия повреждения и направления к нему.

- разработка и испытание переносного устройства для определения расстояния до места однофазного ЗНЗ.

- разработка алгоритма пожпса и локализации мест повреждений с использованием указанных устройств.

?.!етоды исследований. При решении поставленных задач

. - 6 -

использогаиы методы теории электрических цепей,и также экспериментальные методы с применением измерительной и вычислительной техники.

Научная ценность. В диссертационной работе теоретически обоснована возможность определения наличия повреждения и направление поиска к нему с помощью наложенных токов ,где в качестве постороннего источника наложенных токов использован . предварительно заряженный конденсатор. Также теоретичеаси обоснована возможность определения расстояния до места однофазного 3113 .с использованием генератора с изменяющейся частотой. В результате проведанных исследований установлена область применения предложенных способов. Новизна принятых решений подтверждена положительным решением ВШ1ИГПЭ о выдаче патента . по заявке 001Р N 4920070.

Практическая ценность. Разработанные устройства ДНГ1 и ДОЮ позволяют определять наличие междуфазных КЗ и однофазных ЗНЗ на аварийно отключенной линии 6-10 кВ, направление к месту повреждения,а также расстояние до места однофазного ЗНЗ.

Разработанный новый алгоритм поиска и локализации мест повреждений на воздушных линиях 6-10 кВ сельскохозяйственного назначения позволяет отказаться от пробных включений масляного выключателя в процессе поиска мест повреждений.

Реализованные при разработке устройств технические решения могут применятся при создании других устройств автоматизации сельских электрических сетей.

Реализация. Разработанные устройства ДНП и ДОМЗ успешно прошли .лабораторные и производственные испытания.Техническая документация передана для выпуска мелкой серии.

Апробация работы. Основные положения диссертации доклады-

вались и обсукп&лу.еь на научно-технических конференциях МЖСП им. В. Е Горячклна (г. Москва) .ВСТИ (г. Улан-Удэ)

Объём работы. Диссертация состоит ив введения,шести глав и общих выводов. Она содержит 158 страниц основного текста, рисунков 46,таблиц 5, список литературы из 104 наименований и приложений.

1 ! !

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе оценены показатели надёжности сельских электрических сетей 6-10 кВ на современном этапе их развития, выполнен анализ известных способов и средств ускорения поиска пест повреждений,определены пути дальнейших исследований.

Уровень надежности сельских электрических сетей 6-10 кВ в настоящее время не соответствует ■ требованиям,предъявляемым современным сельскохозяйственным производством. Около 70-8GX перерывов в электроснабжении сельскохозяйственных потребителей происходит из-за аварийных отключений в сетях 6-10 i;F,причем 90% перерывов происходит из-за повреждений на воздушных линиях электропередачи.

Ускорение отьклеания места повреждения в электрической сети являете* одним из путей снижения народохозяйствешюго ущерба, важным резервом повыиения надёжности электроснабжения сельскохозяйственного производства. Причем целесообразно использование устройстз,обеспечивающих поиск повреждений на аварийно отключивиихся линиях.

Проведанный анализ показывает,что наиболее просто опреде-

.леии»,- наличия повреждения и направления пои?ка с нему л;: а; а-рийно отключившихся линиях может быть осуществлено с помощью устройств, реагирующих на наложенные токи, где при этом в качестве источника наложенных токов целесообразно использовать предварительно заряженный конденсатор. Для дистанционного определения места однофазного ЗНЗ перспективно использовать генератор с изменяющейся частотой.

Во второй главе. Изложены теоретические исследования,связанные с определением наличия повреждения.направления к его м?сту на аварийно отключившихся линиях при использовании в качестве источника наложенных токов предварительно заряженного конденсатора. Приведены также теоретические исследования дистанционного определения места однофазного ЗНЗ на аварийно отключившихся линиях по индуктивному сопротивлению линии на фиксированной и изменяющейся частоте.

Использования наложенных токов для реализации устройств поиска мест повреждений б зна'штелыюй степени зависит от вида выбранного постороннего источника наложенных токов. Предлагаемый .в качестве постороннего источник наложенных токов предварительно заряженный конденсатор,позволяет достоверно определить наличие повреждения и направление к его месту на аварийно отключившихся линиях.Схемы подключений предварительно.заряжен-, ного конденсатора к линии при междуфазком коротком замыкании и однофазном замыкании на землю показаны на рис. 1. а и рис. 1. б соответственно.

а) б)

Рис.1.

При подключении предварительно заряженного коплен-.-агора к линии в цепи " фаза - $апа" или " фага - земля " при определённых условиях возникнут затухающие гармонические колебания с частотой определяемой по выражению (сопротивление в месте повреждения 1?г.-*0) :

/r _±_ (2Ло*)*

** "Ч (2-&¿0)Cp ~ W2 é! L0)

(i)

где Ср- емкость конденсатора; Lot - индуктивность проводов участка линии; Rol - активное сопротивление участка линии.

Частота этих колебаний в зависимости от наличия или

отсутствия повреждения различна,а амплитуда разрядного токп конденсатора в сторону повреждения будет отличаеться от амплитуды в неповреждённом направлении.

Проведённые с применением вычислительной техники теоретические исследования позволили определить диапазоны частот и амплитуд разрядного тока конденсатора при отсутствии повреждений, а тага» при повреждении в зависимости от места удалённости повреждения и нагрузки линии. Ниже указаны диапазоны этих частот и амплитуд: - в нормальном режиме при подключении конденсатора к двум фазам линии - Г - 50... 800 Гц,I - 0,1... 0,9 А. - при междуфазном коротком замыкании Г - 1500... 3000 Гц, I - 2,5. ..9.0 А. - в нормальном режиме при подключении конденсатора между, фазой и землёй Г « 4500... 12000 Гц,I - 0,02... 0,04 А. - при однофазном вамыкаиии на землю Г - 320... 1000 Гп. I -0,09. ..0,5 А.

Из анализа диапазонов частот и амплитуд разрядного тока конденсатора следует,что наличие повреждения наиболее просто определить контролируя частоту разрядного тока,направление к месту повреждения -контролируя и сравнивая амплитуду разрядного тока конденсатора с двух сторон от места подключения.

Проведенный анализ показал,что наиболее просто определить расстояние до места однофазного замыкания на землю по индуктивному сопротивлению линии на фиксированной и изменяющейся частоте.

В случае измерения расстояния на фиксированной частоте это расстояние определяется по выражению:

Vr

2 9ffr La 13

sinV (2)

На изменяющейся частоте генератора путём изменения частоты генератора можно добиться чтобы угол сдвига фаз между 1з и

где к - коэффициент равный 0,7 Ur.

Проведённые теоретические исследования с применением вычислительной техники позволили определить границы изменения частоты генератора,а также диапазоны изменения угла сдвига Фаз и тока протекающего через место повреждения в зависимости от расстояния и величины переходного сопротивления п месте повреждения. Как показали проведенные исследования частота генератора должна изменятся от f-50 до f-1000 Гц. При этом в зависимости от расстояния до места повреждения и при переходном сопротивлении в месте повреждения Rn~£00 Ом ток изменяется от 13-0,02 до 1з-0,5 А,а угол сдвига фаз тока относительно напряжения генератора от -0 до -72 . Однако при активном переходном сопротивлении в месте повреждения разным Rn-400 Ом ток 1з изменяется незначительно,а угол сдвига фаз в пределах от 0° до

иг был равен - 45 . Тогда расстояние до места однофазного

замыкания на землю можно найти по выражению:

(3)

10? Поз тому I» ДПШЮЙ рабОТЬ ¡¡родлмгас-тоя П^С^'-НИ'"- ДОПО.'ШН'Н'ЛЬ" ноЯ индуктивности в измерительный контур. С! гиоденпем .дополнительной индуктивности диапазон изменения тока 1з и его угла сдвига фаз значительны.например.при дополнительной индуктив-

-3

пойти Ьэ - 5-10 Гн и изменении частоты генератора от Г-100 до Г-1000 Гц ток изменяется в пределах от 1з-0,02 до 1з-0,5 А, в зависимости от расстояния,причем практически ' линейно.а угол сдвига фаз тока 1в относительно напряжения генератора иг изменяется от V - 0°до.У- 75°. Учитывая выше приведённые результаты исследований расчетное выражение для определения расстояния до места однофазного замыкания на землю примет вид:

I - -

к- 2ят/г Ьэ I

Л

(4)

Таким образом, использование предлагаемых способов позволяет достоверно определять наличие понуждении, направленно к его »«оту'.а так?» расстояние до места однопалого внмьосання на вемлю практически с любой полнотой замыкания.

В третьей главе рассмотрены вопросы реализации устройства ДНП для определения наличия повреждений и направления к его мосту на аварийно отключившихся линиях 10 кВ сельскохозяйственного назначения.

Проведённые в предыдущей главе теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать переносное устройство ДНП.функциональная схема которого приведена на рис.2.

РИС. 2. "

Новизна устройства подтверждена положительным 'решением ВНИИГПЭ о выдаче патента по заявке N4920070. Устройство ДНП содержит конденсатор Ср.источник постоянного тока ЮТ.блок управления БУ.блок коммутации БК,измерительный блок,состоящий из блока измерения частоты Б"'Л и блока измерения амплитуды БЛАТ, индукционный измеритель тога ТА,блок индикации БИ и блок присоединения БП(последний IX. рис.2 не показан). Работает устройство следующим образом. После подключения питания на выходах бока управления БУ появляются импульсы.которые поочередно поступают на блок коммутации БК.в следствии чего последний переключает конденсатор Ср из режима "заряд конденсатора" в ре-

яз»м "разряд конденсаторч". Даг.ес устройство Д1Ш с помощью дьух изолируют;!/ штанг подключается к двум проводам лишш( или между проводом и землёй при поиске места однофазного 3113). При этом в контуре,образованном конденсатором и индуктивностью проводов линии.а также обмоток трансформаторов ТП.периодически происходит разряд конденсатора Ср с частотой.заданной блоком управления. Частота разрядного тока конденсатора измеряется с помощью блока измерения частоты БИЧ,а амплитуда разрядного тока с помощью блока измерения амплитуды тока БИАТ.причем ток предварительно прообразуется преобразователем тога ТА. Результаты представляются на шкале магнитоэлектрического прибора с соответствующей градуировкой.

Устройство выполнено на современной элементной базе. Производственные испытания устройства Д11П на воздушных линиях электропередачи 10 кВ поглзали его высокую эффективность при поиске мест повреждений,

В четвертой главе рассмотрены вопросы реализации устройства ДО?£3 для определения расстояния до места однофазного 13НЗ на аварийно отключившихся линиях электропередачи 10 кВ сельскохозяйственного назначения.

Проведённые в главе 2 теоретические и экспериментальные • исследования позволили разработать устройство ДОМЗ,функциональная схема которого приведена на рис.3.

Устройство ДОМЗ состоит из блока генератора БГ,блока присоединения БП,блока выделения сигналов тока БВТ и реактивной составляющей напряжения БВГН,блока измерения частоты БИЧ и угла сдвига фаз тока относительно напряжения генератора БИ-УСФ,блока деления БД и блока умножения БУ.а также блоков ' коррекции БК,вычитания БВ,индикации БИ и питания БПТ (на рис.3 не показан). При определении расстояния на фиксированной частоте расчет проводится по выражению (2).в случае больших переходных' сопротивлений определение расстояния производится на изменяющейся частоте,тогда расчет производится по выражению 4. Результат расчета,численно равный расчетному расстоянию представляется на передней панели устройства.

Устройство выполнено на современной элементной базе. Проведенные расчеты и производственные /спытания показывает.что оно отвечает требованиям надёжности.

В пятой главе предложен новый алгоритм поиска и локачиза-ции мест повреждения с использованием разработанных устройств, а также проведён сравнительный анализ его с известным. Как показал поведенный анализ предлагаемый алгоритм позволяет избавится от пробных включений масляного выключателя в процессе поиска и локализации мест повреждений,которые не благоприятно влияот на работу электрооборудования. Предлагаемый алгоритм также позволяет сократить переезды оперативно-выездной бригады в процессе поиска,что ведёт к экономии горючесмазочных материалов и ■трудозатрат и сокращает время перерывов в электроснабжении сельскохозяйственных потребителей,что приводит к повышению надёжности электроснабжения.

В шестой глаг.е приведено технико-экономическое обоснование кспол* вонаниа разработанного устройства ДШ1, которое показало, что для достижения равного технического эффекта капиталовложения на оснащение сетей устройствами ДНП составляют от 2,9 до 8,32% от суммы капиталовложений на оснащение сетей устройствами тина УПУ или УКЗ.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ аварийной статистики сельских электрических сетей 10 кВ показал,что 70-В0% всех случаев перерывов электроснабжения происходит из-за аварийных отключений в сетях 6-10 кВ.при этом 90% перерывов происходит из-за повреждений на воздушных линиях электропередач. Для ускорения поиска мест повреждений целесообразно использование комплекса приборов.в том числе и для работы на аварийно отключённых линиях, позволяющих определить наличие повреждения,направление к месту повреждения и

расстояние до него. В результате анализа существующих способов и средств определения мест повреждений установлено,что в настоящее время наименее разработанные устройства для определения мест повреждений на воздушных линиях электропередач после их аварийного отключения.

2. Проведённые теоретические и экспериментальные исследования показали,что использование наложенных токов от постороннего источника для поиска мест повреждений на воздушных линиях электропередач после их аварийного отключения,наиболее эффективно если в качестве постороннего источника использовать предварительно заряженный конденсатор. Теоретические исследования показали,что определение расстояния до места однофазного ЗНЗ наиболее просто реализовать по индуктивному сопротивлению линии на фиксированной или изменяющейся частоте.

3. Разработанное устройство,с использованием в ячестве постороннего источника наложенных' токов предварительно/ заряженного конденсатора,позволяет определить наличие повреждения и направления к его месту. Проведённые в элеютрических сетях 10 кВ производственные испытания погашали высокую точность ' определения наличия повреждения и направления к нему.

4. Разработанное переносное устройство типа ДОЮ позволяет определить расстояние до места однофазного ЗНЗ на аварийно отключённых линиях при наличии больших переходных сопротивлений в месте замыкания. Производственные испытания устройства ДОМЗ на воздушных линиях электропередачи показали его высокую эффективность.

5. Предлагаемые аягоритмы поиска мест повреждений с использованием устройств ДНП и ДОМЗ позволяют существенно уменьшить количество и протяженность переездов ОВВ в процессе

поиска мест повреждений,избавиться от прсбп' :х ьгсс?.»ч..«:1ий м-имя • яых выключателей.а тшс«е приводят к сниллнии) трудозатрат, транспортных расходов,экономии материалов,уменьшению ущерба у потребителей.

•Основные положения диссертации отражены в следующих работах: I.A.с.G01R 31/08 N4920070 (Способ определения мест иов!

реждений

на линиях электропередачи и устройство для его осуществления В. И. Сукманов. P. ilL Сагутдинов,А. А. Иванов,С. С. Дорхиев положи. тельное решение'ВНИИГПЭ от 18.04.1992 г.о выдаче патента).

2. В. II Сукманов, Р. Ш. Сагутдинов, А. А. Иванов, С. С. Доржиев Способ , определения мест коротких замыканий в "воздушных линиях

электропередачи 6-10 кВ. (Эксплуатация устройств • сельского электроснабжения:- Сборник научных трудов МККСП им. В. IL Горяч-кина - MiOKca.lOQl. - С 58-62).

3. IL М. Зуль.В. И. Сукманов,С. С. Доржиев Переносные датчики определения наличия короткого замыкания на Е Л. электропередачи б-ÍO кй (Бурятский Ш1ТИ г.Улан-Удэ 1992).

4. В.Л Сукманов.С. С. Доржиев Алгоритм поиска мест повреждений с использованием ДНИ (бурятский ЩГГИ г. Улан-Удэ 1992).

Подписано в печать Тираж 100 экз. Объём 1 и. л. Заклз N Z1S

Ротапринт Московского ордена Трудового Красного Знамени института инженеров сельскохозяйственного производства имени Е П. Горячккиа, Москва,127550,Тимирязевская ул., д. 58.