автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Повышение надежности работы сельских электрических сетей напряжением 6...35 кВ путем рационального выбора режима нейтрали

■ Г А л П О

Йп ь •

ЧЕЛЯБИНСКИЙ Г00/ДА.РС1Б5ШЫЙ АГРОЙНЖЫЕРШй УНИЕЕКЖЕТ

На правах рукописи

Петров Олег Алексатщрович

.__

1 м —СЛ

ПОВЫШЕНИЕ НАЛдйЮСТИ РАБОТЫ СЕЛЬСКИХ

ЗЛЕНТРИЧЕСЖ СЕТЕЙ НАПРЯЖЕНИЕМ б...35 кВ ПУТЕМ РАЩОНАЛЫШ) ВЫБОРА РЕШИ НЕЙТРАЛИ.

(Спгцкплькость 05.20.02 - Эзс5стри*чкбщля се яьскохозяйсте^уного лрокззодстЕа}

Автореферат

диссертации на соискание, учекой стгпега; доктора'технических наук

Челябинск - 1992

Работа выполнена в Челябинском государственном техническом университете

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Акимцев Юрий Ильич

- доктор технических наук, профессор Благих Владимир Тимофеевич

- доктор технических наук, профессор Галишников Крий Петрович

Ведущее предприятие - Фирма по наладке, совершенствованию технологии и эксплуатации электрических стащил и сетей "ОРГРЭС", г- Москва

Защита состоится 1992 г. в 40 часов

на заседании специализировайЙго совета Д 120.46.02 по' защите диссертаций на соискание ученой степени доктора технических наук в Челябинском агроинженердам университете по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. Ленина, 75.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. .

Автореферат разослан 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета ,

кавдвдат технических наук г' * Л.А.Саплин

•ОЩШ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Для дальнейшего развития народного хо-яйства нашей страны существенное значение имеет развитие энерге--ики, которая является одной из основ прогресса общества. К важ-[ейшим путям совершенствования энергетического хозяйства относится гавьшение надежности электроснабжения всех отраслей народного хо-¡яйства и; в частности, сельскохозяйственного производства. Дей-:тв'.:тельно, данный фактор обусловливает нэ только технические пре-мущества, но, что имеет большое значение, и экономические выгоды, [овьшения надежности электроснабжения возможно добиваться различили путями: улучшением эксплуатационных свойств отдельных элемента систем электроснабжения (СЭС) благодаря совершенствованию кх инструкций; улучшением эксплуатационлых характеристик и изоляци-нных свойств изоляторов, применяемых в электрических сетях; ра-[иональнш построением систем электроснабжения; совершенствовани->,м организации при эксплуатации указанных систем электроснабжения;, гароким использованием выоо ко надежных современных элементов и сис-•ем автоматики и телемеханики; повышением надежности и эффектив-юсти действия устройств релейной защиты и т.'п.

Наибольшую протяженность и важное значение с точки зрения ¡адежности электроснабжения потребителей имеют электрические се-•и напряжением б...35 кВ. Если рассматривать по протяженности и (храту территории, то в основном это сети, проходящие' по различим сельским районам и питапдие в них сельскохозяйственную нагрузку.

Для сетей указанных напряжений существенным возможностями в смысле повышения надежности электроснабжения обладает путь выбора национального режима нейтрали и управления этим режимом.

Напряжение нейтрали зависит от процессов в электрической се--.1 и оно во многих случаях аЯ&нватно отражает состояние последней, (роме того, при аварийных режимах сети оказывается удобно воздействовать на нее через нейтраль, существенно улучшая протекащие в сети процессы. Управление, режимом нейтрали дает дополнительные мэмодности воздействия на процессы .и состояние всей электрически связанной сети.

В настоящее время в электрических сетях напряжением 6...35 кЗ 1ашей страны ПУЭ рекомендуют следующие режимы нейтрали: изолирован-1ую и компенсированную. Однако за рубежам применяют также заземле-тае нейтрали через высокоомный резистор и у нас ведутся исслэдова-

ния этого режима. Изучается поведение электрических сетей прежде всего при однофазных замыканиях на землю (033).

В данной работе рассмотрены и сопоставлены характеристики еле дущих режимов нейтрали электрических сетей:

- изолированной;

- заземленной через конденсатор;

- заземленной через высокоомный резистор;

- заземленной через дугогасящий реактор (ДР) (компенсация емю них токов 033);

- компенсированной (полная компенсация основной гармоники тока 033).

В диссертации решается имеющая большое народнохозяйственное значение научная проблема, заключающаяся в разработке новых эффективных режимов нейтрали электрических сетей, принципов управления и создании комплекса технических средств, обладающих повышенной надежностью, с целью обеспечения управления режимами нейтрали этих сетей. Проведенный в данной работе анализ, предложенные идеи и разработанные юд руководством и при участии автора технические системы позволяют обеспечить существенное повышение надежности работы электрических сетей напряжением 6...35 кВ нашей страны и; превде всего, сетей, питапцих сельскохозяйственную нагрузку.

рвязь тдмы диссертации с государственными научными программам?

Представленная работа проведена в соответствии с межвузовской целевой комплексной Программой работ по решению научно-технической проблемы "Разработка методов и -средств экономик электроэнергии в электрических сетях" (приказ Минвуза СССР № 101 от 9.02.87г.) на 1986...1990 гг„, направление 4, п.04.50 "Разработка автоматических систем компенсации токов однофазного замыкания на землю в электрических сетях напряжением 6...35 кВ" и в соответствии с Программой работ по решению научно-технической проблемы 0.74.08 "Разработать и внедрять средства, обеспечивающие дальнейшее повышение безопасности и оздоровление условий труда в народном хозяйстве", утвержденной постановлением Президиума ВЦСПС, ГШТ и Совета Министров СССР на 1981..'.1985 гг. и-на 1986...1990 гг., задание 02,П.02. 02.01 И7 "Тазработка защиты от однофазных. замыканий на землю в сетях с изолированной и компенсированной нейтралью"

]Цель работы - исследование используемых и обоснование новых режимов нейтрали сельских электрических сетей напряжением 6...35 кВ оценка влияния реяоаюв нейтрали на надежность указанных сетей и создание комплекса средств, обеспечиващих повышение надежности и уровня электробезопасдасти при 033 в этих сетях.

Идея работы заключается в определении и использовании совокуп-ости характеристик электрических сетей, отражающих их поведение ри 033, а также при неполнофазных режимах, для выработки рекомен-аций по известным и обоснования новых режимов нейтрали злектричес-их сетей, обусловливающих более высокий уровень надежности функ-ионирования указанных сетей.

Основные научные положения результаты исследований, выносные на защиту. На основании теоретических и экспериментальных ис-ледований сформулированы следующие йаучные положения.

1. Распределение емкостных токов 033 в сельских электрических этях напряжением б...35 кВ отдельных регионов страны,' как правило, одчиняется логнормальному закону. Более 90...95 % электрических этей имеют емкостные токи 033 до 5 А.

2. Выведенные условия полной компенсации основной гармоники жа 033 электрической сети определяются двумя алгебраическими равнениями, связывающими параметры электрической сети. Эти условия эедставляют собой основу для разработки соответствупцего комплекса гхнических средств.

3. Предложенный способ измерения реактивных параметров элек-зической сети относительно земли и управлений дугогасящими реаето-ши, основанный на введении в, сеть'оперативного тока непромышлен-)й частоты, позволяет решить задачу управления дугогасящими реак-фами' з нормальном режиме сети в общем случае.-

4. Предложенные математические модели для оценки максимальных гренапряжений при 033 в электрических сетях с заземлением нейтрали ¡рез высокоомный резистор и дугогасящий реактор дают возможность ;елать оценки этих важных показателей и сопоставить та для расснащиваемых электрических сетей.

5. Напряжения нейтрали сети и на отключившихся частях фаз при ¡полнофазных режимах определяются круговыми диаграммами. Устанээ-:ннке соотношения позволили существенно упростить анализ данных .ожных процессов и построить номограммы для определения допустк-к коэффициентов загрузки неполнофазно питаемых линий и трансфэр-торов.

6. Предложенная методика.дает возможность оценить допустимую епень расстройки компенсации при автоматическом управлении дуго-сящши реакторами.

Основные научны? результаты работы.

I. Предложена методика измерения безопаснш способом емкостной о водимо сти (емкостного тока) электрических сетей относительно зеглли.

2. Обоснована возможность» предложена реализация и показана целесообразность применения в соответствущих случаях нового вида заземления нейтрали, обеспечивающего компенсацию основной гармоник тока 033..

3. Разработаны комплексы средств обеспечения выбранного режим нейтрали сетей и управления этим режимом.

4. Дано математическое описание процессов развития максимальных перенапряжений в сетях с резистивным заземлением нейтрали и с компенсацией емкостных токов и получены решения этой задачи с помощью ЭШ.

5. Предложен метод круговых диаграмм для анализа неполнофаз-ных режимов в электрических сетях.

6. Построены номограммы для оценки опасности неполнофазных реяимов и предложена точная методика построения областей допустимых параметров нагрузки неполнофазно питаемой линии.

7. Предложен метод оценки необходимой точности автоматической настройки дугогасящих реакторов в электрической сети.

8. Дана оценка экономического эффекта от компенсации токов однофазного замы;: .ния на землю в. электрических сетях с учетом улуч шения условий электробезопасности.

Обоснованность й-достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается принятием исходных посылок, вытекащих из фундаментальных законов естественных наук и основ теории электр ческих.-цепей; принятыми допущениями при математическом описании явлений и составлении схем замещения электрических сетей; использованием стандартных программ при расчетах процессов в электрических цепях о помощью ЭВЛ; удовлетворительным совпадением характерно тик и результатов теоретических исследований с результатами г. ;спс-риментов, выполненных на физических моделях и в действующих сетях; достаточным объемом и результатами экспериментальных исследований.

Научная новизна работы заключается: .

- в оценке распределения емкостных токов 033 электрических сетей напряжением 6, 10 кВ сельскохозяйственных районов в основном Уральского региона;

- в развитии теории процессов, протекающих в компенсированных электрических сетях;

- в дальнейшем развитии теории максимальных перенапряжений при 033 в электрических сетях с нейтралью, заземленной через высокоомный резистор и дутогасящий реактор;

в обосновании и разработке принципов построения систем компенсации емкостных токов и .основной гармоники тока 033, обладащих повышенной надежностью;

в разработке новых эффективных способов управления силовыми устройствами, подключаемыми к нейтрали.электрических сетей; в развитии теории процессов в электрических сетях при неполнофаз-ных режимах.

Практическое значение построенных характеристик и рассмотрен- . ¡к особенностей процессов в электрических сетях заключается в >зможности обоснования направлений исследований по совершенствова-1Ю и созданию комплекса технических средств и организсционно-тех-тоеских мероприятий:

методики и способа определения емкостной проводимости электрических сетей относительно земли;

способов и устройств для управления дугогасящими реакторами; способов и устройств для практически надежного гашения заземляющей дуги;

определения и использования зон допустимых нагрузок неполнофазно питаемой линии и номограмм для определения коэффициентов загрузок неполнофазно питаемой линии, при которых перенапряжения на фазах сети не превышают допустимых значений;

рекомендаций по выбору рационального режима нейтрали электрических сетей напряжением б...35 кВ.

. ■ Реализация работы. Научные положения, рекомендации, методики, то со бы и технические устройства внедрены и используются: ПОЭиЭ "Челябэнерго" - методика измерения безопасный способом емкостного тока 033 в сельских электрических сетях напряжением 6 и 10 кВ, дутогасящие реакторы с подмагничиванием для сетей 6 кВ и устройства автоматического управления дутогасящими реакторами

(г. Челябинск, 1977...1983 гг.);

ПО "Союзтехэнерго" - методики измерения безопасным-способом ёмкостного тока 033 в электрических.сетях напряжением 6...35 кВ (ПО "Союзтехэнерго", ТИ 34-70-070-87, ¿988 е.); Гатчинские электрические сети ПОЭЭ "Ленэнерго" - дугогасящие реакторы с подмагничиванием в сельских электрических сетях 10 кВ (г. Гатчина, 1984 г.);

ТЗРЗ ЦПРП "Ленэнерго" - изготовлено 46 дугогасящих реакторов с шдмагничиваниам (г. Ленинград,-1976...1988 гг.);, *"

- Опытный завод ПО "Полет"— автоматические регуляторы типа БАРК-^З] для плунжерных реакторов (изготовлены опытные образу и подготов лено их мелкосерийное производство, начиная с 1993г.- г. Челябин

- ПОЭиЭ "Куйбышевэнерго" - системы автоматической компенсации емкостных токов 033 в электрических сетях. 6 и Ю кВ (г. Куйбышев, 1980...1987 гг.);

- ВНИИБГГ - методика измерения безопасным способом емкостного тока "033 электрических сетей и рекомендации по наладке релейной защит от 033, которые были использованы в РТМ "Методические указания п устройству и эксплуатации защиты от замыканий на землю в сетях 6...35 кВ на открытых горных работах" (Минчермет СССР, 1986 г.);

- ССП10 - системы автоматической компенсации емкостных токов 033 в электрических сетях 6 кВ (г. Рудный, 1980...1987 гг.);

- ПОЭиЭ "Свердловэнерго" - системы автоматического управления плун жерными дугогасящими реакторами (ими оснащены реакторы Свердловских городских электрических сетей, г. Свердловск, 1984 г.).

- Казанские электрические сети ПОЭиЭ "Татэнерг'о" - системы автоматической компенсации емкостных токов 033 (намечено оснащение ими электрических сетей Татэнерго", начиная с 1992г., г. Казань).

- Челябинский государственный технический университет - теоретические и практические результаты работы-в раде разделов при чтении курсов "Электроснабжение промышленных предприятий" и "Автоматизация систем электроснабжения" для студентов 'специальности 10.04.01 и в лабораторных работах по тем же курсам.

Апробация -работы.

Отдельные разделы работы докладывались и получили положительную оценку на следующих конференциях, семинарах и совещаниях:

- I (г. Днепропетровск, 1975 г.), II (г. Марганец, 1979г.) и III (г. Днепропетровск, 1982г.) Всесоюзных конференциях "Электробезопасность на горнорудных предприятиях черной металлургии СССР";

- XI сессии Всесоюзного научного семинара "Кибернетика электрических систем" Сг. Абакан, 1989г.);

- 1У республиканской научно-технической конференции "Современные проблемы энфгетики" (г. Киев, 1985г.);

- научном семинаре ЗУ секции НС АН СССР "Научные и. электрофизические, Хфоблеяы повышения надежности работы сетей 6-35 кВ" (г. Миасс, 1987г.);

- научно-техническом совещании ш .вопросам разработки, про-, актирования и эксплуатации устройств компенсации емкостных токов замыкания на землю в электрических сетях (г. Киев, 1966г.);

- научно-технической конференции по вопросам разработки, роектирования и эксплуатации устройств компенсации емкостных то-эв в электрических сетях (г. Жданов, 1970 г.);

- научно-техническом семинаре по резинам нейтрали эдектричес-их. систем (г. Киев, 1974 г.);

- региональных научно-технических конференциях "Компенсация эков однофазного замыкания на землю в электрических сетях напря-ением 6-35 кВ" (г. Миасс, 1980 г. и 1984 г.);

- региональной научно-технической конференции "Злектробезопас-эсть в народном хозяйстве" (г. Москва, 1990 г.);

- научно-техническом семинаре "Повышение надежности функциони-эвания систем электроснабж&ия промышленных предприятий* (г. Сверд-звск,. 1988 г.);

- 1У Всесоюзной межвузовской конференции "Проблемы охраны руда" (г. Каунас, 1982 г.);

- 16-45 научно-технических конференциях ЧПУ СЧШ - г. Челя-инск, 1963-1992 г.;

- научно-технических конференциях ЧГАУ (ЧИМЭСХ) - г. Челябинск» Э91 г. и 1992 т.;

' - научном семинаре по надежности электрических сетей. - ВКИИЭ г. Москва, 1991 г.); :

- всесоюзном семинаре по электрификации сельского хозяйства. -ИЭСХ (г.' Москва, 1991 г.);

- научно-техническом семинаре Волгоградского сельскохозяйственно института (г. Волгогрей, 1992 г.). •

Публикации. Основное содержание диссертационноЙ работы опуб-яковано в 101 печатной работе, в том. числе в 3*монографиях и учебах пособиях, 56 публикациях и 42 авторских свидетельствах и поло-цельных решениях на изобретения, а также 26 научно-технических счетах по НИР (хоздоговорной и госбюджетной).

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, яти глав и заключения, ггоед ставленных на 344 страницах машинопис-эго текста, содержит Г06 рисунков и 29 таблиц, библиографический писок из 246 наименований и приложения, представленные на 58 границах. . ' ,

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Состояние проблемы, цель и задачи исследований

Анализу процессов в электрических сетях при 033 и влияние на арактеристики этих сетей различных-режимов нейтрали посвящен рад

работ зарубежных и отечественных ученых Ч.Петерсена, Р.Вильгейма, М.Уотсрса, Г.Обзрдорфера, Р.Рвденберга, Ф.А.Лихачева, Ч.М. Дкувар-ли, А.И.Дрлгинова, Л.И.Сиротинскаго, A.M.Ершова, И.М.Сироты, А.П. Трухана, Д.Н.Степанчука, В.К.Обабкова, В.И.Руцкого, А.И.Сидорова, А.А.Чупайлечко, Н.Н.Казарова, Б.М.Ягудаева и др.

Значительное количество 033 в рассматриваемых сетях, переходящих в короткие замыкания, повышенное количество олектротравм со смертельным исходом, недостаточно высокая эксплуатационная надежность устройств, подключаемых к нейтрали сетей и определяющих режю. нейтрали, свидетельствует о необходимости продолжения исследований и разработок, связанных с режимами нейтрали электрических сетей и решения приведенных выше задач.

Следует отметить, что проведение таких мероприятий как внедрение в электрических сетях нелинейных ограничителей перенапряжений и автоматического шунтирования поврежденной фазы позволяет лишь час тично решить задачу повышения надежности функционирования рассматри ваемых электрических сетей. & данной же работе осуществлен комплекс ный подход к существующей проблеме, проведен анализ характеристик этих сетей и разработаны управляемые системы.

В первой глав$ проведен анализ параметров электрических сетей относительно земли и обобщен опыт эксплуатации последних.

Наиболее значительным параметром электрических сетей напряжением 6...35 кВ относительно земли является емкостная проводимость (емкость Се Для оценки активной и емкостной про водимо стей сельских'электрических сетей указанных напряжений были собраны данные в основном по Уральскому региону, а также по ряду сетей других регионов страны. При этом также были'использованы литературные источники и результаты измерений с помощью разработанного автором при бора [51] . Для указанной цели широко использовалась и разработанная с участием автора методика измерения емкостной проводимости сети относительно земли (емкостного тока} косвенным способом.

В соответствии с указанным способом между одной из фаз сети и землей подключается дополнительный конденсатор (группа конденсатор^ емкостью АС и измеряются напряжения на данной фазе и линейное. Емкостная проводимость электрической сети относительно земли рассчитывается по формуле

&С = ыС2 = AC(UM/UJ/(U,o/Uie - ),

где Ui0 и U„0 - соответственно напряжение фазы, к которой подключается конденсатор емкостью дС, и линейное напряжение сети • (;ю подключения,конденсатора);

и II/и - тэ же напряжения после подключения к указанной фазе' конденсатора емкостью ДС • • . '

Отметим, что соответствующие напряжения (фазы и линейное) измеряются одновременно.

Емкостный ток сети оценивается па формуле

I с = иЛ.ср ь>СЕ//з,

где 11л.ср - среднее значение линейного напряжения.

Описанная методика измерения емкостного тока нашла широкое распространение в энергосистемах, в том числе сетях сельскохозяйственного назначения, в городских сетях и на промышленных предприятиях [30] .

На рис.1 в качестве примера приведена гистограмма распределения емкостных токов 033 в воздушных сетях напряжением 10 кВ ПОЭиЭ "Цустанайэнерго".

Из результатов измерений и других оценок следует, что для воздушных сетей напряжением 10 кВ ПОЭнЭ "Кустанайэнерго" среднее значение емкостного тока 033 составляет 1,18А, а относительное число сетей с емкостным тоном до 5А равно 0,994; более 90£ воздушных сетей напряжением 6,10 кВ ПОЭиЭ "Челябэнерго" имеет емкостные тока 033 До 5А и примерно 1736 - до 1А.

Обработка полученных и приводимых в литературе данных позволила определить, что закон изменения плотности вероятности случайной величины X - емкостного тока 033-близок к логнормадьноцу

Ш) = * ехр • Л? хс

25'

где №1 - медиана;

в - стандартное отклонение.

Проверка согласия опытного распределения с теоретическим по критерию Ы2 показала, что.в большинстве случаев возможно представление распределения величины емкостноро тока 033 с помощью лог-чормального закона. При этом математическое ожидание р случайной

величины X равно . '

/«¿¿ЦХ1-.

к »4

где Л - объем выборки.

во 60 чо

20

п -

0,6 1,2 1,6 2,4 3 3,6 4,1 цв 5,4

ч*

Рис.1.' Гистограмма распределения емкостных токов однофазного замыкания на землю воздушны^ электрических сетей напряжением 10 кВ ПОЭиЭ "КустанаГэнерго" •

Возмущение

Устройство Электрич. Измерит.

управления сеть — устройство

©

Анализатор режима работы сети —'

Рис.2. Обобщенная функциональная схема управления электрической сетью

Данные эксплуатации отр&г.ают состояние электрических сетей, адежность функционирования систем электроснабжения и другие их ха-актеристики. С течением времени меняется состояние электрооборудо-ания рассматриваемых систем электроснабжения, а следовательно, и татистические данные эксплуатации.

Надежность работы электрических сетей систем электроснабжения ависит от режима нейтрали этих сетей, который определяется, в частости, величиной емкостного тока 033.

При значениях емкостного тока 033 до 10 А электрические сети iпрядением 6...35 кВ почти во всех случаях имеют изолированную знтраль. Значительная часть таких сетей работает достаточно надеж). В некоторых же сетях возникают феррорезонансные процессы обыч-) при- появлении 033, поэтому необходимо принимать соответствующие ;ры.

При прохождении воздушных линий указанных сетей вблизи насе-íhhux. пунктов и в местах выпаса животных актуальна проблема швы-п-г/.я уровня электробезопасности при 033. Следовательно, режим рабо-I таких сетей с изолированной нейтралью не отвечает преяьявляемьгл •ебованиям и в этих случаях должен быть изменен;

При емкостных токах 033 10...30 Л и болез в соответствия с при-то й градацией ПУЭ рекомендую^ введение компенсации емкостных тов 033. - ' .

Приведем некоторые данные эксплуатации компенсированных сетей пряжением 6 и 10 кВ ПОЭиЭ "Мосэнерго" за 1984...1986 г.г. Данные ти питают в основном сельскохозяйственную-нагрузку. В качестве глпенсирующих устройств в этих сетях используются плунжерные дуго-сящие реакторы СДР).

Среднегодовое число 033 составила 375; среднее числа 033, при-цящееся на одну сеть - примерно 3. Дрля переходов 033 в мелдуфаз-а короткие замыкания в отдельных из рассматриваемых сетей колеб-гся в широких пределах - от 0 до 100 %. Средневзвешенное значение та переходов 033 в межд^фазные короткие замыкания для сетей Мос-зрго са рассматриваемый период наблюдений составило 26,2 %.

Из материалов конференций по режимам нейтрали электрических гей, отранаюцих опыт эксплуатации компенсированных сетей (компонуя емкостных токов) известно, ото минимальное значение доли пе-сэдоз ft 033 в междуфазные короткие замыкания, составляет ,.5 Данные-эксплуатации Свердловских городских электрических !пенсированных сетей напряжением 6 и 10 кВ, собранные за 5 лет, с&оали, что применение плунжерных дутогасящих реакторов, осна-этых автоматический регуляторами типа ЕАРК и кодернизирсгакныг

в соответствии с функциональной схемой, разработанной с участием автора (а.с» Р 1390704), позволило снизить долю переходов Пи<?^ до 2 %. При этом среднее число 033, приходящееся на электрически связанную сеть равнялось 0,2.

Полученные данные эксплуатации компенсированных сетей и ряда сетей, работавших с изолированной нейтралью, питащих в основном сельскохозяйственные потребители, свидетельствуют о том, что надех кость работы этих сетей может и должна быть повышена.

Сказанное, в первую очередь, можно осуществить в компенсированных сетях за счет повышения эксплуатационной надежности дугога-сяцих реакторов. Плунжерные реакторы в реальных условиях не отвечг эттл требованиям. 'Следовательно, разработка компенсирующих устройств и автоматических регуляторов для них, обладающих высокой эксплуатационной надежностью, является актуальной задачей.

Таким образом, полученные данные свидетельствуют о необходимости повышения надежности функционирования, а в ряде случаев и уровня электробезопасности сельских электрических сетей напряжением 6...35 кВ.

Прежде всего это можно сделать за счет рационального выбора известных, а такке разработки новых режимов нейтрали электрически сетей. ■ "

В общем случае на .электрическую сеть воздействуют возмущающш факторы (переключения линий, участков, появление несолнофазно питг емых присоединений и т.д.), которые приводят к изменению ее параметров. С целью выявления.конкретного возмущающего фактора о суще к вляется измерение параметров и определение режима работы .сети путч измерения рада ее электрических величин. На основании полученных данных обеспечивается управление электрической сетью-для компенсаций возмущающего фактора (например, возникл^дго повреждения). Передачу информации в описанном цикле можно характеризовать алгоритма; "Измерение электрических величин (параметров) сети - выявление режима работы * управление электрической сетью". На рис.2 представл! на функциональная схема, отражающая описанный цикл.

Дл^ определения параметров электрической сети относительно 31 ли используется измерительное устройство. Информация о параметрах электрической сети и ее величинах (напряжение нейтрали, фаз сети относительно земли) поступает на анализатор рехкма работы электрической сети, который выявляет соответствующий рекпм сети. Есэсодны; О-гаалн анализатора и измерительного устройства °пзст/паг<т на устройство управления электрической сетью. Так, в нормальном

¡эмеритальное устройство определяет параметры электрической сети тносительно земли. При 033 анализатор Еыявллет этот'режим и формирует соответствущий выходной сигнал, который вместе с информацией, меющейся на выходе измерительного устройства, поступает на устрой-:тво управления, управлящее, например., устройством компенсации ока 033.

Во второй главе рассмотрены процессы в сетях с различили ре-имоми нейтрали.

Подавляющее большинство сельских электрических сетей указан-ых выше напряжений работает с-изолированной нейтралью. Работе се-ей с изолированной нейтралью посвящено большое количество исследо-аниЯ и рядом исследователей признано, что, исходя из качества провесов в сетях и условий электробезопасности при 033 данный режим ейтрали является не лучшим. При этом значительная часть сельских етей напряжением 6...35 кВ шеет малые-емкостные токи 033 (до 5 А) по данным эксплуатации с точки зрения надежности работает уд^э-етворительно. Поэтому экономически нецелесообразно менять ейтрали указанных сетей..

Исследование процессов в сетях с заземлением нейтрали через оцденсатор, проведенное с помощью математических моделей, показа-о, в частности, что при 033 (после гашения заземлящей дуги) на азах сети появляются пики напряжений, обусловленные наложением вух высокочастотных составляющих, что при повторных зажиганиях за-емлякхцей дуги приводит к значительному повышению уровня перенапря-ений на фазах сети, а также рассматриваемое заземление нейтрали риводит к ухудшению условий .электробезопасности. Полученные ре-ультаты свидетельствуют.о нецелесообразности применения заземле-ия нейтрали сетей через конденсатор.

Часть районных сетей напряжением б...35 кВ, не менее 10...20 роходит по сельскохозяйственный угодьям, где производится выпас кота, а также вдо^ь трасс и по участком с интенсивным движением эдей. Эти сети нуждаются, прежде всего, в улучшении условий электро-эзопасности при 033. ,

К средствам, позволяющим улучшить условия электро безопасности ул 033 в названных сетях и дополнительно повысить надежность их /нкционкрэвания, относится предлагаемый и исследуемый в данной 1боте режим нейтрали, обеспечивающий полную компенсацию основной 1рмоники тока 033. В данном случае при наличии компенсации емкост-эго тока 033 дополнительно осуществляется компенсация' активной . зставлящей тока 033 [4] . Для этого могут использоваться два спо-зба компенсации - пассивный и активный [10] . Первый из них оснэ-

ван на создании искусственной несимметрии параметров сети относительно земли, а второй - на введении в сеть дополнительного напряжения. . >

Активный способ компенсаций обладает рядом существенных преимуществ перед пассивным и потому гтринят°к реализации.

Основные варианты введения в сеть дополнительного напряжения через нейтраль показаны на рис.3. Выбор той или иной схемы введени дополнительного напряжения зависит от значения емкостного тока 033 Это напряжение вводится либо через согласующий трансформатор Т2 либо через дополнительную обмотку ОД дугогасящего реактора ДР.

Дополнительно к представленным на рис.3 схемам параллельного подключения источника Пд к нейтрали' сети в работе рассмотрено и последовательное с дугогасящим реактором ДР включение источника напряжения 1Гд . К его недостаткам относится опасность появления значительных смещений нейтрали при режимах неполнофазного питания

отходящих присоединений. Поэтому »основным вариантом введения дошл

»

нательного напряжения в сеть являемся подключение источника этого напряжения между нейтралью сети (заземляющего трансформатора) и землей.

Для последнего варианта-были получены условия полной компенса' ции основной гармоники тока 033 [4] ■ . Они представляют собой систему двух алгебраических уравнений

П - -¡-Г* 4.

где Пр и Пс - соответственно относительные значения попереиной и продольной составляющих вводимого дополнительного напряжения Ид; ° К - степень настройки компенсации; (1а- коэффициент успокоения, компенсированной сети; К а -И с! ^ - соответственно степень настройки и коэффициент

. успокоения, обусловленные индуктивностью и активным сопротивлением источника напряжения II д.

В работе рассмотрены амплитудно-фазовые характеристики напряжений нейтрали ио -и поврежденной фазы сети относительно зачли Т1а1 б зависимости от параметров системы компенсации для двух случаев: 033 через переходное сопротивление и после гашения заземляющей дуги [13] .

Проведены экспериментальные исследования на модели электрической сети в различных режимах ее работы и, в частности,- осциллогра-

тг

72

6)

2/

Рис.З. Способы введения в электрическую сеть дополнительного напряжения для компенсации тока 033: О - для компенсации активной и реактивной ссставляяпих тока 033; 5,3,2 - для чам-пэнсации активной составляющей тока 033

фнровакие основных величин [й] .

Составлена математическая модель электрической сети, в соответствии с которой проведено исследование переходных процессов с испсль зовакием аналоговых вычислительных машин [II] .

Подученные результаты подтвердили правильность выведенных условий полной компенсации основной гармоники тока 033, возможность ус-пезнсго гашения заэемляю'лей дуги, восстановления напряжений сети и покрали качественное и количественное влияние параметров сета и устройства Компенсации на переходные и установившиеся процессы, а также отразили особенности: влияние параметров устройства коыпенсацу" активной составляющей на условия компенсации емкостного тока 033, инте; сивное затухание переходных процессов и др.

Било рассмотрено также влияние падения напряжения в линии на условия компенсации тока 033 и способы учета его при автоматическом управлении.

Анализ переходных процессов при 033 в электрических сетях с заземлением нейтрали через высохоомный резистор и дугогасяпий реактор был проведен с использованием ЗШ.

Предложены относительно простые математические модели развития максимальных перенапряжений на фазах сети при горении перемежающихся дуг в указанных электрических сетях. При этом' использована однофазная схема-замещения сети (рис.4) для анализа переходных составляю©« процесса и трехфазная схема замещения для учета установившихся гармонических процессов.

Так, для компенсированной сети первая система дифференциальных уравнений описывает переходный процесс после первого 033: ,

Я_±!Е.', 4- £££; ВИ'. Л ~ Ь ^ I 1г I. 1,7 ~ Г '

¿4 2% ■ ' 2 Тт

61 I Ц ч ч+чг^-г11'

ЙЬ = _ М:, + Вес _ : ,

__1Т __М_

л гЧС+СмГ* г{СН-СмГ" с + с; ¿1

Ряс.4. Однофазная схема замещения электрической компенсированной сети при 033

Рис.5. Кривые зависимости кратности максимальных перенапряжений К^ на фазах сети с компенсированной нейтралью от степени настройки компенсации К : I - на опережающей фазе при первом замыкании на иемлю; 2 - на поврежденной фазе сети после гашения заземляющей дуги; 3 - на неповрежденных фазах сети после повторного замыкания на землю

Напряжение эквивалентного источника ■ .

U = U? Sin (ídt +ipH)..

После гашения заэемляацей дуги процесс описывается второй системой дифференциальных уравнений:

■db R+Rpc . _1_Rgc1 Rpc; Uc< dt 1 ~L г L ~L~'

Йк- iBf£: R +2Rpc. , ¿Rpe ; .2Uc2 dt--L U<--L --L '

_ Rpc. ^ Rpc Rom4-RPc .

5Г---+ ~~ l;—;t7 '

dUct _ C + Cw . , Си : C + Crt n 2CM IT

dT~ ссжц+ ccM/2~Fcc^ uci~7cc^u".

ЙМн _ Сн , С-*-2Сн 0 __С + 2СМ „

сИ ~ ССщ 2ССМ . ГСС^ гССмн , £

вде С + ЗСн '

При повторном -замыкании на землю процесс описывается первой системой дифференциальных уравнений, в которые вместо напряжения и источника подставляется напряжение II + Ис( и последнее начинает изменяться с момента повторного зажигания заземляющей дуги.

Описанная математическая модель была реализована и получено решение на ЭВМ, при этом в качестве подпрограммы использовалась стандартная программа Розенброка для решения систем жестких линейных уравнений. На рис.5 представлены полученные кривые зависимостей кратности перенапряжений Кпм от степени настройки компенсации К.

• Нелинейность дугогасящих реакторов в компенсированных сетях влияет на выбор настройки компенсации.'При анализе данного влияния кривая зависимости потокосцепленкя от'тока = 5(ьи) ДР была представлена' в виде ломаной линии с двумя точками сопряжения и введено понятий степени нелинейности этой кривой

К*

где Кл и Кх - степени настройки компенсации, определенные соответственно по линейной части характеристики ДР и по току ДР.

Решив систему дифференциальных уравнения, описываодих поведение контура нулевой последовательности сети с нелинейньсл элементом в общем случае (при любом числе изломов аппроксимированной кривой) ;илучим следующее решение: напряжение нейтрали сети

= ехр(- £ *)

-~со5а1р-

зспаф

Ь

напряжение на повревденной фазе сети относительно земли Уфм ' Усрм

'Де

0=

1Г

= _ текущее значение угла;

Iог - угол гашения;

1о »и ^н ~ относительные значения потокосцепления ДР.

Используя метод припасовывания с помощью ЭНЛ были рассчитаны I изучены показатели переходных процессов с учетом нелинейности :арактерпстик ДР. На основании результатов исследований сделаны следующие выводы. При нелинейности кривой 1}-т = в области ма-

1ых индукций при аг ^ {5....6) % настройку компенсации целосооб->азно осуществлять по току Д?, т.е. по услозию Кт =1, используя гредставленные в работе разомкнутые автоматические системы» действие которых основано на измерении емкостной проводимости сети, а ¡ри < (5...с) % для настройки компенсации можно использовать 1Емкнутые, например, фазовые системы.

Был проведен анализ процессов в контуре нулевой последователь-ю'сти сети и при изломе кривой у = К'ьь) в области больших (номи-■альной) индукций магнитной системы ДР. (

Третья глава посвящена обоснованию и разработке>комплекса ■строй с? в для улучшения работы электрических сетей, при 033. ..

Существуйте устройства компенсации емкостных токов 033 не

удовлетворяют эксплуатационные службы электрических сетей либо ввиду невозможности плавного или мелкоступенчатого регулирования инду* тивного тока дугогасящего реактора (реакторы со ступенчатым переклк чением ответвлений типа ЗРОМ, РЗДСШ и др.) либо ввиду низкой эксплуатационной надежности (плунжерные реайоры), Используемые для' • автоматического управления плунжерными ДР автоматические регуляторк типа РАНК и БАНК принципиально не могут обеспечить резонансную настройку компенсации в воздушных и смешанных сетях и не удовлетворяют ■ эксплуатационные службы из-за необход шлосад подключения ме^цу одной из фаз сети и землей дополнительного конденсатора (для создания искусственной несимметрии), понижающего надежность электрической сети.

Поэтому были разработаны принципиально новые способы и комплек сы устройств как для сетей с компенсацией емкостных токов 033, так к для сетей с компенсацией основной гармоники тока 033.

Была дана классификация применяемых и вновь разработанных сис-\ тем автоматической настройки дугогасящих реакторов (управления ду-гогасящими реакторами) [3, 9] . Показано, что в общем случае автоматические устройства должны управлять дух'огосящимк реакторами в следующих режимах сети: нормальном, при устойчивом 033, при перемежающейся дуге (во время восстановления напряжения на поврежденной фазе) и при негоднофаэных режимах. Наиболее важное значение имеет управление ДР в нормальном режиме работы сети. Для данного режима предложен новый способ управления ДР, позволивши реаить задачу в общем случае, т.е. в сетях кабельных, воздушных и сметанных, при на личии нескольких ДР, расположенных.на различных подстанциях и с -учетом налинейностей характеристик ДР .[50] . Суть способа заключается в том, что через управляемый ДР в сеть вводят, периодически .. переключая, оперативный ток двух непромышленных частот и ^ . Измеряя при этом емкостные проводимости сети относительно земли Ь, и &г на соответствующих частотах, определяют емкостную.проводимость сети относительно земли Ьс и индуктивную проводимость всех остальных ДР Ьь0 на промышленной частоте £ * используя следующие соотношения:

Б соответствии с измеренными параметрами осуществляется изме-гние индуктивности управляемого ДР.

При наличии в сети ДР, расположенных только .на одной подстан-ли, автоматическое устройство упрощается и при этом используется перативный ток только одной частоты (ICO Гц). Разработано также стройстзо для управления ДР в различных режимах сети. Реализация стройств автоматического управления ДР осуществлена как с помощью залоговых, так и цифровых схем. 3 последнем варианте использован лкроконтроллер типа "Электроника. MC27Q2".

Разработан ряд конструкций дугогасящих реакторов с подмагннчи-

гнием постоянны»! током- f 43, 4б] и дискретным регулированием и иду кг 1 О

явности [45] , обладающих улучшенными технико-экономическими пока-ателями. На рис.6 показана относительно простая конструкция дуто-асящего реактора с гыдмагничиванием постоянным током, выполненная a трехстержневом магнитопроводе [14] . На одном крайнем стержне го, выполненном с немагнитными зазора!ли, размещена базовая обмотка, эдключенная к основным выводам реактора. На двух других стержнях без зазоров) расположено по одной катушке подмагничивания, которые ключены последовательно и согласно друг с другом и образуют одну ймотку подмагничивания. Поверх этих обмоток намотана регулировоч-эя обмотка, которая подсоедин£на к'основным выводам реактора так, го магнитные штоки регулировочной и базовой обмоток направлены огласно друг с другом.

При отсутствии подмагничивания ток реактора практически опрв-еляется базовой обмоткой, а при подмагничивании его увеличивается агнитиое сопротивление в подмагничиваемых стержнях., происходит на-ыщенке их и вытеснение переменного магнитного потока. В результате величиЕается ток регулировочной обмотки-и реактора. Регулировочная чрактеристиха описанного реактора близка к линейной. Данная конст-/кц/.я реактоил технологична в изготовлении, a сам он обладает вы-окол эксплуатационной надежностью. Для- улучшения тэхнико-экономи-эских показателей реактотюв с пэдмагничиванием разработаны и про-грены следующие эффективные меры:

1. Изготовление плаотин из холоднокатанной стали и сборка эдмагничиваемых стержней и ярем магнитопровода с ориентированием зправлением проката.

2. Выполнение подмагничиваемых стержней с радиальной шихтовкой ластин.

3. Располоке:гае обмоток подмагничивания поверх регулировочных биоток.

Oûf К

Flic. о. Конструкция дутогасящего реактора с поддагничиванием

4. Применение электротехнических сталей с пониженными потеряли активной мощности. ' "

5. Шунтирование магнитных потоков рассеяния, замыкающихся по 5аку реактора.

Разработаны методики проектирования ДР с подаагничиванием, основанные на расчете оптимизированных конструкций таких реакторов [I и др.] и позволяющие проектировать ДР с оптимальными параметрами.

Для обеспечения компенсации основной гармоники тока. 033 в электрических сетях разработаны силовые устройства, основанные на активном способе. Для осуществления автоматического управления устройствами компенсации активной составляющей тока 033 предложено 2 новых способа: по условию равенства напряжения нейтрали ио и фазного напряжения Цф и по нулю продольной и поперечной составляющих напряжения замыкания [41, 42] . Предложена система автомати-

ческого управления устройством компенсации тока 033 и рассмотрена ;е функциональная схема.

Для нормального функционирования автоматических блоков, управ-ишцих устройствами компенсации токов 033, необходимы блоки опреде-тения режима электрической сети, которые определяют вид возникшего 1варийного режима и поврежденную фазу сети. В работе предложено новое техническое решение, обеспечивающее выполнение всех основных функций рассматриваемого блока [24 , 49] . Для определения повреж-;енного присоединения в сетях с компенсацией токов 033 предложены новые устройства защиты (сигнализации) 033, реагирующие на переходные процессы и установившиеся остаточные токи [48 и др.].

Глава четвертая посвящена исследованию важных режимов, возни-сающих при эксплуатации электрических сетей, режимов неполнофазного штания. ' . •

Эти режимы возникают при несимметричных состояниях электрической сети, вызванных различными причинами и могут существовать относительно длительно^ время. Особенностью их является относительно ?алая вероятность появления. Однако они могут приводить к значительным перенапряжениям и, как .следствие, к отдельным или чаще мно-'оместным повреждениям" изоляции электрооборудования и развитию ава-шйной ситуации. В сельских воздушных сетях указанные режимы могут возникать, в частности, при обрывах проводов их линяй.

В [б] рассмотрена схема замещения и различные неполнофазные сежимы сети. Основными величинами, определяющими опасность негол-юфазных режимов, являются напряжение нейтрали Т10 я на отключив-

шейся части фазы (частях фаз) Un*t . Негалнофазный режим считается не опасным, если U0 ^ 0,7 II ^ и Unlij U/,.

Отмеченные напряжения зависят от большого количества параметр о: сети и устройства, включенного между нейтралью сети и землей. Чтобы уменьшить количество независимых переменных при анализе неполнофаэ-1 ных режимов предложен метод круговых диаграмм [2] . Построение любой окружности U0= Const- или Uni ~ COnst возможно еыполнит1 с помощью полученных автором соотношений для координат центра окружностей и их радиуса. В качестве примера в табл. приведены соотношения для координат КТц и d-щ центра о крепостей Um= const и их радиуса R для компенсированной сети. Анализ последних соотношений проведен с использованием траекторий координат центра и изменения радиуса окружностей.

Учитывая разветвленность электрических сетей, можно считать, что наиболее вероятно отключение части сети с относительной емкостью на землю И ^"0,3. 0

Проведенные исследования для электрических сетей с изолированной нейтралью и с нейтралью, заземленной через высокоомный резистор, при различных параметрах сети показали, что из двух приведенных выше условий определяющим оказывается условие ограничения напряжения на отключившейся части фазы (частях фаз). Выли найдены соотношения, определящие допустимые параметры нагрузки неполнофазно питаемс линии, при которых неполнофазное отключение не опасно, и построены номограммы (рис.7).

Зоны допустимых коэффициентов загрузки расположены выше соответствующих прямых, показанных на .рис.7.

Сопоставление опасности нешлнофазных режимов для сетей с различивши вццами заземления нейтрали показало, что наиболее опасны они в сетях с компенсацией емкостного тока 03% а наименее опасны в сетях с компенсацией основной гармоники тона 033.

В заключение данной главы предложен ряд мероприятий, предотвращающих или значительно снижающих вероятность появления в сети нешлнофазных режимов.

■ В пятой главе рассмотрены результаты экспериментальных исследований в действующей электрической сети 6 кЗ при установке системы компенсации токов 033. На рис.8 показаны осциллограммы, полученные в этой сети [31] .

При 033 была снята зависимость остаточного тока от степени настройки компенсации как при компенсации одной емкостной составляющей, так и при сошестной компенсации емкостной и активной do с-

Таблица

обозначения

Координаты центра и радиус окружностей напряжения на отключившейся части фазы (однофазное отключение)

К

тц

ЧК^,(V2с|1} -(с!э-пй)г

?ис.7. Допуст;;;-.:;.'е коэффициенты загрузки неполкофазно

г.'.'.т'л-'мой линии с трансформатором при Г5 = 0,2:

1 ~ для сети с изолированной нейтралью;

2 - для * сети с заземлением нейтрали через высокоомный резистог»;

/1 - однофазное отключение; В - двухфазное отключение

тавлянцих. В первом случае при резонансной настройке компенсации остаточный ток был равен 5 А и содержал активную составляющую, равную 4 А, и высшие гармоники - 3 А. При включении устройства компенсации активной составляющей (момент времени ^ , осциллограмма а, рис.8) практически полностью была скомпенсирована основная гармоника' тока 033. Остаточный ток уменьшился с 5 А до 3 А и содержал лишь высшие гармоники. Минимум остаточного тока при одновременной компен сации емкостной и активной составляющих тока 033 получился при степени настройки, равной 1,07. Такое смещение настройки обусловливает ся влиянием устройства компенсации активной составляющей тока 033. Для уменьшения этого влияния напряжение Уд дополнительного источника нужно вводить с некоторым опережением к фазному напряжению источника питания поврежденной фазы. При отключении 033 напряжение основной частоты на "поврежденной" фазе остается практически равным нулю, а уровень напряжения высших гармоник несколько увеличивается (момент времени Iг , осциллограмма б, рис.8).

В процессе испытаний после отключения 033 напряжение основной гармоники на "поврежденной" фазе не превышала I % и<р ,-а напряжение высших гармоник составляло ..3 % IIили действующее значение было равно. 75...100 В. Заземляющая дуга в месте повреждения быстро гасла. Это подтверждает то, что дополнительная компенсация активной, составляющей Тока 033 создает благоприятные условия для ликвидации неустойчивых дуговых замыканий на землю.. ■ ,

При отсутствии замыкания на землю осуществлялось регулирование вводимого в сеть напряжения _ 11д , Напряжения на "поврежденной", "здоровой" фазах и нейтрали сети строго определялись величиной вводимого напряжения 1Гд и параметрами компенсированной сети. Это свидетельствует о возможности управления процессом восстановления напряжений в компенсированной сети поелд. ликвидации 033. Про- . цесс управления может быть организован в собтветствии со следующим алгоритмом. После гашения заземляющей дуги дается некоторая вьдерж-. ка времени, необходимая для восстановления электрической прочности дугового промежутка, затем вводимое напряжение плавно умень-

шается и устройство компенсации активной составляющей тока 033 отключается. Скорость изменения напряжения ид с помощью автоматического устройства может быть задана сколь угодно малой.

Такта образом, испытания, проведенные в электрической сети 6 кВ, подтвердили, что разработанное устройство компенсации токов '033, работоспособно и технически реализуемо.

При ароматическом управлении дугогасящими реакторами возника-• ет задача:, какова допустимая расстройка компенсации? Ь данной работе

■не. 8. Осциллограммы процессов, подученные в электрической сети напряжением 6 кВ: а) режим однофазного замыкания на землю, включение устройства компенсации активной составляющей; б) отключение однофазного замыкания на землю при компенсации емкостной я активной составляющих'

предложено решение этой задачи с помощью оценки качества процессо протекающих в компенсированной сети [32] . Расстройка, компенсации считаетсядопустимой, если она ухудшает показатель качества процессов не более, чем ив. 5 %.

Были рассмотрены показатели качества процессов в компенсированной сети - значения следующих величин: остаточного тока; восстанавливающегося напряжения на поврежденной фазе после гашения заземляющей дуги; скорости восстановления напряжения на поврежден ной фазе; времени восстановления напряжения на поврежденной фазе; максимальных перенапряжений; вероятности появления перенапряжений больших линейного напряжения.

Из указанных величин определяющими оказались три. Допустимая расстройка компенсации задается условиями: по скорости восстановления напряжения на поврежденной фазе

|»д| < dM~i (signVA - ) ;

по времени восстановления напряжения

SljWVA da ore COS Я >2

IuaI < „ тг. cu En u*

- UB3

ГЙС . Я»¿[0+^)0-щ;) +t iv J'

по вероятности появления, перенапряжений, больших линейного напряжения

- 1,5 % ^ ^ 3,5 Й. Здесь СЦ «=1,05 и 05 = 0,95. "Ц63 - значение напряжения,-до которого восстанавливается напряжение. на повревденшй фазе. Указанные условия определяют продельное абсолютное значение степени расстройки компенсаций! которое составляет 1.,,1,5 %,

Область применения систем компенсации емкостных токов 033 может быть расширена. £ сетях, питающих здечительные по мощности

днофаэные нагрузки, возникают смещения нейтрали, зависящие от кон-ретных значений нагрузок и они изменяются во времени. В работе оказана возможность применения в этих сетях систем компенсации ем-остного тока 033. К таковым относятся некоторые сельскохозяйственные ети и сети ряда промышленных предприятий.

В работе рассматривается аналитическая связь режима нейтрали надежностью функционирования электрической сети и влияние первого а вторую.

Как известно, надежность восстанавливаемого объекта (электри-еской сети) определяется, прежде всего, тремя показателями: пара-етром потока отказов 10 с , средним временем работы до отказа Т0 средним временем восстановления Т6 .

Для электрических сетей напряжением 6...35 кВ параметр потока тказов можно принять

"с - + (*>зп,

де ШКм - параметр потока отказов сети, определяемый междуфазны-и короткими замыканиями;

(Озп - параметр штока отказов сети, определяемый 033,'пере-едшими в междуфазные короткие замыкания.

Параметр потока отказов ООэп непосредственно определяется ежиглом нейтрали электрической сети и зависйт от значения емкоет-ого тока 033. При емкостных токах 033, составляющих десятки ампер более 20...30 А) наибольшее значение' наблюдается в сетях с

золированной нейтралью, значительно меньшее - в сетях с компенса-ией емкостного тока 033, и можно ожидать дополнительное уменъше-ие его в сетях с компенсацией тока 033. При емкостных токах 033, оставляющих единицы ампер, значения ' 00зп для сети с заземлением ейтрали через высокоомный резистор должны находиться мевду тако-ыми для сетей с изолированной нейтралью и компенсированной ней-ралью (с компенсацией токо £ 033).

Для практических оценок надежности электрической сети предла-ается использовать также* коэффициент надежности сети

кн= 1 - ^ - 1- Д4»п»п3,

де - количество недоотпущенной. за год электроэнергии, кВт-ч;

Wn - количество переданной за год через сеть электроэнергии,

аЦ.» - среднее количество недоотпущенной электроэнергии за од, приходящееся на одно отключение, отнесенное к количеству по-ребленной (переданной сетью) электроэнергии за год "Мл ;

Пз - количество 033 в сети за год;

Л« - общее количество мевдуфазных коротких замыканий в сети за год, отнесенное к числу 033 .

Введем коэффициент надежности электрической сети Кин , обусловленный режимом нейтрали электрической сети,

и Ш 4 —

*НН . '

где - количество недоотцущенной за год электроэнергии, обус-

ловленное 033, перешедшими в междуфаэные короткие замыкания, кВт.ч.

Связь между выше указанными коэффициентами надежности с^ти определяется соотношением

К» Кнн ~ ^е*ПкилПз, где Пки^«=Пкм/Пз - относительное число мевдуфазных коротких замыканий в сети за год;

Надежность функционирования систем компенсации и, в частности, дугогасящих реакторов также оценивается параметром потока отказов Ор , средним временам работы до отказа Тро и средним временем восстановления Тр» ,

' Принимая во внимание независимость собигий, можно предположить, что практически • всегда отказы дугогасящих реакторов возникают меаду 033 в .сети. Это объясняется, в частности, тем, что и те и другие,-события достаточно редки и Ыр в худшем случае на поредок меньше'частоты 033 Ь)» хг П3/Тг,

где ТР * 8760 ч - число часов, работы сети за год. . •

Поэтоау показатели надежности ДР (при условии минимальных сроков, ремонтов последних) можно, рассматривать независимо от 033 в сетМ.-

Полученные значения параметра потоков9>тказов для плунжерных реакторов составили • .

' 'Ыр'м - 0,02...0,03 —¡^ ,

а для разработанных и эксплуатируемых в сетях напряжением 6...35 кВ •дугогаси^ед реакторов с подмагничиванием

ЫРП = 0,0019^ ,

т.е. практически на порядок меньше, что свидетельствует о высокой эксплуатационной надежности реакторов с подмагничиванием.

Фактически же время' восстановления дугогасящих реакторов,-ксплуатируемых в сельских электрических сетях, учитывая реальную :итуацию, составляет дни и даже недели, что, конечно, значительно ровыдает необходимые и минимально возможные сроки ремонтов. Поэ-ому возможно наложение отказов ДР на 033 в сети. В результате на-.ежность электрической сети будет дополнительно снижаться. Это еще аз указывает на необходимость повышения эксплуатационной надеж-юсти ДР.

В данной главе также представлены результаты экспериментальной ценки уровней напряжения прикосновения при 033 в компенсиро ватой :ети напряжением б кВ, испытаний системы компенсации с устройством орсировки тока подмагничивания дугогасящего реактора в сети напря-:ением б кВ и вопросы анализа динамики систем компенсации емкост-ых токов 033.

Внедрение представленных здесь технических систем, пргаенение оторых определяется выбранным режимом нейтрали, должно быть обосно-ато экономически. Поэтому были разработаны методика расчета зконо-ического эффекта от установки систем компенсации емкостных токов 33, содержащих дугогасящнй реактор с подмагничиванием, а также ме-одика расчета экономического эффекта от улучшения условий электро-езопасности для случая применения систем компенсации токов 033.

Основные результаты работы и выводы

В результате выполнения представленной работы проведен теоретический анализ режимов нейтрали электрических сетей напряжением ...35 кВ сельскохозяйственного назначения, питащих сельские рай-ны, агропромышленные комплексы и других.потребителей. Решена пролегла создания комплекса технических устройств и систем,, обеспечи-ающих управляемый режим нейтрали указанных электрических сетей и озеоляющих существенно повысить надежность электроснабжения со-тветствующих потребителей.

1. Проведенный анализ работы сельских электрических сетей наряженном 5...35 кВ показал, что существующий в них режим изолиро-энной нейтрали во многих случаях не обеспечивает достаточную, надежность их функционирования, а иногда и необходимый уровень элек-робезопасности. Для повышения надежности их функционирования це-

е со образ но применять другие реюмы нейтрали. *

2. Разработаны относительно 'простые математические:модели, .

позволившие с помощью ЭВМ оценить уровни максимальных перенапряжений в рассматриваемых сетях при 033.

3. Разработаны и в вцде мелких серий внедрены в производство конструкции дугогасящих реакторов с подмагничиванием, имеющих улучшенные технико-экономические показатели и обладающих сейчас наивысшей эксплуатационной надежностью по сравнению с известными другими плавно регулируемыми дугогасящими реакторами.

Предложены также конструкции перспективных дугогасящих реакторов с дискретным (мелко-ступенчатым) регулированием индуктивности.

4. Разработаны новые способы определения параметров электрических сетей относительно земли и на их основе созданы системы автс матического управления устройствами заземления нейтрали этих сетей. Б частности, разработана микропроцессорная система измерения параметров электрической сети относительно земли и автоматического управления дугогасящим реактором с подмагничиванием.

5. Проведен анализ неголнофазных режимов рассматриваемых электрических сетей.

Предложен эффективный метод круговых диаграмм и получены общие соотношения для параметров крутовых.диаграмм, позволяющие оценить перенапряжения на нейтрали сети и отключившихся проводах в отмеченных случаях. Построены номограммы для определения допустимых коэффициентов загрузки неполнофазно питаемой линии (трансформатора).

6. Проведенные эксперименты в электрической сети напряжением 6 кВ показали, что компенсация токов 033 обеспечивает максимальную вероятность гашения дуги замыкания на землю и реализуема с помощью предложенных в работе средств.

7. Показано, что для обеспечения максимальной эффективности систем автоматической компенсации емкостных токов 033 расстройка компенсации в нормальном режиме сети по абсолютной величине не должна превышать 1...1,5'%.

8. Для сельских воздушных электрических сетей напряжением 6...35 кВ, в которых необходимо улучшение условий электробезопас-носги при 033, предложен "новый перспективный режим'нейтрали, обесш чивающий компенсацию основной гармоники тока 033 и разработана автоматизированная система компенсации токов 033.

Показано, что для кабельных сетей агропромышленных комплексов и рада других сельских электрических сетей напряжением 6...35 кВ с токами 033 более 5...10 А в настоящее время целесообразным являете* режим компенсированной нейтрали и разработан комплекс соответствую-

цих автоматизированных устройств, обладающих высокой эксплуатационной надежностью.

Предложенные в работе критерии позволяют выбрать рациональный режим нейтрали сельских, электрических сетей напряжением 6...35 кВ.

Соответствующий материал данной работы внедрен в учебный процесс: читаются некоторые разделы, в лекционных курсах "Электроснаб-кение промышленных предприятий" и "Автоматизация систем электроснабжения"; по данной теме издано Z учебных пособия для студентов специальности 1004.01 "Электроснабжение промышленных предприятий"; по названным курсам поставлено 3 лабораторные работы, одна из которых поставлена с использованием микроконтроллера типа "Электроника ■/1С 2702."

Внедрение систем компенсации емкостных токов 033 в масштабах страны позволит улучшить годовой экономический эффект в объеме' 20 млн.руб., а внедрение систем компенсации токов 033 в сельских электрических сетях напряжением б, 10 кВ только ПОЭиЭ "Челябэнерго", "Курганэнерго" и "Кустанайэнерго" обеспечит годовой экономический . эффект более 300 тыс. руб. (в ценах до 2 апреля.1991 г.).

■ Основные положения диссертации оцубликованы в следующих основных работах автора: :

1. Пястолов В.И., Петров O.A., Панова Ё.Д. Метод расчета дуго-гасящпх катушек с подмаг ничи ванн ем // Электричество .-I970.-J5 5. -

ч/ • »• • «

2. Петров O.A. Смещение нейтрали при пофазных отключениях и обрывах фаз в компенсированной' сети // Электрические станции.-1972.-? 9. -г С. 57...61.

3. Петров O.A., Гиря В.И. Принципы автоматической настройки зугогасящих катушек с нелинейными вольт-амперными характеристика-<;и // Автоматизация энергосистем и энергоустановок промышленных предприятий: Сборник научных"4трудов № 160. - Челябинск: ЧПИ, 1975.

4. Петров O.A., Ершов A.M. Компенсация активной составляющей гока однофазного замыкания на землю в электрических сетях // Известия вузов СССР. Энергетика.-I975.-J," 10. - С. 10...14.

5. Ершов A.M., Петров O.A. Исследование на физической модели компенсированной сети процессов при полной компенсации тока однофазного замыкания на землю // Автоматизация энергосистем и энергоустановок промышленных предприятий: Сборник научных.трудов 191. -Челябинск: ЧПИ, 1977. - С. 12...15. ■

б. Маврицын A.M., Петров O.A. Эле гроснабжение угольных разрезов. М.: Недра. 1377. - 192 с.

- 7. Гиря В.И., Петров O.A. Автоматическая настройка компенсации, емкостных токов // Электрические станции.-1997.-5 3. - С. 80...83.

8. Петров O.A., Ершов A.M., Гиря В.И. Стабилизированные системы управления током подмагничивания дугогасящих реакторов // Промышленная энергетика,—197?.-Б I. - С. 16...18.

9. Гиря В.И., Петров O.A. Классификация ристем автоматическо го регулирования настройки дугогасящих реакторов // Автоматизация энергосистем и энергоустановок промышленных предприятий: Сборник научных трудов №'191. - Челябинск: ЧПИ, 1977; - С. 36...41.

10. Ертв A.M., Петров O.A. Способы компенсации активной сос-тавляицей -"ока однофазного замыкания на землю // Известия вузов СССР. Энергетика.-1977.-В 3. - С. 37...42.

11. Ершов A.M., Петров O.A. Исследование на АШ процессов в электрических сетях с компенсацией тока однофазного замыкания на землю // Известия вузов СССР. Энергетика.-1977.-I? 6. --G. 29...34.

12. Петрор O.A., Ершов A.M. Способы автоматической компенсации активной составляющей тока однофазного замыкания на земля // Автоматизация энергосистем' и энергоустано&Зк промышленных предприя ?ий: Сборник научных трудов }г 213. Челябинск: ЧПИ, 1978. - С.

47.,. ЬО. . •

■13. Ершов A.M., Петров О.А, Амплитудю-фаз ;вые характеристики компенсированной сети //.Известия вузов СССР. Энергетика.-1980.-

— С. 23.. .2/*

14. Петров O.A., Валеев Г.С. Д/гогасяций реактор с намагничиванием постоянным током // Электрические станции.-1980.7. -С'. 49...52.

15,.Ершов A.M..Петров O.A. Анализ структуры и исследование динамических' свойств системы автоматической компенсации // Извести вузов СССР.- Энергетика.-I98I.-S 6. - С. 13...17.

16. Петров O.A., Ершов A.id. Полная'компенсация тока однофазного замыкания на землю при подключении к сети регулируемого источника напряжения /./ Известия вузов СССР. Энергетика.-I98I.-/ IG. С. 8...12.

17. Компенсация емкостных токов однофазного замыкания на землю в сетях 6 кВ ССГСКа / О.А.ПетроБ, Г.С.Валеев, А.П.Сидоров и др. // Горный журнал.-1982.-;; 6. - С. Ы...53.

18. Петров O.A. Автоматизация систем электроснабжения. 4.2. ¿лябинск: ЧПИ. 1982. - 49 с.

19. Четырехстержневой дугогасящий реактор с подмагничивани-

■и / Г.С.Балеев, О.А.Петрэв, Е.Д.Панова и др. // Электрические "стан-;ии.-1983.-"= 3. - С. 50...52. . • '

20. Опыт эксплуатации головного образца серии дугогасяцих ректоров типа РЗДПСМ с устройством автоматической настройки /O.A. Петров, В.В.Семенов, П.Н.Рогатых и др. // Энергетика.-1983.-."' 6. -' • 2J••«¿3 •

21. Автоматическая настройка плунжерных дугогасящих реакторов I кабельных сетях / О.А.Петров, А.М.Ершов, А.Н.Хабаров и др. // (лектрические станции.-1983.-№ 10. - С. 60...63..

22. Петров O.A. Анализ условий компенсации тока замыкания на ¡емлю при введении в сеть дополнительного напряжения через транс-юрматор // Автоматизация энергосистем -и энергоустановок промышленных предприятий: Сборник научных трудов. Челябинск: ЧПИ, 1983. -

!. 48...51.

23. Использование несимметрии трансформатора для автоматичес-:ой настройки дугогасяцих реакторов / О.А.Петроэ, А.М.Ершов, А.Н. [абаров и др. // Электрические станции.-1984.-^ 7. - С. 46...48.

24. Анализатор режима работы электрической сети с изолирований или компенсированной нейтралью / А.М.Ергов, О.А.Петров, Е.П. ¡ёмляков и др. // Электрические станции,-1984.-№ 7. - С. 63.».65.

25. Петров O.A., Стасяк В.И.» Семенов В.В. Применение систем ■ юрсировки для дугогасяцих реакторов с гюдаагничиванием // Элек-■рические станции.-I985.-JP I. - С. 41...44.

26. Петров O.A. Анализ условий компенсации тока однофазного (амыкания на землю в электрической сети // Автоматизация энергосис-•ем и энергоустановок промышленных предприятий: Сборник научных ■рудов. Челябинск: ЧПИ, 1985. - С. 56...59. '

27. Петров O.A., Сидоров А.И. Компенсация токов однофазного ¡амыкания на землю в сельских электрических сетях напряжением

>, 10 кВ // Современные проблемы энергетики: Тезисы докладов и со-»бщений 1У республиканской научно-технической конференции. Киев: 1ЭД АН УССР. 1985. - С. 168, 169. , . .

28. Петров O.A., Свдороз А.И. Определение экономического эффекта от улучшения условий электробезопасности -при однофазных ¡амыканиях на землю е электрических сетях // Автоматизация энергосистем и энергоустановок промышленных предприятий: Тематический сборник научных трудов. Челябинск: ЧПИ, 1986. - О. 31...34.--

29. Петров O.A. О режиме нейтрали сельских электрических сетей напряжением Ь...35 кВ // Автоматизация энергосистем и энергоустановок промышленных предприятий: Сборник научных трудов. Челябинск: ЧТИ, I93G. т С. 34...33.

30. Измерение емкостного тока однофазного замыкания на землю в воздушных сетях б, 10 кВ / О.А.Петров, А.И.Сидоров, В.И.Дудино-ва, М.П.Бухметова // Электрические станции.-1987 .-.V1 4. - С. 75, 76

31. Ершов A.M., Петров O.A. Испытание устройства компенсации активной составляющей тока однофазного замыкания на землю в электрической сети напряжением 6 кВ // Электрические станции.-1991.-'?

1 '.о

32. Петров O.A. Точность систем автоматической компенсации емкостных токов однофазного замыкания на землю в электрических сетях // Электрические станции.-1989.II. - С. 92...96.

33. Петров O.A. Способ автоматического управления дугогасятци-IYA реакторами с использованием оперативного тока непромышленной частоты // Кибернетика электрических систем: Тезисы докладов Х1-й сессии Всесоюзного научного семинара. Абакан. 1989. - С..140, 141.

34. Исследование' условий эл^ктробезопасности в компенсированной сети / О.А.Петров, А.И.Сидоров, Ю.В.Ситчихин, В.П.¡Ледников // Горный журнал.-1989.9. - С. 46 , 47. ' •

35.-Петров O.A. Напряжения'на отключившихся участках фаз лини при пофазных отключениях в компенсированной "сети // Автоматизация энергосистем .и энергоустановок промышленных предприятий: Сборник научных трудов. Челябинск: ЧПИ, 1969. - С. 24...2'/.

ЗС. Хабаров А.Н., Петров O.A. Определение напряжения, искус-' ственной несимметрии при построении систем автоматического регулирования настройки 'компенсации' в электрических сетях // Известия вузов СССР. Энергетика.-1990I. - С. 40...44.

37. Сидоров А.К., Петров O.A., Ушаков ¡1.1.1. Погрешности косесн но го метода измерения ёмкостных проводимэстей относительно земли б электрических сетях напряжением 6-10 кЗ // Электричество.-1990."-.V 10. - С. 33...36.

33. Петров O.A.,'Ершов А.!.".. Режимы нейтрали электрических сетей систем электроснабжения промышленных предприятий. Челябинск: ЧПИ, 1990. - 67 с.

39. Валеев Г.С., Хабаров А.Н., Петров O.A. Определение чисел витков и ключей в дугогасящем реакторе с переключением ответвле-'нпй // Известия вузов СССР. Энергетика.-1991.-!;' 12. - С. 36...41.

40. Петров O.A., Ловковский А.И. 0 допустимой расстройке ком-гксации в электрических сетях напряжением 6-35 кЗ // Электрические ганции.-1992.-№ I. -С. 71...75.

41. A.c. 565346. СССР. Способ автоматической компенсации ак-г!Еной составляющей тока замыкания на .землю / О.А.Петров, А.М.Ер-зв. - Опубл. в В.И. 1977. № 26.

42. A.c. 628579. СССР. Способ автоматической компенсации ак-mioft составляющей тока замыкания на землю / 0.А.Петроь, А.М.Ер-эв. - Опубл. в В.И. 1978.V 38.

43» A.c. 773757. СССР. Управляемый реактор с подмагничивани-и / О.А.Петров, Г.С.Валезв. - Опубл. в В.И. I98Q. № 39.

44. A.c. 845216. СССР. Способ компенсации тока однофазного гмыкания на землю и устройство для его осуществления / О.А.Петров, .М.Ершэв. - Опубл. в Б.И. IP8I.25.

45. A.c. 9I5IGI. СССР. Электрический реактор с дискрэтным ре-/лированием индуктивности / О.А.Петров, Г.С.Валсев, А.Н.Хабаров. -публ. в Б.И. 1982. Р II.

45. A.c. 930400. СССР. Электрический реактор с продольны:.! под» агничиванием / Г.С.Еалеэв, О.А.Пстров. ~ Опубл. в Б.И. 1982. iä 19.

47. А. о. II072I5. СССР. Устройство для автоматической компен-ации емкостного тока однофазного замыкания на землю / О.А.Петров, .И.Стасяк, В.В.Семеноз. - ОцуАл. в Б.И. 1984. ff 29.

48. A.c. II49340. СССР. Устройство для зщити от однофазного амикагаы» на землю в электрической сети перзксшяго тока / О.А.Пет-эв, В.З.Арендт. - Оцубл. в Б.И. 1935. 5 13.

49. A.c. I3I9I34. СССР.-Устройство для определения регкаа ра-зты электрической сети с изолированной или компенсированной ней-ралью / А.М.Ергэ'в, О.А.Петров, С.М.Литвгеяв. - Оцубл. в З.И. 1987.

23.

50. A.c. 1354332. СССР. -Способ автоматического управления ду-огасяцим реактором / О.А.Петров. .- Оцубл. в В.И. 1987. $ 43.

51. A.c. I357871. СССР. Устройства для измерения параметров лектрической сети относительно земли /.О.А.Петров. - Оцубл. в Б.И. 587. № 45.

52. A.c. 1390704. СССР. Устройство для автоматической наст-:

ойки дугогасяцего плунжерного реактора' / О.А.Петров, А.М.Ершов. -публ. в Б.И. 1983. В 15. .•

1о?писаяо к печати 30.10.92. Формат 60X90 I/I6. П$ч. л. 2¡25. гч.-.чзд. л. 2. Тираж 100 экз. Заказ 233/630.

'СП ЧГТУ. 4540М Челябинск, пр. им. В.И.Ленина, 76.