автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Повышение надежности сельских электрических сетей 6(10) кВ на основе оперативного определения места повреждения при однофазных замыканиях на землю по параметрам переходного процесса без отключения потребителей

На правах рукописи

(М1

БАЙБУРИН ЭДУАРД РАМИЛЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ СЕЛЬСКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ 6(10) кВ НА ОСНОВЕ ОПЕРАТИВНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ ПРИ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЯХ НА ЗЕМЛЮ ПО ПАРАМЕТРАМ ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА БЕЗ ОТКЛЮЧЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

05.20.02— Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - Пушкин 2006

Работа выполнена на кафедре электроснабжения и применения электрической энергии в сельском хозяйстве ФГОУ ВПО "Башкирский государственный аграрный университет"

Научный руководитель -доктор технических наук, профессор

Андрианова Людмила Прокопьевна

Официальные оппоненты -доктор технических наук, профессор

Косоухов Федор Дмитриевич

-кандидат технических наук, доцент Кабашов Владимир Юрьевич

Ведущая организация - ОАО «Башкирэнсрго»

Защита состоится 05 декабря 2006 г. в часов на заседании

диссертационного совета Д220.060.06 в ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургском государственном аграрном университете» по адресу: 196601, Санкт-Петербург, г. Пушкин, Петербургское шоссе, д. 2, ауд. 2-719.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургского государственного аграрного университета».

Автореферат разослан 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совет; доктор технических наук, профессор /

в.я. Сковордин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. На основе статистических данных обследования электрических сетей 6(10) кВ установлено, что основными повреждениями в этих сетях являются однофазные замыкания на землю (ОЗЗ), которые составляют 67-92% от общего количества повреждений.

Трудозатраты на восстановление нормального режима линий составляют примерно 3/4 всех трудозатрат на эксплуатацию и наибольшей составляющей трудозатрат на восстановление является поиск места повреждения.

В настоящее время при эксплуатации трехфазных электрических сетей напряжением 6(10) кВ с изолированной или компенсированной нейтралью для определения места однофазного замыкания на землю применяются топографические и дистанционные методы и устройства.

Известны работы отечественных ученых Цапенко Е.Ф., Щуцкого В.И., Шалыта Г.М., Лихачева Ф.А., Самойловича И.С., Дударева Л.Е. и др., посвященные исследованиям сетей с изолированной или компенсированной нейтралью и разработке методов для поиска места повреждения при замыканиях на землю на основе анализа параметров переходных процессов.

Преимуществом методов определения места повреждения на основе анализа параметров переходных процессов является оперативность поиска и определения расстояния до места замыкания на землю.

Широкое применение данных методов сдерживается недостаточными исследованиями процессов при ОЗЗ на математических моделях сети с учетом влияния характера повреждения, конфигурации сети, силовых трансформаторов, а также поперечного сопротивления в схеме замещения и отсутствием алгоритмов моделирования, исследования и расчета параметров переходных процессов.

Поэтому разработка моделей сети для исследования переходных процессов, методов и средств оперативного определения места повреждения в электрических сетях 6(10) кВ с изолированной или компенсированной нейтралью без отключения напряжения, является актуальной научной задачей, имеющей

важное народнохозяйственное значение, решение которой направлено на обеспечение надежного, эффективного и бесперебойного электроснабжения сельских потребителей.

Основания для выполнения работы. Работа выполнена в соответствии с федеральной целевой программой Министерства сельского хозяйства Российской Федерации «Социальное развитие села до 2010 г.», п.7 «Развитие электрических сетей в сельской местности», утвержденной постановлением Правительства РФ от 3 декабря 2002, № 858, а также в соответствии с хоздоговорной научно исследовательской работой «Разработка сигнализации и определение места однофазного замыкания на землю в электрических сетях 10 кВ» (договор № 35, заключенный ежду Башкирским государственным аграрным университетом и МУП «Чишминская электрическая территориальная сетевая организация» от 01.04.2006 г.

Цель работы. Повышение надежности сельских электрических сетей 6(10) кВ за счет оперативного определения места повреждения по параметрам однофазного замыкания на землю без отключения напряжения, направленного на обеспечение эффективного электроснабжения потребителей.

Основные задачи исследования:

1) провести анализ состояния существующих методов и устройств для определения места повреждения при однофазных замыканиях на землю, выявить их ограничения;

2) разработать математические модели сети, позволяющие проводить исследования переходных процессов при замыканиях на землю с учетом влияния различных факторов;

3) разработать методы и средства оперативного определения расстояния до места повреждения электрической сети 6(10) кВ, работающей с изолированной нейтралью, по параметрам переходного процесса без отключения потребителей;

4) разработать программные средства для моделирования параметров электрической сети и их анализа при ОЗЗ с целью определения поврежденного участка;

5) провести экспериментальные исследования математических моделей и методов с целью определения влияния различных факторов на параметры переходных процессов и спектр частот тока и напряжения сети в режиме ОЗЗ.

Объект исследования. Электрическая сеть напряжением 6(10) кВ с изолированной нейтралью при однофазных замыканиях на землю.

Предмет исследования. Модели, методы и средства определения места повреждения электрической сети 6(10) кВ при однофазных замыканиях на землю по параметрам переходного процесса без отключения потребителей.

Методы исследований. Математическое моделирование электромагнитных процессов, метод переменных состояний, операторный метод преобразования Лапласа, теория комплексного переменного, численный расчет методом Рунге — Кутта, современные информационные технологии MatLab, Simulink, Maple.

Основные положения, выносимые на защиту:

1) математические модели сети, построенные на основе метода пространства состояний, преобразования Лапласа и в программной среде Simulink, для исследования переходных процессов при ОЗЗ;

2) методы и устройства оперативного определения расстояния до места повреждения электрической сети напряжением 6(10) кВ на основе анализа параметров переходных процессов режима ОЗЗ без отключения потребителей;

3) программные средства для моделирования и исследования переходных процессов при ОЗЗ и реализации алгоритмов при определении места повреждения (ОМП);

4) результаты исследований переходных процессов и спектров частот тока режима ОЗЗ в зависимости от характера повреждения, конфигурации сети и влияния трансформаторов и дугогасящей катушки (ДГК).

Научная новизна основных положений выносимых на защиту:

1) новые математические модели электрической сети напряжением 6(10) кВ в режиме ОЗЗ, которые учитывают влияние конфигурации электрической сети, характера повреждения, влияние трансформаторов и ДГК, высокочастотных составляющих доаварийного режима;

2) методы оперативного определения расстояния до места повреждения при ОЗЗ в сельских электрических сетях 6(10) кВ без отключения потребителей на основе анализа параметров переходных процессов с учетом декремента затухания стадий разряда емкости, разряда и подзаряда емкостей, реализуемые с применением современных информационных технологий;

3) метод диагностирования состояния сельских электрических сетей 6(10) кВ с использованием ЭВМ на основе модели линии электропередачи и базы данных параметров переходного процесса в режиме ОЗЗ;

4) закономерности изменения параметров переходных процессов и спектров частот тока в зависимости от конфигурации сети, характера повреждения, междуфазных емкостей, высокочастотных составляющих до аварийного режима, характера нагрузки и удаленности точки замыкания от шин подстанции.

Практическая ценность результатов работы состоит:

- в разработке методов и измерительно-вычислительных устройств для ОМП без отключения потребителей;

- в разработке программ для моделирования, исследования, анализа параметров переходных процессов и определения расстояния до места повреждения;

- в разработке программного комплекса для диагностирования состояния сельских электрических сетей 6(10) кВ.

Использование разработанных математических моделей сети, методов, устройств и программных средств позволяет сократить время и трудозатраты на поиск места повреждения при ОЗЗ в линиях электропередач напряжением 6(10) кВ и обеспечить надежное и бесперебойное электроснабжение сельских потребителей.

Разработанные методы, устройства и программы для определения расстояния до места повреждения при ОЗЗ в линиях электропередач напряжением 6(10) кВ представляют собой охранно- и конкурентоспособные образцы техники, защищенные патентами РФ.

Достоверность научных положений, выводов и результатов работы подтверждается применением корректного математического аппарата и современных методов исследований на основе интегрированных программных сред Design Lab, MatLab, Maple, результатами сравнения теоретических и экспериментальных исследований.

Внедрение результатов работы. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены и используются в электроснаб-жающих организациях: ОАО «Уралтранснефтепродукт», ООО «Энергетические системы» и в Чишминской электрической территориальной сетевой организации.

Материалы теоретических и экспериментальных исследований используются при преподавании дисциплин «Электроснабжение», «Релейная защита и автоматика», при выполнении курсовых и дипломных проектов, в научно — исследовательской работе студентов, а также в инженерном проектировании и моделировании систем электроснабжения объектов.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно — технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых, №№ 47-53, УГНТУ, 1997-2003 гг. (г. Уфа), на международных научно — технических конференциях «Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий», 2005 г. (г. Уфа), «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве», 2005 г. (г. Москва, ГНУ ВНИИЭСХ), Всероссийской научно — практической конференции «Перспективы агропромышленного производства регионов России в условиях реализации приоритетного национального проекта «Развитие АПК», 2006 г. (г. Уфа), 1 всероссийской научно — практической конференции «Моло-

дые ученые в реализации приоритетного национального проекта «Развитие АПК» 2006 г. (г. Уфа).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 15 работах, в том числе 3 статьи, 6 материалов конференций, 2 патента на полезную модель, и 4 свидетельства РосАПО о регистрации программ для ЭВМ.

Структура диссертации. Диссертация содержит 173 е.- введение (7 е.), пять глав (120 е.), в том числе 19 таблиц и 53 рисунка (41 е.), заключение (4 е.), список использованной литературы из 75 источников (7 е.), 8 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении выявлена научно-техническая задача, решаемая в диссертации, показана ее актуальность, научная и практическая ценность, сформулированы цель работы и задачи исследования, определены научные положения, выносимые на защиту и их научная новизна.

В первой главе «Обзор и анализ известных методов и устройств для определения места повреждения при однофазных замыканиях на землю в электрических сетях 6(10) кВ и постановка задачи исследования» проведен обзор и анализ известных отечественных и зарубежных работ в области определения мест повреждения при ОЗЗ в электрических сетях напряжением 6(10) кВ, работающих с изолированной нейтралью.

Обзор научно-технической литературы показал, что в настоящее время существуют методы определения мест повреждения при ОЗЗ в электрических сетях напряжением 6(10) кВ как с отключением, так и без отключения напряжения. Основным недостатком методов определения мест повреждения с отключением напряжения является необходимость отключения поврежденной линии от источника питания, что неизбежно приводит к перерывам электроснабжения потребителей.

Представляют интерес методы определения мест повреждения в сельских электрических сетях 6(10) кВ без отключения потребителей, построенные на основе анализа параметров переходных процессов режима ОЗЗ. Однако известные методы определения мест повреждения в электрических сетях 6(10) кВ без

отключения потребителей, построенные на основе анализа параметров переходных процессов режима замыкания, исследованы недостаточно, что не позволяет применять их для быстрого поиска места повреждения, оперативного устранения неисправностей и обеспечения бесперебойного электроснабжения сельскохозяйственных потребителей.

Существующие математические модели трехфазной линии электропередачи напряжением 6(10) кВ, работающей с изолированной нейтралью, в режиме ОЗЗ, не полностью позволяют учесть влияние на параметры переходных процессов конфигурацию сети, трансформаторов, характера повреждения и высокочастотных составляющих доаварийного режима.

Недостаточно исследованы переходные процессы и спектр частот тока и напряжения в сети при ОЗЗ в зависимости от перечисленных выше факторов.

Отсутствуют программы для моделирования переходных процессов при ОЗЗ с учетом конфигурации сети, типа линий, подвеса проводов, влияния соседних линий и неповрежденных фаз, влияния схемы соединения обмоток силового трансформатора на прохождение токов разряда и подзаряда при ОЗЗ и переходного сопротивления в месте повреждения.

Проведенный анализ известных методов определения места повреждения при ОЗЗ в электрических сетях напряжением 6(10) кВ позволил выявить недостатки существующих решений: необходимость отключения напряжения у потребителей, недостаточная оперативность и точность и определить основные задачи, решение которых направлено на создание методов и средств оперативного поиска мест повреждения без нарушения электроснабжения потребителей.

Во второй главе «Разработка математических моделей электрических сетей 6(10) кВ для исследования переходных процессов при однофазных замыканиях на землю» разработан комплекс математических моделей трехфазной линии электропередачи напряжением 6(10) кВ, работающей с изолированной нейтралью.

Аналитические модели созданы на основе методов переменных состояния (1) и преобразований Лапласа (2) для схемы замещения сети (рис. 1).

Рис. 1 Схема замещения сети с изолированной нейтралью Модель на основе метода переменных состояния

[х] = [А][х]+[В][и], (1)

где X — вектор переменных состояния; и — вектор выходных переменных;

А — квадратная матрица размером пхп, характеризующая динамические свойства системы;

В — прямоугольная матрица размером пхг, характеризующая воздействие входных переменных и! на переменные состояния х,.

Операторная модель на основе преобразований Лапласа

1ц(р) Ь2(Р) •• 1мм(р) Е(Р)

2п(р) г,2(р) . 2ш(р) еп(р)

Шр) Шр) ■ • 22м(р) е22(р) (2)

2м1(р) ЖшСр) Жмм(р) емм(р) »

где ец(р) - етт(р) - операторное изображение ЭДС контура; 1,,(р) - 1шт(р) - операторное изображение контурного тока; 7.ц(р) - ZInm(p) - операторное изображение собственных сопротивлений контуров и сопротивление смежных ветвей между контурами.

Аналитические модели (1) и (2) позволяют учитывать изменения конфигурации сети, рассчитывать параметры переходного процесса на каждом элементе схемы замещения сети с точностью до 10"6 и определять расстояние до места ОЗЗ. Модель по методу переменных состояния (1) позволяет сразу пересчитывать переходный процесс для всех элементов схемы замещения при изменении их параметров, а модель по методу преобразований Лапласа (2) позволяет вносить изменения в схему замещения и прослеживать их влияние на частотный спектр тока и напряжения.

Модель в программной среде ЗтиНпк создана с использованием стандартных объектов 81тиНпк и позволяет учитывать волновые процессы в линиях при ОЗЗ, влияние нагрузки без создания дополнительных моделей потребителей электрической энергии.

Не

Рис. 2 Модель сети с изолированной нейтралью В третьей главе «Разработка методов и средств оперативного определения места однофазного замыкания на землю в электрических сетях 6(10) кВ по параметрам переходного процесса без отключения напряжения у потребителей» разработаны методы, измерительно — вычислительные устройства (ИВУ) и программные средства ОМП. Для ОМП в электрической сети с резко неравномерной длиной линий электропередач предложен метод на ос-

нове анализа параметров переходного процесса при разряде емкости поврежденной фазы, алгоритм которого имеет вид

где: Ьо — погонная индуктивность поврежденной линии, постоянная величина, зависящая от материала линии, Гн/км;

и — мгновенное значение напряжения на нейтрали, В; I — мгновенное значение тока в момент повреждения, Л; и - напряжение на нейтрали, В;

1щь 1ш2 - амплитудные значения токов, следующих друг за другом на поврежденной линии, Л.

Для ОМП в электрической сети с большой вероятностью дуговых замыканий и замыканий через большое переходное сопротивление предложен метод на основе измерений собственных частот переходных процессов разряда емкости поврежденной фазы и подзаряда емкостей неповрежденных фаз, работающий по алгоритму

где: Ь0 — погонная индуктивность линии, Гн/км; С — емкость сети, Ф;

и — напряжение на нейтрали, измеренное в момент замыкания, В; I ш1,1 т2 —амплитудные значения токов на поврежденной линии, следующие друг за другом, измеренные в момент замыкания, А;

а>ап — собственная частота переходного процесса разряда емкости поврежденной фазы, измеренная в момент замыкания, с'1;

ыан — собственная частота переходного процесса подзаряда емкости неповрежденных фаз, измеренная в момент замыкания, с"1.

(3)

&

V

(4)

Для реализации разработанных алгоритмов (3) и (4) предложены ИВУ со встроенным программным обеспечением. В качестве примера на рис. 3 показана структура ИВУ для реализации алгоритма (4), в состав которой входят датчики тока А1, А2, АЗ и датчики напряжения VI, V2, V3 соответственно фаз А, В и С, фильтр напряжения нулевой последовательности (ИЖ) 1, фильтр тока нулевой последовательности (АЫг) 5, фильтр напряжения (UZ) 2, два компаратора (К) 3 и 7, фазочувствительный выпрямитель (УЭ) 4, фильтр тока (Аг) 6, одновибратор (О) 8, устройство анализа и отображения информации (РС) 9, в качестве которых рекомендуется использовать стандартную контрольно-измерительную аппаратуру.

Рис. 3 Схема ИВУ для ОМН на основе измерений собственных частот На фильтры напряжения и тока нулевой последовательности ТЛ^К и АЫг поступает первичная информация о амплитудных напряжениях фаз Ц,, иь, ис и мгновенных токах ¡а, ¡ь, ¡с- После фильтрации и выделения высших гармоник переходного процесса с помощью фильтров иЪ и А2 сигналы напряжения и тока поступают соответственно на компараторы 3 и 7 для измерения собственных частот переходных процессов стадий разряда и подзаряда.

Часть сигналов с выходов фильтров \JZ и КЪ поступает на фазочувствительный выпрямитель определяющий по знакам импульсов напряжения и тока зону повреждения. При наличии повреждения на контролируемой линии с помощью одновибратора О отделяются положительные полуволны напряжения и тока, используемые для дальнейшей обработки РС в соответствии с алгорит-

мом (4) и выдачи результатов на экран дисплея. Обработка информации и определение расстояния от шин подстанции до места повреждения осуществляется по разработанному в диссертации программному обеспечению.

С целью повышения оперативности и точности ОМП в сельских электрических сетях 6(10) кВ сложной конфигурации предложен метод ОМП по частотным характеристикам тока замыкания на землю с предварительным диагностированием линии электропередачи на основе использования ее модели в режиме ОЗЗ.

При определении места ОЗЗ методом эталонной модели линии электропередачи в аварийном режиме составляют схему замещения сети, по которой производят для всех линий расчет параметров переходных процессов, задавая расстояние до места повреждения по всей длине линии с заданным шагом. Расчетные значения собственных частот переходного процесса заносят в базу данных ЭВМ, а при возникновении повреждения на подстанции фиксируют поврежденную линию и измеряют фактическую собственную частоту переходного процесса, сравнивая ее с расчетными значениями и определяют расстояние до места ОЗЗ с точностью, определяемой шагом задания расстояния до места повреждения. Для более точного определения места повреждения производят повторный расчет собственных частот переходного процесса в определенном интервале расстояния, но с меньшим шагом.

Опытная проверка метода и алгоритма (3) проведена в ООО «Энергетические системы» на воздушной линии 10 кВ длиной 12 км, при которой было измерено расстояние до места повреждения в двух точках при удаленности от шин подстанции 3 км и 6 км с погрешностью соответственно 4,8 м (0,16 %) и 10,2 м (0,17 %).

Проверка метода и алгоритма (4) проведена в ОАО «Уралтранснефте-продукт» на воздушной линии 6 кВ протяженностью 19 км при удаленности места повреждения от шин подстанции 5 км с погрешностью соответственно 6 м (0,12%).

В четвертой главе «Экспериментальные исследования параметров переходных процессов при однофазных замыканиях на землю в электрических сетях 6(10) кВ» проведены исследования влияния на параметры переходного процесса и спектра частот при ОЗЗ: переходного сопротивления в месте замыкания 11п, от металлического ОЗЗ до 300 Ом; удаленности точки замыкания от шин источника до конца линии /; характера нагрузки: активной и двигательной. Графики тока замыкания на землю в зависимости от II„ показаны на рис. 4 и 5.

Рис. 4 Ток замыкания при Рис. 5 Ток замыкания при

Кп=100 Ом К„=300 Ом

Из полученных графиков следует, что с ростом переходного сопротивления в месте замыкания снижается амплитуда первого броска тока и время затухания переходного процесса, а частота тока увеличивается.

Зависимости тока замыкания от удаленности места повреждения в начале и в конце линии длиной 20 км показаны соответственно на рис. 6 и 7. Характер переходных процессов показывает, что увеличение расстояния до места повреждения приводит к незначительному росту амплитуды тока в первый момент времени переходного процесса и практически не влияет на время затухания последнего, но значительно влияет на частотные характеристики тока замыкания. По мере удаленности места замыкания от шин подстанции частота падает.

Рис. 6 Ток замыкания при повреждении в начале линии

Рис. 7 Ток замыкания при повреждении в конце линии

Влияние характера нагрузки на ток замыкания на землю для двигательной и активной нагрузки линии показано на графиках, построенных для точки замыкания в середине линии с Кп=100 Ом (рис. 8 и 9)

Рис. 8 Ток замыкания при двигательной нагрузке

Рис. 9 Ток замыкания при активной нагрузке

Как видно из графиков, при двигательной нагрузке (рис. 8) уменьшается амплитуда тока и время затухания переходного процесса, а при активной нагрузке (рис. 9) таких изменений не наблюдается, то есть характер переходного процесса соответствует линии без нагрузки.

Обобщенные параметры переходного процесса при ОЗЗ, полученные при моделировании с учетом переходного сопротивления, удаленности места замыкания от шин подстанции, характера нагрузки и количества линий, приведены в табл. 1.

Табл. 1 Параметры переходного процесса

Параметр переходного процесса Факторы, влияющие на переходный процесс при ОЗЗ

Без нагрузки Одиночная линия Три параллельные линии без нагрузки Три параллельные линии без нагрузки

Количество линий, шт. Характер нагрузки Значение переходного сопротивления, Ом Удаленность места ОЗЗ от источника, км

1 3 Активная ЛЦ 1 100 300 0 5 15 20

Амплитуда тока, А 480 450 450 125 700 85 30 630 440 480 480

Частота тока, Гц 2000 1000 2000 2500 2000 2000 5000 2000 1250 750 666

Время затухания, мс 8,5 10 8 3 9 4,5 1,6 10 10 10 10

Полученные результаты исследований и их анализ позволяют сделать вывод о том, что при проектировании защит от ОЗЗ, реагирующих на параметры переходного процесса, необходимо учитывать:

- варьирование переходного сопротивления в широких пределах от металлического замыкания до максимально возможного значения сопротивления на данной линии;

- удаленность места повреждения для проверки срабатывания защиты при замыкании в различных местах линии;

- число неповрежденных линий, оказывающих влияние на параметры схемы замещения;

- характер нагрузки.

В спектральном составе тока при замыкании в начале линии поврежденной фазы (рис. 10, а) выделяется гармоника на частоте 1,5 кГц, амплитудой 4,25 А, в середине линии — гармоника на частоте 10,5 кГц, амплитудой 47 Л. При увеличении расстояния до конца линии амплитуды высокочастотных составляющих, начиная от 5 кГц, возрастают, а амплитуды низкочастотных составляющих уменьшаются, что связано с увеличением активного и индуктивного сопротивления линии до места повреждения.

4.5Г

Рис. 10 Спектр частот тока замыкания при повреждении: а) в начале линии; б) в середине линии

В пятой главе «Экономическое обоснование использования новых методов и устройств для определения места повреждения при однофазных замыканиях на землю в электрических сетях 6(10) кВ без отключения напряжения у потребителей» определена экономическая эффективность метода ОМП без отключения потребителей для сельской сети 6(10) кВ на примере подстанции «Авдон» ОАО «Башкирэнерго» с показателями (табл. 2).

Табл. 2 Показатели оценки экономической эффективности проекта

Показатель Значение

1 Срок жизни проекта, лет 5

2 Прирост чистой прибыли в год, р. 106153

3 Чистый дисконтированный доход, р. 286773

4 Индекс доходности 2,6

5 Внутренняя норма доходности, % 30

6 Срок окупаемости, лет 2,64

7 Бюджетная эффективность за 5 лет, р. 264108

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ II ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. В результате проведенного обзора и анализа известных решений установлено, что наиболее эффективными методами и устройствами, обеспечивающими оперативный поиск и определение расстояния до места повреждения в сельских электрических сетях (6)10 кВ, работающих с изолированной или компенсированной нейтралью, являются методы и устройства, построенные на основе анализа параметров переходного процесса режима замыкания на землю.

2. Разработанные математические модели электрической сети 6(10) кВ, работающей с изолированной нейтралью, построенные на основе методов переменных состояний, преобразования Лапласа и в программной среде БттиПпк, позволяют проводить исследования переходных процессов при ОЗЗ и определять влияние конструктивных факторов сети и характера повреждения.

Модель электрической сети 6(10) кВ на основе метода переменных состояний, представленную в виде векторно — матричных уравнений рекомендуется использовать для проведения исследований параметров переходного процесса с учетом активных и реактивных сопротивлений поврежденной фазы линии, замкнувшейся на землю, и поврежденной фазы неповрежденных линий, и неповрежденных фаз неповрежденных линий, мевдуфазных емкостей, взаимных индуктивностей между проводами, способа подвеса проводов.

Модель сети 6(10) кВ на основе преобразований Лапласа, построенная с учетом влияния силового трансформатора, активных сопротивлений фаз и числа неповрежденных линий рекомендуется использовать для расчета собствен-

ных частот переходного процесса при ОЗЗ и определения по ним расстояния до места повреждения.

Программную БипуНпк - модель сети рекомендуется использовать для исследования переходных процессов с учетом конфигурации, распределенного характера элементов, изменения эксплуатационных параметров.

3. Предложенные методы и измерительно - вычислительные устройства, основанные на выявлении линии с поврежденной изоляцией, измерении на ней параметров переходного процесса, и вычислении расстояния от подстанции до места замыкания по соответствующим алгоритмам с помощью ЭВМ, позволяют оперативно, в течении нескольких секунд, и точно, с погрешностью, не превышающей 0,2 %, определять расстояние до места замыкания на землю в электрических сетях 6(10) кВ различной конфигурации без отключения напряжения.

Метод определения места замыкания на землю на основе анализа переходного процесса разряда емкости поврежденной фазы рекомендуется применять на сельских подстанциях, от которых отходят воздушные линии электропередач примерно равной длины с нагрузкой, подключенной через понижающий трансформатор.

Метод определения места замыкания на землю на основе измерений собственных частот переходного процесса разряда емкости поврежденной фазы и подзаряда емкости неповрежденных фаз рекомендуется применять на сельских подстанциях, от которых отходят воздушные или кабельно-воздушные линии электропередач с большой вероятностью замыкания на землю через переходное сопротивление.

Метод определения места однофазного замыкания на землю с использованием модели линии электропередачи в аварийном режиме рекомендуется применять на сельских подстанциях, от которых отходят воздушные или кабельно-воздушные линии электропередач резко отличающейся длины или параллельные линии других подстанций того же напряжения. Данный метод позволяет также осуществлять предварительное диагностирование состояния ли-

нии электропередачи и с требуемой точностью определять место повреждения по расположению корней, используя частотные характеристики процесса ОЗЗ.

4. Разработанные измерительно - вычислительные устройства имеют встроенное программное обеспечение, позволяющее анализировать переходные процессы в режиме ОЗЗ, выбирать метод ОМП с учетом конфигурации сети, типа линии, марки провода, отпайки и переходного сопротивления в месте повреждения, изменения входного сопротивления линий при изменении места ОЗЗ, рассчитывать расстояние до места повреждения с выводом результатов на монитор.

5. Полученные результаты экспериментальных исследований с реальными данными электрических сетей подстанций «Авдон», «Глумилино», Уфа РЭС 110/35/10 кВ подтверждают основные теоретические положения диссертационной работы, эффективность и возможность практической реализации предложенных математических моделей, методов, устройств и алгоритмов определения места замыкания в сетях 6(10) кВ.

6. Материалы диссертации внедрены на энергоснабжающих предприятиях ОАО «Уралтранснефтепродукт» и ООО «Энергетические системы» с годовым экономическим эффектом 40 тыс. руб и 450 тыс. руб. соответственно.

7. Основные теоретические положения и результаты исследований нашли отражение в лекционных курсах по электроснабжению и релейной защите, в дипломном и курсовом проектировании, а также в научно — исследовательской работе студентов Башкирского государственного аграрного университета.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Байбурин Э.Р., Шабанов В.А. Особенности переходных процессов при однофазных замыканиях на землю в сетях с изолированной нейтралью. Электротехнологии, электропривод и элсктро-оборудование предприятий: Межвузовский сборник научных статей,- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2005. - С. 173-176.

2. Байбурин Э.Р., Андрианова Л.П. Моделирование переходных процессов в электрических сетях 6(10) - 35 кВ при однофазном замыкании на землю.

Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве// Част I. Проблемы энергообеспечения и энергосбережения.-М.: ГНУ ВИЭСХ, 2006,- С. 302305.

3. Байбурин Э.Р., Андрианова Л.П. Частотный спектр токов переходного процесса при однофазных замыканиях на землю в сетях 6(10) — 35 кВ. Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве// Част I. Проблемы энергообеспечения и энергосбережения.-М.: ГНУ ВИЭСХ, 2006.- С. 306-310.

4. Байбурин Э.Р., Математическая модель сети напряжением 6/10 кВ при переходных процессах. Молодые ученые в реализации приоритетного национального проекта «Развитие АПК»// Материалы I Всеросийской научно — практической конференции молодых ученых. 2006.- Уфа: Башкирский ГАУ, - С. 119-121.

5. Байбурин Э.Р., Математическая модель трансформатора тока нулевой последовательности в установившемся режиме. Молодые ученые в реализации приоритетного национального проекта «Развитие АПК»// Материалы I Всеросийской научно — практической конференции молодых ученых. 25-26 мая 2006,- Уфа: Башкирский ГАУ, 2006,- С. 121-124.

6. Байбурин Э.Р., Метод оперативного определения места повреждения электрической сети напряжением 6(10)-35 кВ. Нефтегазовое дело. Электронный научный журнал http://www.ogbus.ru. Раздел Энергетика. http://www.ogbus.ru/authors/Bayburin/Bayburin_l.pdf.

7. Байбурин Э.Р., Андрианова Л.П. Влияние места повреждения на частотный спектр токов переходного процесса при однофазных замыканиях на землю в сетях 10-35 кВ. Перспективы агропромышленного производства регионов России в условиях реализации приоритетного национального проекта «Развитие АПК»// Труды Всеросийской научно-практической конференции,-Уфа: Башкирский ГАУ, 2006,- С. 116-119.

8. Байбурин Э.Р., Андрианова Л.П. Моделирование переходных процессов при однофазных замыканиях на землю в сетях 10-35 кВ. Перспективы агропромышленного производства регионов России в условиях реализации приори-

тетного национального проекта «Развитие АПК»// Труды Всероеийской научно-практической конференции (28 февраля - 3 марта 2006.).- Уфа: Башкирский ГАУ, 2006,- С. 119-122.

9. Байбурин Э.Р., Андрианова Л.П. Анализ переходных процессов в сети с компенсированной нейтралью для защит от однофазных замыканий па землю. Механизация и электрификация сельского хозяйства.- 2006, № 10.- С. 23-26.

10. Байбурин Э.Р., Андрианова Л.П. Определения места повреждения электрической сети напряжения 6(10)-35 кВ. Свидетельство № 2006610827 Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 28.02.2006.

11. Байбурин Э.Р., Андрианова Л.П. Моделирование переходных процессов при однофазном замыкании па землю электрической сети напряжением 6(10)-35 кВ. Свидетельство № 2006611660 Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 18.05.2006.

12. Байбурин Э.Р., Андрианова Л.П. Программный комплекс Моделирование переходных процессов для определения места однофазного замыкания на землю электрической сети. Свидетельство № 2006612479 Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 12.07.2006.

13. Байбурин Э.Р., Андрианова Л.П. Программный комплекс Моделирование переходных процессов для определения места однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) электрической сети напряжения 6(10)-35 кВ. Свидетельство № 2006612478 Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 12.07.2006.

14. Байбурин Э.Р., Андрианова Л.П. Устройство для определения места повреждения электрической сети напряжения 6(10)-35 кВ с изолированной или компенсированной нейтралью. Патент № 55153 РФ, МПК СЮ 1Я 31/08. Опубликовано: 27.07.2006. Бюл. № 21.

15. Байбурин Э.Р., Андрианова Л.П. Устройство для определения места повреждения электрической сети напряжения 6(10)-35 кВ с изолированной или компенсированной нейтралью. Патент № 57018 РФ, МПК 001Я 31/08. Опубликовано: 27.09.2006. Бюл. № 27.

Подписано в печать 31.10.2006 Бумага офсетная. Формат 60X90 1/16 Печать трафаретная. Усл. леч. л. 1 Тираж 100 »кз. Заквж 613

Отпечатано с оригинал-макета заказчика в копировально-множительном центре "АРГУС". Сан1ст-Петербург— Пушкин, ул. Пушкинская, д. 28/21, тел.: (812) 451-89-88 Per. №233909 от 07.02.2001

Перечень сокращений, условных обозначений, терминов, единиц и символов

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 ОБЗОР И АНАЛИЗ ИЗВЕСТНЫХ МЕТОДОВ И УСТРОЙСТВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ ПРИ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЯХ НА ЗЕМЛЮ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ 6(10) KB И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ статистических данных о повреждаемости линий электропередач при однофазных замыканиях на землю

1.2 Обзор методов и устройств определения места повреждения при однофазных замыканиях на землю

1.3 Патентный обзор методов и средств определения расстояния до места однофазного замыкания на землю в электрических сетях напряжением 10 кВ с изолированной нейтралью

1.4 Постановка задачи исследования

Глава 2 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ 6(10) KB ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЯХ НА ЗЕМЛЮ

2.1 Теоретические сведения об однофазных замыканиях на землю в сетях с изолированной нейтралью

2.2 Математическая модель электрической сети 6(10) кВ в режиме однофазного замыкания на землю на основе метода переменных состояния

2.3 Математическая модель сети в режиме 033 на основе метода преобразований Лапласа

2.4 Модель сети в программной среде Simulink

2.5 Выводы по главе

Глава 3 РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ОПЕРАТИВНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ 6(10) KB ПО ПАРАМЕТРАМ ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА БЕЗ ОТКЛЮЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ У ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

3.1 Метод оперативного определения места повреждения электрической сети напряжением 6(10) кВ на основе разряда емкости поврежденной фазы

3.2 Метод и устройство для определения места замыкания на основе измерений собственных частот переходного процесса разряда емкости поврежденной фазы и подзаряда емкостей неповрежденных фаз

3.3 Метод определения места замыкания на основе модели линии электропередачи в аварийном режиме

3.4 Программный комплекс для расчета параметров переходных процессов и определения расстояния до места повреждения

3.5 Выводы по главе

Глава 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЯХ

НА ЗЕМЛЮ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ 6(10) KB

4.1 Программный комплекс для моделирования и исследования переходных процессов

4.2 Исследование влияния переходного сопротивления

4.3 Исследование влияния удаленности точки замыкания от шин подстанции

4.4 Исследование влияния количества линий электропередачи и характера нагрузки

4.5 Исследование влияния высших гармонических составляющих доаварийного режима на ток замыкания

4.6 Исследование влияния межфазных емкостей на ток замыкания и ток утечки

4.6 Выводы по главе

Глава 5 ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

НОВЫХ МЕТОДОВ И УСТРОЙСТВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ ПРИ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЯХ НА ЗЕМЛЮ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ 6(10) KB БЕЗ ОТКЛЮЧЕНИЯ

НАПРЯЖЕНИЯ У ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

5.1 Определение экономического эффекта от внедрения

5.2 Определение капитальных затрат на внедрение устройства

5.3 Оценка экономической эффективности от внедрения

5.4 Оценка бюджетной эффективности проекта

5.5 Выводы по главе 5 173 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 174 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 178 ПРИЛОЖЕНИЕ А Параметры графа электрической цепи 185 ПРИЛОЖЕНИЕ Б Переходные процессы тока 186 ПРИЛОЖЕНИЕ В Расчет параметров силового трансформатора 191 ПРИЛОЖЕНИЕ Г Листинг результатов программы 203 ПРИЛОЖЕНИЕ Д Графики переходных процессов в зависимости от сопротивления в месте однофазного замыкания на землю

Актуальность темы. На основе статистических данных обследования электрических сетей 6(10) кВ установлено, что основными повреждениями в этих сетях являются однофазные замыкания на землю (033), которые составляют 67-92% от общего количества повреждений.

Трудозатраты на восстановление нормального режима линий составляют примерно 3/4 всех трудозатрат на эксплуатацию и наибольшей составляющей трудозатрат на восстановление является поиск места повреждения.

В настоящее время при эксплуатации трехфазных электрических сетей напряжением 10 кВ с изолированной или компенсированной нейтралью, для определения места однофазного замыкания на землю применяются топографические и дистанционные методы и устройства.

Известны работы зарубежных и отечественных авторов, посвященные развитию теории и разработке дистанционных методов, средств и алгоритмов для быстрого поиска места повреждения на основе анализа параметров переходных процессов до и послеаварийного режима.

Известны работы отечественных ученых Цапенко Е.Ф., Щуцкого В.И., Шалыта Г.М., Лихачева Ф.А., Самойловича И.С., Дударева JI.E. и др., посвященные развитию теории и разработке методов, средств и алгоритмов для быстрого поиска места повреждения на основе анализа параметров переходных процессов при замыканиях на землю.

Преимуществом таких методов и средств является оперативный поиск места повреждения, определение расстояния до места повреждения и устранение неисправностей без отключения потребителей.

Однако, широкое применение данных методов сдерживается отсутствием математических моделей сети, позволяющих проводить исследования при замыканиях на землю в различных точках сети с учетом влияния на параметры переходных процессов, характера повреждения, конфигурации сети, трансформаторов и дугогасящих реакторов, нагрузки и др.

Для разработки и внедрения методов и средств определения места повреждения без отключения напряжения по параметрам переходного процесса необходимо создание математических моделей сети с учетом перечисленных выше факторов и программ для исследования этих моделей и анализа параметров переходных процессов при 033, обеспечивающих определение расстояния до поврежденного участка с высокой оперативностью и точностью.

Поэтому разработка методов и средств оперативного определения места повреждения в электрических сетях 10 кВ с изолированной или компенсированной нейтралью без отключения напряжения, направленных на обеспечение надежного бесперебойного электроснабжения потребителей, является актуальной научной задачей, имеющей важное народнохозяйственное значение.

Основания для выполнения работы. Работа выполнена в соответствии с федеральной целевой программой Министерства сельского хозяйства Российской Федерации «Социальное развитие села до 2010 г.», п.7 «Развитие электрических сетей в сельской местности», утвержденной постановлением Правительства РФ от 3 декабря 2002, № 858, а также в соответствии с хоздоговорной научно исследовательской работой «Разработка сигнализации и определение места однофазного замыкания на землю в электрических сетях 10 кВ» (договор № 35, заключенный между Башкирским государственным аграрным университетом и МУП «Чишминская электрическая территориальная сетевая организация» от 01.04.2006 г.

Цель работы. Повышение надежности электрических сетей 6(10) кВ за счет оперативного определения места повреждения по параметрам однофазного замыкания на землю без отключения напряжения, направленного на обеспечение эффективного электроснабжения потребителей.

Основные задачи исследования. Проблема оперативного определения места повреждения по параметрам однофазного замыкания на землю без отключения потребителей предполагает решение целого ряда задач, основными из которых являются:

1) проведение анализа состояния существующих методов и устройств для определения места повреждения при однофазных замыканиях на землю, выявить их ограничения;

2) разработка математических моделей сети, позволяющих проводить исследования переходных процессов при замыканиях на землю в различных точках сети с учетом влияния различных факторов;

3) разработка методов на основе анализа параметров переходного процесса без отключения напряжения у потребителей и измерительно-вычислительных комплексов для оперативного определения расстояния до места повреждения электрической сети 6(10) кВ;

4) разработка программных средств для моделирования и исследования параметров переходного процесса при однофазных замыканиях на землю в электрической сети с целью определения поврежденного участка;

5) проведение экспериментальных исследований математических моделей и методов с целью определения влияния различных факторов на параметры переходных процессов и спектр частот тока и напряжения сети.

Объект исследования. Электрическая сеть напряжением 6(10) кВ с изолированной нейтралью при однофазных замыканиях на землю.

Предмет исследования. Модели, методы и средства определения места повреждения электрической сети 6(10) кВ при однофазных замыканиях на землю по параметрам переходного процесса без отключения напряжения.

Методы исследований. Методы математического моделирования электромагнитных процессов с использованием метода переменных состояний, преобразований Лапласа, тензорного исчисления, аппарата передаточных функций, теории комплексного переменного, численного расчета с использованием метода Рунге - Кутта.

Основные положения, выносимые на защиту:

1) комплекс математических моделей сети, построенных на основе метода пространства состояний, преобразования Лапласа и в программной среде Simulink, для исследования переходных процессов при 033;

2) методы и устройства оперативного определения расстояния до места повреждения электрической сети напряжением 6(10) кВ на основе анализа параметров переходных процессов аварийного режима без отключения напряжения;

3) комплекс программ, предназначенных для моделирования и исследования переходных процессов при 033 электрической сети, определения места повреждения;

4) результаты исследований переходных процессов и спектр частот тока и напряжения в зависимости от характера повреждения, конфигурации сети и влияния трансформаторов и дугогасящей катушки (ДГК);

5) инженерная методика определения расстояния до места 033 без отключения напряжения у потребителей.

Научная новизна основных положений выносимых на защиту:

1) новые математические модели электрической сети напряжением 6(10) кВ в режиме 033, которые учитывают влияние конфигурации электрической сети, характера повреждения, влияние трансформаторов и ДГК, высокочастотных составляющих доаварийного режима;

2) методы оперативного определения расстояния до места повреждения при 033 в сельских электрических сетях 6(10) кВ без отключения потребителей на основе анализа параметров переходных процессов с учетом декремента затухания стадий разряда емкости, разряда и подзаряда емкостей, реализуемые с применением современных информационных технологий;

3) метод диагностирования состояния сельских электрических сетей 6(10) кВ с использованием ЭВМ на основе модели линии электропередачи и базы данных параметров переходного процесса в режиме 033;

4) закономерности изменения параметров переходных процессов и спектров частот тока в зависимости от конфигурации сети, характера повреждения, междуфазных емкостей, высокочастотных составляющих до аварийного режима, характера нагрузки и удаленности точки замыкания от шин подстанции.

Практическая ценность результатов работы состоит в том, что использование разработанных математических моделей сети, методов, устройств и программных средств, а также результатов моделирования и экспериментальных исследований позволяет сократить время и трудозатраты на поиск места повреждения при 033 в линиях электропередач напряжением 6(10) кВ и обеспечить надежное и бесперебойное электроснабжение потребителей.

Разработанные методы, устройства и программы для определения расстояния до места повреждения при 033 в линиях электропередач напряжением 6(10) кВ представляют собой охранно- и конкурентоспособные образцы техники, защищенные патентами РФ.

Достоверность научных положений, выводов и результатов работы подтверждается применением корректного математического аппарата и современных методов исследований на основе интегрированных программных сред Design Lab, MatLab, Maple, результатами сравнения теоретических и экспериментальных исследований, опубликованием в широкой печати статей и патентов, а также практическим использованием результатов работы.

Внедрение результатов работы. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены и используются в электроснаб-жающих организациях: ОАО «Уралтранснефтепродукт», ООО «Энергетические системы» и в Чишминской электрической территориальной сетевой организации.

Материалы теоретических и экспериментальных исследований используются при преподавании дисциплин «Электроснабжение», «Релейная защита и автоматика», при выполнении курсовых и дипломных проектов, в научно - исследовательской работе студентов, а также в инженерном проектировании и моделировании систем электроснабжения объектов.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно - технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых, №№ 47-53, УГНТУ, 1997-2003 гг. (г. Уфа), на международных научно - технических конференциях «Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий», 2005 г. (г.

Уфа), «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве», 2005 г. (г. Москва, ГНУ ВНИИЭСХ), Всероссийской научно - практической конференции «Перспективы агропромышленного производства регионов России в условиях реализации приоритетного национального проекта «Развитие АПК», 2006 г. (г. Уфа), 1 всероссийской научно - практической конференции «Молодые ученые в реализации приоритетного национального проекта «Развитие АПК» 2006 г. (г. Уфа).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 20 работах, в том числе 3 статьи, 17 публикаций в материалах конференций, 2 патента на полезную модель, 4 свидетельства РосАПО о регистрации программ для ЭВМ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложений.

5.5 Выводы по главе 5

1. Проведенные расчеты экономического эффекта на примере подстанций ОАО «Башкирэнерго» показывают, что внедрение методов и устройств ОМП без отключения потребителей, построенных на основе анализа параметров переходных процессов, позволяет получить чистую прибыль энерго снабжающим организациям с чистым дисконтированным доходом 286773 р. на одной подстанции и сроком окупаемости проекта 2 года и 8 месяцев.

2. Внедрение разработанных методов и устройств, построенных на основе анализа параметров переходных процессов, приводит к повышению надежности сельских электрических сетей за счет:

- оперативного определения места повреждения без отключения напряжения потребителей;

- возможности предварительного диагностирования состояния сетей с помощью базы данных повреждений;

- предотвращение перехода 033 из кратковременных в устойчивые и междуфазные короткие замыкания.

174

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Совокупность теоретических и прикладных результатов, полученных в диссертационной работе, представляет собой решение научно - технической задачи, имеющей важное народно - хозяйственное значение, направленной на повышение надежности сельских электрических сетей 6(10) кВ и обеспечение бесперебойного и эффективного электроснабжения потребителей за счет диагностирования состояния электрических сетей и быстрого обнаружения места однофазного замыкания на землю с помощью разработанных новых методов, измерительно - вычислительных устройств и программных средств для определения расстояния до повреждения без отключения напряжения.

К основным результатам работы относятся:

1) в результате проведенного обзора и анализа известных решений установлено, что наиболее эффективными методами и устройствами, обеспечивающими оперативный поиск и определение расстояния до места повреждения в сельских электрических сетях (6)10 кВ, работающих с изолированной или компенсированной нейтралью, являются методы и устройства, построенные на основе анализа параметров переходного процесса режима замыкания на землю;

2) разработанные математические модели электрической сети 6(10) кВ, работающей с изолированной нейтралью, построенные на основе методов переменных состояний, преобразования Лапласа и в программной среде Simulink, позволяют проводить исследования переходных процессов при 033 и определять влияние конструктивных факторов сети и характера повреждения.

Модель электрической сети 6(10) кВ на основе метода переменных состояний, представленную в виде векторно - матричных уравнений рекомендуется использовать для проведения исследований параметров переходного процесса с учетом активных и реактивных сопротивлений поврежденной фазы линии, замкнувшейся на землю, и поврежденной фазы неповрежденных линий, и неповрежденных фаз неповрежденных линий, междуфазных емкостей, взаимных индуктивностей между проводами, способа подвеса проводов.

Модель сети 6(10) кВ на основе преобразований Лапласа, построенная с учетом влияния силового трансформатора, активных сопротивлений фаз и числа неповрежденных линий рекомендуется использовать для расчета собственных частот переходного процесса при 033 и определения по ним расстояния до места повреждения.

Программную Simylink - модель сети рекомендуется использовать для исследования переходных процессов с учетом конфигурации, распределенного характера элементов, изменения эксплуатационных параметров;

3) предложенные методы и измерительно - вычислительные устройства, основанные на выявлении линии с поврежденной изоляцией, измерении на ней параметров переходного процесса, и вычислении расстояния от подстанции до места замыкания по соответствующим алгоритмам с помощью ЭВМ, позволяют оперативно, в течении нескольких секунд, и точно, с погрешностью, не превышающей 0,2 %, определять расстояние до места замыкания на землю в электрических сетях 6(10) кВ различной конфигурации без отключения напряжения.

Метод определения места замыкания на землю на основе анализа переходного процесса разряда емкости поврежденной фазы рекомендуется применять на сельских подстанциях, от которых отходят воздушные линии электропередач примерно равной длины с нагрузкой, подключенной через понижающий трансформатор.

Метод определения места замыкания на землю на основе измерений собственных частот переходного процесса разряда емкости поврежденной фазы и подзаряда емкости неповрежденных фаз рекомендуется применять на сельских подстанциях, от которых отходят воздушные или кабельновоздушные линии электропередач с большой вероятностью замыкания на землю через переходное сопротивление.

Метод определения места однофазного замыкания на землю с использованием модели линии электропередачи в аварийном режиме рекомендуется применять на сельских подстанциях, от которых отходят воздушные или кабельно-воздушные линии электропередач резко отличающейся длины или параллельные линии других подстанций того же напряжения. Данный метод позволяет также осуществлять предварительное диагностирование состояния линии электропередачи и с требуемой точностью определять место повреждения по расположению корней, используя частотные характеристики процесса 033;

4) разработанные измерительно - вычислительные устройства имеют встроенное программное обеспечение, позволяющее анализировать переходные процессы в режиме 033, выбирать метод ОМП с учетом конфигурации сети, типа линии, марки провода, отпайки и переходного сопротивления в месте повреждения, изменения входного сопротивления линий при изменении места 033, рассчитывать расстояние до места повреждения с выводом результатов на монитор;

5) полученные результаты экспериментальных исследований с реальными данными электрических сетей подстанций «Авдон», «Глумилино», Уфа РЭС 110/35/10 кВ, подтверждают основные теоретические положения диссертационной работы, эффективность и возможность практической реализации предложенных математических моделей, методов, устройств и алгоритмов определения места замыкания в сетях 6(10) кВ;

6) материалы диссертации внедрены на энергоснабжающих предприятиях ОАО «Уралтранснефтепродукт» и ООО «Энергетические системы» с годовым экономическим эффектом 40 тыс. руб и 450 тыс. руб. соответственно;

7) основные теоретические положения и результаты исследований нашли отражение в лекционных курсах по электроснабжению и релейной защите, в дипломном и курсовом проектировании, а также в научно -исследовательской работе студентов Башкирского государственного аграрного университета.

1. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. -М.: Изд-во НЦЭНАС, 2003.-312.

2. Рябков А .Я. Электрический расчет линий электропередачи высокого напряжения. М.: Госэнергоиздат. 1988. - 263 с.

3. Сирота И.М. Защита от замыканий на землю в электрических системах. М.: Изд-во АН УССР. - 1955. - 208 с.

4. Караев Р.И. Переходные процессы в линиях большей протяженности. -М.: Энергия.- 1978.- 191 с.

5. Платонов В.В., Быкадоров Б.Ф. Методические указания «Методы и аппаратура для поиска повреждений на трассе кабельной линии» СНИТОХ. -М. 1992,- 89 с.

6. Гельфанд Я.С. Релейная защита распределительных сетей.- М.: Энергоатомиздат, 1987.- С. 292.

7. Щуцкий В.И. и др. Защитное шунтирование однофазных повреждений электроустановок.- М.: Энергоатомиздат, 1986.- 152 с.

8. Лихачев В.А. Замыкание на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов. М.: Энергия. - 1971. - 152 с.

9. Сигнализация замыканий на землю в распределительных сетях. Сб. статей под ред. В.И. Иельсена.- Госэнергоиздат, 1962. 228 с.

10. Дарченко В.Е., Степанов Т.В. Защита от замыканий на землю в компенсированных сетях.- Электричество, 1956, № 2.

11. Кискачи В.М., Селективная чувствительная защита от замыканий на землю в сетях с малыми емкостными токами типа ЗЗП 1.- Электрические станции.- 1966, № 3.

12. Цапенко Е.Ф. Замыкания на землю в сетях 6-35 кВ.- М.: Энергоатомиздат, 1986.- 128 с.

13. Устройства сигнализации замыканий на землю / В.М. Кискачи, С.Е. Сурмова, Н.М. Гаршенина, Б.И. Панфилов.- Электрические станции, 1972, №4.

14. Кискачи В.М. Схемы подключения защиты и сигнализации однофазных замыканий на землю при параллельных кабелях.- Электричество, 1972, № 1.

15. Цапенко Е.Ф. Распределение токов нулевой последовательности в сетях с изолированной нейтралью при замыканиях на землю.- Промышленная энергетика, 1982, № 12. с 34 35. (д.т.н. Моск. горн, инст-т.)

16. Войнштейн B.JI. О схемах сигнализации и защиты от замыканий на землю.- Промышленная энергетика. 1982, № 12. с. 35-36.

17. Сравнение алгоритмов реле от замыканий на землю с малыми токами с использованием предварительно записанных аварийных сигналов

18. РЖ, 1990, № 7, с. 28. ред. № 7Ж200)

19. Головко С.И. Повышение чувствительности защиты от замыканий на землю высоковольтных электродвигателей // Энергетика, 1990. № 6 с 54-56.

20. Шуин В.А. Влияние разряда емкости поврежденной фазы на переходный процесс при замыкании на землю в кабельных сетях.-Электричество 1983, № 12. С. 4-9.

21. Сборник: Сигнализация замыканий на землю в компенсированных сетях.- М.: Госэнергоиздат, 1966.

22. В.Ф. Лачугин, канд. техн. наук, ЭНИН им. Г. М. Кржижановского. Направленная импульсная зашита от замыканий на землю. Энергетик, № 9, 1997, С. 21-22.

23. Лихачев В.А. Замыкание на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов. М.: Энергия. - 1971. - 152 с.

24. Костенко М.В., Перельман Л.С., Шкарин Ю.Г. Волновые процессы и электрические помехи в многопроводных линиях высокого напряжения. М.: Энергия. - 1973.-271 с.

25. Минуцкий Г.В. Каналы высокочастотной связи для релейной защиты и автоматики. М.: Энергия. - 1972. - 312 с.

26. Шимони К. Теоретическая электротехника. М.: Мир. - 1964. - 773

27. Жучков Г.П. Определение места повреждения в сельских сетях при воздействии на них импульсов различных форм. В сб. «Электрификация сельскохозяйственного производства». Труды СИМСХ. Саратов. 1973 г.

28. Бессонов JI.A. Теоретические основы электротехники.- М.: Высш. шк., 1996.- 638 е.: ил.

29. Л.Б. Дударев, И. В. Волошин. Особенности дуговых замыканий фазы на землю в сетях с нейтралью, заземленной через резистор. Электричество, №8, 1993,с. 26-31.

30. Демирчян К.С., Бутырин П.А. Моделирование и машинный расчет электрических цепей.- М.: Высшая школа, 1988.- С. 8-21.

31. Качесов В.Е. Метод определения зоны однофазного замыкания в распределительных сетях под рабочим напряжением. Электричество, № 6, 2005, с.9-18.

32. А.В. Иванов-Смоленский Электрические машины: Учебник для вузов.- М.: Энергия, 1980.- 928 е., ил.

33. Айзенфельд А.И. Эффективность техники определения мест повреждения воздушных линий // Электрические станции. -1989. -N9. С. 77 -79.

34. Неклепаев Б.Н., Востросаблин А.А. Анализ системы информации о коротких замыканиях в электроэнергетических системах // Промышленная энергетика. 1992. - N 6.

35. И.Н. Попов, В.Ф. Лачугин, Г.В. Соколова. Релейная защита, основанная на контроле переходных процессов. М.: Наука, 1986, С.58-82.

36. И.Н. Попов. Об использовании переходных процессов и внешних источников контроля для выполнения устройств релейной защиты. В кн.: Вопросы оптимального развития энергосистем и новые технические средства защиты. М.: Наука, 1970.

37. Кузнецов А.П. Определение мест повреждения на воздушных линиях электропередачи. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 92 с.

38. Арцишевский Я. JI. Определение мест повреждения линий электропередачи в сетях с заземленной нейтралью. М.: Высшая школа, 1989. -94 с.

39. В.А. Стреканов. Устройство для сигнализации однофазных замыканий на землю в электрических сетях 6-10 кВ с изолированной нейтралью. Промышленная энергетика, 1995, №5, с. 18-19.

40. Патент № 55153 РФ, МПК G01R 31/08. Устройство для определения места повреждения электрической сети напряжения 6(10)-35 кВ с изолированной или компенсированной нейтралью // Андрианова Л.П., Байбурин Э.Р. //

41. Опубликовано: 27.07.2006 Бюл. № 21.

42. Патент № 57018 РФ, МПК G01R 31/08. Устройство для определения места повреждения электрической сети напряжения 6(10)-35 кВ с изолированной или компенсированной нейтралью // Андрианова Л.П., Байбурин Э.Р. //

43. Опубликовано: 27.09.2006 Бюл. № 27.

44. Байбурин Э.Р. Метод оперативного определения места повреждения электрической сети напряжением 6(10)-35 кВ. Нефтегазовое дело. Электронный научный журнал. Раздел Энергетика. http://www.ogbus.ru/authors/Bayburin/ Bayburinl .pdf

45. Свидетельство № 2006612479. Программный комплекс Моделирование переходных процессов для определения места однофазного замыкания на землю электрической сети // Андрианова Л.П., Байбурин Э.Р. // Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 12.07.2006

46. Свидетельство № 2006610827. Определения места повреждения электрической сети напряжения 6(10)-35 кВ // Андрианова Л.П., Байбурин Э.Р. // Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 28.02.2006

47. Байбурин Э.Р., Андрианова Л.П. Частотный спектр токов переходного процесса при однофазных замыканиях на землю в сетях 6(10) 35 кВ. Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 5-й

48. Международной научно технической конференции. Част 1. Проблемы энергообеспечения и энергосбережения.-М.: ГНУ ВИЭСХ, 2006.- С. 306-310

49. Нейман JI.P., ДемирчянК.С. Теоретические основы электротехники. M.-JI., «Энергия», 1966, 522 с. с ил.

50. Лосев А.К. Теория линейных электрических цепей. -М.: Высш. шк., 1987.- 512 е.: ил.

51. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи.- М.: Высш. шк., 1996.- 638с.: ил.

52. В.А. Шуин, О.В. Лебедев. О защите от замыканий на землю компенсированных кабельных сетей 6-10 кВ с использованием принципа сравнения амплитуд переходных токов. Электричество, 1973, №12.

53. Свидетельство № 2006611660. Моделирование переходных процессов при однофазном замыкании на землю электрической сети напряжением 6(10)-35 кВ // Андрианова Л.П., Байбурин Э.Р. // Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 18.05.2006

54. Л.Е. Дударев, В.В. Зубков. Некоторые особенности переходных процессов при замыкании фазы на землю в сетях 6-35 кВ и использование их для средств релейной защиты. Электрические станции, №6,1978, С.68-71.

55. Электротехнический справочник. 4-е изд. переработанное, под ред. П.Г. Грудинского, М.Г. Чиликина. М.: Энергия, 1971, т. 1.

56. Я.С. Гельфанд. Релейная защита распределительных сетей. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 368 е., с. 292.

57. В.М. Кискачи. Условия селективной работы сигнализации однофазных замыканий на землю с использованием высших гармоник тока нулевой последовательности. Труды ВНИИЭ, вып.26. -М.: Энергия, 1966. 176 е., с. 80-88.

58. В.М. Кискачи. Расчет минимального уровня высших гармоник при однофазных замыканиях на землю в сетях с изолированной и компенсированной нейтралью. Труды ВНИИЭ, вып.26. М.: Энергия, 1966. -176 е., с. 89-105.

59. Евдокунин Г.А. Электрические системы и сети. -СПб: Издательство Сизова М.П., 2001 .-304 е., с илл.

60. Арригула Дж., Брэдли Д., Боджер П. Гармоники в электрических системах. М.: Энергоатомиздат. - 1990. - 320 с.

61. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. Учебник для вузов по специальности электроснабжение.— 3-е изд., перераб. и доп.— М.: Высшая школа, 1991, с.206 210.

62. Электрическая часть станций и подстанций. Под. ред. Касимова А.С. М.: Энергия, 1980, с. 191 194.

63. Поливанов К.М. Ферромагнетики. Основы теории технического применения.— М.: Госэнергоиздат, 1957, с. 58 64.

64. Турчак Л.И. Основы численных методов.— М.: Наука, 1987, с. 2436.

65. Надежность снабжения электрической энергией потребителей, подключенных к распределительным сетям в сельской местности. Башкирэнерго, 2004 г.

66. Платонов В.В., Быкадоров Б.Ф. Методические указания «Методы и аппаратура для поиска повреждений на трассе кабельной линии» СНИТОХ. М. 1992.

67. Щуцкий В.И. и др. Защитное шунтирование однофазных повреждений электроустановок,- М.: Энергоатомиздат, 1986.- 152 с.

68. Ульянов С. А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. Учебник для электротехнических и энергетических вузов и факультетов. М.: Энергия, 1970. - 520 с.

69. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов. 2-е изд. - М.: Экономика, 2000. - 421 с.

70. Крылов Э.И., Власова В.М., Журавкова И.В. Анализ эффективности инвестиционной и инновационной деятельности предприятия: Учеб. пособие. -2-е изд. М.: Финансы и статистика, 2003. - 608 с.

71. Сергеев В.И., Веретенникова И.И., Яновский В.В. Организация и финансирование инвестиций: Учеб. пособие. -М.: Финансы и статистика, 2002. -400 с.

72. Правила устройства электроустановок.-М.: Энергоатомиздат, 1998,646 с.

73. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей российской федерации, 2003, 147 с.

74. Шабад М.А. Автоматизация распределительных электрических сетей с использованием цифровых реле: Учеб. пособие. СПб.: Минэнерго РФ, 2004, 56 с.

75. Головацкий В.Г., Пономарев И.В. Современные средства релейной защиты и автоматики электросетей.-М.: Энергомашвин, 2004, 106 с.

76. Шабад М. А. Трансформаторы тока в схемах релейной защиты. "Библиотечка электротехника".-М.: Энергоатомиздат, 1998 cl89 с.

77. Аржанников Е. А., Чухин А. М. Методы и приборы определения мест повреждения на линиях электропередачи. "Библиотечка электротехника".-М.: Энергоатомиздат, 1999, 74 с.

78. Шуин В. А. Гусенков А. В. Защиты от замыканий на землю в электрических сетях 6-10 кВ. "Библиотечка электротехника".-М.: Энергоатомиздат, 2001, 105 с.185