автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Устройство для выявления зоны дефектов воздушных линий электропередачи 6-35 кВ на основе высоковольтного зондирования

На правах рукописи

0У4О

Скляров Павел Алексеевич

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ЗОНЫ ДЕФЕКТОВ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ 6-35 КВ НА ОСНОВЕ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО

ЗОНДИРОВАНИЯ

05Л4.02 - «Электрические станции и электроэнергетические системы»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 1 НОЯ 2010

г. Новочеркасск - 2010

004612060

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Российский Государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)»

Научный руководитель: _

доктор технических наук, профессор Быкадоров Владимир Федорович

Научный консультант:

кандидат технических наук, доцент Пирожник Александр Алексеевич Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Максимов Борис Константинович кандидат технических наук, доцент Сацук Евгений Иванович

Ведущая организация: ГОУ ВПО РГУПС (РИИЖТ) г. Ростов-на-Дону

Защита состоится 19 ноября 2010 г. в Ю00 на заседании диссертационног совета Д212.304.01 при Государственном образовательном учреждении высше го профессионального образования «Южно-Российский Государственный тех нический университет (Новочеркасский политехнический институт)» в 107 ауд главного корпуса по адресу: 346428, г. Новочеркасск Ростовской области, ул Просвещения, 132.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного об разовательного учреждения высшего профессионального образования «Южно Российский государственный технический университет (Новочеркасский поли технический институт)», с авторефератом - на сайте www.npi-tu.ru.

Автореферат разослан « /Г» октября 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета ¿у-—П.Г. Колпахчьян

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Надежность работы воздушных линий 6-35 кВ во многом зависит от качественного состояния изоляции линии. По данным «ОРГРЭС» аварийность на воздушных линиях 6-10 кВ из-за повреждения изоляции составляет 3540%. Особое место среди видов повреждений ВЛ 6-35 кВ занимают повреждения подвесных и стержневых изоляторов, связанные с пробоем или перекрытием изоляторов, которые сложно выявить даже при визуальном осмотре. Это в значительной мере относится к полимерным изоляторам.

Наличие ослабленной изоляции на ВЛ позволяет продолжить ее дальнейшую эксплуатацию при незначительном снижении механических характеристик изоляторов. Однако, в случае возникновения условий проявления дефекта (коммутационные или атмосферные перенапряжения), произойдет повторный пробой дефектной изоляции. Сохранение электрической прочности изоляторов, достаточной для работы, не позволяет их выявить дистанционно каким-либо из существующих методов.

В настоящее время для сокращения времени определения места повреждения на воздушных линиях процесс поиска обычно делят на два этапа. На первом этапе определяется расстояние до повреждения одним из дистанционных способов. Так как это расстояние указывается с некоторой погрешностью - место повреждения оказывается в зоне этой погрешности. На втором этапе, непосредственно на линии, определяется место повреждения при помощи трассовых методов определения места повреждения (ОМП).

В большинстве энергосистем (80%) осмотры изоляторов проводятся с поверхности земли в дневное время суток посредством оптических приборов. При этом повсеместно используются различные бинокли. Для диагностики достаточно широко применяются специальные оптические приборы (тепловизоры, электронно-оптические дефектоскопы, пирометры и др.). Осмотры в дневное время суток с применением специальных оптических приборов проводят не более десяти сетевых компаний.

В российских сетевых компаниях ночные осмотры не производятся. Так же не практикуется и осваиваемое в настоящее время за рубежом использование оснащенных специальной аппаратурой вертолетов для диагностики линейных полимерных изоляторов. Следует отметить, что большинство зарубежных энергопредприятий также, в основном, ограничиваются дневными осмотрами с поверхности земли.

Никаких сведений об эффективности тех или иных методов диагностики состояния находящихся в работе изоляторов ни одна из энергосистем не сообщила. Эта задача в настоящее время остается нерешенной, поэтому эксплуатирующие организации, как правило, не имеют достоверной информации о фактическом состоянии находящихся в работе линейных полимерных изоляторов.

Для линий напряжением 6-35 кВ, составляющих основу распределительных сетей, до сих пор не существует реально используемых эффективных методов дистанционного определения мест повреждений. Это обусловлено спецификой распределительных сетей, где не применяются регистраторы аварийных режимов и высокочастотная обработка линий. Кроме того, сети данного класса имеют сильно разветвленную древовидную топологию. Вследствие этого, методы диагностики, успешно используемые на воздушных линиях напряжением 110 кВ и выше, в данном случае нецелесообразны. В связи с этим в воздушных сетях 6-35 кВ получили распространение переносные приборы, которые позволяют путем ряда последовательных измерений определить место повреждения.

Информационный поиск и анализ отечественной и зарубежной технической литературы показал, что ни в РФ, ни в СНГ, ни за рубежом проблема оперативной диагностики состояния распределительных электросетей в настоящее время не решена. Разнообразие видов и характеров повреждений пока не позволило найти какой-либо универсальный метод диагностики. Специалисты служб эксплуатации электросетей не имеют действенных и современных методов определения места повреждения с использованием последних достижений науки и техники. Это затрудняет их обнаружение, увеличивает время поиска и приводит к экономическим потерям.

Отыскание местонахождения дефектной гирлянды - непосильная задача для импульсного метода определения места повреждения в связи с малой величиной зондирующего импульса (5-100 В), недостаточной для перекрытия поврежденной изоляции гирлянды. Многочисленные попытки увеличить амплитуду зондирующего прямоугольного импульса рефлектометров в некоторых энергосистемах страны позволили добиться большей крутизны фронтов импульса и, как следствие, его меньшего затухания и «расплывания». К тому же подобные устройства были опытными образцами и в серийное производство не пошли. Таким образом, проблема искусственного создания условий пробоя с целью последующего замера расстояния до него импульсным методом на практике до сих лор не реализована.

Для решения указанной задачи необходимо иметь устройство, реализующее высоковольтное зондирование импульсами напряжения амплитудой сопоставимой с рабочим напряжением линии и дистанционное определение зоны повреждения изоляции. Таким образом, разработка метода высоковольтного зондирования дефектной изоляции и реализующего его устройства представляет научный и практический интерес.

Приведенные соображения объясняют актуальность исследования процессов высоковольтного зондирования воздушных линий и разработку технических средств для его применения.

Представленные в диссертации результаты получены в Южно-Российском государственном техническом университете (НПИ) при выполнении работ в рамках комплексной научно-технической программы «Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов и повышение эффективности работы электроэнергетических систем».

В работе обобщены результаты исследований и разработок, выполненных лично или при непосредственном участии автора, на кафедре «Электрические станции» Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института).

Целью работы является совершенствование методов и технических средств ОМП воздушных линий электропередачи, связанных с дефектами полимерных и фарфоровых изоляторов, с применением высоковольтных методов для повышения эффективности диагностирования.

Для достижения цели работы потребовалось решение следующих задач:

- выполнить анализ существующих методов и алгоритмов поиска мест повреждения воздушных линий электропередачи;

- проанализировать влияние основных электромагнитных и конструктивных параметров воздушных линий электропередачи на характеристики переходного процесса в линии в режиме высоковольтного зондирования;

- исследовать характеристики переходного процесса в воздушной линии электропередачи в режиме высоковольтного зондирования;

- разработать способ дистанционного определения места повреждения изоляции воздушной линии электропередачи с применением высоковольтного зондирования;

- разработать аппаратуру для технической реализации способа дистанционного определения места повреждения изоляции воздушной линии электропередачи с применением высоковольтного зондирования.

Методы исследований.

Поставленные задачи решались применением общих положений теории электротехники, теории подобия и моделирования, постановкой натурных экспериментов, математического моделирования процессов, происходящих в ВЛ в режиме высоковольтного зондирования, с использованием аналитических и численных методов расчета на ЭВМ.

Достоверность и обоснованность результатов работы.

Разработанные в диссертационной работе теоретические положения реализованы в новых технических решениях и апробированы экспериментально на ВЛ 10 кВ, а также путем математического моделирования. Результаты экспериментов не противоречат результатам, полученным ранее другими авторами и дополняют их.

Научная новизна работы соискателя:

1. Предложено применение метода колебательного контура для формирования высоковольтных зондирующих импульсов, обеспечивающих дистанционное выявление дефектов изоляции воздушных линий электропередачи.

2. Определена совокупность электромагнитных параметров математических моделей воздушных линий электропередачи 6-35 кВ в режиме высоковольтного зондирования.

3. Предложена комплексная компьютерная модель и выполнен расчет напряжений на воздушной линии электропередачи в режиме высоковольтного зондирования с учетом схемы и параметров генератора зондирующих импульсов и влияния произвольного расположения места дефекта, переходного сопротивления в месте дефекта и сопротивления земли.

4. Разработан способ дистанционного определения места повреждения изоляции воздушных линий электропередачи, основанный на применении высоковольтных зондирующих импульсов, на который получено положительное решение № 2009127998 с приоритетом от 20.07.2009 г. «Способ определения места повреждения изоляции в силовой линии электропередачи».

Практическая ценность результатов работы:

1. Уточнение параметров В Л 6-35 кВ для моделирования переходных процессов при определении повреждений на воздушных линиях электропередачи.

2. Формирование базы данных распределенных электромагнитных параметров воздушных линий 6-35 кВ для расчета переходных процессов при определении мест повреждения.

3. Разработаны технические решения по диагностике мест повреждения ВЛ на основе высоковольтного зондирования.

4. Разработано высоковольтная зондирующая установка для дистанционного определения места повреждения изоляции воздушной линии электропередачи, прошедшая натурные испытания на ВЛ 10 кВ и внедренная в эксплуатацию на подстанциях филиала ОАО «МРСК-Юга» - «Ростовэнерго», на которую получен патент [15].

5. Разработано программное обеспечение для ЭВМ. позволяющее определить расстояние до дефектной изоляции BJI с применением двух методик расчета.

Основные результаты, выносимые на защиту:

1. Метод колебательного контура, использующий разряд емкостного накопителя на поврежденную линию для дистанционного выявления дефектов изоляции.

2. Компьютерная (схемотехническая) модель генератора высоковольтных зондирующих импульсов и воздушной линии электропередачи с учетом изменения переходных сопротивлений в широком диапазоне, а также произвольного расположения места дефекта.

3. Способ дистанционного определения места повреждения изоляции воздушных линий электропередачи, основанный на применении высоковольтных зондирующих импульсов.

4. Высоковольтная зондирующая установка для дистанционного определения места повреждения изоляции воздушной линии электропередачи в составе зарядного устройства, блока «накопитель-коммутатор-делитель» и осциллографа-приставки с ноутбуком. Установка защищена патентом на полезную модель.

Апробация работы.

Основные положения и научные результаты диссертации докладывались на 12 научно-технических конференциях, семинарах, совещаниях. В том числе обсуждались: на конференции «Современные энергетические системы и комплексы и управление ими» (г. Новочеркасск, 2005г.), на конференции «Проблемы энергосбережения и технической диагностики энергетического оборудования» (г. Ростов-на-Дону, 2006 - 2008 гг.), на Всероссийском конкурсном отборе инновационных проектов студентов и аспирантов по приоритетному направлению программы «Энергетика и энергосбережение» (г. Томск, 2006 г.), на конференции «Энергосбережение, энергетическое оборудование и системы технической диагностики» (г. Ростов-на-Дону, 2008 гг.), на сессиях Всероссийского семинара «Кибернетика электрических систем» по тематике «Диагностика энергооборудования» (г. Новочеркасск, 2004 - 2006 гг.), на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов ЮРГТУ (НПИ) (2003-2010 г.г.).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ, в том числе 3 работы в рецензируемых научных журналах из перечня ВАК, получено 1 свидетельство на полезную модель и 1 заявка на способ диагностирования находится на рассмотрении.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 182 страницах, содержит 96 рисунков, 19 таблиц и 64 литературных источника.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследований, научная новизна, дана общая характеристика работы. Отмечен вклад ученых и специалистов в рассматриваемой области: Айзен-фельда А.И., Арцишевского Я.Л., Борухмана В.А., Быкадорова В.Ф., Куликова А.Л., Шалыта Г.М. и др.

В первой главе выполнен анализ повреждаемости воздушных линий электропередачи распределительных сетей и их изоляторов в эксплуатации и рассмотрены существующие способы их выявления.

На основе проведенного анализа основных видов повреждений изоляторов воздушных линий электропередачи в процессе эксплуатации выявлено, что среди всех существующих повреждений воздушных линий электропередач на долю повреждений изоляции по статистике приходится примерно 30-40% от общего числа повреждений.

Рассмотрены процессы возникновения повреждений изоляции ВЛ и причины их вызывающие. Анализ литературных источников позволил сделать выводы о том, что более трети повреждений ВЛ так или иначе связаны с повреждениями изоляции. К ним относятся:

- пробой или перекрытие ударом молнии опорных или подвесных изоляторов, выключателей и других токоведущих частей и аппаратов;

- пробой или перекрытие в результате коммутационных перенапряжений;

- повреждения, связанные с орнитологией: гнездование птиц на разрядниках, траверсах с опорной изоляцией и др.;

- обрывы проводов и тросов, обусловленные погодными явлениями: ветровыми нагрузками, гололёдом и др.;

- умышленные повреждения: «наброс» на ЛЭП, расстрел изоляторов и т.д.;

- нарушение изоляции из-за пробоя, старения, перекрытия на деревья и кустарник, строительную технику и др.;

Проанализированы современные методы и устройства дистанционного выявления места повреждения воздушных линий электропередачи. Отмечено, что для дистанционного выявления мест повреждения воздушной линии электропередачи наиболее широко используется метод импульсной рефлектометрии, основанный на определении расстояния до повреждения по временной задержке прихода отраженного импульса относительно зондирующего. Используемые для поиска методом импульсной рефлектометрии высоковольтные приставки, увеличивающие амплитуду зондирующего импульса до нескольких киловольт, позволяют уменьшить затухание импульса, но не способны пробить дефектную изоляцию. Также применяется диагностирование зоны повреждения воздушной линии по параметрам аварийного режима - использование фиксирующих приборов, определяющих расстояние до дефекта по параметрам аварийного режима (только междуфазные повреждения). Выполнен анализ указанных методов на соответствие предъявляемых к ним требований по чувствительности, определена их эффективность и точность. Показано, что большинство рассмотренных технических решений по дистанционному определению мест повреждений ВЛ не способны выявить дефектную изоляцию, имеющую остаточную электрическую прочность в связи с недостаточной энергией зондирующего импульса напряжения или используют для определения расстояния параметры аварийного режима, что применимо лишь при коротких замыканиях. Сделан вывод о том, что выявление дефектов изоляции, связанных со снижением электрической прочности, возможно лишь при использовании высоковольтного метода ОМП, способного создать зондирующий импульс с энергией, достаточной для пробоя. Дистанционное выявление дефектной изоляции в этом случае производится путем подачи в испытуемую линию импульса высокого напряжения, который, распространяясь по ней, вызовет перекрытие поврежденных изоляторов и по параметрам возникшего в результате в линии переходного процесса будет определено расстояние до места пробоя. Предложенный метод обладает достаточной для дистанционных методов чувствительностью, а использование импульсов высокого напряжения позволяет обнаружить изоляторы со сниженной электрической прочностью, что не могут сделать применяемые низковольтные методы. Метод также

не зависит от величины переходного сопротивления в месте повреждения, что позволяет использовать его в большом диапазоне переходного сопротивления в месте повреждения (от нуля до сотен МОм). Сделан вывод о необходимости разработки устройств, обеспечивающих выявление места нахождения дефектной изоляции. Это особенно актуально для полимерных и фарфоровых изоляторов.

Отмечено, что для оценки предельных параметров переходного процесса в режиме высоковольтного зондирования линии необходимо разработать математическую модель ВЛ с имитацией повреждения и моделью зондирующего генератора.

Во второй главе выполнен анализ конструктивных параметров воздушных линий электропередачи 6-35 кВ. С учетом рассмотренных конструктивных параметров и их особенностей произведен расчет электромагнитных параметров линий £3, М,щ„ Щх Сфз, С„ф, Дф, Я, (рис. 1) с использованием различных методик расчета. Произведен расчет сопротивления утечки изоляторов по экспериментальным данным о токах утечки, определены удельные сопротивления гирлянд изоляторов в зависимости от

Рис. 1. Схема замещения элемента длины одноцепной трехфазной воздушной линии

Выполнен расчет электромагнитных параметров воздушных линий распределительных сетей с использованием справочных данных по приведенным ниже расчетным выражениям:

Сопротивление земли определено из выражения:

r.j = *-'/ ■ 10~4, Ом/км, которое при/= 50 Гц даёт Гз=0,05 Ом/км.

Сопротивление прямой последовательности:

Z, = г +./0,145-lg—^- [Ом/км],

где га? - активное сопротивление провода; D^ = - среднее геометрическое

расстояние между проводами фаз a, b и с {dab, da„ dbc - расстояние между проводами фаз а, Ь и с); г, = 0,95г - эквивалентный радиус провода (г - истинный радиус провода).

Сопротивление нулевой последовательности:

20=/;1р+ОЛ5+уО,43[Ом/км], лср

где £>3 - эквивалентная глубина возврата тока через землю; Дср = - средний

геометрический радиус системы трёх проводов линии.

Емкостное сопротивление прямой последовательности:

Х(,=132-1ё^-103 [Ом/км], г

где г - радиус провода; Оср - среднее геометрическое расстояние между проводами фаз а, Ь и с.

Таблица 1 - Удельное сопротивление гирлянды изоляторов ВЛ 6-35 кВ

Группа погоды Степень загрязнения Удельное сопротивление изоляции (на фазу), кОм/км, для ВЛ напряжением, кВ

6 10 15 20 35

Первая Низкая 3600,00 6250.00 9375,00 12500,00 12009,80

Средняя 3000,00 5000,00 7500,00 10256,41 9722.22

Высокая 3000,00 5000,00 7500,00 10256,41 9722,22

Вторая Низкая 400,00 671,14 1008,97 1342,28 1276,04

Средняя 281,25 469.48 703.13 941,18 887,68

Высокая 198,90 333,33 500,00 666,67 630,14

Третья Низкая 240,00 400.00 608,11 800,00 763,24

Средняя 165,90 277,78 416,67 555,56 523,50

Высокая 105,88 176,37 264,71 352.42 333,88

Емкостное сопротивление нулевой последовательности:

Хго =Ъ9(>Л%~-Лаъ [Ом/км], ^ср

где Яср - средний геометрический радиус систем трёх проводов линии; Д = 2(Иа +НЬ + Ис) / 3 - среднее расстояние проводов фаз а, Ь и с до их зеркальных отражений относительно поверхности земли (ка, /г4, к, - высоты подвеса проводов соответственно фаз а, А и с относительно земли).

Удельные индуктивность и емкость линии были определены также на основе волнового метода по следующим соотношениям:

Волновое сопротивление для синусоидального тока линии с малыми потерями:

К

2й)10 2о)С„ Фазовая скорость определялась по формуле: 1

!ь ■с

-у -Ч) о

Расчетные соотношения для волнового сопротивления: 2в = 60-1п—= 138-1§— ,

Для линии без потерь расчетные соотношения будут иметь вид:

V

- - ■ 1 ./.

" г,-у

При моделировании важно учесть параметры земли для протекания обратного тока. Амплитуда переменного напряжения у поверхности земли непосредственно под проводом линии, где расстояние от оси провода до рассматриваемой точки р равна кратчайшему расстоянию от оси провода до поверхности земли А:

Е = -х(Ы

2

где у = 1,7811 - постоянная Эйлера; /_ - величина, имеющая размерность длины и зависящая от частоты переменного тока/и удельного сопротивления земли 5.

Полученное выражение дает падение напряжения Е, создаваемое переменным током 1 в земле на длине х. Оно сходно с выражением для напряжения в цепи с активным сопротивлением Л и индуктивностью Ь\

На основе двух последних соотношений получено следующее выражение для активного сопротивления земли обратным токам для небольшой частоты:

= тс2/* [Ом].

Соответственно индуктивность равна:

Для рассмотрения распределения токов, частота которых значительно превышает 5000 Гц, применялись выражения для активного и реактивного сопротивления токам в земле следующего вида:

п

1 х [7

[Гн].

Для расчета индуктивности и емкости петли «фазный провод - земля» использовались следующие выражения:

2 ■ я • е„ С =-^тг ,[Ф/м],

1п— г

где Ео - диэлектрическая проницаемость воздуха, Ф/м; г - радиус провода, м; Аср - средняя высота провода над поверхностью земли, м.

Г = , [Гн/м],

2тс г 1

где Цо- магнитная проницаемость воздуха, Гн/м.

Для расчета индуктивности проводника выполнялся расчет полного потока, непосредственно сцепленного с проводом, по формуле:

Ф = х\в<1р = х\'Щ-йр + х\— ф = 2*/- + 1п—] , [Вб], Ь ь ' ; Р и Г)

где х - длина линии, м; р - расстояние от оси провода до рассматриваемой точки, мм; В - электромагнитная индукция, Тл; I - ток в линии, А.

Индуктивность провода, в этом случае, будет равна:

Ф

2Ь 1

¿0ф=- = 2х + ^ , [Гн].

1 V а 2)

Общая индуктивность провода и обратного пути тока в земле определяется выражением:

= 2х

ьЛ.

1

+— 2

, [Гн].

Для высоких частот индуктивность, обусловленная полем, распределенным в воздушном пространстве вокруг подвешенного провода, равна

¿0ф=2*.1п(^],[Гн].

Полная индуктивность линии передачи, включая обратный путь тока в земле для высокой частоты равна:

Индуктивность петли «фазный провод - земля» для провода радиусом г и длиной 1, подвешенного над землей на высоте /г, определялась по следующим формулам:

¿0„ =0,2| 1п —+ 0,25| , [Гн/м].

Рассчитать индуктивность фазного провода также можно, используя следующие формулы:

Взаимная индуктивность между фазными проводами и взаимная индуктивность между фазным проводом и землей:

где I - длина проводов, м;

О - расстояние между проводами, м.

. Мо-I

М

2л

[, / + # + /г -¡12+Ьг И

1п---+ —

А / I

■ [Гн],

где / -длина проводов, м;

И - расстояние между проводами, м.

Межфазная емкость может быть рассчитана с использованием следующих формул:

10 " [Ф/км], С0=-у10 '- , [Ф/км], Счф = С±~С° [Ф/км],

С,

18-1п

18-1)1

к-к

где Ci и Со - соответственно емкости прямой и нулевой последовательности, Ф/км; Аср - средняя высота подвеса проводов с учетом стрелы провеса; SM - среднее расстояние между / проводом и зеркальным изображением j провода; Кщ, - радиус провода: Dcp - среднее расстояние между фазами.

Полученные расчетные значения параметров ВЛ совпали с параметрами, полученными по результатам натурных испытаний на реальной В Л 10 кВ, с погрешностью 10%.

В третьей главе приведены результаты моделирования переходных процессов в воздушной линии в режиме высоковольтного зондирования.

Математическая модель однофазной линии представляет собой совокупность иерархических блоков (рис. 2), содержащих Г-образные однофазные схемы замещения пролета линии (рис. 3).

Для учета межфазной емкости и взаимной индуктивности фаз относительно друг друга и относительно земли математическая модель линии была дополнена соответствующими параметрами и приняла вид, показанный на рис.4. Схема замещения пролета ВЛ в этом случае приобретет вид, приведенный на рис. 5.

Повреждение фазы ВЛ (рис. 6) моделируется с помощью управляемого напряжением ключа 53, срабатывающего при достижении входным напряжением заданной величины VON и замыкающего фазу линии на землю через сопротивление R3. Напряжение отключения ключа VOFF задается недостижимой величиной, чтобы не допустить размыкания ключа 53.

Расчетная схема замещения генератора зондирующих импульсов, основным элементом которой является предварительно заряженный до заданного уровня высоковольтный накопительный конденсатор С9, приведена на рис. 7. Коммутирующим элементом служит ключ S\, управляемый напряжением и срабатывающий через 1 мкс после начала расчёта.

Примеры осциллограмм напряжения, полученных в результате моделирования повреждения на ВЛ 10 кВ длиной 3,96 км при C„/Cv - 10,0 для однофазной и трехфазной моделей, приведены на рис. 8. Из приведенных осциллограмм (рис. 8) видно, что результаты моделирования с применением трехфазной модели практически соответствуют результатам моделирования с использованием однофазной модели, что также сходится с данными, полученными из натурного эксперимента (рис. 10).

Рис. 2. Однофазная схема замещения линии в виде иерархических блоков

I

о 098621г1н 0.058636794

ИЗ ± СЗ

р2 | >-

~< |Р<

-< 1рз

Рис. 3. Схема замещения пролета ВЛ в однофазном исполнении

Рис. 4. Трехфазная схема замещения линии в виде иерархических блоков м

0.036

0.036

ТХ2

0.6123П

С10П К15 13МЕ6

С11

0.6123П

0.6123ц

С12п Н16 39|7М60

"таГ] 1ТХ5

Я4 0.3

С4

0.4055л

С5

04055ч

С6

0.4055П

Рис. 5. Схема замещения пролета ВЛ в трехфазном исполнении

X

~< |р2

Рис. 6. Моделирование повреждения изоляции ВЛ

Рис. 7. Расчетная схема замещения генератора импульсов

1 1

/

/

N

\ ч

\ /

/ *

/ V

1/

1

1 \

/

1

\

1 .... ... - ... - - - - - - ... -

г

О 0,2 0,4 0,6 0,8 мс

а)

; Р-Н

.. 1 --1-

■г-

'4 -

Чн ■г - -у

та -- ф 4, л. Л- ь

1— ... Ь - 1 - Ч" 5=

1. 1- .. 7-

фи й ..

! т -4

¥ - 1

г... т - ... ... -г- г- 1

ф: 1

О 0.2 ».4 0.6 0,8 мс

б)

Рис. 8. Осциллограммы напряжения при повреждении на ВЛ 10 кВ длиной 3,96 км при С„/С£ = 10,0 для однофазной (а) и трехфазной (б) моделей

Четвертая глава посвящена разработке высоковольтного зондирующего устройства УВЗ-Э5 для выявления дефектов изоляции с определением расстояния до них.

Определены основные требования к устройству высоковольтного зондирующего устройства в режимах диагностирования: устройство должно обеспечивать высокую амплитуду зондирующего напряжения, достаточную для пробоя дефектных изоляторов ВЛ, одновременно фиксируя параметры переходного процесса в линии, преобразование и хранение полученной информации с возможностью ее последующей обработки, анализа и хранения. Массогабаритные показатели устройства должны быть таковы, чтобы обеспечивать возможность его мобильного (переносного) применения одним оператором в процессе диагностирования изоляции воздушной линии, работа с прибором не должна требовать от оператора знания большого количества сложной теоретической или практической информации связанной с данным видом работ (простота управления, однозначность интерпретации получаемой диагностической информации). Устройство должно иметь автономное питание на время диагностирования на трассе ВЛ, а также соответствовать всем нормам электробезопасности.

Основываясь на принятых алгоритмах диагностирования, высоковольтное зондирующее устройство должно иметь следующие основные блоки (рис. 9): блок формирования зондирующего сигнала напряжения (БЗС), включающий в себя высоковольтное зарядное устройство (ВЗУ), высоковольтный накопительный конденсатор Сн и коммутирующий разрядник ГУ. Высоковольтное зарядное устройство (ВЗУ) имеет в своем составе высокочастотный преобразователь напряжения (ПНВ), высоковольтный выпрямительный блок с умножением напряжения (БВВ) и защитный дроссель (ДЗ).

Измерительная часть (ИЧ) устройства состоит из делителя напряжения Л1-Л2, микропроцессора (МП) и блока отображения информации (БОИ), который может быть реализован, с использованием следующих технических решений: в виде цифрового индикатора, портативной ЭВМ, при совместном использовании цифрового индикатора и портативной ЭВМ.

Устройство работает следующим образом. В состав высоковольтного зарядного устройства (ВЗУ) входят: высоковольтный преобразователь напряжения, содержащий блок питания постоянного напряжения 160 В, транзисторный инвертор, собранный по полумостовой схеме, и повышающий трансформатор. Управление инвертором осуществляется схемой широтно-импульсной модуляции. На выходе инвертора формируется регулируемое от 0 до 160 В напряжение частотой 10 - 15 кГц, подаваемое на повышающий трансформатор. Напряжение вторичной обмотки трансформатора, имеющее предельную величину 6 кВ, поступает на высоковольтный выпрямительный блок, собранный по схеме выпрямления с умножением напряжения в 6 раз.

Регулирование напряжения на выходе инвертора осуществляется изменением длительности импульса управления под действием регулятора напряжения. Для измерения напряжения на выходе установки используется резистивный делитель напряжения, напряжение с которого через блок входных преобразователей поступает на вход схемы измерения напряжения установки.

Защитный дроссель (ДЗ) ограничивает ток в выпрямителе при появлении на выходе установки напряжения обратной полярности, возникающего при пробое изоляции испытуемой линии.

Высокое напряжение с выхода ВЗУ подается на высоковольтный накопительный конденсатор Сн, который, заряжаясь до заданного уровня, коммутируется на фазу линии разрядником.

Рис. 9. Структурная схема устройства для дистанционного определения места повреждения изоляторов воздушных линий

Импульс высокого напряжения, создаваемый за счет разряда С,„ распространяясь по фазе линии, создает пробой дефектной изоляции, в результате которого в линии возникает колебательный процесс, по параметрам которого можно определить расстояние до дефекта.

Пример колебательного процесса Гх, снятый в результате натурного эксперимента на реальной воздушной линии электропередачи 10 кВ, приведен на рис. 10.

Возможны расчётная и экспериментальная реализации ОМП с использованием в качестве исходных данных расчётных значений удельных электромагнитных параметров ВЛ. При расчётной реализации расстояние определяется с использованием удельной индуктивности разрядной цепи по формулам, выведенным из формул электротехники для собственной частоты контура со и собственной частоты затухающих колебаний (о0:

*

или

1

2л/

'Т,

где 1Х - расстояние до места дефекта, м; Ь0, /?о - удельные индуктивность и активное сопротивление линии; Сн - емкость зондирующего конденсатора.

При экспериментальной реализации расстояние находится по отношению: V

Л

Лъ

■I

где Гт - период колебаний переходного процесса при искусственном пробое в конце ВЛ, /у - полная длина ВЛ, которую можно упрощенно задать топографической длиной из паспорта ВЛ или уточнить учетом провеса провода (предварительный замер способом импульсной рефлектометрии или другим способом).

О 0,2 0,4 0,6 0,8 1 мс

Рис. 10. Осциллограмма напряжения ВЛ 10 кВ в режиме высоковольтного зондирования. полученная в результате натурного эксперимента

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты, полученные в настоящей работе, могут быть сформулированы следующим образом:

1. Выполнена классификация способов ОМП на ВЛ 6-35 кВ. Выявлено, что для дистанционного поиска дефектов, связанных со снижением электрической прочности, необходим высоковольтный способ, позволяющий создать условия для проявления дефекта и выявить его место положения.

2. Произведена классификация существующих технических средств отечественных и зарубежных производителей устройств для дистанционного выявления мест повреждения ВЛ по основным техническим характеристикам и возможностям применения.

3. Предложено применение базы данных распределенных электромагнитных параметров воздушных линий 6-35 кВ для расчета переходных процессов при определении мест повреждения.

4. Составлена расчетная модель воздушной линии электропередачи для моделирования процесса разряда на фазу линии высоковольтного накопительного конденсатора. Полученные закономерности разряда высоковольтного накопительного конденсатора на фазу линии учтены при построении аппаратуры для определения места повреждения изоляции воздушных линий электропередачи.

5. Предложен метод колебательного контура для дистанционного выявления дефектной изоляции ВЛ. Универсальность метода заключается в возможности поиска дефектов изоляции как с наличием высокого переходного сопротивления для изоляторов с остаточной электрической прочностью, так и металлических замыканий.

6. С учетом требований эксплуатации разработан опытный образец устройства высоковольтного зондирования на базе портативной ЭВМ.

7. Для портативной ЭВМ разработано специализированное программное обеспечение, включающее подпрограммы расчета электромагнитных параметров ди-

агностируемой BJ], расчета расстояния до места дефекта несколькими способами, хранения служебной информации о линии и экспорта данных для хранения.

8. Разработана экспериментальная установка и проведены исследования процессов, возникающих в линии в режиме высоковольтного зондирования, на реальной линии 10 кВ, позволившие оценить диагностические параметры и точность метода. Установка внедрена в эксплуатацию на подстанциях ОАО «МРСК-Юга»-«Ростовэнерго». Получено авторское свидетельство на полезную модель переносного устройства для дистанционного определения места повреждения изоляторов воздушных линий.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

Статьи в ведущих рецензируемых журналах, определенных перечнем ВАК:

1. Скляров П.А. Удельные электромагнитные параметры воздушных линий электропередачи 6-35 кВ в режиме дистанционного диагностирования места повреждения изоляции [Текст]// Изв. вузов. Электромеханика. - 2008. - Спецвыпуск. - С. 4244.

2. Скляров П.А. Определение конструктивных параметров испытательной модели трехфазной воздушной линии электропередачи [Текст]/ П.А. Скляров, Е.Д. Березкин// Изв. вузов. Электромеханика. - 2008. - Спецвыпуск. - С. 44-46.

3. Скляров П.А., Березкин Е.Д., Быкадоров В.Ф. Применение высоковольтного зондирования для определения места повреждения воздушной линии электропередачи [Текст]/ П.А. Скляров, В.Ф. Быкадоров, Е.Д. Березкин// Изв. вузов. Электромеханика. - 2008. - Спецвыпуск. - С. 46-47.

Публикации в материалах конференций и сборниках трудов:

4. Скляров П.А. Генератор высоковольтных импульсов для диагностики подвесных изоляторов ВЛ-110 кВ [Текст]/ A.M. Климентьев, П.А. Скляров// Материалы 51-й науч. - техн. конф. студентов и аспирантов ЮРГТУ (НПИ)/ Юле. Рос. гос. техн. ун-т. (НПИ). - Новочеркасск: УПЦ "Набла" ЮРГТУ (НПИ), 2003. - С.222-223.

5. Скляров П.А. Принципы построения высоковольтного генератора для дистанционной диагностики подвесных изоляторов ВЛ 6-110 кВ [Текст]/ A.M. Климентьев, П.А. Скляров // Кибернетика электрических систем: материалы XXVI сессии Всерос. семинара "Диагностика энергооборудования": в 2 ч., Новочеркасск, 21-24 сент. 2004 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т.- Новочеркасск: Ред. журн. "Изв. вузов Электромеханика", 2004.-Ч. 1.-С. 20-23.

6. Скляров П.А. Дистанционное диагностирование подвесных изоляторов ВЛ 6-110 кВ [Текст]// Студенческая научная весна - 2005: сборник научных трудов аспирантов и студентов ЮРГТУ (НПИ) / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2005. - С. 99-102.

7. Скляров П.А. Генератор зондирующих сигналов для дистанционного диагностирования подвесных изоляторов воздушных линий электропередач [Текст]/ П.А. Скляров, A.A. Пирожник// Студенческая научная весна - 2005: сборник научных трудов аспирантов и студентов ЮРГТУ (НПИ) / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2005. - С. 102-104.

8. Скляров П.А. Моделирование процессов в воздушной ЛЭП при дистанционном диагностировании подвесных изоляторов [Текст]/ П.А. Скляров, A.M. Климентьев// Современные энергетические системы и комплексы и управление ими: ма-

териалы V междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 27 мая 2005 г.: в 2ч./Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2005. - 4.2. - С. 27-30.

9. Скляров П.А. Оценка электромагнитных параметров воздушных линий по справочным данным в режимах высоковольтного зондирования дефектных изоляторов [Текст]/ П.А. Скляров, Д.Г. Денисов// Кибернетика электрических систем: материалы XXVII сессии семинара "Электроснабжение", г. Новочеркасск, 27-29 сент. 2005 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск: Ред. журн. "Изв. вузов. Электромеханика", 2006. - С. 102-105. (Приложение к журналу)

10. Скляров II.A. Расчет конструктивных параметров низковольтной испытательной модели трехфазной воздушной линии 6-35 кВ [Текст]/ П.А. Скляров, В.Ф. Быкадоров, Е.Д. Березкин// Проблемы энергосбережения и технической диагностики энергетического оборудования: сб. тр. науч.-пракг. конф., г. Ростов-на-Дону, 15-17 февр. 2007 г./ Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. - (Ростов н/Д : ВЦ "Вертолэкспо"). - С. 14-16.

11. Скляров П.А. Конструктивное исполнение испытательной модели трехфазной воздушной линии для тестирования низковольтных устройств диагностирования зоны повреждения изоляторов [Текст]/ П.А. Скляров, Н.В. Клочков// Проблемы энергосбережения и технической диагностики энергетического оборудования: сб. тр. науч.-практ. конф., г. Ростов-на-Дону, 15-17 февр. 2007 г./ Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. -(Ростов н/Д : ВЦ "Вертолэкспо"). - С. 16-18.

12. Скляров П.А. Определение активного сопротивления изоляции в схемах замещения воздушных линий 6-35 кВ для моделирования волновых процессов при диагностировании дефектных изоляторов [Текст]// Проблемы энергосбережения и технической диагностики энергетического оборудования: сб. тр. науч.-пракг. конф., г. Ростов-на-Дону, 15-17 февр. 2007 г./ Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. - (Ростов н/Д : ВЦ "Вертолэкспо").-С. 19-20.

13. Скляров П.А. Применение высоковольтного зондирования для диагностирования дефектных изоляторов воздушных ЛЭП 6-35 кВ [Текст]/ П.А. Скляров, A.A. Скляров, C.B. Клочков// Энергосбережение, энергетическое оборудование и системы технической диагностики: сб. тр. науч.-практ. конф., г. Ростов-на-Дону, 13-18 февр. 2008 г./ Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. - (Ростов н/Д : ВЦ "Вертолэкспо"). - С. 77-81.

14. Скляров П.А. Определение расстояния до места повреждения воздушных линий 6-35 кВ при высоковольтном зондировании [Текст]// Студенческая научная весна - 2008: материалы Межрегиональной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых Южного федерального округа / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск: ЛИК, 2008. - 428 с.

15. Пат. 89245 РФ, МПК G01R 31/08. Переносное устройство для дистанционного определения места повреждения изоляторов воздушных линий (варианты) [Текст]/Быкадоров В.Ф., Пирожник A.A., Скляров П.А. - Опубл. 2009, Бюл.№33.

Все основные положения диссертации разработаны автором. В работах, написанных в соавторстве, автору принадлежат:

расчет конструктивных параметров В Л для физической модели - /2, 10, 11, 12/; математическое моделирование процессов в ВЛ в режиме высоковольтного зондирования - /9,14,15/;

определение технических требований, расчетная и исследовательская часть -/8/.

Скляров Павел Алексеевич

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ЗОНЫ ДЕФЕКТОВ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ 6-35 КВ НА ОСНОВЕ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

Автореферат

Подписано в печать 15.10.2010. Формат 60x84 '/16. Бумага офсетная. Ризография. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,31. Тираж 100 экз. Заказ 48-975. Отпечатано в ИД «Политехник» 346428, г. Новочеркасск, ул. Просвещения. 132 тел., факс (863-52) 5-53-03

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ДИСТАНЦИОННОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ДЕФЕКТНЫХ ИЗОЛЯТОРОВ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ.

1.1 Анализ повреждаемости воздушных линий электропередачи распределительных сетей и их изоляторов в эксплуатации.

1.2 Методы диагностирования мест повреждения изоляции В Л 6-35 кВ в условиях эксплуатации.

1.3 Технические средства для дистанционного диагностирования дефектных изоляторов ВЛ 6-35 кВ.

1.4 Перспективы развития методов и технических средств диагностики изоляторов В Л 6-35 кВ.

1.5 Основные задачи в области разработки технических средств для дистанционного диагностирования дефектных изоляторов.

1.6 Выводы.

Глава 2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ 6-35 КВ.

2.1 Общие сведения.

2.2 Особенности конструкции ВЛ 6-35 кВ с различными типами опор.

2.3 Определение сопротивления утечки изоляторов в распределительных сетях.

2.4 Определение электромагнитных параметров воздушных линий распределительных сетей с использованием справочных данных.

2.5 Определение электромагнитных параметров воздушных линий на основе волнового метода.

2.6 Учет электрического сопротивления и индуктивности земли на трассе ВЛ

2.7 Формирование базы данных распределенных электромагнитных параметров воздушных линий 6-35 кВ.

2.8 Экспериментальное определение электромагнитных параметров воздушной линии 10 кВ.

2.9 Выводы.^.

Глава 3 АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ В ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ПРИ ДИСТАНЦИОННОМ ДИАГНОСТИРОВАНИИ ДЕФЕКТНЫХ ИЗОЛЯТОРОВ.

3.1 Общие сведения.

3.2 Применение однофазной модели линии для моделирования процессов.

3.9 Применение трехфазной модели линии для моделирования процессов

3.4 Моделирование зондирующего сигнала и повреждения изоляции.

3.5 Моделирование процессов в воздушной линии при импульсном методе дистанционного диагностирования дефектных изоляторов.

3.6 Моделирование процессов высоковольтного зондирования в воздушной линии электропередачи при использовании метода колебательного контура.

3.7 Моделирование процессов высоковольтного зондирования в воздушной линии при использовании волнового метода.

3.8 Выводы.

Глава 4 РАЗРАБОТКА УСТАНОВКИ ДЛЯ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ДЕФЕКТНЫХ ИЗОЛЯТОРОВ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ 6-35 КВ.

4.1 Общие технические решения.

4.2 Выбор и расчет конструкции зарядного устройства высоковольтной установки для диагностирования зоны повреждения изоляции ВЛ 6-35 кВ

4.3 Выбор и расчет конструкции блока накопителя и коммутатора высоковольтной установки для диагностирования зоны повреждения изоляции ВЛ 6-35 кВ.

4.4 Выбор конструкции измерительной части установки.

4.5 Разработка программного обеспечения для расчета расстояния до дефектной изоляции на ЭВМ.

4.6 Выводы.

В энергетике России распределительные электрические сети напряжением 6-35 кВ составляют 52% от общей протяженности сетей всех классов напряжений. При этом они лидируют по количеству аварий, которые обусловлены, в большинстве случаев, крайним износом конструкций и основных элементов, а также сложностью определения повреждений на раннем этапе развития и их своевременного устранения.

Основным видом повреждения воздушных линий (ВЛ) 6-35 кВ, помимо обрывов фазных проводов или коротких замыканий, является перекрытие в процессе работы дефектных изоляторов. Сохраняя при этом свои механические характеристики, такой изолятор может длительное время оставаться в работе, имея недостаточный уровень изоляции, и повторно пробиться при возникновении благоприятных для перекрытия условий. л

Проблемой также является отыскание дефектного изолятора, поскольку таковые фарфоровые и полимерные изоляторы имеют характерные повреждения, трудноразличимые даже с близкого расстояния. Исключением из общей группы изоляторов могут быть лишь стеклянные, которые при перекрытии рассыпаются и позволяют определить место повреждения визуально с земли или при облете на вертолете.

Таким образом, задача разработки аппаратуры, способной дистанционно выявлять дефектные изоляторы В Л 6-35 кВ с определением расстояния до них, является актуальной.

Данная работа посвящена совершенствованию методов и разработке устройств дистанционной диагностики дефектных изоляторов В Л 6-35 кВ и включает в себя решение следующих научно-технических задач:

1. Анализ существующих методов и алгоритмов поиска мест повреждения воздушных линий электропередачи;

2. Анализ основных электромагнитных и конструктивных параметров воздушных линий электропередачи, определяющих характеристики переходного процесса в линии в режиме высоковольтного зондирования;

3. Исследование характеристик* переходного процесса в воздушной линии электропередачи в режиме высоковольтного зондирования;

4. Разработка способа дистанционного определения места повреждения изоляции воздушной линии электропередачи с применением высоковольтного зондирования;

5. Разработка аппаратуры для технической реализации способа дистанционного определения места повреждения изоляции воздушной линии электропередачи с применением высоковольтного зондирования.

При решении указанных задач использовались методы физического и математического моделирования, ставились натурные эксперименты. В процессе работы было разработано программное обеспечение для персональной ЭВМ, позволяющих рассчитывать: электромагнитные параметры воздушных линий электропередачи, параметры переходных процессов при пробое дефектного изолятора ВЛ, конструктивные параметры физической модели ВЛ.

Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения.

В первой главе произведен анализ повреждаемости воздушных линий электропередачи распределительных сетей и их изоляторов в эксплуатации, приведены особенности исполнения, типы и параметры применяемых изоляторов, рассмотрены методы определения места повреждения ВЛ 6-35 кВ, применяемые в эксплуатации и перспективы развития методов и технических средств диагностики изоляторов.

Во второй главе рассмотрены особенности конструкции ВЛ 6-35 кВ с различными типами опор и применяемых изоляторов, определены сопротивления утечки изоляторов гВЛ в распределительных сетях, произведен расчет электромагнитных параметров ВЛ с использованием различных источников, произведено экспериментальное определение электромагнитных параметров воздушной линии 10 кВ для сравнения с расчетными данными.

В третьей главе выполнено моделирование процессов в воздушной линии 6-35 кВ с использованием пакета программ ОгСАБ 9.2 при импульсном, волновом методе диагностирования изоляторов и методе колебательного контура. Сделан вывод об оптимальных параметрах установки.

Четвертая глава посвящена разработке высоковольтной зондирующей установки УВЗ-Э5 для дистанционной диагностики дефектных изоляторов ВЛ 6-35 кВ. Приводится расчет основных параметров зарядного устройства установки и блока «накопитель-коммутатор-делитель» диагностической установки УВЭ-35. Разработано программное обеспечение для расчета расстояния до дефектного изолятора воздушной линии с использованием параметров переходного процесса и конструктивных параметров ВЛ. Выполнена экспериментальная оценка параметров функционирования диагностической установки типа УВЭ-35.

Данная работа выполнялась на кафедре "Электрические станции" Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института).

4.6 Выводы

1. Основными требованиями к высоковольтному зондирующему устройству в режимах диагностирования являются следующие: устройство должно обеспечивать возможность выявления дефектов изоляции ВЛ с определением расстояния до дефекта с необходимой точностью; преобразование и хранение полученной информации с возможностью последующего вывода данных для обработки и сравнения; массогабаритные показатели устройства должны быть таковы, чтобы обеспечивать возможность его мобильной (переносной) доставки одним-двумя операторами к диагностируемой воздушной линии; работа с прибором не должна требовать от оператора знания большого количества сложной теоретической или практической информации связанной: :с ■ данным видом; устройство должно иметь автономное питание на время диагностирования изоляции ВЛ.

2. Определены технические требования и принципы построения высоковольтной установки для диагностирования зоны повреждения изоляции В Л 6-35 кВ, принято решение о создании установки по двухбл очной схеме. Первый блок представляет собой высоковольтное зарядное устройство, выполненное по* схеме с использованием промежуточного преобразователя^ частоты напряжения и выпрямления с умножением напряжения. Второй блок, названный блоком «накопитель-коммутатор-делитель», содержит высоковольтный накопительный конденсатор,, регулируемый коммутатор и измерительный делитель напряжения резистивного типа.

3. Функционально измерительная часть установки состоит из измерительного делителя напряжения резистивного типа, размещенного в блоке «накопитель-коммутатор-делитель», цифрового осциллографа, встроенного в зарядное устройство и портативной ЭВМ для обработки поступающих с осциллографа; данных,; их.хранения.и возможности работы с данными отдельно от установки. ■ -: .

4. Для облегчения расчетов оператором в полевых условиях и возможности сохранения результатов расчета разработано программное обеспечение для использования на ЭВМ под управлением ОС Microsoft Windows, позволяющее производить расчеты с использованием двух способов определения расстояния до места дефекта изоляции на основе различных данных, получаемых из опыта.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Воздушные линии 6-35 кВ являются весьма протяженными электротехническими установками, входящими в состав распределительных сетей. При этом в сетях именно этого класса напряжения имеет место наибольшая аварийность. Исходя из опыта эксплуатации различных типов подвесных изоляторов, можно прийти к заключению о том, что наиболее, перспективными с позиции стоимости, веса и электрической прочности в настоящее время являются полимерные изоляторы, существенным недостатком которых (как и фарфоровых) является трудность обнаружения дефектных изоляторов.

2. В результате проведения анализа методов дистанционного определения места повреждения В Л выявился ряд недостатков рассматриваемых методов, к которым можно отнести: а) для метода диагностирования по параметрам аварийного режима - недостаточная точность и неоднозначность результатов; б) для метода импульсной рефлектометрии -это невысокая амплитуда зондирующего импульса, непригодность применения при неустойчивых повреждениях линии и •• чувствительность к высокочастотным помехам; в) для трассовых методов--'это долговременность поисков в связи с большой протяженностью воздушных линий.

3. Основным путем дальнейшего совершенствования методов и технических средств дистанционного определения мест повреждения воздушных линий электропередач является: повышение точности замеров и. качества фильтрации помех, . дополнительной обработки информации, увеличение амплитуды зондирующего импульса для создания искусственного пробоя дефектных изоляторов. Особо перспективным для поиска дефектных изоляторов является метод колебательного контура, имеющий амплитуду зондирующего напряжения, достаточную для перекрытия дефектной изоляции. Однако, для нахождения расстояния, в . этом случае, необходимо определить конструкцию и электромагнитные параметры ВЛ, а также учесть влияние земли.

4. В результате оценки расчетных электромагнитных параметров воздушной линии для моделирования переходных процессов в ВЛ при высоковольтном зондировании, можно сделать вывод о том, что предложенные методы позволяют достаточно точно рассчитать переходные процессы в линии. Расчет электромагнитных параметров линии является довольно сложной задачей, имеющей неоднозначное решение. Однако их расчет необходимо производить с учетом всех зависимостей и особенностей, так как только точные расчеты позволят в дальнейшем правильно и эффективно пользоваться данными методами поиска повреждений на линиях электропередачи.

5. Для моделирования процессов, происходящих в ВЛ 6-35 кВ в процессе высоковольтного зондирования, определены удельные электромагнитные параметры, полученные с достаточной точностью. В результате расчета параметров В Л с использованием различных источников был сделан вывод о возможности их применения в процессе моделирования-и для практических целей. '

6. На основании экспериментальных данных, полученных в процессе зондирования воздушной линии 10 кВ, были определены некоторые электромагнитные параметры. Так, например, полученная в результате обработки данных эксперимента, индуктивность петли «фазный провод -земля» практически соответствует данным, полученным по расчетным формулам. Расчет декремента затухания; полученного из осциллограмм, позволил также получить активное сопротивление петли «фазный провод — земля» для оценки расчетных значений, применяемых для математического моделирования.

7. В эксплуатации целесообразно составить на каждую линию паспорт и экспериментально определить удельные параметры петли «фазный провод — земля». Удельные параметры можно также определить расчетным и экспериментальным путем, а также используя справочные данные.

8. Обеспечение необходимой точности и сокращение длительности расчета обеспечивает схема замещения пролета BJI из пяти ячеек. Расчетная модель представлена в виде иерархической структуры из четырехполюсников, что значительно упрощает изменение конфигурации схемы модели. Повреждение линии при моделировании импульсного метода имитировалось обрывом в конце линии, коротким замыканием с переходным сопротивлением равным нулю и пробоем дефектного изолятора в конце линии при напряжении 4 кВ. Максимальная относительная погрешность расчета составила 2,55%.

9. Расчет модели с использованием метода колебательного контура позволяет выявлять дефекты изоляции с приемлемой точностью при емкости высоковольтного накопительного конденсатора в 6-10 раз большей суммарной емкости BJI. При равной или меньшей емкости накопительного конденсатора погрешность определения расстояния до места повреждения возрастает до 30-40%, что обусловлено искажением колебательного процесса волновой составляющей.

10. Анализ осциллограмм, снятых с использованием метода колебательного контура, позволил заметить, что при близких расстояниях до места повреждения достаточно использовать накопительный конденсатор емкостью, определяемой соотношением С„/С^ = 0,1, поскольку емкость разрядной петли «фазный провод - земля» до места повреждения невелика и искажение осциллограммы волновыми процессами незначительно.

11. Расстояние до места- дефекта может быть уточнено с помощью поправочных коэффициентов, учитывающих провисание проводов в пролетах, удлинение проводов за счет температуры окружающей среды, а также коэффициентов, учитывающих погрешность, вносимую волновыми процессами.

12. Для расчета на математической модели процессов при волновом методе диагностирования повреждение имитировалось коротким замыканием в середине линии. Максимальная относительная погрешность расчета составила 5%. Волновой метод не подходит для выявления дефектных изоляторов BJI, поскольку запасенная накопителем энергия недостаточна для создания пробоя дефектной изоляции. Этот метод позволяет выявлять неустойчивые повреждения, определить которые невозможно методом импульсной рефлектометрии.

13. Основными требованиями к высоковольтному зондирующему устройству в режимах диагностирования являются следующие: устройство должно обеспечивать возможность выявления дефектов изоляции ВЛ с определением расстояния до дефекта с необходимой точностью; преобразование и хранение полученной информации с возможностью последующего вывода данных' для обработки и сравнения; массогабаритные показатели устройства должны быть таковы, чтобы обеспечивать возможность его мобильной (переносной) доставки одним-двумя операторами к диагностируемой воздушной линии; работа с прибором не должна требовать от оператора знания большого количества сложной теоретической' или практической информации связанной с данным видом; устройство должно иметь автономное питание на время диагностирования изоляции ВЛ.

14. Определены технические требования и принципы построения высоковольтной установки для диагностирования зоны повреждения изоляции! ВЛ 6-35 кВ по двухблочной схеме. Первый блок представляет собой высоковольтное зарядное устройство, выполненное по схеме с использованием промежуточного преобразователя частоты напряжения и выпрямления с умножением напряжения. Второй блок, названный блоком «накопитель-коммутатор-делитель», содержит высоковольтный накопительный конденсатор, регулируемый коммутатор и измерительный делитель напряжения резистивного типа. .

15. Функционально измерительная часть установки состоит из измерительного делителя напряжения резистивного типа, размещенного в блоке «накопитель-коммутатор-делитель», цифрового осциллографа, встроенного в зарядное устройство и портативной ЭВМ для- обработки поступающих с осциллографа данных, их хранения и возможности работы с данными отдельно от установки.

16. Для облегчения расчетов оператором в полевых условиях и возможности сохранения результатов расчета разработано программное обеспечение для использования на ЭВМ под управлением ОС Microsoft Windows, позволяющее производить расчеты для определения расстояния до места дефекта изоляции на основе различных данных, получаемых из опыта.

1. Куликов А.Л. Определение мест повреждений ЛЭП 6-35 кВ методами активного зондирования: монограф. Текст./ А.Л. Куликов, М.Ш. Мисриханов, A.A. Петрухин/ Под ред. В. А. Шуина// - М.: Энергоатомиздат, 2009. - 162 с.

2. Гунгер Ю. Применение стальных опор для ВЛ 6-10 кВ как способ снижения аварийности линии Текст./ Ю. Гунгер// Новости электротехники. 2003. №4(22).

3. Средства обеспечения надежности электроснабжения потребителей Текст./ А.П. Васильев, А.Г. Турлов / Проблемы энергетики, 2006, № 3-4.

4. Шалыт Г.М. Определение мест повреждения в электрических сетях. Текст./ Г.М. Шалыт// М.: Энергоиздат, 1982. - 312 с.

5. Александров Г.Н. Установки сверхвысокого напряжения и охрана окружающей среды: Учебное пособие для вузов Текст./ Г.Н. Александров//-Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1989. -360 с.

6. Справочник по электрическим установкам высокого напряжения/ Под ред. И.А. Баумштейна, С.А. Бажанова. 3-е изд.// М.: Энергоатомиздат, 1989.-768 с.

7. ЗАО «Арматурно-изоляторный завод». Решения для ВЛЭП 6-35 кВ. Каталог продукции. Выпуск 3 Текст.// 2007 г.

8. Чепкасов М.В. Полимеры или фарфор? Выбираем изолятор Электронный ресурс./ М.В. Чепкасов М.В., Г.Д. Вышегородцева// http://www.eliz.ru. - Заглавие с экрана.

9. Федоров Г.С. Особенности электрического пробоя в высоковольтных изоляторах из электротехнического фарфора и высокополимерных материалов Текст./ Г.С. Федоров, A.B. Голенищев-Кутузов // Проблемы энергетики, 2006, № 5-6.

10. Платонов B.B. Анализ стратегии развития и проблемы реформирования электроэнергетики России: монограф. Текст./ В.В. Платонов// Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2006. - 88 с.

11. Владимирский JI.JI. Опыт эксплуатации линейных полимерных изоляторов в России: общие сведения Текст./ JI.JI. Владимирский, В.Д. Вербицкий, Е.А. Соломоник, E.H. Орлова// Энергетик, 2004, №11.

12. Исследования и опыт эксплуатации подвесных полимерных изоляторов Текст.//- Электрические станции, 1995 г., № 12.

13. Минуллин Р.Г. Физические основы диагностики повреждений воздушных линий распределительных электрических сетей Текст./ Р.Г. Минуллин, И.Ш. Фардиев// Проблемы энергетики, 2004, № 5-6.

14. Объем и нормы испытаний электрооборудования Текст./ Под общей редакцией Б.А. Алексеева, Ф.Л. Когана, Л.Г. Мамикоянца// 6-е изд. -М.: НЦ ЭНАС, 1998. - 256 с.

15. Объем и нормы испытаний электрооборудования Текст./ Под общей редакцией Б.А. Алексеева, Ф.Л. Когана, Л.Г. Мамикоянца// 6-е изд. -М.: НЦ ЭНАС, 2008. - 256 с.

16. Нормы испытания электрооборудования Текст./ 5-е изд.// М.: Атомиздат, 1978. - 280 с.

17. Нормы испытаний электрооборудования Текст. //- М.: Атомиздат. -1997.-303 с. .

18. Борухман В.А. Устройства для определения мест повреждения на воздушных линиях электропередачи 6 750 кВ Текст./ В.А. Борухман, A.A. Кудрявцев, А.П. Кузнецов//- М.: Энергия, 1980. - 104 с.

19. Шалыт Г.М. Импульсные измерения в трехпроводных кабельных и воздушных линиях электропередачи Текст./ Г.М. Шалыт/ сб. «Определение мест повреждения воздушных и кабельных линий электропередачи»//-М.: Энергия, 1966.

20. Шалыт Г.М. Определение мест повреждения линий электропередачи импульсными методами Текст./ Г.М. Шалыт// М.: «Энергия», 1968. -216 с.

21. Шалыт Г.М. Теория и применение дистанционного определения мест повреждения линий электропередачи: Дис. на соиск. ученой степени д-ра техн. наук Текст./Г.М. Шалыт//-М., 1974.

22. Тарасов H.A. Использование метода импульсной рефлектометрии для определения повреждений кабельных линий Электронный ресурс./ H.A. Тарасов// http://www.watson.ru. Заглавие с экрана.

23. Измерители неоднородностей линии Р5-10, Р5-12, Р5-13, Р5-15, Р5-17 Текст./ Рекламный проспект.

24. Портативный цифровой рефлектометр РЕЙС-105Р Текст./ Техническое руководство пользователя.

25. Измеритель неоднородностей линии Р5-10/1. Техническое описание и инструкция по эксплуатации Текст.// М.: 1989.

26. Опыт эксплуатации электрооборудования в системе Мосэнерго Текст.// «Энергия», Москва, 1971. 112 с.'

27. Айзенфельд А.И. Определение мест короткого замыкания на линиях с ответвлениями Текст./ А.И. Айзенфельд, Г.М. Шалыт// М.: Энергоатомиздат, 1988. - 160 с.

28. Ефимов О. Штыревые изоляторы для ЛЭП. Особенности и выбор Текст./ О. Ефимов// Новости электротехники, №1(25) 2003.

29. Крюков К.П. Конструкции и механический расчет линий электропередачи. 2-е изд. перераб. и доп. Текст./ К.П. Крюков, Б.П. Новгородцев// - JL: Энергия, Ленингр. отд-ние, 1979. - 312 с.

30. Поздникин В. Пропитанные деревянные опоры идеальный материал для ВЛ Текст./ В. Поздникин// Новости электротехники. 2003. №4(22).

31. Гунгер Ю. ЗАО «ВНПО ЭЛСИ»: Стальные многогранные облегченные опоры для ВЛ 35-220 кВ Текст./ Ю. Гунгер, Ю. Лавров, А. Зевин// Новости электротехники. 2008. №2(50).

32. Гунгер Ю. Стальные опоры «ЭЛСИ» для ВЛ 35 и 110 кВ Текст./ Ю. Гунгер// Новости электротехники. 2004. №2(26).

33. Правила устройства электроустановок Текст./ Минэнерго РФ. -7-е изд.// — М.: ЭНАС, 1999.

34. Железко Ю.С. Потери электроэнергии в электрических сетях, зависящие от погодных условий Текст./ Ю.С. Железко; В.А. КостЮшко, C.B. Крылов, Е.П. Никифоров, О.В. Савченко, Л.В. Тимашова, Е.А. Соломоник// Электрические станции. 2004. № 11, с. 42-48.

35. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах Текст./ С.А. Ульянов// М.: Энергия, 1970. - 520 с.

36. Неклепаев Б.Н. Электрическая¡- часть электростанций и подстанций. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования/ Б.Н. Неклепаев, И.П. Крючков//-М.: Энергоатомиздат, 1989.

37. Справочник по проектированию электрических сетей/ Под ред. Д.Л. Файбисовича// М.: Издательство «НЦ ЭНАС», 2005.

38. Справочник по проектированию электрических систем/ Под ред. С.С. Рокотяна, И.М. Шапиро//-М.: Энергия, 1971.

39. Справочник по проектированию электроэнергетических систем/ Под ред. С.С. Рокотяна, И.М. Шапиро// М.: Энергоатомиздат, 1985.

40. Нейман JI.P. Теоретические основы электротехники. В двух томах Текст./ JI.P. Нейман, К.С. Демирчан //- Л.: Энергия, 1967. 521 с.

41. Рюденберг Р. Переходные процессы в электроэнергетических системах Текст./ Р. Рюденберг// М.: Издательство иностранной литературы, 1955.-716 с.

42. Бабиков М.А. Техника высоких напряжений Текст./ М.А. Бабиков, Н.С. Комаров, A.C. Сергеев //-М.: Госэнергоиздат, 1963.

43. Круг К.А. Основы электротехники, т.1. Физические основы электротехники. 6-е изд. Текст./ К.А. Круг// - М.-Л.: Государственное энергетическое издательство, 1946. -473 с.

44. Преснухин Л.Н. Расчет элементов цифровых устройств: Учеб. пособие/ Под ред. Преснухина Л.Н. 2-е изд., перераб. и доп. Текст./ Л.Н. Преснухин, Н.В. Воробьев, A.A. Шишкевич // - М.: Высш. шк., 1991. -526 с.

45. Калантаров П.П. Расчет индуктивностей: Справочная книга. 3-е изд., перераб. и доп. Текст./ П.П. Калантаров, Л.А. Цейтлин// - Л.: Энергоатомиздат, 1986. -488 с.

46. Бодров П.А. Определение места повреждения в высоковольтных линиях электроснабжения сигнализации, централизации и блокировки: Дис. на1 . t> -• ; г I Iт • •>« v I •соиск. ученой степени канд-та техн. наук Текст./ П. А. Бодров// Ростов-на-Дону, 2004.

47. Лосев С.Б. Вычисление электрических величин в несимметричных режимах электрических систем Текст./ С.Б. Лосев, А.Б. Чернин // М.: Энергоатомиздат, 1983. - 528 с.

48. Савельев И.В. Курс общей физики, т.2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика: Учебное пособие. 2-е изд., перераб. Текст./ И.В. Савельев// - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1982. -496 с.

49. Новгородцев А.Б. Расчет электрических цепей в Matlab: Учебный курс Текст./ А.Б. Новгородцев// СПб.: Питер, 2004. - 250 с.

50. Дащенко А. Ф. Matlab в инженерных и научных расчетах. Монография Текст./ А.Ф. Дащенко, В.Х. Кириллов, Л.В. Коломиец, В.Ф. Оробей// -Одесса: Астропринт, 2003. 214 с.

51. Разевиг В.Д. Система сквозного проектирования электронных устройств DesignLab8.0 Текст./ В.Д. Разевиг//- М.: Издательство «Солон», 1999. -704 с.

52. Разевиг В.Д. Система проектирования OrCAD 9.2 Текст./ В.Д. Разевиг// М.: Издательство «Солон - Р», 2001. - 528 с:

53. Круг К.А. Переходные процессы в линейных электрических цепях Текст./ К.А. Круг// М.: Государственное энергетическое издательство, 1948, - 343 с. - . V/,

54. Говорков В.А. Электрические и магнитные поля Текст./ В.А. Говорков// -М.: Энергия, 1968.-488 с.

55. Шваб А. Измерения на высоком напряжении Текст./ А. Шваб// М.: Энергия, 1973.-232 с.

56. Скляров П.А. Применение высоковольтного зондирования для определения места повреждения воздушной линии электропередачи Текст./ П.А. Скляров, В.Ф. Быкадоров, Е.Д. Березкин// Изв. вузов. Электромеханика. 2008. - Специальный выпуск. - С. 46-47.

57. Пат. РФ 89245 МПК 7G01R 31/08 Переносное устройство для дистанционного определения места повреждения изоляторов воздушных линий (варианты) Текст./ В.Ф. Быкадоров, A.A. Пирожник, П.А. Скляров Опубл. 27.11.09, бюл. №33

58. Пат. РФ 2058622 МКИ H01L 25/00 Выпрямительное устройство с умножением напряжения. Текст./ В.В. Платонов, В.Ф. Быкадоров, A.A. Пирожник, A.M. Климентьев Опубл. 20.04.96.