WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Третья глава посвящена построению математической модели заземляющего устройства. для определения возможности аппаратурного обнаружения поврежденных элементов заземляющего устройства необходимо рассчитать распределение измерительного сигнала в элементах заземляющего устройства.

Заземляющая система представляет собой, как правило, совокупность прямолинейных элементов, расположенных параллельно осям ортогональной системы координат. Для заземлителей больших размеров характерна неэквипотенциальность. В этом случае потенциал заземленных частей электрооборудования по мере удаления места установки этого оборудования от места ввода измерительного тока снижается за счет падения напряжения на продольном сопротивлении горизонтальных элементов заземлителя. Неэквипотенциальность заземлителя влияет на распределение тока в элементах заземляющего устройства и параметров электромагнитного поля на поверхности земли.

Распределение токов и потенциалов в неэквипотенциальном заземляющем устройстве, разбитом на n элементов, описывается системой из 2n интегро-дифференциальных уравнений:

(6)

где lj – длина j-го элемента, м; ij – поперечные сопротивления элементов; при i = j – сопротивление растеканию элемента, при i j – взаимные сопротивления элементов, Ом; Zii, Zij – внутреннее и внешнее продольные сопротивления элементов, Ом; = – di/di – продольный градиент потенциала i-го элемента, В/м; j = – dIj/dj – линейная плотность поперечного тока j-го элемента, А/м; i = 1, 2,..., n.

Внутреннее продольное сопротивление Zii = Rii + jXii, причем Rii и Хii рассчитываются по формулам (4) и (5). Zii зависит от магнитной проницаемости стали, которая в свою очередь является нелинейной функцией тока, протекающего по элементу. С учетом указанной нелинейности от тока продольные параметры элементов определяются путем последовательных приближений. Сначала их значения рассчитываются при относительной магнитной проницаемости  = const, затем, после расчета токораспределения, продольные параметры уточняются с последующим пересчетом распределения токов (первая итерация) и т. д. По найденным в первом приближении значениям средних продольных токов элементов уточняются значения продольных параметров и вновь производится расчет токораспределения до получения устойчивых значений потенциалов узлов.

Учитывая, что коррозионное разрушение элемента увеличивает его продольное сопротивление, и применяя методику расчета распределения токов в элементах заземлителя, можно оценить влияние продольного сопротивления отдельных элементов на токораспределение в сетке заземляющего устройства.

При уменьшении сечения проводника его продольное сопротивление увеличивается, что приводит к снижению токов, текущих по данному элементу. Так, в случае 50 %-ного коррозионного разрушения элемента наблюдается уменьшение среднего продольного тока в нем на 25 %, при полном коррозионном разрушении элемента отмечается встречное направление тока в начале и в конце элемента. С увеличением коррозионного износа поперечная проводимость элемента снижается и, как следствие, уменьшается ток, стекающий с элемента. Так, в случае потери 50 % сечения проводника ток, стекающий с него, уменьшается на 10 %, что является признаком аварийного состояния элемента заземляющего устройства.

Для обоснованного выбора параметров аппаратуры определено изменение напряженности магнитного поля и потенциала поверхности земли от токов в элементах заземляющего устройства. С этой целью произведен расчет векторного и скалярного потенциалов элементарных источников, через которые определено электромагнитное поле элемента заземляющего устройства.

Электромагнитное поле на поверхности земли создается элементами заземляющего устройства, которые расположены произвольным образом относительно точки, в которой определяется поле. Поэтому результирующее поле определяется как суперпозиция полей отдельных, как правило, ортогональных между собой элементов.

Определено, что при существующих соотношениях поперечных размеров элементов заземляющего устройства и расстояний между ними напряженность магнитного поля над рассматриваемым элементом определяется током в нем и от токов в остальных элементах зависит незначительно.

Результаты расчета потенциала поверхности земли относительно бесконечно удаленной точки и напряженности электрического поля на поверхности земли представлены на рис. 3.

а б

Рис. 3. Распределение потенциала поверхности земли относительно бесконечно удаленной точки и напряженности электрического поля на поверхности земли

Расчеты показали, что трассу горизонтальных элементов заземляющего устройства можно определить как по значению потенциала поверхности земли относительно бесконечно удаленной точки, так и по значению напряженности электрического поля, образуемого токами, стекающими с элементов ЗУ. По потенциалу поверхности земли относительно бесконечно удаленной точки можно обнаружить также места расположения вертикальных элементов заземляющего устройства.

В четвертой главе предложены методы, основанные на регистрации параметров электромагнитного поля, и программно-аппаратный комплекс определения технического состояния заземляющих устройств тяговых подстанций.

Разработанный метод определения трассы горизонтальных элементов ЗУ по максимальному значению потенциала поверхности земли относительно бесконечно удаленной точки или по изменению напряженности электрического поля над элементом заземляющего устройства при протекании по ЗУ измерительного тока позволяет определять местоположение горизонтального элемента ЗУ с высокой точностью даже при наличии значительного внешнего магнитного поля (например, в условиях действия тяговой подстанции переменного тока), когда классический способ определения трассы по напряженности магнитного поля не обеспечивает достаточной точности.

Предложен метод определения глубины залегания горизонтальных элементов заземляющего устройства, согласно которому к заземляющему устройству подключается генератор переменного тока. Датчик напряженности магнитного поля располагают на поверхности земли над горизонтальным элементом и измеряют значение напряженности магнитного поля Н1. Затем датчик перемещают на известное расстояние «а» в сторону от заземляющего устройства и известную высоту «b» над поверхностью земли (рис. 4, а) и измеряют значение напряженности Н2.

Глубину залегания горизонтального элемента заземляющего устройства определяют по соотношению, полученному из решения системы уравнений для расчета напряженности магнитного поля в точках измерения:

. (7)

В случае, если по каким-либо причинам невозможно измерить напряженность магнитного поля непосредственно над элементом заземляющего устройства (например, наличие в этом месте строительных конструкций, их фрагментов или неровностей грунта), можно использовать следующий способ (рис. 4,б).

а б

Рис. 4. Схемы измерений, реализующие методы определения глубины залегания горизонтального элемента: 1 – датчик напряженности магнитного поля;
2 – блок вычисления модуля; 3 – измерительный прибор; 4 – генератор
переменного тока; 5 – элемент ЗУ

К заземляющему устройству подключают источник переменного тока и определяют примерную трассу элементов заземляющего устройства. Измеряют напряженность магнитного поля Н1 на поверхности земли на неизвестном расстоянии «у» от элемента заземляющего устройства, перемещают датчик строго вертикально на известную высоту «а2» над поверхностью земли и измеряют напряженность магнитного поля Н2, перемещают датчик строго вертикально на известную высоту «а3» над поверхностью земли и измеряют напряженность магнитного поля Н3, расстояние «у» до элемента заземляющего устройства и глубину залегания h горизонтального элемента заземляющего устройства определяют по соотношениям:

; (8)

, (9)

где r1 – расстояние от центра элемента ЗУ до датчика, м;

. (10)

Предложенные методы в отличие от существующих позволяют определить глубину залегания горизонтального элемента заземляющего устройства из любой точки пространства, а также расстояние от точки измерения до элемента.

Для исключения необходимости вскрытия грунта при определении наличия соединения между элементами разработан метод определения наличия соединения в месте пересечения горизонтальных элементов с поверхности земли, основанный на бесконтактном измерении тока в горизонтальных элементах, сходящихся в узле.

Для определения наличия соединения в месте пересечения горизонтальных элементов необходимо подключить источник переменного тока между

Рис. 5. Схема измерений, реализующая метод определения наличия соединения в месте
пересечения горизонтальных элементов:

1, 2 – датчики напряженности магнитного поля; 3 – вычитатель; 4 – индикатор;
5 – генератор; 6 и 7 – горизонтальный
элемент и узел ЗУ

заземляющим устройством и вспомогательным заземлителем. Далее определяется трасса горизонтальных элементов заземляющего устройства. Для определения наличия соединения в месте пересечения горизонтальных элементов над двумя параллельными горизонтальными элементами размещаются датчики напряженности магнитного поля (рис. 5), с помощью которых определяются значения напряженности магнитного поля от токов в каждом горизонтальном элементе.

По известным значениям напряженности магнитного поля и глубины залегания горизонтального элемента определяются значение и направление тока в нем. По результату вычитания токов в горизонтальных элементах (с учетом направления) можно судить о наличии соединения в месте пересечения горизонтальных элементов. Если разность токов равна нулю, то это свидетельствует об отсутствии соединения в месте пересечения горизонтальных элементов.

Предложен метод определения длины вертикального заземлителя через его сопротивление растеканию, позволяющий снизить трудоемкость и повысить эффективность контроля глубинных заземлителей. Данный метод заключается в следующем: измеряется сопротивление растеканию вертикального заземлителя RВ любым известным способом, длина вертикального заземлителя определяется по графику функции RВ = f(l), построенному в зависимости от структуры грунта и размещения электрода (заземлитель, выходящий на поверхность земли либо расположенный на глубине) с использованием известных соотношений.

Экспериментальная проверка, проведенная на тяговых подстанциях Западно-Сибирской железной дороги и на подстанциях в западных электрических сетях ОАО «Омскэнерго», подтвердила эффективность и достоверность разработанных методов.

Программно-аппаратный комплекс определения технического состояния заземляющих устройств тяговых подстанций состоит из аппаратной и программной частей. Аппаратура позволяет определить трассу горизонтальных элементов заземляющего устройства, силовых и информационных кабелей, трубопроводных систем любого назначения, заходящих на территорию подстанции, по значению напряженности магнитного поля или по значению потенциала поверхности земли в зависимости от электромагнитной обстановки на территории подстанции; глубину залегания и расстояние до элемента ЗУ; наличие и длину вертикальных элементов ЗУ; наличие соединения вертикальных элементов с сеткой заземления и соединения горизонтальных элементов в местах их пересечения; напряжение прикосновения и ожидаемое напряжение прикосновения; сопротивление растеканию заземляющего устройства; сопротивление металлосвязи; входное сопротивление подземных сооружений, заходящих на территорию подстанции; коррозионный износ элементов ЗУ.

Программная часть комплекса обеспечивает обработку и представление информации в удобной для обработки форме, передачу результатов измерений в ПК, формирование и сопровождение базы данных.

Моделирование аппаратуры в системе Matlab/Simulink позволило проверить работоспособность разработанных схем, выбрать параметры их элементов, а также показало, что предложенные схемы удовлетворяют предъявляемым к аппаратуре техническим требованиям.

Экономическая эффективность применения разработанной аппаратуры для определения технического состояния элементов заземляющего устройства и обновления технической документации на него определена в сравнении с использованием рекомендованного существующей нормативно-технической документацией метода выборочного вскрытия грунта.

Ожидаемый экономический эффект составляет не менее 200 тыс. р. на одно заземляющее устройство. Внедрение программно-аппаратного комплекса дает чистый дисконтированный доход в 750 тыс. р. за расчетный период, равный семи годам, срок окупаемости комплекса – 1,5 года.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Выполнен анализ технического состояния заземляющих устройств тяговых подстанций и существующих методов его определения, на основе которого установлено, что большинство из длительно эксплуатируемых заземляющих устройств не соответствует параметрам нормативной документации и имеет повреждения отдельных элементов различного происхождения, при этом методы определения технического состояния заземляющих устройств, рекомендованные действующей нормативно-технической документацией, трудоемки и не позволяют с поверхности земли определить реальное техническое состояние заземляющего устройства и обеспечить достоверный эксплуатационный контроль.

2. Получена регрессионная модель внутреннего сопротивления стальных проводников различной формы в зависимости от частоты, тока и геометрических размеров, позволяющая при определении параметров элементов заземляющего устройства и токораспределения в элементах повысить точность и учесть зависимость внутреннего сопротивления от частоты и протекающего по элементам ЗУ тока.

3. Усовершенствована математическая модель заземляющего устройства, позволяющая определить потенциалы и токи в элементах ЗУ с учетом частотной и токовой зависимости магнитной проницаемости и внутреннего сопротивления его элементов.

4. Произведен расчет параметров электромагнитного поля на поверхности земли, показавший, что по потенциалу поверхности земли относительно бесконечно удаленной точки и напряженности электрического поля на поверхности земли можно определить трассу горизонтальных элементов и места расположения вертикальных элементов заземляющего устройства в условиях действия мощных электромагнитных помех.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»