WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     ||
|

Первый резонанс на частоте f =12,1 кГц является резонансом напряжений, при этом значение входного сопротивления минимально, а ток гармонического сигнала максимален. На частоте f =16,1 кГц система входит в резонанс токов, коК предыдущим ячейкам К последудующим ячейкам торый характеризуется малым значением тока, амплитуда которого составляет Im=47 мА при амплитудном значении приложенного напряжения Um=20В.

Система защиты настроенная на резонанс в нормальном режиме работы, регистрирует изменение параметров токового сигнала (амплитуды и фазы) при нарушении изоляции кабеля.

90 1,Im =F(f ) 1, =F(f ) 1,0,-0,-0,-0,--90 0 10000 20000 30000 40000 Частота f, Гц Рис.2 Частотные характеристики кабельной линии:

F( f ) - ФЧХ; Im F( f ) - АЧХ По характеру графиков, полученных при различной длине кабеля, можно заключить, что уменьшение длины контролируемого кабеля приводит к сдвигу точки первого резонанса в область более высоких частот, с одновременным увеличением амплитуды контролируемого сигнала тока.

Посредством моделирования аварийной ситуации на имитационной модели получены зависимости (рис.3) контролируемых параметров: амплитуды тока Im и сдвига его фазы от остаточного сопротивления изоляции Rост и удаления места аварии от начала кабеля. Остаточным сопротивлением Rост имитировалось ухудшенное сопротивление основной изоляции между токопроводящей жилой и оболочкой. Сделан вывод, что изменения амплитуды и фазы контролируемого сигнала тока, обусловленные ухудшением основной изоляции Амплитуда Im, А Угол сдвига фаз, эл.град.

кабеля, могут быть использованы для создания двухпараметрической системы защиты кабельных линий от замыкания на землю.

l1=50м l2=150м l3=300м l4=450м l1=50м l2=150м l3=300м l4=450м 0 50 100 0 100 200 300 Rост., Ом Rост., Ом б а Рис.3 Зависимости контролируемых параметров: а - амплитуды тока Im и б - сдвига его фазы от остаточного сопротивления изоляции Rост и удаления места аварии от начала кабеля В третьей главе выполнены расчеты физической модели кабельной линии, сделан вывод о невозможности ее воплощения на базе прямоугольных катушек и соленоидов, поскольку при этом не может быть реализован требуемый коэффициент взаимной индукции. Представлена физическая модель кабеля, созданная с применением плоских (дисковых) катушек, позволяющих реализовать требуемую магнитную связь между элементами.

Зависимости амплитуды и фазы тока от частоты гармонического сигнала, выявленные при исследовании реального кабеля, качественно соответствуют частотным характеристикам, полученным с помощью электронной и физической модели кабельной линии (рис.4).

Выявлено, что в качестве рабочей частоты защитной системы целесообразно использовать частоту резонанса напряжений, так как в этом случае амплитуда контролируемого сигнала тока составляет от 1 до 2А при Um=20В в заIm, мА, эл.гр.

висимости от длины кабеля, что заметно повышает помехоустойчивость системы.

КЖ замкнуты КЖ разомкнуты 0 20 40 60 Частота f, кГц а КЖ замкнуты КЖ разомкнуты -0 20 40 60 ----Частота f, кГц б Рис.4 Частотные характеристики макета кабельной линии при различном соединении КЖ: а – АЧХ; б – ФЧХ.

Исследование чувствительности защитного метода при аварийной ситуации в различных точках по длине кабельной линии позволило определить, что наиболее тяжелым режимом для определения замыкания на землю является авария вблизи тяговой подстанции. Чувствительность защитного принципа в этом случае ограничена остаточным сопротивлением порядка 150-200Ом.

При номинальном напряжении на шинах тяговой подстанции 600В и сопротивлении изоляции Rост порядка 150-200Ом ток замыкания может достигать нескольких ампер. В этом случае вполне вероятно возникновение электриАмплитуда Im, мА Угол сдвига фаз,, эл.гр.

ческой дуги или токопроводящего мостика. Для проведения опыта возникновения дуги была собрана схема рис.5.

Синусоидальное стабилизированное напряжение генератора гармонических сигналов G1 типа ГЗ-118, после предварительного усиления, прикладывалось между системой КЖ кабеля и его Об. Двухканальным осциллографом PSтипа GDS-830 регистрировались осциллограммы входного напряжения U и тока гармонического сигнала I. С помощью регулирования трехфазным ЛАТРом TV действующее значение напряжения на выходе мостового выпрямителя VD устанавливалось 60В. При соединении графитовых электродов и последующем их плавном разведении на 0.5-1мм устанавливалось устойчивое горение дуги.

Графики фиксировались осциллографом в ждущем режиме.

Также в схеме (рис.5) использованы: DD1 – усилитель низких частот, UZ– выпрямитель-стабилизатор DRAN60–24A, мощностью 60Вт для питания усилителя, R1 – шунт для снятия осциллограммы тока, R2 – подстроечный переменный резистор типа СП5-30-1 для регулировки амплитуды напряжения, R3 и R4 – балластные сопротивления.

PS1 КЖ1 КЖG1 in 220В Rf DDТЖ ТЖ Rа КЖ2 КЖUZout б Об Об 220В +12V RRTV VD + 220В Рис.5 Принципиальная электрическая схема подключения макета кабельной линии при исследовании дугового процесса Проведенные исследования дугового процесса, возникающего при разрушении основной изоляции между токопроводящей жилой и оболочкой, показали, что такая аварийная ситуация приводит к сдвигу фазы тока контролируемого сигнала на 23,5-23,6 эл.гр. В ходе исследований не отмечено, влияния удаленности аварийной ситуации от начала кабеля на значение угла сдвига фазы тока, что позволяет сделать заключение о достаточно высокой чувствительности системы при дуговом процессе по всей длине линии.

Исследованы различные варианты замыкания между элементами кабеля, возможные в реальных условиях эксплуатации, и сделан вывод, что наиболее сложным для работы системы защиты режимом является замыкание токопроводящей жилы и оболочки, не затрагивающее контрольных жил кабеля. При исследовании отмечено, что существуют режимы, в которых система не обладает высокой чувствительностью по одному из контролируемых параметров, сделан вывод о необходимости выполнения системы защиты двухпараметрической.

Результаты исследования на реальной линии доказали, что появление подвижного состава как с контакторно-реостатной, так и с тиристорной системой управления на секции контактной сети, питаемой защищаемым кабелем, не приводит к выходу системы из резонансного состояния.

При исследованиях на реальном кабеле было выявлено наличие периодической коммутационной помехи от вентилей выпрямительной секции. Периодичность появления коммутационной помехи стабильна и составляет 3мс, а ее длительность около 1,3мс. Отмечено, что для отстройки от помехи необходимо проведение мероприятий по повышению мощности зондирующего сигнала, а также применение программной задержки при анализе амплитуды и фазы тока.

В четвертой главе разработаны функциональная (рис.6) и электрическая схемы защитного устройства, осуществляющего контроль состояния кабельной линии по двум параметрам: амплитуде и фазе тока зондирующего гармонического сигнала, прикладываемого между оболочкой и контрольными жилами кабеля.

Контролируемые синусоидальные сигналы ~220В Напряжения Тока Делитель Микроконтроллер Блок питания В кабельную Оптический канал линию обмена информацией Зондирующий RSсинусоидальный сигнал Преобразователь =24В/=5В RSРис.6 Функциональная схема защитного устройства Приведены основные отличительные характеристики компонентов и конструктивные особенности печатных плат, позволяющие выполнить требования эксплуатационных организаций по обеспечению повышенной изоляции между низковольтными выходными сигналами управления (обмена информацией) и элементами, на которых возможно появление напряжения +600В. Питание системы осуществляется через изолировочный трансформатор, гальванически изолирующий систему защиты от цепей питания ~ 220В. Выходные сигналы в системы телемеханики и управления автоматическим выключателем формируются с применением специальных твердотельных реле (СТТР), осуществляющих опторазвязку между вторичными и силовыми цепями +600В. Для непосредственного обмена информацией защитного устройства и персонального компьютера (ноутбука) по протоколу MODBUS выполнен преобразовательный модуль, изолированный от силовых элементов посредством оптического канала.

Реле - в телемеханику СТТР1 - Неисправность СТТР2 - отклонение авт.

выкл-ля смежной п/ст СТТР3 - отключение секц.

СТТР1 - откл. лин. выкл.

СТТР2 - блокировка АПВ Представлен вариант внедрения защитного устройства в конструкцию современных комплектных распределительных устройств КРУм-600 производства ЗАО «НПП Энергия» (рис.7) с возможностью непосредственного взаимодействия модуля защиты с микропроцессорной системой управления и диагностики шкафа. Предложено конструктивное решение по расположению блока защиты в ячейках распределительных устройств РУ-600В, эксплуатируемых в настоящее время на подстанциях городского электрического транспорта.

Рис.7 Расположение печатных плат защитного устройства в распределительном устройстве КРУм-600 (отсек подключения кабеля):

1 – блок питания, 2 – микропроцессорный модуль, 3 – делитель.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. Проведен критический анализ существующих российских и зарубежных устройств защиты кабельных линий постоянного тока от замыкания на землю. Отмечено, что ни одна из применяемых на сегодняшний день систем не способна обеспечить 100% защиту кабельных линий от замыкания на землю;

2. Приведено теоретическое обоснование представления кабельной линии как линии с распределенными параметрами. Предложена схема замещения кабельной линии, выполнен расчет ее параметров с учетом неравномерности распределения тока по сечению элементов кабеля из-за влияния поверхностного эффекта;

3. В связи с трудностью моделирования аварийного режима на реальной линии из-за необходимости нарушать целостность кабеля предложено использование физической и имитационной моделей кабельной линии для исследования работоспособности высокочастотного резонансного метода защиты.

Применение физического и компьютерного моделирования позволило исследовать частотные характеристики кабельных линий различной длины, а также получить зависимость чувствительности защитной системы в различных точках по длине кабеля;

4. Проведенные исследования работоспособности защитного метода при возникновении дугового процесса между оболочкой и токопроводящей жилой кабеля, а также эксперименты по замыканию между различными элементами кабельной линии позволили сделать вывод о возможности построения двухпараметрической защитной системы на базе высокочастотного резонансного метода контроля состояния кабеля;

5. Сопоставление характеристик, полученных на моделях и при исследовании реального кабеля, позволяет говорить о принципиальной сходимости результатов;

6. Разработаны функциональная и электрическая схемы защитного устройства, осуществляющего контроль состояния кабельной линии по двум параметрам: амплитуде и фазе тока зондирующего гармонического сигнала, прикладываемого между оболочкой и контрольными жилами кабеля;

7. Представлен вариант внедрения защитного устройства в конструкцию современных комплектных распределительных устройств КРУм-600В с возможностью непосредственного взаимодействия модуля защиты с микропроцессорной системой управления и диагностики шкафа. Предложено конструктивное решение по расположению блока защиты в ячейках распределительных устройств РУ-600В, эксплуатируемых в настоящее время на подстанциях городского электрического транспорта.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Долаберидзе Г.П., Николаев Д.Ю. Высокочастотная резонансная система защиты кабельных линий постоянного тока 0,6кВ от замыкания на землю.

Вестник МЭИ. Теоретический и научно-практический журнал. №3. Издательство МЭИ, Москва, 2008г, стр.64-67.

2. Николаев Д.Ю., Долаберидзе Г.П. Устройство частотной токовой защиты кабельных линий. Патент на полезную модель №78988. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам. Приоритет полезной модели 22.07.2008.

3. Николаев Д.Ю. Имитационная модель кабельной линии постоянного тока 0,6 кВ. Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Выпуск 1. В 2-ух ч. Часть 2. Издательство ТулГУ, Тула, 2009г, стр.

68-74.

4. Николаев Д.Ю., Долаберидзе Г.П. Системы защиты кабельных линий постоянного тока. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. XII Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Тезисы докладов. В 3-ех т. Том 2. Москва, 2006г, стр. 196.

5. Николаев Д.Ю. Высокочастотная резонансная система защиты кабельных линий постоянного тока 0,6кВ от замыкания на землю. Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии: сборник трудов Международной научно-технической конференции. В 3-ех ч. Часть 1. Тольятти, 2009г, стр. 111-114.

6. Николаев Д.Ю., Долаберидзе Г.П. Система защиты кабелей 0,6кВ. XI Международная конференция Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты. Труды. Часть 2. Крым, Алушта 2006г, стр. 169-170.

7. Николаев Д.Ю., Долаберидзе Г.П. Резонансная система защиты кабельных линий постоянного тока от замыкания на землю. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. XIV Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Тезисы докладов. В 3-ех т. Том 2. Москва, 2008г, стр.194-195.

Подписано в печать Зак. Тир. П.л.

Pages:     ||
|



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.