WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Сущность имитационного моделирования частичных разрядов состоит в получении вероятностного набора реализаций случайных функций q(U) для конкретного устройства электроснабжения, т.е. получение набора статистических данных, исходя из которых можно вычислить математическое ожидание формы кривой q(U), среднеквадратичное отклонение вышеупомянутой формы кривой q(U) и другие характеристики частичных разрядов, например, напряжение зажигания частичных разрядов.

Исходными данными для решения поставленной задачи являются геометрические размеры исследуемого объекта, тип применяемой изоляции, состояние изоляции, определяемое количеством, формой и местом расположения дефектов, зависимости напряжения пробоя от длины межэлектродного промежутка основного изолирующего материала и размера включения.

В процессе натурного эксперимента разрушение (полный пробой) изоляции нежелательно, ввиду относительно высокой стоимости устройства электроснабжения, поэтому стандарты ограничивают уровень испытательного напряжения. В процессе имитационного моделирования на ЭВМ подобных ограничений не существует, поэтому можно подробно рассматривать процесс ионизации изоляции вплоть до пробоя.

Таким образом, оценка формы кривой q(U) для любого устройства электроснабжения будет проводиться по следующему алгоритму:

1) выбор расчётной плоскости сечения изоляционной конструкции;

2) расстановка включений (дефектов) в выбранной плоскости сечения изоляции;

3) расчёт мгновенных схем при различных уровнях приложенного напряжения, т.е. получение одной реализации q(U);

4) повтор подпунктов 2-4, т.е. получение множества реализаций q(U);

5) оценка статистических характеристик реализаций q(U) – математического ожидания, дисперсии, среднеквадратичного отклонения и пр.

Рассмотрим модель частичной ионизации устройства электроснабжения на примере – условной развертке сечения высоковольтного кабеля радиусом r, минимальным расстоянием от поверхности токоведущей жилы до поверхности оболочки кабеля а.

Рассмотрим сечение кабеля толщиной h.

Для расстановки дефектов в изоляции нам необходимо определить количество включений в выбранном сечении изоляции, размер включений и их расположение (координаты центра каждого включения). Эти исходные данные мы можем получить, зная законы распределения указанных параметров и разыгрывая конкретный параметр с использованием случайных чисел по методу Монте-Карло. Ряд равномерно распределенных случайных чисел удобно получить, используя рекуррентную формулу Xi+1 = аXi +С (mod m), (1) где a, m и С – неотрицательные целые числа.

Варьируя величины a, m, С и Х0, можно получить необходимое количество некоррелирующих генераторов случайных чисел (для рассматриваемого примера – четыре).

Для умеренно изношенной изоляции высоковольтного кабеля характерно экспоненциальное распределение количества дефектов р1(n), параметры которого зависят от эксплуатационных условий, соответствующая ось для розыгрыша случайной величины n приведена на рис. 2, при этом последняя построена таким образом, чтобы: 0 р1(0;1) р1(1); р1(1) р1(1;2) р1(1) + + р1(2); р1(1) + р1(2) р1(2;3) р1(1) + р1(2) + р1(3) и т.д.

Рис. 2. Ось для розыгрыша случайной величины n Используя первый генератор равномерно распределенной величины, получим случайное число. Пусть для данного примера для данной реализации р1(n) = 0,5, тогда n = 3, т.е. в рассматриваемом сечении изоляции кабеля будет три включения.

Разыгранное количество включений необходимо распределить по сечению изоляции, т.е. определить их координаты. По оси координат Ox, расположенной перпендикулярно линиям электрического поля, вероятность возникновения дефекта в той или иной области р2(x) будет распределена равномерно. Соответствующая ось для розыгрыша случайной величины x приведена на рис. 3, при этом последняя построена упрощенном виде аналогично оси для розыгрыша случайной величины n.

Рис. 3. Ось для розыгрыша случайной величины х Используя второй генератор случайной величины, получим три случайных числа, при этом количество случайных чисел х должно быть равно случайному числу n = 3. Пусть для данного примера для данной реализации р2(x1) = 0,8; р2(x2) = 0,4 и р2(x3) = 0,3. Тогда x1 = 3r / 2, а x2 = x3 = r / 2.

По оси Oу, расположенной параллельно линиям электрического поля, вероятность возникновения дефекта в той или иной области р3(у) будет распределена согласно бета-распределению, поскольку вероятность возникновения дефектов в областях изоляции, прилежащих к электродам (жиле кабеля и заземленной оболочке кабеля), больше вероятности возникновения дефектов во внутренних слоях изоляции, соответствующая упрощенная ось для розыгрыша случайной величины у приведена на рис. 4.

Параметры бета-распределения зависят также от эксплуатационных факторов.

Рис. 4. Ось для розыгрыша случайной величины у Используя третий генератор случайной величины, получим случайных числа, при этом количество случайных чисел у должно быть равно случайному числу n = 3. Пусть для данного примера для данной реализации р3(у1) = 0,9; р3(у2) = 0,5 и р3(у3) = 0,2. Тогда у1 = а, у2 = 0,7а и у3 = 0,1а.

Допустим, что для рассматриваемого примера в изоляции кабеля сечения включений имеют квадратную форму, тогда необходимо разыграть еще одну случайную величину d – сторону квадрата сечения включения.

Практически для всех типов изоляции вероятность возникновения дефекта определенного размера р4(d) будет распределена согласно нормальному распределению, параметры которого также зависят от эксплуатационных условий, соответствующая ось для розыгрыша случайной величины у приведена в упрощенном виде на рис. 5, при этом последняя построена аналогично осям для розыгрыша случайных величин n, х и у.

Рис. 5. Ось для розыгрыша случайной величины d Используя четвертый генератор случайной величины, получим случайных числа, при этом количество случайных чисел d должно быть равно случайному числу n = 3. Пусть для данного примера для данной реализации р4(d1) = 0,3; р4(d2) = 0,5 и р4(d3) = 0,55. Тогда d1 = µ –, а d2 = d3 = µ.

На основе полученных случайных величин n, х, у и d составим расчетную схему сечения изоляционной конструкции (рис. 6), условно разделим ее на однородные области и присвоим каждой области соответствующий номер, что необходимо для расчета их емкостей.

При подаче на кабель испытательного напряжения U (1), не превышающего напряжения зажигания частичных разрядов, расчетную схему (рис. 6) можно представить в виде эквивалентной электрической схемы (рис. 7).

Рис. 6. Расчетная схема для рассматриваемой реализации Рис. 7. Эквивалентная электрическая схема замещения Рассчитаем емкости, изображенные на рис. ; ; ;

; ; ;

; ;

;.

где 0 – диэлектрическая проницаемость вакуума;

б и в – диэлектрическая проницаемость среды (кабельной бумаги и воздуха).

Далее рассчитываем напряжения и напряженности на каждой емкости, и сравниваем их пробивными напряженностями электрического поля ;

;

;

;

;

;

; ;

; ; ;

; ; ;

; ;

;.

Рассчитаем заряды параллельно соединенных элементов и групп последовательно соединенных элементов (рис. 7) ; ; ;

;

.

Рассчитаем полный заряд в выбранном сечении изоляции.

Поскольку при приложенном напряжении U (1) полной или частичной ионизации изоляции не наблюдается, заряд частичных разрядов.

Пусть при некотором напряжении U (2) > U (1) по результатам расчетов выяснится, например, что и происходит пробой (частичный разряд) емкости включения С8. При этом в схеме замещения (рис. 7) емкость включения С8 оказывается зашунтированной.

При приложении напряжения U (2) пропорционально ему изменятся напряжения, напряженности и заряды на элементах С1, С2, С3, С4, С5, С6, С7 и С10. Напряжения, напряженность и заряд на элементе С8 будут равны нулю, а напряжение, напряженность и заряд на элементе С9 будут выражены следующим образом ; ;.

Полный заряд при приложенном напряжении U (2) также изменится.

Таким образом, заряд частичных разрядов при приложенном напряжении U (2) можно выразить следующим образом.

Далее расчеты проводятся аналогично, т.е. для каждого последующего уровня прилагаемого напряжения, большего чем предыдущий, проводят следующие расчеты:

1) рассчитывают напряжения на каждом элементе электрической схемы замещения;

2) рассчитывают напряженности электрического поля в каждом элементе и сравнивают их с пробивными напряженностями;

3) в случае превышения напряженностью электрического поля в какомлибо элементе схемы замещения составляют новую электрическую схему замещения, из которой пробитый элемент исключают (закорачивают);

4) повторяют решения по пунктам 1-3;

5) рассчитывают полный заряд и заряд частичных разрядов.

Получив множество полученных реализаций кривых qЧР(U), рассчитываем математическое ожидание и среднеквадратичное отклонение параметров кривой qЧР(U), зная которые, можно определить напряжение зажигания частичных разрядов, предпробойные значения заряда частичных разрядов и испытательного напряжения.

Третья глава посвящена разработке схем контроля частичных разрядов в изоляции устройств электроснабжения железных дорог.

Разработанное устройство контроля частичных разрядов (опытный образец) изображено на рис. 8 и предназначено для использования как при высоковольтных периодических испытаниях, так и при номинальном напряжении электроустановки 6-10 кВ в режиме мониторинга состояния изоляции.

Рис. 8. Внешний вид устройства контроля частичных разрядов Рис. 9. Принципиальная схема устройства контроля частичных разрядов Электрическая принципиальная схема устройства контроля частичных разрядов изображена на рис. 9. Данное устройство состоит из четырех последовательно соединенных конденсаторов С, датчика частичных разрядов Z, ограничителя перенапряжений FV, динистора VS, резистора переменного R, клеммы для подключения заземления, светодиода VD, элемента GB, переключателя К1, кнопки К2 и коаксиального кабеля с заземленной оболочкой, соединяющего высоковольтный блок и пульт управления.

Металлические корпусы пульта управления и высоковольтного блока подключаются к заземлению исследуемой электроустановки (к заземлению распредустройства тяговой подстанции или к заземлению высоковольтной испытательной установки), экранируют измерительную схему во избежание влияния внешних помех и обеспечивают безопасность эксплуатации устройства для обслуживающего персонала.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. При правильно собранной схеме испытаний и включенном переключателе Ксветодиод VD тускло светится, так как напряжение элемента GB оказывается приложенным к последовательно соединенной цепочке элементов VD-К1кабель-R-Z-заземление, которая имеет сравнительно высокое сопротивление.

При подаче высокого напряжения промышленной частоты 50 Гц на шины высокого напряжения на датчике частичных разрядов Z появляется напряжение в масштабе, определяемом соотношением активных и реактивных сопротивлений элементов С, Z, R, VS и FV. Подстройкой сопротивления переменного резистора R можно регулировать напряжение на датчике частичных разрядов Z (чувствительность устройства контроля частичных разрядов).

При появлении в изоляции устройства электроснабжения опасного уровня максимального кажущегося заряда частичных разрядов на датчике возникает импульсное напряжение соответствующей амплитуды, при котором сопротивление динистора VS становится примерно равным нулю. В этом случае постоянный ток течет по цепи GB-VD-K1-кабель-VS-заземление, обладающей низким сопротивлением, и светодиод VD загорается ярко.

При снятии высокого напряжения светодиод VD будет гореть также ярко, показывая, что в изоляции возникал опасный уровень частичных разрядов. Данное явление объясняется протеканием постоянного тока по динистору VS, который поддерживает его в открытом состоянии. Для его закрытия и приведения устройства контроля частичных разрядов в исходное состояние необходимо нажать на кнопку К2, которая зашунтирует динистор VS, восстановив его исходное сопротивление.

В случае возникновения перенапряжения на шинах высокого напряжения или перекрытия (пробоя) конденсаторов С на датчике частичных разрядов Z может появиться высокое напряжение. Для предотвращения такой аварийной ситуации параллельно датчику частичных разрядов Z подключен ограничитель перенапряжений FV. При возникновении на ограничителе перенапряжений FV напряжения 100 В его сопротивление резко падает и волна перенапряжения срезается.

Таким образом, данное устройство является полуавтоматическим:

контроль частичных разрядов осуществляется автоматически, но для приведения устройства контроля частичных разрядов в исходное состояние необходимо присутствие оператора. В принципе, при минимальной переделке схемы возможно подключение данного устройства к цепям телесигнализации и телеуправления тяговой подстанции.

Четвертая глава посвящена исследованию эксплуатационных воздействий на характеристики частичных разрядов в изоляции устройств электроснабжения железных дорог. Опытные исследования проводились в лабораториях УрГУПС и Дорожной электротехнической лаборатории Свердловской железной дороги.

Объектами испытаний были силовые трансформаторы ТМ-180/6, ТМ-63/6, ТМ-63/10, трансформаторы напряжения ОМ-0,4/6, ОМ-1,25/6, ОЛ1,25/6, ОЛ-1,25/10, ОМ-1,25/10, ОМ-0,64/10, ОМП-4/6, опорные изоляторы с номинальным напряжением 6 кВ и ошиновка распредустройства 6 кВ.

Испытания изоляции проводились при различных воздействующих эксплуатационных факторов – при изменении относительной влажности воздуха, при наличии или отсутствии поверхностного увлажнения и загрязнения полупроводящей пылью, а также при комбинации этих факторов. Для реализации поставленных задач была построена специальная климатическая установка.

В процессе испытаний оценивались кулон-вольтовые характеристики частичных разрядов, напряжение зажигания и погасания частичных разрядов.

Испытания проводились в соответствии с ГОСТ 21023-75, при этом схема испытаний дополнительно включала разработанное устройство контроля частичных разрядов.

В ходе испытаний была выявлена высокая техническая эффективность предлагаемого устройства контроля частичных разрядов, выявлена высокая чувствительность характеристик частичных разрядов к воздействующим эксплуатационным факторам, определен единый для изоляции устройств электроснабжения железных дорог пороговый уровень амплитуды заряда частичных разрядов (100 нКл), при регистрации которого наблюдается предпробойное состояние изоляции.

Pages:     | 1 || 3 |






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