WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

На правах рукописи

ВЛАДИМИРОВ Леонид Вячеславович

ДИСТАНЦИОННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТА ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ, ПИТАЮЩИХ ОБЪЕКТЫ НЕФТЕДОБЫЧИ

Специальность 05.14.02 – «Электрические станции и электроэнергетические системы»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ОМСК 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный технический университет» (ОмГТУ).

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Горюнов Владимир Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Клецель Марк Яковлевич профессор кафедры «Автоматизации и управления», ПГУ им. С. Торайгырова доктор технических наук, профессор Андреева Елена Григорьевна профессор кафедры «Электрическая техника», ОмГТУ

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова», г.

Барнаул

Защита диссертации состоится «31» мая 2012 года в 10:на заседании диссертационного совета Д 212.178.12 при Федеральном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный технический университет» по адресу: 644050, г. Омск, проспект Мира, 11, корп. 6, ауд. 340. Тел/факс: (8-3812)65-64-92, e-mail:

dissov_omgtu@omgtu.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОмГТУ по адресу:

г. Омск, проспект Мира, 11.

Автореферат разослан «28» апреля 2012 года

Ученый секретарь диссертационного совета Д. С. Осипов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Воздушные (ВЛ) и кабельные (КЛ) линии 6 – кВ составляют основу распределительных сетей, питающих объекты нефтедобычи. В данных сетях особо остро стоит проблема однофазных замыканий на землю (ОЗЗ), количество которых может достигать 75 % от общего числа повреждений. В условиях труднодоступной местности, при значительной протяженности ВЛ успешное определение места повреждения (ОМП) позволяет значительно сократить перерыв в электроснабжении потребителей.

Специфика режимов работы нейтрали и конструктивного исполнения линий электропередачи (ЛЭП) 6-35 кВ не позволяет своевременно выявить повреждений и селективно определить место ОЗЗ с помощью средств релейной защиты и автоматики.

Дистанционные методы ОМП ЛЭП при ОЗЗ применяются в основном на отключенных от сети линиях. К таким методам относятся импульсные и волновые методы, а также петлевой метод. Однако все они имеют ограниченное применение: импульсные методы применяются на одиночных КЛ, отключенных от сети; волновые методы — при испытаниях одиночных КЛ высоким напряжением; петлевой метод — на одиночных, отключенных от сети с двух сторон линиях. На сегодняшний день разрабатываются новые методы и средства ОМП с использованием активного зондирования ВЛ, но по – прежнему проблема определения расстояния до места повреждения ВЛ при ОЗЗ остается актуальной.

Существенный вклад в решение вопросов определения мест повреждений в электрических сетях внесли российские ученые Айзенфельд А.И., Аржанников Е.А., Арцишевский Я.Л., Беляков Ю.С., Биркенфелдс Э.Я., Борозинец, Б.В., Борухман В.А., Дунаев А.И., Кудрявцев А.А., Кузнецов А.П., Лиренман Д.Л., Лямец Ю.А., Малый А.С., Мисриханов М.Ш., Нудельман Г.С., Платонов В.В., Половников В.А., Радкевич В.Н., Силаев Ю.М., Саухатас А.С., Шабад М.А., Шалин А.И., Шалыт Г.М. и зарубежные ученые, такие как Aucoin B.M., Girdgis A.A., Lehtonen M., Russel B.

При разработке методик и средств дистанционного определения места однофазного замыкания на землю для распределительных сетей объектов нефтедобычи следует учитывать:

большую протяженность ВЛ 6-35 кВ и разветвленность сети;

сложность отключения поврежденного присоединения;

ограничение на работу электрической сети в режиме ОЗЗ из-за опасности повреждения электрооборудования в результате воздействия перенапряжений;

режим работы нейтрали в сети;

труднодоступность некоторых участков ЛЭП и невозможность осуществления обхода линии оперативно – ремонтным персоналом.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научно – исследовательских работ ОмГТУ, проводимых в рамках выполнения Государственного контракта №16.516.11.6091 от 08 июля 2011 года с Министерством образования и науки Российской Федерации. Тема исследований: «Проведение поисковых научно – исследовательских работ в области разработки и создания оборудования для диагностики и эксплуатации энергетического оборудования».

Цель работы – совершенствование существующих методов и разработка средств дистанционного определения места однофазного замыкания на землю воздушных линий электропередачи в распределительных сетях объектов нефтедобычи на основе метода стоячих волн.

Задачи исследования 1. Выполнение анализа существующих методов и средств дистанционного ОМП ЛЭП 6-35 кВ.

2. Развитие теоретических основ дистанционного ОМП ВЛ на основе метода стоячих волн.

3. Создание алгоритма и методики дистанционного ОМП ВЛ на основе метода стоячих волн.

4. Определение требований к устройству для дистанционного определения места ОЗЗ, основанного на использовании метода стоячих волн. Разработка опытного образца устройства.

5. Проведение экспериментальных исследований разработанного устройства на ВЛ 6–10 кВ с целью оценки погрешности определения расстояния до места повреждения при «металлическом» ОЗЗ.

6. Определение влияния переходного сопротивления Rп в месте повреждения на точность определения расстояния до места однофазного замыкания на землю.

7. Определение уровня перенапряжений при однофазном замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью с учетом специфики электрических сетей объектов нефтедобычи.

Объект исследования – воздушные линии электропередачи напряжением 6–35 кВ.

Предмет исследования – методы дистанционного определения места повреждения воздушных линий электропередачи в распределительных электрических сетях при однофазном замыкании на землю.

Методы исследования. При выполнении работы использовались математическое моделирование на базе теории электрических цепей, элементы теоретических основ электротехники. Математическое моделирование проводилось в программных средах MathCAD и Delphi. Экспериментальная часть исследований выполнена на базе сетей Омского филиала «МРСК Сибири» на подстанции «Солнечная долина» 35/10 кВ и ООО «ЮНГ – Энергонефть», г. Нефтеюганск, подстанция №133 35/6 кВ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Показана возможность использования метода стоячих волн для дистанционного определения места ОЗЗ ВЛ в системах электроснабжения объектов нефтедобычи.

2. Разработаны алгоритм и методика дистанционного определения места ОЗЗ ВЛ напряжением 6-35 кВ на основе применения метода стоячих волн.

3. Получены аналитические выражения, позволяющие определить расстояние до места повреждения на основе сравнения двух резонансных частот для поврежденной и неповрежденных фаз линии. Их использование позволяет упростить применение метода стоячих волн.

4. Экспериментально получена зависимость погрешности в определении расстояния до места ОЗЗ от величины переходного сопротивления Rп в месте повреждения при использовании метода стоячих волн. Показано, что при значениях Rп<100 Ом погрешность измерений расстояния до МП не превышает 1%.

Практическая ценность.

1. Разработанные алгоритм и методика дистанционного определения расстояния до места ОЗЗ, позволяют повысить эффективность дистанционного ОМП ВЛ 6-35 кВ на основе метода стоячих волн.

2. Полученная зависимость погрешности определения расстояния до места ОЗЗ от величины Rп в месте повреждения позволяет выполнить предварительную оценку точности ОМП ВЛ.

3. Создано устройство для дистанционного поиска места ОЗЗ воздушных ЛЭП протяженностью до 20 км. Погрешность определения расстояния до места повреждения составляет не более 1% при величине переходного сопротивления в месте повреждения до 100 Ом.

4. Экспериментальный образец устройства, основанного на применении метода стоячих волн, может стать прототипом для серийного прибора дистанционного ОМП ЛЭП 6-35 кВ.

Достоверность научных исследований и результатов диссертационной работы обоснована теоретически и подтверждена результатами экспериментальных исследований на подстанции «Солнечная долина» 35/10 кВ Омского филиала «МРСК Сибири» на действующей отходящей ВЛ 10 кВ и на подстанции 35/6 кВ ООО «ЮНГ - Энергонефть» на действующей отходящей ВЛ 6 кВ. Погрешность в определении расстояния до места повреждения в ходе проведения экспериментов не превышала 1%.

Реализация результатов работы. Результаты проведенных в диссертации исследований по применению метода стоячих волн для дистанционного определения места ОЗЗ на ВЛ внедрены в ООО «ЮНГ – Энергонефть», г. Нефтеюганск.

Предложенный алгоритм реализован в программном обеспечении экспериментального образца устройства для определения места ОЗЗ ВЛ 6 – 35 кВ.

Полученные результаты используются в научно - исследовательской работе и в учебном процессе Омского государственного технического университета (ОмГТУ) при подготовке инженеров, бакалавров, магистров Энергетического института ОмГТУ.

Личный вклад соискателя. Постановка задач исследования, определение путей их решения, разработка алгоритмов, методик, а также анализ, обобщение и проверка достоверности исследований, полученные научные результаты и выводы принадлежат автору.

Апробация работы. Основные материалы диссертации докладывались на Международной научно-практической конференции «Энергосбережение, энергоэффективность, экономика» (Омск, 2010г.), Всероссийской научно – технической конференции «Россия молодая: передовые технологии – в промышленность» (Омск, 2009г.), Международной научно – технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин» (Омск, 2010г.), Региональной молодежной научно – технической конференции «Омское время – взгляд в будущее» (Омск, 2010г.), научных семинарах кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» Энергетического института ОмГТУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, из них 5 статей в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 125 наименований и двух приложений. Содержит 143 страницы основного текста, 58 рисунков, 3 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, сформулированы цель и задачи исследования, отражена структура диссертации, охарактеризованы научная новизна и практическая ценность результатов исследования, представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены актуальные вопросы определения места ОЗЗ воздушных линий электропередачи, представлена классификация методов ОМП в сетях 6-35 кВ (рисунок 1), выполнен обзор и сравнительный анализ существующих способов и методов, приборов и устройств для определения места повреждения линий электропередачи.

Методы ОМП в сетях 6-35 кВ Дистанционные Топографические Методы ОМП с Методы ОМП без отключением отключения поврежденной Индукционные поврежденной линии линии Волновые методы, Импульсные Акустические использующие разрядную (локационные) методы стадию переходного процесса Метол колебательного Потенциальные разряда Методы, использующие зарядную стадию переходного процесса Электромеханические Петлевой метод Методы, использующие электрические величины Метод стоячих волн установившегося режима Методы, основанные на Метод искусственно наложении токов созданных переходных непромышленной частоты процессов Рисунок 1- Классификация методов ОМП в сетях 6 – 35 кВ Анализ методов выявил, что для дистанционного ОМП при отключенной от сети линии наибольшее распространение получили импульсный и петлевой методы, и метод колебательного разряда. Методы ОМП без отключения поврежденной линии в сетях 6-35 кВ в настоящее время не получили широкого распространения. Наиболее исследованы волновые методы, использующие разрядную или зарядную стадии переходного процесса, а также методы, основанные на наложении токов непромышленной частоты. Согласно сведениям, приводимым в большинстве известных источников, основная область применения известных методов дистанционного ОМП – кабельные линии электропередачи.

Таким образом, на основе проведенного анализа, с учетом особенностей распределительных сетей объектов нефтедобычи, было предложено использовать для дистанционного ОМП ВЛ 6 – 35 кВ метод стоячих волн.

Во второй главе выполнен анализ статистики повреждаемости электрических сетей ООО «ЮНГ – Энергонефть» за 2004-2008 годы. Произведен расчет уровня перенапряжений при замыкании одной из фаз на землю в сети 35 кВ, работающей с изолированной нейтралью.

Наибольшая часть повреждений приходится на ОЗЗ, вызванные выходом из строя опор, изоляторов ЛЭП, а также обрывами проводов из-за воздействия климатических факторов (осадки, обледенение проводов, сильный ветер и т.д.).

Подобные повреждение ЛЭП приводят к нарушению электроснабжения нефтедобывающих кустов, кустовых насосных станций, дожимных насосных станций, установок предварительного сброса воды и других важных объектов нефтедобычи. Любой перерыв электроснабжения приводит к недобору нефти и существенному материальному ущербу. Поэтому, кроме статистики и характеристики повреждений, выполнен расчет материальных ущербов, вызываемых аварийными отключениями электрооборудования.

Анализ статистики за последние четыре года указывает на достаточно большое число отключений в сетях ООО «ЮНГ – Энергонефть». В среднем, за рассматриваемый период, происходило более 700 отключений за год. В 2006 году таких отключений было 806. Наибольшее число отключений приходится на сети 6 кВ и 35 кВ. Доля отключений в этих сетях составляет до 75%...81% от общего числа. Наиболее подвержены повреждениям ВЛ 6 кВ - в среднем около 350 отключений за год.

Природно-климатические особенности Ханты – Мансийского автономного округа нашли отражение в статистике отключений, связанных со стихийными явлениями, такими как гроза, гололед, сильный ветер, ледоход и др.. В 2007 году зарегистрировано 328 отключений, вызванных погодными причинами, при общем числе отключений 789. Доля отключений, связанных с этими причинами, составляет 36%...42% от общего числа отключений. Грозы вызывают 22%...31% отключений за год. В 9% случаев причиной отключений является сильный ветер.

Однофазные замыкания на землю в распределительных сетях, если при их идентификации, поиске и ликвидации происходили отключения электроустановок, влекут за собою существенные, а кроме того возрастающие ущербы от недобора нефти. В таблице 1 приведена статистка количества ОЗЗ по отдельным базам энергообеспечения ООО «ЮНГ-Энергонефть» за период 2004-2008 годы.

Отмечается тенденция к росту такого вида повреждений (рисунок 2).

Оценивать средний рублевый ущерб от одного отключения в сети ООО «ЮНГ-Энергонефть» не вполне корректно, так как цена на нефть на мировом рынке меняется, поэтому расчет «цены» одного отключения выполнялся в количестве тонн недобытой нефти. В 2005 году прямые и косвенные потери нефти, в среднем, при одном отключении составляли 31 тонну. В 2008 году эта цифра составляла уже 88тонн.

Полученные результаты говорят о том, что большинство однофазных замыканий на землю приходится на сети 6 – 35 кВ, и их возникновение чаще всего связано с повреждением ВЛ.

Таблица 1 – Количество однофазных замыканий на землю по базам энергообеспечения ООО «ЮНГ – Энергонефть», шт.

2004 2005 2006 2007 20 6 кВ 35 кВ 6 кВ 35 кВ 6 кВ 35 кВ 6 кВ 35 кВ 6 кВ 35кВ ЮБЭО* 8 1 24 1 22 2 30 2 19 МБЭО 4 0 10 0 11 0 17 0 5 МсБЭО 5 1 16 0 11 1 14 0 9 ПБЭО 23 0 27 0 29 0 21 2 17 ПрБЭО 17 4 21 4 18 2 23 21 18 Итого 57 6 98 5 91 5 105 25 68 *- ЮБЭО – Юганская база энергообеспечения; МБЭО – Мамонтовская база энергообеспечения; МсБЭО – Майская база энергообеспечения; ПБЭО – Правобережная база энергообеспечения; ПрБЭО – Приобская база энергообеспечения.

112020202020 200 число замыканий на землю в сети 6 кВ число замыканий на землю в сети 35 кВ Рисунок 2 - Статистика замыканий на землю в сетях ООО «ЮНГ - Энергонефть» Расчету уровня перенапряжений в сети напряжением 35 кВ, работающей с изолированной нейтралью проводился на примере подстанции «Пирс» 110/35/кВ ООО «ЮНГ – Энергонефть». В частности, был выполнен расчет перенапряжений при однофазном замыкании на землю. Были определены параметры схемы замещения, в которую вошли: источник питания (трансформатор ТДТН – 40000/110), трансформатор напряжения (НАМИ – 35), эквивалентная емкость присоединений, эквивалентная нагрузка. Последняя включает в себя сопротивления трансформаторов ТМ – 6300/35 с номинальной нагрузкой, установленных на трансформаторных подстанциях, и соответствующих им ВЛ.

В соответствии с полученной схемой замещения был составлен граф электрической цепи, записана система дифференциальных уравнений при возникновении ОЗЗ на одной из фаз.

В результате расчетов было установлено, что при замыкании одной из фаз на землю напряжение на эквивалентной нагрузке возрастает до 1,34 Uф (0,77 Uл), на трансформаторе напряжения возникают перенапряжения до 1,29 Uф (0,74Uл), что при длительном и частом воздействии значительно сокращает срок службы трансформаторов НАМИ. В начальный момент времени напряжение на неповрежденных фазах (на емкостях присоединений) возрастает до 2,14 Uл (3,71 Uф).

Полученные значения перенапряжений, говорят о том, что длительное присутствие однофазного замыкания на землю в сети не допустимо, так как это может привести к повреждению электрооборудования и дальнейшему развитию аварии.

В третьей главе представлены результаты моделирования процесса поиска места однофазного замыкания на землю методом стоячих волн. Разработаны алгоритм и методика дистанционного определения места повреждения воздушной линии методом стоячих волн.

При достаточно высоких частотах линию электропередачи следует рассматривать как длинную линию, т.е. как линию с распределенными параметрами.

Напряжение и ток в длинной линии являются функциями двух независимых переменных: времени t и пространственной координаты х, определяющей место на линии, в котором рассматривается ток и (или) напряжение.

При синусоидальном напряжении источника питания напряжение в любой точке длинной линии можно представить в виде суммы двух слагаемых U Um ejt x Um ejt x (1) где Um комплексная амплитуда прямой волны напряжения;

Um комплексная амплитуда обратной волны напряжения;

- постоянная распространения.

Пусть в точке х = 0 однофазное замыкание на землю через переходное сопротивление Zп. Тогда выражение (1) можно представить в виде jt x jt x U(x,t) Um (e ne ) (2) где n - коэффициент отражения волны напряжения в месте повреждения.

Коэффициент отражения определяется по выражению Zп Zc n (3) Zп Zc где Zc – волновое сопротивление линии, Ом.

Рассматривая воздушную линию, как линию без потерь, необходимо определить собственную резонансную частоту для поврежденного участка линии, при которой напряжение и ток будут достигать максимального значения:

VФ fРЕЗ (4) 4lK где lk расстояние от начала линии до места повреждения, км;

Vф фазовая скорость (скорость распространения волны), км/с.

Тогда фазовый коэффициент определяется следующим выражением:

2 fрез LC0 (5) VФ Vф L0 где удельная индуктивность линии электропередачи, Гн/км;

C0 удельная емкость линии, Ф/км.

Волновое сопротивление линии и длина волны, соответственно, будут равны:

LZC C (6) 2 (7) Длина волны , полученная по выражению (7), пропорциональна расстоянию от начала линии до места ОЗЗ.

При ОЗЗ в конце линии распределение тока и напряжении в линии описывается следующей системой уравнений:

U jI2ZC sin x (8) I I2 cos x sin(t 900) U2m sin x sin(t 900) u I2mZC sin x (9) sint i I2m cos x где I2m амплитудное значение тока, А;

U2m амплитудное значение напряжения, В;

x расстояние от рассматриваемой точки до начала линии, км.

Предположим, что в конце линии, на расстоянии l lK 5км, произошло однофазное замыкание на землю. Определим резонансную частоту поврежденного участка, при которой возникает эффект стоячих волн и построим графики распределения напряжения и тока в линии при следующих параметрах линии:

r0 0,241Ом / км; L0 0,0013 Гн / км; C0 0,008106 Ф / км; VФ 300000км / с.

Рассматривая данную линию, как линия без потерь, получим следующие значения резонансной частоты, фазового коэффициента, волнового сопротивления и длины волны:

VФ 3000fРЕЗ 15кГц;

4lK 4L0 0,00ZC 403,11Ом;

0,314 рад / км;

C0 0,00810Длина волны при этом будет равна:

2 23, 20км.

0,3Согласно (9), напряжение опережает ток на 90 градусов. Построим графики распределения тока и напряжения вдоль линии при частоте fРЕЗ 15кГц. Амплитудное значение напряжения U2m 50 B, тока I2m 1 А. Зависимости представлены на рисунке 3. Согласно рисунку, величина тока в начале линии достигает максимального значения только в том случае, если lК.

На рисунке 4 представлена зависимость действующего значения тока в начале линии от частоты источника питания, подключаемого в начале линии. Ток в начале линии достигает максимального значения только при I f ( f1) f1 fрез.

I, A U, B 1.1 U 0.8 0.6 0.4 I 0.2 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.L, км -0.2 --0.4 --0.6 --0.8 --1 --1.2 -Рисунок 3 - График распределения напряжения и тока вдоль линии Рисунок 4 - Зависимость действующего значения тока в начале линии от частоты источника питания Полученные результаты наглядно показывают, что при использовании метода стоячих волн линию электропередачи можно рассматривать как длинную линию и условия резонанса возникают только в том случае, если lК.

Зачастую, при однофазном замыкании на землю, в месте повреждения присутствует переходное сопротивление. Оно имеет активный характер и обозначается как Rп. При наличии переходного сопротивления, амплитуда тока в начале линии будет уменьшаться. Полученные зависимости при значениях 0 RП 500 Ом представлены на рисунке 5.

5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.RП 500 Ом RП 300 Ом RП 200 Ом RП 100 Ом RП 0 Ом Рисунок 5 – Зависимость распределения тока вдоль линии при различных значениях RП В ходе выполнения лабораторных исследований было установлено, что при Rп<100 Ом погрешность в определении расстояния до места ОЗЗ не превышает 1%. При увеличении переходного сопротивления до 500 Ом погрешность линейно возрастает до 3,5%. Зависимость погрешности определения расстояния до места повреждения от Rп представлена на рисунке 6. Величина переходного сопротивления при пробое линейного изолятора может достигать 100-200 Ом.

При падении провода на землю или снег Rп может достигать нескольких кОм.

LК,% Рисунок 6 – Зависимость погрешность определения расстояния до места повреждения от переходного сопротивления RП На основе использования метода стоячих волн, был разработан алгоритм определения места повреждения ВЛ при ОЗЗ. Алгоритм можно условно разделить на две части: 1) выполнение измерений на одной из неповрежденных фаз линии с целью определения резонансной частоты f1; 2) проведение измерений непосредственно на поврежденной фазе и определение частоты f2.

Графическое изображение алгоритма Измерение на Начало неповрежденной представлено на рисунке 7. Согласно фазе линии ду стоячих волн, расстояние до места Ввод длины нофазного замыкания на землю будет линии Lпорционально длине волны только в том случае, если значение тока в линии максиLi Lмально (при этом входное сопротивление линии минимально). Определить миниb мальное входное сопротивление легче всего измерением тока, текущего по линии, при Генерация поддержании напряжения на входе посточастоты fi=300000/(2*Li) янным.

Описание алгоритма:

Измерение значения 1. Выполняется подключение к одной из Li Li L тока в линии неповрежденных фаз линии электропередаa=Iл чи.

b a Да Нет 2. Осуществляется ввод исходных данa b ных: длины линии L0.

3. Значение длины линии приравнивается начальному значению Li=L0.

f1 fi 4. Принимается начальное, нулевое знаИзмерение на чение тока в начале линии b=0.

Li Lповрежденной 5. Осуществляется генерация синусоифазе линии 3000дального сигнала с частотой fi b .

2Li 6. Определяется значение тока в линии Генерация при частоте f i, a=Iл.

частоты fi=300000/(2*Li) 7. Выполняется сравнение полученного и заданного значений токов в линии a

Измерение значения Если это условие не выполняется, то цикл Li Li L тока в линии должен повториться, при этом значение b a=Iл приравнивается к а. Длина линии Li b a уменьшается на величину L.

Да Нет a b 8. После того как определено максимальное значение тока в линии и условие а

Вычисление расстояния до 9. Для определения расстояния до места места повреждения повреждения выполняются аналогичные L=300000/(2*(f2-f1)) измерения на поврежденной фазе линии электропередачи. Только при этом опредеКонец ляется резонансная частота для поврежденРисунок 7 - Алгоритм определения ного участка f2=fi.

расстояния до места замыкания на землю методом стоячих волн 10.На основе полученных измерений выполняется определение расстояния до 3000места повреждения Lk .

2 ( f2 f1) Последнее выражение является основой предлагаемого алгоритма дистанционного определения места повреждения на основе метода стоячих волн.

Методика определения места повреждения методом стоячих волн.

Определение места повреждения ЛЭП в общем случае включает в себя следующие последовательные операций:

Регистрация факта возникновения однофазного замыкания на землю. Для этого используется либо неселективная сигнализация, либо селективные защиты от однофазных замыканий на землю.

Определение поврежденного присоединения, в случае использования неселективной сигнализации замыканий на землю.

Отключение поврежденного присоединения согласно порядку выполнения оперативных переключений.

После отключения линии, она разземляется со стороны подключения устройства ОМП. С противоположной стороны заземление не снимают. При этом необходимо полностью исключить возможность поражения электрическим током.

Когда необходимые операции выполнены, приступают к определению расстояния до места повреждения. Согласно алгоритму, приведенному выше, измерения выполняются на одной из неповрежденных фаз. Измерительный ввод устройства подключается непосредственно к линии электропередачи.

В качестве исходных данных оператор вводит длину поврежденной линии.

После того как длина линии задана, осуществляется генерация синусоидального сигнала переменной частоты.

Когда измерения на неповрежденной фазе линии выполнены, устройство переключается на поврежденную фазу линии электропередачи. Выполняется определение резонансной частоты поврежденного участка линии и расстояния до места повреждения. На этом процесс дистанционного определения места повреждения считается завершенным.

Четвертая глава посвящена разработке устройства и программного обеспечения для дистанционного определения места повреждения при однофазном замыкании на землю. Прибор для определения расстояния до места замыкания, выполненный на основе метода стоячих волн, можно применять для дистанционного ОМП на воздушных линия. Диапазон измеряемых расстояний составляет от 1 до 20 км.

Метод стоячих волн предполагает измерение полного входного сопротивления поврежденной линии в широком диапазоне частот. Следовательно, в приборе для определения расстояния до места замыкания на землю, реализованного по этому методу, должны быть высокочастотный генератор синусоидального сигнала, измеритель входного сопротивления линии, управляющая часть для автоматического определения и расчета параметров линии, клавиатура для ввода начальных данных и дисплей для вывода результатов. Структурная схема экспериментального образца устройства для дистанционного определения места повреждения представлена на рисунке 8.

Рисунок 8 - Структурная схема устройства для определения расстояния до места замыкания линии на землю МК – микроконтроллер; ЖКД – жидкокристаллический дисплей; КЛАВ – клавиатура; ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь; ГЕН – генератор; БП – блок питания; УМ – усилитель мощности; ИТ – измеритель тока.

Вся структурная схема разделена на две основные части – управляющую и силовую. В управляющую часть входят микроконтроллер, клавиатура, дисплей.

Силовую часть составляют цифро-аналоговый преобразователь, высокочастотный генератор, усилитель мощности и измеритель тока.

Использование микроконтроллера в устройстве позволяет расширить эксплуатационные характеристики, так как существует возможность внесения требуемых изменений непосредственно в программу управления микроконтроллером и изменить характеристики устройства. Кроме того, микроконтроллер имеет собственный АЦП. Поэтому использование микроконтроллера в основе устройства является целесообразным решением.

Текст программы написан в среде программирования CodeVisionAVR на языке программирования С. Программа используется для прошивки микроконтроллера ATmega8535, на базе которого выполнено устройство. ПроРисунок 9 - Внешний вид устройства грамма обеспечивает выполнение алгоритма, приведенного на рисунке 7.

В качестве основы для ЦАП была выбрана микросхема К594ПА1, которая представляет собой параллельный ЦАП с суммированием токов Генератор синусоидальных сигналов собран на базе микросхемы DA3 МAX038. Это прецизионный функциональный генератор, включенный по схеме генератора синусоидальных сигналов, управляемого напряжением. Блок усилителя мощность предназначен для усиления высокочастотного сигнала от генератора.

Первый эксперимент проводился в 2011 г. на действующей подстанции (ПС) 35/10 кВ «Солнечная долина». Длина ВЛ – 10 кВ составляла 7,4 км. Замыкание на землю имитировалось путем установки в фазу «А» переносного заземления (ПЗ) на расстоянии 5,3 км от начала линии (рисунок 10). С помощью изолирующей штанги измерительный выход прибора был подключен к фазе «А» (рисунок 11). В результате выполнения измерений было установлено, что расстояние от начала линии до замыкания на землю фазы «А» равно 5,33 км, т.е.

погрешность измерения составила 30 м, или =0,6 %.

5300 м 35/10 кВ В ПС «Солнечная долина» С А ПЗ Рисунок 10 - Структура проведения эксперимента на ВЛ – 10 кВ Рисунок 11 - Подключение измерительного выхода к поврежденной фазе линии Следующий эксперимент проводился в г. Нефтеюганске на ПС № 133 на отходящем фидере № 16. В этом эксперименте определялось расстояние между местом заземления фазы «А» и фазы «В», которые искусственно были заземлены в двух разных точках на расстоянии 70 м (т.е. заземление проводилось на соседних опорах). В результате проведенных измерений, прибором было определено расстояние между точками заземления, равное 70 м.

Проведенные эксперименты подтвердили правильный выбор методов и алгоритмов, используемых в разработанном устройстве.

Основные выводы и результаты 1. В результате анализа способов и методов дистанционного ОМП было установлено, что большинство существующих способов применимы для поиска места повреждения кабельных линий электропередачи.

2. После сравнительного анализа методов дистанционного определения места повреждения было предложено использовать метод стоячих волн для ОМП на ВЛ в распределительных электрических сетях, питающих объекты нефтедобычи.

3. Анализ статистики повреждаемости распределительных сетей объектов нефтедобычи показал, что значительная доля отключений приходится на ОЗЗ. Средняя продолжительность отключения составляет 1,14 часа.

4. Результаты моделирования процесса однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) показали, что при замыкании одной из фаз на землю напряжение на эквивалентной нагрузке возрастает до 1,34 Uф (0,77 Uл), на трансформаторе напряжения возникают перенапряжения до 1,29 Uф (0,74Uл). В начальный момент времени напряжение на неповрежденных фазах (на емкостях присоединений) возрастает до 2,14 Uл (3,71 Uф).

Полученные значения перенапряжений, говорят о том, что длительное присутствие однофазного замыкания на землю в сети не допустимо, так как это может привести к повреждению электрооборудования и дальнейшему развитию аварии.

5. При моделировании процесса поиска места повреждения методом стоячих волн были получены зависимости действующего значения тока в начале линии от частоты источника питания, подтверждающие сделанные ранее выводы о возможности применения метода стоячих волн.

6. В ходе выполнения научных исследований был разработан алгоритм дистанционного определения места ОЗЗ на ВЛ 6-35 кВ метом стоячих волн.

Получены аналитические выражения, позволяющие упростить применение метода стоячих волн на практике.

7. Установлено, что наличие переходного сопротивления в месте повреждения влияет на точность дистанционного ОМП ВЛ 6-35 кВ методом стоячих волн. В лабораторных условиях получена зависимость погрешности определения расстояния до МП от переходного сопротивления в месте повреждения.

8. Экспериментальные исследования устройства в действующих электрических сетях г. Омска и г. Нефтеюганска подтверждают правильность выбранного направления исследований. Расхождение между теоретическими и экспериментальными данными при искусственном «металлическом» замыкании на землю составляет не более 0,6-1%.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

Статьи в периодических научных изданиях по перечню ВАК 1. Анализ выражения для определения удельной емкостной проводимости линии электропередач / В. В. Барсков, В. А. Бурчевский, Л. В. Владимиров [и др.] // Науч. проблемы трансп. Сибири и Дал. Востока. – 2009. - №2. – С. 282 – 285.

2. Определение места повреждения на воздушных линиях электропередачи в распределительных сетях / И. В. Болдырев, Л. В. Владимиров, В. А. Ощепков // Омский научный вестник. – 2011. – № 1(103). – С. 205 – 209.

3. Алгоритм и методика определения места повреждения в распределительных сетях электроэнергетических систем методом стоячих волн / Л. В. Владимиров, В. А. Ощепков, В. И. Суриков // Омский научный вестник. – 2011. – № 1(103). – С. 209 – 211.

4. Моделирование режима однофазного замыкания на землю в распределительной электрической сети с изолированной нейтралью / Л. В. Владимиров, В. А. Ощепков [и др.] // Омский научный вестник. – 2012. – № 1(104). – С. 197 – 201.

5. Токовый принцип определения поврежденного присоединения и места однофазного замыкания в сети с изолированной нейтралью / К. И. Никитин, Л. В.

Владимиров [и др.] // Омский научный вестник. – 2012. – № 1(104). – С. 234 – 236.

Статьи в научных изданиях, материалы региональных и международных конференций 6. Математическое моделирование коммутационных перенапряжений и режима однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью ООО «ЮНГ-Энергонефть» / В. А. Бурчевский, Л. В. Владимиров [и др.] // Омский гос. техн. ун-т. – Омск, 2009. – 20 С. – Деп. в ВИНИТИ 30.09.2009, N607 – В2009.

7. Дистанционное определение места повреждения в распределительных сетях методом стоячих волн / В. А. Бурчевский, Л. В. Владимиров [и др.] // Омский научный вестник. – 2009. - №3(83). – С. 168 – 171.

8. Определение места повреждения при однофазном замыкании на землю в распределительных сетях методом стоячих волн / В. А. Бурчевский, Л. В. Владимиров [и др.] // Россия молодая: передовые технологии в промышленность / Материалы всерос. научн-техн. конф. – Омск. : Изд-во ОмГТУ, 2009. – Кн 3. – С.

15 – 20.

9. Определение перенапряжений при коммутации и при замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью / В. А. Бурчевский, Л. В. Владимиров [и др.] // Динамика систем, механизмов и машин / Материалы VII Междунар. Науч. – техн. Конф. – Омск. : Изд-во ОмГТУ, 2009. – Кн. 1. - С. 143 – 147.

10. Владимиров, Л. В. Дистанционное определение места повреждения при однофазном замыкании на землю в распределительных сетях волновым методом / Л. В. Владимиров, В. А. Ощепков // Энергетика и энергосбережение : межвуз.

темат. сб. науч. тр.. – Омск. : Изд-во ОмГТУ, 2011. – С. 15 – 19.

11. Владимиров, Л. В. Дистанционное определение места повреждения на воздушных линиях электропередачи в распределительных сетях / Л. В. Владимиров, В. А. Ощепков // Новые технологии на транспорте в энергетике и строительстве. – Омск. : Омский институт водного транспорта (филиал) ФГОУ ВПО НГАВТ, 2010. – С. 69 – 74.

12. Владимиров, Л. В. Алгоритм определения места повреждения в распределительных сетях методом стоячих волн / Л. В. Владимиров, М. Б. Чистяков // Энергетика и энергосбережение : межвуз. темат. сб. науч. тр. – Омск. : Изд-во ОмГТУ, 2011. – С. 3 – 8.

13. Владимиров, Л. В. Определение места однофазного замыкания на землю по методу стоячих волн / Л. В. Владимиров, А. В. Ощепков, Л. Д. Федорова // Энергетика и энергосбережение : межвуз. темат. сб. науч. тр. – Омск. : Изд-во ОмГТУ, 2011. – С. 124 – 130.

14. Приборы защиты и сигнализации от однофазных замыканий на землю в сетях 6 – 35 кВ / В. В. Барсков, Л. В. Владимиров [и др.] // Энергетика и энергосбережение : межвуз. темат. сб. науч. тр. – Омск. : Изд-во ОмГТУ, 2011. – С. 1- 187.

Подписано в печать 26.04.2012.

Формат 60х84/16. Бумага писчая.

Оперативный способ печати.

Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 0214.

Отпечатано в «Полиграфическом центре КАН» тел.: (3812) 24-70-79, 8-904-585-98-84.

E-mail: pc_kan@mail.ru 644050, г. Омск, ул. Красный Путь, Лицензия ПЛД № 58-47 от 21.04.




© 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.