📄Работа №104518
Тема: Определение места повреждения в распределительных кабельных сетях 10кВ с изоляцией из СПЭ при помощи интеллектуальных систем
Тип работы
Магистерская диссертация
Предмет
электроэнергетика
Объем:
97 листов
Год:
2020
Просмотров:
388
4880
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Сшитая полиэтиленовая изоляция (XLPE) 7
1.1 Причины разрушения изоляции, выполненной из сшитого полиэтилена 8
1.2 Химическая деградация 9
1.2.1 Образование свободных радикалов 9
1.2.2 Механизм деградации радикала полимера 10
1.2.3 Термическая деградация 11
1.2.4 Электрическая деградация 12
1.2.5 Водяные триинги 13
1.2.6 Электрические разряды 15
1.3 Методы диагностики 17
1.3.1 Измерение диэлектрического отклика 18
1.3.2 Метод измерения и анализа возвратного напряжения в изоляции
силовых кабельный линий 19
1.3.3 Высокоэффективный метод анализа структуры и состава
биополимеров (FTIR) 22
1.3.4 Метод измерения диэлектрических характеристик изоляции кабелей24
1.3.5 Испытание на отказ повышенным напряжением 26
1.3.6 Прочность на растяжение и относительное удлинение при разрыве .. 27
1.4 Выводы по разделу 28
2 Расчет уставок ДКЗ 29
2.1 Актуальность применения ДКЗ 29
2.2 Выбор типа датчиков короткого замыкания 34
2.2.1 Герконовые датчики короткого замыкания 35
2.2.2 электронные датчики короткого замыкания 40
2.3 Расчет токов короткого замыкания 47
2.3.1 Расчет сопротивлений на шинах распределительного пункта РП 48
2.3.2 Расчет токов короткого замыкания для трансформаторной подстанции
ТП-11 51
2.3.3 Расчет токов короткого замыкания для трансформаторной подстанции
ТП-12 57
2.3.4 Расчет токов короткого замыкания для трансформаторной подстанции
ТП-13 61
2.3.5 Расчет токов короткого замыкания для трансформаторной подстанции
ТП-14 64
2.4 Выводы по разделу 69
3 Телемеханизация полученных сигналов 69
3.1 Анализ существующих систем телекоммуникационной отрасли 69
3.1.1 Анализ существующих средств передачи 70
3.1.2 Анализ существующих методов оцифровки сигнала 73
3.1.3 Анализ конфигурации цифровой микроволновой радиосистемы 75
3.1.4 Анализ конфигурации спутниковой системы 77
3.1.5 Анализ систем системы мобильной радиосвязи 79
3.1.6 Анализ конфигурации оптоволоконной системы 80
3.1.7 Анализ технико-экономические показателей 80
3.2 Связь с пунктом ЦДС 85
3.3 Выводы по разделу 89
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 90
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 92
1 Сшитая полиэтиленовая изоляция (XLPE) 7
1.1 Причины разрушения изоляции, выполненной из сшитого полиэтилена 8
1.2 Химическая деградация 9
1.2.1 Образование свободных радикалов 9
1.2.2 Механизм деградации радикала полимера 10
1.2.3 Термическая деградация 11
1.2.4 Электрическая деградация 12
1.2.5 Водяные триинги 13
1.2.6 Электрические разряды 15
1.3 Методы диагностики 17
1.3.1 Измерение диэлектрического отклика 18
1.3.2 Метод измерения и анализа возвратного напряжения в изоляции
силовых кабельный линий 19
1.3.3 Высокоэффективный метод анализа структуры и состава
биополимеров (FTIR) 22
1.3.4 Метод измерения диэлектрических характеристик изоляции кабелей24
1.3.5 Испытание на отказ повышенным напряжением 26
1.3.6 Прочность на растяжение и относительное удлинение при разрыве .. 27
1.4 Выводы по разделу 28
2 Расчет уставок ДКЗ 29
2.1 Актуальность применения ДКЗ 29
2.2 Выбор типа датчиков короткого замыкания 34
2.2.1 Герконовые датчики короткого замыкания 35
2.2.2 электронные датчики короткого замыкания 40
2.3 Расчет токов короткого замыкания 47
2.3.1 Расчет сопротивлений на шинах распределительного пункта РП 48
2.3.2 Расчет токов короткого замыкания для трансформаторной подстанции
ТП-11 51
2.3.3 Расчет токов короткого замыкания для трансформаторной подстанции
ТП-12 57
2.3.4 Расчет токов короткого замыкания для трансформаторной подстанции
ТП-13 61
2.3.5 Расчет токов короткого замыкания для трансформаторной подстанции
ТП-14 64
2.4 Выводы по разделу 69
3 Телемеханизация полученных сигналов 69
3.1 Анализ существующих систем телекоммуникационной отрасли 69
3.1.1 Анализ существующих средств передачи 70
3.1.2 Анализ существующих методов оцифровки сигнала 73
3.1.3 Анализ конфигурации цифровой микроволновой радиосистемы 75
3.1.4 Анализ конфигурации спутниковой системы 77
3.1.5 Анализ систем системы мобильной радиосвязи 79
3.1.6 Анализ конфигурации оптоволоконной системы 80
3.1.7 Анализ технико-экономические показателей 80
3.2 Связь с пунктом ЦДС 85
3.3 Выводы по разделу 89
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 90
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 92
📖 Введение
Любая система электроснабжения, на сегодняшний день, представляет собой сложную систему, состоящую из большого количества дорогих и важных для стабильной ее работы, силовых кабелей различного возраста, которые изготавливались и внедрялись в нее, в течение многих десятилетий. На сегодняшний день, самым распространенным типом изоляции кабельных линий, является бумажно-масляная изоляция, которая появилась еще в 1940¬х годах, прошлого столетия. Внедрение кабелей, в изоляции которых применен сшитый полиэтилен - началось посередине 1970-х годов. На сегодняшний день, большой процент кабелей с бумажно-масляной изоляцией, уже выработал свой ресурс и данный тип кабеля, является устаревшими. Так же, первые кабели в которых применена изоляция из сшитого полиэтилена, находятся в эксплуатации уже достаточно продолжительное время, чтобы показать возможные варианты старения их изоляционного материала.
Из соображений повышения надежности энергосистемы, необходимо принимать профилактические меры, для определенных элементов входящих в состав систем электроснабжения. Требования к качеству электрической энергии и надежности электроснабжения потребителей растут, и перебои, вызванные возникновением аварийных ситуаций, во время процесса передачи и распределения электроэнергии, становятся все более дорогостоящими для сетевых компаний. Обслуживание на основе постоянных условий, становится все более распространенным по экономическим причинам. Своевременная диагностика и ремонт кабельных линий, может существенно снизить частоту аварийных отказов, что в свою очередь, положительно скажется на снижении экономических затрат.
Изоляция высоковольтных силовых кабелей и их компонентов, в течение всего срока службы, подвержена старению и разрушению, т. к. на нее воздействуют различные уровни напряжения и внешние факторы. Это может привести к сокращению срока службы, что в свою очередь, снизит надежность энергосистемы. Именно поэтому, многие исследовательские работы, мероприятия и публикации, направлены на улучшение понимания явления старения изоляции, поиск инструментов для диагностики изоляции и создание методов оценки ее остаточного потенциала. Для того, чтобы удостовериться в качестве и надежности кабельной системы, важно выполнить ряд диагностических тестов, прежде чем продолжать эксплуатацию, особенно, после продолжительных периодов бесперебойной работы. Возможность диагностики изоляции на месте и определения уровня ее разрушения - представляет большой интерес, для коммунальных и сетевых компаний.
Невозможно провести диагностические измерения на всех кабельных системах, находящихся в работе. Это даже сложнее, чем проводить полное тестирование изоляции, в лабораторных условиях. Кабельная изоляция должна быть зачищена и взята для анализа, во время ремонта неисправного кабеля. Результаты данного анализа, должны дать больше информации о фактическом состоянии кабельной системы.
Целью диссертации является создание интеллектуальной системы диагностики и контроля состояния кабельных линий, изоляция которых выполнена из сшитого полиэтилена, с возможностью передачи информации о месте возникновения короткого замыкания, на диспетчерский пульт ДД ЦДС.
К задачам относятся:
1. Анализ известных методов диагностики СПЭ изоляции КЛ-10кВ, а также факторов, негативно влияющих на нее.
2. Расчет уставок ДКЗ.
3. Телемеханизация сигналов ДКЗ, на пульт ДД ЦДС.
Результаты данной работы, основаны на экспериментальных испытаниях, проведенных на образцах кабельных линий, в которых в качестве изоляции применен как сшитый полиэтилен, так и масляно-бумажный тип изоляции. Цель состоит в том, чтобы найти практическое применение методам оценки результатов, химического анализа.
Основная задача в этом тезисе, состоит в том, чтобы найти методы, которые могут быть легко адаптированы для повседневного использования , в области мониторинга состояния кабеля.
Основным вкладом этого исследования, является создание инструментов классификации условий, для оценки состояния силовых кабелей среднего напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена. На XLPE-изолированных кабелях, эта классификация условий объединяет результаты FTIR-анализа и определяет способность, выдерживать различные уровни напряжения. На кабелях с масляной изоляцией результаты FTIR- анализа, объединяются с ожидаемой рабочей температурой и ожидаемым сроком службы бумажной изоляции. В этой диссертации, различные виды электрических измерений и химического анализа, были выполняется на различных образцах кабелей. Большое количество образцов кабелей с XPLE изоляцией и кабелей с масляно-бумажной изоляцией, вышедшие из строя в процессе эксплуатации, были отправлены в лабораторию для диагностики, измерений и анализа. Применимость различных методов диагностики, таких как измерение диэлектрического отклика, игольчатый тест, пробой, FTIR- анализ и анализ масляно-бумажной изоляции, была опробована на кабелях, состаренных в реальных условиях.
Из соображений повышения надежности энергосистемы, необходимо принимать профилактические меры, для определенных элементов входящих в состав систем электроснабжения. Требования к качеству электрической энергии и надежности электроснабжения потребителей растут, и перебои, вызванные возникновением аварийных ситуаций, во время процесса передачи и распределения электроэнергии, становятся все более дорогостоящими для сетевых компаний. Обслуживание на основе постоянных условий, становится все более распространенным по экономическим причинам. Своевременная диагностика и ремонт кабельных линий, может существенно снизить частоту аварийных отказов, что в свою очередь, положительно скажется на снижении экономических затрат.
Изоляция высоковольтных силовых кабелей и их компонентов, в течение всего срока службы, подвержена старению и разрушению, т. к. на нее воздействуют различные уровни напряжения и внешние факторы. Это может привести к сокращению срока службы, что в свою очередь, снизит надежность энергосистемы. Именно поэтому, многие исследовательские работы, мероприятия и публикации, направлены на улучшение понимания явления старения изоляции, поиск инструментов для диагностики изоляции и создание методов оценки ее остаточного потенциала. Для того, чтобы удостовериться в качестве и надежности кабельной системы, важно выполнить ряд диагностических тестов, прежде чем продолжать эксплуатацию, особенно, после продолжительных периодов бесперебойной работы. Возможность диагностики изоляции на месте и определения уровня ее разрушения - представляет большой интерес, для коммунальных и сетевых компаний.
Невозможно провести диагностические измерения на всех кабельных системах, находящихся в работе. Это даже сложнее, чем проводить полное тестирование изоляции, в лабораторных условиях. Кабельная изоляция должна быть зачищена и взята для анализа, во время ремонта неисправного кабеля. Результаты данного анализа, должны дать больше информации о фактическом состоянии кабельной системы.
Целью диссертации является создание интеллектуальной системы диагностики и контроля состояния кабельных линий, изоляция которых выполнена из сшитого полиэтилена, с возможностью передачи информации о месте возникновения короткого замыкания, на диспетчерский пульт ДД ЦДС.
К задачам относятся:
1. Анализ известных методов диагностики СПЭ изоляции КЛ-10кВ, а также факторов, негативно влияющих на нее.
2. Расчет уставок ДКЗ.
3. Телемеханизация сигналов ДКЗ, на пульт ДД ЦДС.
Результаты данной работы, основаны на экспериментальных испытаниях, проведенных на образцах кабельных линий, в которых в качестве изоляции применен как сшитый полиэтилен, так и масляно-бумажный тип изоляции. Цель состоит в том, чтобы найти практическое применение методам оценки результатов, химического анализа.
Основная задача в этом тезисе, состоит в том, чтобы найти методы, которые могут быть легко адаптированы для повседневного использования , в области мониторинга состояния кабеля.
Основным вкладом этого исследования, является создание инструментов классификации условий, для оценки состояния силовых кабелей среднего напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена. На XLPE-изолированных кабелях, эта классификация условий объединяет результаты FTIR-анализа и определяет способность, выдерживать различные уровни напряжения. На кабелях с масляной изоляцией результаты FTIR- анализа, объединяются с ожидаемой рабочей температурой и ожидаемым сроком службы бумажной изоляции. В этой диссертации, различные виды электрических измерений и химического анализа, были выполняется на различных образцах кабелей. Большое количество образцов кабелей с XPLE изоляцией и кабелей с масляно-бумажной изоляцией, вышедшие из строя в процессе эксплуатации, были отправлены в лабораторию для диагностики, измерений и анализа. Применимость различных методов диагностики, таких как измерение диэлектрического отклика, игольчатый тест, пробой, FTIR- анализ и анализ масляно-бумажной изоляции, была опробована на кабелях, состаренных в реальных условиях.
✅ Заключение
Магистерская диссертационная работа заключалась в рассмотрении причин возникновения повреждений, в кабельных линиях с изоляцией из сшитого полиэтилена, а также в создании интеллектуальной системы диагностики и контроля кабельных линий, с возможностью передачи информации о месте возникновения короткого замыкания, на диспетчерский пульт ДД ЦДС. В ходе выполнения работы, были решены следующие задачи:
1. Произведен анализ факторов, влияющих на состояние изоляции кабельных линий, изоляция которых выполнена из сшитого полиэтилена;
2. Рассмотрены изоляционные структуры и основные процессы деградации, также совершен краткий обзор методов анализа, использованных в экспериментальной части работы;
3. Рассчитаны токи короткого замыкания для всех подстанций, на которые планируется внедрение данной системы;
4. Выбраны уставки срабатывания датчиков короткого замыкания для каждой подстанции исходя из рассчитанных токов короткого замыкания;
5. Рассмотрены виды телемеханических систем;
6. Проанализированы возможные способы передачи информации, при помощи различных каналов связи, рассмотрены их особенности и принцип действия;
7. Произведен технико-экономический анализ, возможных каналов связи, пригодных для передачи информации на пульт ДД ЦДС;
8. На основании технико-экономического анализа произведен выбор и обоснование вида телемеханики для связи с диспетчерским пунктом.
Для этой работы, была выбрана одна из основных систем изоляции, используемая в распределительных электрических сетях среднего напряжения. Большинство кабелей среднего напряжения, используемых в России, на сегодняшний день, имею либо бумажно-масляную изоляцию, либо изоляцию из сшитого полиэтилена. В ходе выполнения работы, были рассмотрены основные процессы старения, в изоляционной структуре. Также, представлен краткий обзор методов анализа, использованных в экспериментальной части работы. Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена, рассматриваемые в этой работе, были взяты из нормальной окружающей среды, а именно, были установлены на кабельных стойках в коллекторе. На основании результатов этого исследования, можно сделать следующие выводы относительно кабелей среднего напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена:
Возраст кабеля, не взаимосвязан с измеренными диагностическими переменными. Продолжительный срок службы кабеля, не является прямым доказательством, неудовлетворительного состояния изоляции кабельной линии.
Результаты инфракрасной спектроскопии, а именно наличие карбонильного индекса A, указывают на взаимосвязь с уровнем выдерживаемого напряжения кабеля. Результаты показывают, что анализ FTIR, может использоваться для оценки состояния кабеля. Кабели, даже без внешней защитной оболочки, при использовании в не агрессивной среде, находятся в хорошем состоянии даже после 30 лет эксплуатации.
Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена, в этом исследовании, не имели защиты от влаги и использовались в благоприятных условиях окружающей среды. Аналогичное исследование, фокусирующееся на уровнях выдерживаемого напряжения и спектрах FTIR, должно проводиться на кабелях, установленных на земле, и сухих кабелях с защитой от воды.
Фактор влияния температуры проводника, на содержание карбонила, в кабелях с изоляцией из сшитого полиэтилена - недостаточно изучен. Этот фактор, может являться достаточно важной информацией, для планирования городских сетей в будущем, когда спрос на электроэнергию в летний период возрастет.
1. Произведен анализ факторов, влияющих на состояние изоляции кабельных линий, изоляция которых выполнена из сшитого полиэтилена;
2. Рассмотрены изоляционные структуры и основные процессы деградации, также совершен краткий обзор методов анализа, использованных в экспериментальной части работы;
3. Рассчитаны токи короткого замыкания для всех подстанций, на которые планируется внедрение данной системы;
4. Выбраны уставки срабатывания датчиков короткого замыкания для каждой подстанции исходя из рассчитанных токов короткого замыкания;
5. Рассмотрены виды телемеханических систем;
6. Проанализированы возможные способы передачи информации, при помощи различных каналов связи, рассмотрены их особенности и принцип действия;
7. Произведен технико-экономический анализ, возможных каналов связи, пригодных для передачи информации на пульт ДД ЦДС;
8. На основании технико-экономического анализа произведен выбор и обоснование вида телемеханики для связи с диспетчерским пунктом.
Для этой работы, была выбрана одна из основных систем изоляции, используемая в распределительных электрических сетях среднего напряжения. Большинство кабелей среднего напряжения, используемых в России, на сегодняшний день, имею либо бумажно-масляную изоляцию, либо изоляцию из сшитого полиэтилена. В ходе выполнения работы, были рассмотрены основные процессы старения, в изоляционной структуре. Также, представлен краткий обзор методов анализа, использованных в экспериментальной части работы. Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена, рассматриваемые в этой работе, были взяты из нормальной окружающей среды, а именно, были установлены на кабельных стойках в коллекторе. На основании результатов этого исследования, можно сделать следующие выводы относительно кабелей среднего напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена:
Возраст кабеля, не взаимосвязан с измеренными диагностическими переменными. Продолжительный срок службы кабеля, не является прямым доказательством, неудовлетворительного состояния изоляции кабельной линии.
Результаты инфракрасной спектроскопии, а именно наличие карбонильного индекса A, указывают на взаимосвязь с уровнем выдерживаемого напряжения кабеля. Результаты показывают, что анализ FTIR, может использоваться для оценки состояния кабеля. Кабели, даже без внешней защитной оболочки, при использовании в не агрессивной среде, находятся в хорошем состоянии даже после 30 лет эксплуатации.
Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена, в этом исследовании, не имели защиты от влаги и использовались в благоприятных условиях окружающей среды. Аналогичное исследование, фокусирующееся на уровнях выдерживаемого напряжения и спектрах FTIR, должно проводиться на кабелях, установленных на земле, и сухих кабелях с защитой от воды.
Фактор влияния температуры проводника, на содержание карбонила, в кабелях с изоляцией из сшитого полиэтилена - недостаточно изучен. Этот фактор, может являться достаточно важной информацией, для планирования городских сетей в будущем, когда спрос на электроэнергию в летний период возрастет.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.