Помощь студентам в учебе
Исследование информационных параметров при построении защит ВЛ-10 кВ при обрыве фазного провода
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 5
1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ОБОСНОВАНИЕ ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ 7
1.1 Электрическая сеть напряжением 10/0,38 кВ и режимы работы её работы . 7
1.2 Статистика аварийных ситуаций в сетях напряжением 10 кВ ПО ЦЭС 11
1.3 Опасности, возникающие при обрывах фазных проводов 14
1.4 Существующие средства защиты от обрывов фазных проводов 17
1.5 Актуальность защиты ВЛ 6-10 кВ при обрывах фазных проводов 25
1.6 Задачи исследования 28
2 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ПРИ ОБРЫВЕ ФАЗНОГО ПРОВОДА ВЛ-10 кВ 29
2.1 Изменения напряжений и токов в электрической сети 10/0,38 кВ 29
2.2 Исходные положения для проведения исследований 31
2.3 Разработка компьютерной модели 32
2.4 Вывод по разделу 2 38
3 ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ
НАПРЯЖЕНИЕМ 10/0,38 кВ 39
3.1 Описание исследуемых режимов электрической сети 10/0,38 кВ 39
3.2 Исследование изменений токов и напряжений на компьютерной модели. 42
3.3 Анализ характеристик и оценка возможности их использования для
построения релейной защиты ВЛ-10 кВ при обрыве фазного провода 67
3.3.1 Анализ и построение характеристик при выбранном
информационном параметре I2/ I1 67
3.3.2 Анализ и построение характеристик при выбранном
информационном параметре I2 76
3.4 Вывод по разделу 3 85
4 ОЦЕНКА УЛУЧШЕНИЯ УСЛОВИЙ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ И
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ УСТРОЙСТВ ЗАЩИТЫ ВЛ-10 кВ ПРИ ОБРЫВЕ ФАЗНОГО ПРОВОДА 87
4.1 Оценка условий электробезопасности 87
4.2 Оценка технико-экономической эффективности 88
4.3 Выводы по разделу 4 91
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 92
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 93
ПРИЛОЖЕНИЯ 98
Приложение А Обзор существующих методов защиты от обрывов фазных проводов 98
Приложение Б Компьютерная модель электрической сети напряжением 10/0,38 кВ 106
ВВЕДЕНИЕ 5
1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ОБОСНОВАНИЕ ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ 7
1.1 Электрическая сеть напряжением 10/0,38 кВ и режимы работы её работы . 7
1.2 Статистика аварийных ситуаций в сетях напряжением 10 кВ ПО ЦЭС 11
1.3 Опасности, возникающие при обрывах фазных проводов 14
1.4 Существующие средства защиты от обрывов фазных проводов 17
1.5 Актуальность защиты ВЛ 6-10 кВ при обрывах фазных проводов 25
1.6 Задачи исследования 28
2 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ПРИ ОБРЫВЕ ФАЗНОГО ПРОВОДА ВЛ-10 кВ 29
2.1 Изменения напряжений и токов в электрической сети 10/0,38 кВ 29
2.2 Исходные положения для проведения исследований 31
2.3 Разработка компьютерной модели 32
2.4 Вывод по разделу 2 38
3 ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ
НАПРЯЖЕНИЕМ 10/0,38 кВ 39
3.1 Описание исследуемых режимов электрической сети 10/0,38 кВ 39
3.2 Исследование изменений токов и напряжений на компьютерной модели. 42
3.3 Анализ характеристик и оценка возможности их использования для
построения релейной защиты ВЛ-10 кВ при обрыве фазного провода 67
3.3.1 Анализ и построение характеристик при выбранном
информационном параметре I2/ I1 67
3.3.2 Анализ и построение характеристик при выбранном
информационном параметре I2 76
3.4 Вывод по разделу 3 85
4 ОЦЕНКА УЛУЧШЕНИЯ УСЛОВИЙ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ И
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ УСТРОЙСТВ ЗАЩИТЫ ВЛ-10 кВ ПРИ ОБРЫВЕ ФАЗНОГО ПРОВОДА 87
4.1 Оценка условий электробезопасности 87
4.2 Оценка технико-экономической эффективности 88
4.3 Выводы по разделу 4 91
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 92
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 93
ПРИЛОЖЕНИЯ 98
Приложение А Обзор существующих методов защиты от обрывов фазных проводов 98
Приложение Б Компьютерная модель электрической сети напряжением 10/0,38 кВ 106
Актуальность работы.
Обрыв фазных проводов в сетях 10 кВ с изолированной, компенсированной и резистивно заземленной нейтралями, согласно проведенному анализу данных статистки по длительности и количеству аварийных отключений ВЛ-10 кВ, является одним из наиболее распространенных видов повреждения в этих сетях.
При рассмотрении данного вопроса были выявлены основные причины возникновения обрывов фазных проводов, такие как:
- действие неблагоприятных климатических условий на надежную работу ВЛ;
- нарушение технических норм при строительстве и введении в эксплуатацию ВЛ;
- неправильная эксплуатация элементов ВЛ;
- нарушения при монтаже и проектировании длины пролетов, стрел провеса, высоты подвеса, габаритов провода и параметров опор воздушных линий ВЛ 10 кВ.
При возникновении обрыва фазного провода ВЛ 10 кВ, потребители, подключенные к данной сети, будут работать в неполнофазном режиме, что, в свою очередь, повлечет за собой негативные последствия при их дальнейшей работе. Также возникают электро- и пожароопасные ситуации, ставящие под угрозу жизни людей и животных.
Согласно статистическим данным по электротравматизму на установках различного рода, наибольшее количество электротравм (48,2 %) приходится на распределительные щиты, станции и пункты, закрытые распределительные устройства напряжением 10 кВ (14,5 %).
В изученных литературных источниках (статьях, монографиях, авторских свидетельствах и патентах на изобретения) предложено довольно много технических решений - устройства защиты могут устанавливаться в начале или конце защищаемой линии. В тоже время практика эксплуатации воздушных линий напряжением 10 кВ (ВЛ-10 кВ) показывает отсутствие их применения, что обусловлено, в частности, недостаточным изучением параметров (токов и напряжений) электрической сети, которые могут быть использованы в качестве исходной информации при построении защит.
На основе приведенной выше информации, обоснование, разработка и внедрение системы защиты, которая позволяет своевременно выявлять обрывы фазных проводов и принимать необходимые меры на соответствующих участках воздушных линий, является актуальной научно-технической задачей.
Цель работы - исследование информационных параметров при построении защит ВЛ-10 кВ при обрыве фазного провода.
С целью решения данной проблемы и получения надежной системы защиты были поставлены следующие задачи исследования:
1 Разработать компьютерную модель электрической сети 10/0,38 кВ для проведения исследований;
2 Провести теоретические (в программной среде Matlab) исследования информационных параметров, возникающих в электрической сети при обрывах фазных проводов воздушных линий напряжением 10 кВ.
3 Обосновать критерии выявления обрывов фазных проводов указанных линий.
4 Дать оценку работоспособности устройства защиты, использующие в качестве информационных параметров отношение токов I2/I1 и тока I2.
Объект исследования - воздушные линии электропередачи напряжением 10 кВ при возникновении в них обрывов фазных проводов.
Предмет исследования - получение закономерных результатов в изменении информационных параметров электрической сети при возникновении обрывов фазных проводов, которые позволят разработать защиту от указанных режимов.
Научная новизна основных положений и результатов:
1 Для определения параметров системы защиты проведены исследования изменений информационных параметров при различных режимах работы электрической сети с использованием компьютерного моделирования.
2 Дана оценка работоспособности устройства защиты, использующего отношение токов I2/I1 и тока I2.
Практическая значимость работы:
1 Получены количественные значения изменений информационных параметров при нормальной работе ВЛ-10 кВ, при обрывах фазы проводов с учетом изменения несимметрии нагрузки в электрической сети напряжением 380 В.
2 Разработан алгоритм по автоматической записи данных исследований токов и напряжений, который значительно упрощает обработку полученных результатов исследований;
3 Данные, полученные в ходе исследований, могут быть использованы для проведения дальнейших научных исследований.
Обрыв фазных проводов в сетях 10 кВ с изолированной, компенсированной и резистивно заземленной нейтралями, согласно проведенному анализу данных статистки по длительности и количеству аварийных отключений ВЛ-10 кВ, является одним из наиболее распространенных видов повреждения в этих сетях.
При рассмотрении данного вопроса были выявлены основные причины возникновения обрывов фазных проводов, такие как:
- действие неблагоприятных климатических условий на надежную работу ВЛ;
- нарушение технических норм при строительстве и введении в эксплуатацию ВЛ;
- неправильная эксплуатация элементов ВЛ;
- нарушения при монтаже и проектировании длины пролетов, стрел провеса, высоты подвеса, габаритов провода и параметров опор воздушных линий ВЛ 10 кВ.
При возникновении обрыва фазного провода ВЛ 10 кВ, потребители, подключенные к данной сети, будут работать в неполнофазном режиме, что, в свою очередь, повлечет за собой негативные последствия при их дальнейшей работе. Также возникают электро- и пожароопасные ситуации, ставящие под угрозу жизни людей и животных.
Согласно статистическим данным по электротравматизму на установках различного рода, наибольшее количество электротравм (48,2 %) приходится на распределительные щиты, станции и пункты, закрытые распределительные устройства напряжением 10 кВ (14,5 %).
В изученных литературных источниках (статьях, монографиях, авторских свидетельствах и патентах на изобретения) предложено довольно много технических решений - устройства защиты могут устанавливаться в начале или конце защищаемой линии. В тоже время практика эксплуатации воздушных линий напряжением 10 кВ (ВЛ-10 кВ) показывает отсутствие их применения, что обусловлено, в частности, недостаточным изучением параметров (токов и напряжений) электрической сети, которые могут быть использованы в качестве исходной информации при построении защит.
На основе приведенной выше информации, обоснование, разработка и внедрение системы защиты, которая позволяет своевременно выявлять обрывы фазных проводов и принимать необходимые меры на соответствующих участках воздушных линий, является актуальной научно-технической задачей.
Цель работы - исследование информационных параметров при построении защит ВЛ-10 кВ при обрыве фазного провода.
С целью решения данной проблемы и получения надежной системы защиты были поставлены следующие задачи исследования:
1 Разработать компьютерную модель электрической сети 10/0,38 кВ для проведения исследований;
2 Провести теоретические (в программной среде Matlab) исследования информационных параметров, возникающих в электрической сети при обрывах фазных проводов воздушных линий напряжением 10 кВ.
3 Обосновать критерии выявления обрывов фазных проводов указанных линий.
4 Дать оценку работоспособности устройства защиты, использующие в качестве информационных параметров отношение токов I2/I1 и тока I2.
Объект исследования - воздушные линии электропередачи напряжением 10 кВ при возникновении в них обрывов фазных проводов.
Предмет исследования - получение закономерных результатов в изменении информационных параметров электрической сети при возникновении обрывов фазных проводов, которые позволят разработать защиту от указанных режимов.
Научная новизна основных положений и результатов:
1 Для определения параметров системы защиты проведены исследования изменений информационных параметров при различных режимах работы электрической сети с использованием компьютерного моделирования.
2 Дана оценка работоспособности устройства защиты, использующего отношение токов I2/I1 и тока I2.
Практическая значимость работы:
1 Получены количественные значения изменений информационных параметров при нормальной работе ВЛ-10 кВ, при обрывах фазы проводов с учетом изменения несимметрии нагрузки в электрической сети напряжением 380 В.
2 Разработан алгоритм по автоматической записи данных исследований токов и напряжений, который значительно упрощает обработку полученных результатов исследований;
3 Данные, полученные в ходе исследований, могут быть использованы для проведения дальнейших научных исследований.
В выпускной квалификационной работе предложено новое решение актуальной научно-технической задачи, состоящее в проведении анализа информационных параметров для построения токовых защит воздушных линий напряжением 6-10 кВ при обрыве фазного провода.
Выполненные исследования позволяют сформулировать следующие основные результаты и выводы работы:
1 С целью проведения исследований с учётом работ Хлоповой А.В. разработана компьютерная модель электрической сети напряжением 10/0,38 кВ с автоматическим выводом результатов исследований в табличной форме.
2 Проведён анализ двух вариантов информационных параметров - отношения тока обратной последовательности к току прямой последовательности I2/I1 и тока обратной последовательности I2. Исследования проведены при симметричной нагрузке электроприёмников напряжением 380 В, рассмотрены только два режима - нормальный режим работы ВЛ-10 кВ и обрыв фазного провода этой ВЛ.
3 Получены характеристики информационных параметров I2/I1 и I2 и дана оценка их изменений для случаев защиты радиальной ВЛ с сосредоточенной нагрузкой в её конце, магистральной линии с распределённой нагрузкой и отпаечной линии.
4 Проведено сопоставление работы двух защит, использующих информационные параметры I2/I1 и I2. Показано, что защита, использующая в качестве информационного параметра отношение токов I2/I1, является более эффективной, чем защита, построенная на использовании в качестве информационного параметра ток обратной последовательности I2.
5 Для получения объективной оценки работоспособности двух рассматриваемых защит нужно проведение дальнейших исследований, при которых необходимо рассмотреть влияние на информационные параметры следующих факторов:
5.1 Несимметричной нагрузки электроприёмников напряжением 380 В,
5.2 Других видов повреждений электрической сети напряжением 10/0,38 кВ, в частности, различных видов коротких замыканий как сети 10 кВ, так и в сети 380 В.
5.3 Различных конфигураций ВЛ-10 кВ, количества и мощности подключенных ТП, величины их загрузки.
5.4 Влияние на работу устройств защиты соотношение величин уставок защит и изменения нагрузки ВЛ-10 кВ и пр.
6. Проведена оценка технико-экономической эффективности системы защиты ВЛ-10 кВ при обрыве фазных проводов, оценена жизнеспособность проекта, исходя из статистики по ЦЭС ОАО «МРСК Урала».
7. Рассчитанный срок окупаемости капитальных вложений позволил нам сделать вывод, что внедрение системы защиты ВЛ-10 кВ является полностью оправданным и целесообразным проектом.
Выполненные исследования позволяют сформулировать следующие основные результаты и выводы работы:
1 С целью проведения исследований с учётом работ Хлоповой А.В. разработана компьютерная модель электрической сети напряжением 10/0,38 кВ с автоматическим выводом результатов исследований в табличной форме.
2 Проведён анализ двух вариантов информационных параметров - отношения тока обратной последовательности к току прямой последовательности I2/I1 и тока обратной последовательности I2. Исследования проведены при симметричной нагрузке электроприёмников напряжением 380 В, рассмотрены только два режима - нормальный режим работы ВЛ-10 кВ и обрыв фазного провода этой ВЛ.
3 Получены характеристики информационных параметров I2/I1 и I2 и дана оценка их изменений для случаев защиты радиальной ВЛ с сосредоточенной нагрузкой в её конце, магистральной линии с распределённой нагрузкой и отпаечной линии.
4 Проведено сопоставление работы двух защит, использующих информационные параметры I2/I1 и I2. Показано, что защита, использующая в качестве информационного параметра отношение токов I2/I1, является более эффективной, чем защита, построенная на использовании в качестве информационного параметра ток обратной последовательности I2.
5 Для получения объективной оценки работоспособности двух рассматриваемых защит нужно проведение дальнейших исследований, при которых необходимо рассмотреть влияние на информационные параметры следующих факторов:
5.1 Несимметричной нагрузки электроприёмников напряжением 380 В,
5.2 Других видов повреждений электрической сети напряжением 10/0,38 кВ, в частности, различных видов коротких замыканий как сети 10 кВ, так и в сети 380 В.
5.3 Различных конфигураций ВЛ-10 кВ, количества и мощности подключенных ТП, величины их загрузки.
5.4 Влияние на работу устройств защиты соотношение величин уставок защит и изменения нагрузки ВЛ-10 кВ и пр.
6. Проведена оценка технико-экономической эффективности системы защиты ВЛ-10 кВ при обрыве фазных проводов, оценена жизнеспособность проекта, исходя из статистики по ЦЭС ОАО «МРСК Урала».
7. Рассчитанный срок окупаемости капитальных вложений позволил нам сделать вывод, что внедрение системы защиты ВЛ-10 кВ является полностью оправданным и целесообразным проектом.
