Помощь студентам в учебе
РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА КОНТРОЛЯ ЦЕЛОСТНОСТИ ПРОВОДОВ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1000 В, ОБРАЗОВАННОЙ ВОЗДУШНЫМИ ЛИНИЯМИ
|
Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 8
1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ОБОСНОВАНИЕ ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Краткая характеристика электрических сетей 0,38 кВ, содержащих
воздушные линии электропередач 10
1.2 Анализ статистики повреждений воздушных линий 0,38 кВ 13
1.3 Основные опасности, возникающие при обрывах фазных проводов
воздушных линий 0,38 кВ 16
1.4 Методы обнаружения обрывов проводов в воздушных линиях
напряжением 0,38 кВ 20
1.4.1 Защиты, построенные на использовании напряжений и токов
прямой, обратной и нулевой последовательности 20
1.4.2 Защиты, построенные на использовании реле напряжения 23
1.4.3 Защита, построенная на использовании частотноимпульсных сигналов 24
1.4.4 Защиты, построенные на сравнении токов 26
1.5 Пути развития современных распределительных сетей 28
2 АЛГОРИТМ РАБОТЫ И ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ ПРИБОРА КОНТРОЛЯ ЦЕЛОСТНОСТИ ПРОВОДОВ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ
2.1 Принцип выявления обрывов фазных проводников в воздушных
линиях напряжением 0,38 кВ 33
2.2 Достоинства и недостатки системы контроля состояния сети
на основе применения микропроцессорного счетчика 38
2.3 Функциональная схема прибора контроля целостности проводов
распределительной сети 40
2.4 Программный код 42
3 АППАРАТНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ УСТРОЙСТВА КОНТРОЛЯ ЦЕЛОСТНОСТИ ПРОВОДОВ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1000 В
3.1 Схема построения устройства 49
3.2 Блок каналов напряжения 49
3.3 Аналоговый тракт 52
3.4 Блок микроконтроллера 53
3.5 Разработка печатной платы 55
3.6 Выбор элементной базы и сборка анализатора 58
3.7 Лабораторные исследования работоспособности устройства 65
3.8 Концепция применения устройства контроля целостности
проводов в распределительных сетях 67
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 70
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 71
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ВВЕДЕНИЕ 8
1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ОБОСНОВАНИЕ ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Краткая характеристика электрических сетей 0,38 кВ, содержащих
воздушные линии электропередач 10
1.2 Анализ статистики повреждений воздушных линий 0,38 кВ 13
1.3 Основные опасности, возникающие при обрывах фазных проводов
воздушных линий 0,38 кВ 16
1.4 Методы обнаружения обрывов проводов в воздушных линиях
напряжением 0,38 кВ 20
1.4.1 Защиты, построенные на использовании напряжений и токов
прямой, обратной и нулевой последовательности 20
1.4.2 Защиты, построенные на использовании реле напряжения 23
1.4.3 Защита, построенная на использовании частотноимпульсных сигналов 24
1.4.4 Защиты, построенные на сравнении токов 26
1.5 Пути развития современных распределительных сетей 28
2 АЛГОРИТМ РАБОТЫ И ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ ПРИБОРА КОНТРОЛЯ ЦЕЛОСТНОСТИ ПРОВОДОВ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ
2.1 Принцип выявления обрывов фазных проводников в воздушных
линиях напряжением 0,38 кВ 33
2.2 Достоинства и недостатки системы контроля состояния сети
на основе применения микропроцессорного счетчика 38
2.3 Функциональная схема прибора контроля целостности проводов
распределительной сети 40
2.4 Программный код 42
3 АППАРАТНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ УСТРОЙСТВА КОНТРОЛЯ ЦЕЛОСТНОСТИ ПРОВОДОВ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1000 В
3.1 Схема построения устройства 49
3.2 Блок каналов напряжения 49
3.3 Аналоговый тракт 52
3.4 Блок микроконтроллера 53
3.5 Разработка печатной платы 55
3.6 Выбор элементной базы и сборка анализатора 58
3.7 Лабораторные исследования работоспособности устройства 65
3.8 Концепция применения устройства контроля целостности
проводов в распределительных сетях 67
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 70
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 71
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Актуальность работы. Основным способом электроснабжения поселков с малоэтажной застройкой и потребителей в сельской местности является использование воздушных линий электропередач напряжением 0,38 кВ. Чаще всего такие линии выполнены неизолированными проводами.
Согласно отчету за 2017 год, общая протяженность ВЛ-0,38 кВ, находящихся на балансе ОАО «МРСК Урала», составляла 43888 км, из которых порядка 40% выполнены самонесущим изолированным проводом.
ВЛ-0,38 кВ являются наименее надежным элементом рассматриваемых систем электроснабжения. Согласно статистики аварийности, приводимой в отчетах ПАО «Россети» и других сетевых организаций, на каждые 100 км линий электропередач напряжением 0,38 кВ приходится порядка 40-50 повреждений в год, 62% из которых представляют опасность для людей и животных.
Чаще остальных в сетях 0,38 кВ случается такой тип аварий воздушных линий, как обрыв проводов. В качестве причин подобных повреждений выступают падение опор либо деревьев (в случае нахождения линии вблизи зеленых насаждений), боковой ветер, нарушение целостности изоляции провода в месте крепления к изолятору, нарушение техники безопасности при работе строительных машин и механизмов вблизи ВЛ.
Несмотря на частое возникновение аварий подобного типа, у сетевых компаний отсутствуют инструменты своевременного обнаружения поврежденных участков воздушных линий. В настоящее время сигналом о нарушении режима работы сети для диспетчера является звонок очевидца аварии либо потребителя, лишившегося электроснабжения.
Указанные обстоятельства негативно сказываются на качестве и надежности электроснабжения потребителей, увеличивается объем недоотпуска электроэнергии, что влечет за собой дополнительные расходы для сетевых компаний.
Кроме того, в связи с тем, что имеющиеся в настоящее время токовые защиты не реагируют на обрывы нулевого и фазных проводов, ВЛ-0,38 кВ с подобными повреждениями остаются под напряжением в течение длительного времени.
Нахождение оборванного провода ВЛ под напряжением может привести к поражению электрическим током людей, случайно находившихся у места обрыва, и тяжелым последствиям для организма. Кроме того, наносится экономический ущерб как сетевой организации, в связи с ремонтом повреждений, так и потребителям - из-за отключения электроэнергии и нарушений хозяйственной деятельности.
С целью мониторинга и выявления обрывов проводов на участках ВЛ-0,38 кВ были разработаны различные системы и методы, однако далеко не все они получили применение на практике.
Помимо снижения показателей аварийности, важным доводом в пользу разработки нового микропроцессорного устройства является курс на цифровизацию энергетики в целом и распределительных сетей в частности.
Внедрение в промышленную эксплуатацию современных электронных устройств, способных не просто выполнять функции локального контроля параметров электроустановок, но и производить с полученными данными различные манипуляции, имеющих возможность передавать полученную информацию в единый центр обработки и хранения данных, а также обладающих потенциалом для объединения в крупные функциональные группы, положительно скажется на эффективности эксплуатации электроустановок и качестве электроснабжения потребителей.
Цель работы - разработка прибора контроля обрыва фазных проводов в воздушных линиях электропередачи напряжением 0,38 кВ на основе алгоритма сравнения изменения напряжений в различных режимах.
Для реализации поставленных целей были сформулированы следующие исследовательские задачи:
1 Рассмотреть существующие методы мониторинга целостности проводов воздушных линий электропередач и выявления в них поврежденных участков.
2 Выбрать наиболее подходящий метод для построения на его основе экспериментального устройства контроля целостности проводов распределительной сети, образованной воздушными линиями.
3 Разработать конструкцию указанного устройства, сочетающую в себе доступность элементной базы, простоту программирования, универсальность применения, легкость в обслуживании и производстве.
Объект исследования - распределительные сети напряжением до 1000 В, образованные воздушными линиями, при возникновении в них обрывов проводов.
Предмет исследования - разработка прибора контроля обрыва проводов ВЛ0,38 кВ, способного уменьшить время определения аварии и отключение поврежденного участка.
Научная новизна основных положений и результатов:
1 Разработана конструкция микропроцессорного устройства контроля целостности проводов воздушных линий электропередач, основанная на применении контроллера и вспомогательных электронных компонентов, позволяющая осуществлять измерение параметров распределительной сети, их обработку и анализ, а также, своевременную отправку аварийного сигнала на диспетчерский пункт.
2 Составлен уникальный программный код для микроконтроллера, обеспечивающий измерение контролируемых параметров сети, их анализ и выполнение необходимых инструкций.
Практическая значимость работы:
1 Использование распределительными компаниями системы, предложенной в данной работе, может значительно уменьшить время обнаружения поврежденного участка сети и способствовать сокращению затрат на эксплуатацию, а также повысить уровень электробезопасности.
2 Сокращение несчастных случаев, связанных с попаданием людей под действие электрического тока, возникающих в результате аварий на линиях электропередачи, ведет к сокращению затрат сетевой организации на выплаты компенсаций пострадавшим и т. п.
3 Разработанная модель имеет большой потенциал для дальнейшей модернизации, что позволит в итоге повысить эффективность рассматриваемого метода контроля целостности линий.
Согласно отчету за 2017 год, общая протяженность ВЛ-0,38 кВ, находящихся на балансе ОАО «МРСК Урала», составляла 43888 км, из которых порядка 40% выполнены самонесущим изолированным проводом.
ВЛ-0,38 кВ являются наименее надежным элементом рассматриваемых систем электроснабжения. Согласно статистики аварийности, приводимой в отчетах ПАО «Россети» и других сетевых организаций, на каждые 100 км линий электропередач напряжением 0,38 кВ приходится порядка 40-50 повреждений в год, 62% из которых представляют опасность для людей и животных.
Чаще остальных в сетях 0,38 кВ случается такой тип аварий воздушных линий, как обрыв проводов. В качестве причин подобных повреждений выступают падение опор либо деревьев (в случае нахождения линии вблизи зеленых насаждений), боковой ветер, нарушение целостности изоляции провода в месте крепления к изолятору, нарушение техники безопасности при работе строительных машин и механизмов вблизи ВЛ.
Несмотря на частое возникновение аварий подобного типа, у сетевых компаний отсутствуют инструменты своевременного обнаружения поврежденных участков воздушных линий. В настоящее время сигналом о нарушении режима работы сети для диспетчера является звонок очевидца аварии либо потребителя, лишившегося электроснабжения.
Указанные обстоятельства негативно сказываются на качестве и надежности электроснабжения потребителей, увеличивается объем недоотпуска электроэнергии, что влечет за собой дополнительные расходы для сетевых компаний.
Кроме того, в связи с тем, что имеющиеся в настоящее время токовые защиты не реагируют на обрывы нулевого и фазных проводов, ВЛ-0,38 кВ с подобными повреждениями остаются под напряжением в течение длительного времени.
Нахождение оборванного провода ВЛ под напряжением может привести к поражению электрическим током людей, случайно находившихся у места обрыва, и тяжелым последствиям для организма. Кроме того, наносится экономический ущерб как сетевой организации, в связи с ремонтом повреждений, так и потребителям - из-за отключения электроэнергии и нарушений хозяйственной деятельности.
С целью мониторинга и выявления обрывов проводов на участках ВЛ-0,38 кВ были разработаны различные системы и методы, однако далеко не все они получили применение на практике.
Помимо снижения показателей аварийности, важным доводом в пользу разработки нового микропроцессорного устройства является курс на цифровизацию энергетики в целом и распределительных сетей в частности.
Внедрение в промышленную эксплуатацию современных электронных устройств, способных не просто выполнять функции локального контроля параметров электроустановок, но и производить с полученными данными различные манипуляции, имеющих возможность передавать полученную информацию в единый центр обработки и хранения данных, а также обладающих потенциалом для объединения в крупные функциональные группы, положительно скажется на эффективности эксплуатации электроустановок и качестве электроснабжения потребителей.
Цель работы - разработка прибора контроля обрыва фазных проводов в воздушных линиях электропередачи напряжением 0,38 кВ на основе алгоритма сравнения изменения напряжений в различных режимах.
Для реализации поставленных целей были сформулированы следующие исследовательские задачи:
1 Рассмотреть существующие методы мониторинга целостности проводов воздушных линий электропередач и выявления в них поврежденных участков.
2 Выбрать наиболее подходящий метод для построения на его основе экспериментального устройства контроля целостности проводов распределительной сети, образованной воздушными линиями.
3 Разработать конструкцию указанного устройства, сочетающую в себе доступность элементной базы, простоту программирования, универсальность применения, легкость в обслуживании и производстве.
Объект исследования - распределительные сети напряжением до 1000 В, образованные воздушными линиями, при возникновении в них обрывов проводов.
Предмет исследования - разработка прибора контроля обрыва проводов ВЛ0,38 кВ, способного уменьшить время определения аварии и отключение поврежденного участка.
Научная новизна основных положений и результатов:
1 Разработана конструкция микропроцессорного устройства контроля целостности проводов воздушных линий электропередач, основанная на применении контроллера и вспомогательных электронных компонентов, позволяющая осуществлять измерение параметров распределительной сети, их обработку и анализ, а также, своевременную отправку аварийного сигнала на диспетчерский пункт.
2 Составлен уникальный программный код для микроконтроллера, обеспечивающий измерение контролируемых параметров сети, их анализ и выполнение необходимых инструкций.
Практическая значимость работы:
1 Использование распределительными компаниями системы, предложенной в данной работе, может значительно уменьшить время обнаружения поврежденного участка сети и способствовать сокращению затрат на эксплуатацию, а также повысить уровень электробезопасности.
2 Сокращение несчастных случаев, связанных с попаданием людей под действие электрического тока, возникающих в результате аварий на линиях электропередачи, ведет к сокращению затрат сетевой организации на выплаты компенсаций пострадавшим и т. п.
3 Разработанная модель имеет большой потенциал для дальнейшей модернизации, что позволит в итоге повысить эффективность рассматриваемого метода контроля целостности линий.
В работе представлена реализация нового устройства контроля целостности проводов распределительной сети напряжением до 1000 В, образованной воздушными линиями, выполненного на базе микроконтроллера.
В процессе выполнения исследований рассмотрены существующие методы мониторинга целостности проводов воздушных линий электропередач и выявления в них поврежденных участков.
Выбран наиболее подходящий метод для построения на его основе экспериментального устройства контроля целостности проводов распределительной сети, образованной воздушными линиями.
Разработана конструкция микропроцессорного устройства контроля целостности проводов воздушных линий электропередач, основанная на применении контроллера и вспомогательных электронных компонентов, позволяющая осуществлять измерение параметров распределительной сети, их обработку и анализ, а также, своевременную отправку аварийного сигнала на диспетчерский пункт.
Составлен уникальный программный код для микроконтроллера, обеспечивающий измерение контролируемых параметров сети, их анализ и выполнение необходимых инструкций.
Разработана концепция внедрения спроектированного устройства в действующие распределительные сети напряжением 0,38 кВ. Предложены варианты его взаимодействия, как с существующими приборами мониторинга и управления сетью, так и с теми, которые только планируется ввести в эксплуатацию.
В процессе выполнения исследований рассмотрены существующие методы мониторинга целостности проводов воздушных линий электропередач и выявления в них поврежденных участков.
Выбран наиболее подходящий метод для построения на его основе экспериментального устройства контроля целостности проводов распределительной сети, образованной воздушными линиями.
Разработана конструкция микропроцессорного устройства контроля целостности проводов воздушных линий электропередач, основанная на применении контроллера и вспомогательных электронных компонентов, позволяющая осуществлять измерение параметров распределительной сети, их обработку и анализ, а также, своевременную отправку аварийного сигнала на диспетчерский пункт.
Составлен уникальный программный код для микроконтроллера, обеспечивающий измерение контролируемых параметров сети, их анализ и выполнение необходимых инструкций.
Разработана концепция внедрения спроектированного устройства в действующие распределительные сети напряжением 0,38 кВ. Предложены варианты его взаимодействия, как с существующими приборами мониторинга и управления сетью, так и с теми, которые только планируется ввести в эксплуатацию.
