Помощь студентам в учебе
Определение места повреждения при обрыве фазного провода и двухфазных замыканиях на землю
|
ВВЕДЕНИЕ 8
ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ ВЫЯВЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ В
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ СРЕДНЕГО НАПРЯЖЕНИЯ 13
1.1. ОСОБЕННОСТИ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ С МАЛЫМИ ТОКАМИ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ 13
1.1.1 Обрыв фазного провода 13
1.1.2 Однофазные замыкания на землю 13
1.1.3. Двухфазное короткое замыкание 20
1.1.4. Двухфазное короткое замыкание на землю 22
1.1.5. Двойное замыкание на землю 22
1.2. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТ ПОВРЕЖДЕНИЙ В
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ СРЕДНЕГО НАПРЯЖЕНИЯ 25
Выводы 31
ГЛАВА 2.РАЗРАБОТКА И ТЕСТИРОВАНИЕ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ 34
2.1. Исходные данные 34
2.2. Баланс активной и реактивной мощности в эл. сети 35
2.3. Выбор типа мощности и место установки компенсирующих устройств 36
2.4. Выбор силовых трансформаторов понизительных подстанций 39
2.5. Выбор сечения проводников воздушных линий электропередачи 41
2.6. Расчет режимов сети. Максимальный режим 45
2.6.1. Определение расчетной нагрузки ПС и расчет потерь в трансформаторах 45
2.6.2. Расчет перетоков мощностей с учетом потерь в линии 48
2.6.3. Определение значения напряжения в узловых точках (в точках на
стороне ВН) в максимальном режиме 50
2.6.4. Регулирование напряжения в электрической сети в максимальном режиме 51
2.7. Послеаварийный режим 58
2.7.1. Определение расчетной нагрузки ПС и расчет потерь в
трансформаторах 58
2.7.2. Расчет перетоков мощностей с учетом потерь в линии 59
2.7.3. Определение значения напряжения в узловых точках (в точках на
стороне ВН) в послеаварийном режиме 61
2.7.4. Регулирование напряжения в электрической сети в послеаварийном режиме 62
ГЛАВА 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТА ОБРЫВА ФАЗ И ДВУХФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ НА ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ СРЕДНЕГО НАПРЯЖЕНИЯ 68
3.1. Обрыв фазы 68
3.2. Двухфазное замыкание на землю 72
Выводы 75
Заключение 76
Библиографический список 78
ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ ВЫЯВЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ В
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ СРЕДНЕГО НАПРЯЖЕНИЯ 13
1.1. ОСОБЕННОСТИ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ С МАЛЫМИ ТОКАМИ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ 13
1.1.1 Обрыв фазного провода 13
1.1.2 Однофазные замыкания на землю 13
1.1.3. Двухфазное короткое замыкание 20
1.1.4. Двухфазное короткое замыкание на землю 22
1.1.5. Двойное замыкание на землю 22
1.2. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТ ПОВРЕЖДЕНИЙ В
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ СРЕДНЕГО НАПРЯЖЕНИЯ 25
Выводы 31
ГЛАВА 2.РАЗРАБОТКА И ТЕСТИРОВАНИЕ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ 34
2.1. Исходные данные 34
2.2. Баланс активной и реактивной мощности в эл. сети 35
2.3. Выбор типа мощности и место установки компенсирующих устройств 36
2.4. Выбор силовых трансформаторов понизительных подстанций 39
2.5. Выбор сечения проводников воздушных линий электропередачи 41
2.6. Расчет режимов сети. Максимальный режим 45
2.6.1. Определение расчетной нагрузки ПС и расчет потерь в трансформаторах 45
2.6.2. Расчет перетоков мощностей с учетом потерь в линии 48
2.6.3. Определение значения напряжения в узловых точках (в точках на
стороне ВН) в максимальном режиме 50
2.6.4. Регулирование напряжения в электрической сети в максимальном режиме 51
2.7. Послеаварийный режим 58
2.7.1. Определение расчетной нагрузки ПС и расчет потерь в
трансформаторах 58
2.7.2. Расчет перетоков мощностей с учетом потерь в линии 59
2.7.3. Определение значения напряжения в узловых точках (в точках на
стороне ВН) в послеаварийном режиме 61
2.7.4. Регулирование напряжения в электрической сети в послеаварийном режиме 62
ГЛАВА 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТА ОБРЫВА ФАЗ И ДВУХФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ НА ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ СРЕДНЕГО НАПРЯЖЕНИЯ 68
3.1. Обрыв фазы 68
3.2. Двухфазное замыкание на землю 72
Выводы 75
Заключение 76
Библиографический список 78
Устойчивое функционирование единого сетевого электроэнергетического комплекса России невозможно без надежной и качественной работы распределительных электрических сетей (РЭС), которые являются завершающим звеном в системе обеспечения потребителей электроэнергией и находятся в непосредственном взаимодействии с конкретным потребителем. В современны х условиях непрерывно возрастают требования к надежности и бесперебойности электроснабжения предприятий, учреждений, жилищных массивов и других объектов народного хозяйства. Поэтому предотвращение или быстрейшая ликвидация повреждений электрических сетей является главной задачей электросетевых предприятий по повышению работоспособности электрических сетей. На балансе предприятий электросетей находятся более 500 тысяч подстанций 6-35/0,4 кВ и более 1,1 млн. км воздушных линий электропередачи (ЛЭП) напряжением 6-10 кВ [17].
Воздушные линии являются наименее надежными элементами энергосистемы. К тому же задача определения места повреждения (ОМП) является наиболее сложной, а часто и наиболее длительной технологической операцией по восстановлению поврежденных участков или элементов электросети. Даже верховые осмотры не всегда позволяют найти следы перекрытий изоляторов на воздушных ЛЭП. Иногда, особенно при неустойчивых повреждениях, вообще не остается на трассе следов перекрытия и протекания токов замыкания.
Актуальность работы. Обрыв провода одной из фаз воздушной ЛЭП в районных электрических сетях составляет около 10% от всех видов повреждений. Степень опасности названного аварийного режима характеризуется переходом аварийного режима в однофазное замыкание на землю при касании оборванного провода земли. При этом, в зависимости
от места разрыва провода по отношению к опоре ЛЭП, возможны три режима замыкания:
— замыкание на землю со стороны источника;
— замыкание на землю со стороны электроприемника;
— замыкание на землю в двух точках, со стороны источника и со стороны электроприемника.
При обрыве линейного провода приемники данной фазы остаются без энергии, а приемники двух других фаз продолжают получать питание от неповрежденных проводов трехфазной системы. Таким образом, определить место разрыва провода достаточно проблематично
Наиболее распространенными повреждениями в распределительных электрических сетях среднего напряжения являются однофазные замыкания на землю, которые составляют 60-80% от общего числа всех повреждений.
Продолжительная работа сети в режиме ОЗЗ может привести к появлению замыкания на землю в другой точке сети, на участке с более ослабленной изоляцией. Возможны1 возникновения режимов двухфазного короткого замыкания на землю или двойного замыкания на землю, сопровождающиеся увеличением токов в поврежденных фазах. Для сети с изолированной нейтралью данные режимы являются аварийными, при которых требуются отключения поврежденных линий электропередачи с использованием систем релейной защиты.
Для систем релейной защиты наименее чувствительным из перечисленных видов повреждений является режим двойного замыкания на землю. Данный режим сопровождается повышением токов в поврежденных фазах, однако значение тока ДвЗЗ обычно недостаточно для срабатывания быстродействующих токовых защит от междуфазных повреждений, максимальная токовая защита имеет повышенное время срабатывания на отключение, а защиты нулевой последовательности, как правило, действуют на сигнал, оповещая дежурный персонал подстанции о возникновении ненормального режима.
В РЭС среднего напряжения процедура определения места повреждения является сложной задачей, которая затруднена наличием ответвлений на линиях и низкой чувствительностью регистрирующих элементов релейной защиты к замыканиям на землю. В таких сетях в основном используются технологии ОМП по параметрам аварийных режимов: токов и напряжений, по результатам которых производится определение расстояния до места повреждения.
Задачам проектирования средств контроля сопротивлений, обнаружения мест замыканий на землю посвящены работы Я.Л. Арцишевского, Г.И. Атабекова, В.Г. Гарке, А.Л. Куликова, А.Г. Латипова, Ф.А. Лихачева, Ю.Я. Лямеца, Р.Г. Минуллина, М.Ш. Мисриханова, В.Л. Фабриканта, А.И. Федотова, Э.М. Шнеерсона, В.А. Шуина, Э.Ф. Хакимзянова и др. однако анализ литературы по соответствующей тематике не позволяет получить однозначное техническое решение задачи определения мест двухфазного замыкания на землю в РЭС среднего напряжения.
Целью исследования является определение места повреждения при обрыве фазного провода и двухфазных замыканиях на землю.
Задача научного исследования - разработка методик и алгоритмов определения мест повреждений при обрыве фазного провода и двухфазных замыканиях на землю на базе измерителей токов и напряжений.
Объектами исследования являются воздушные ЛЭП РЭС среднего напряжения с односторонним питанием.
Предметом исследования являются методы определения мест повреждений воздушных ЛЭП РЭС среднего напряжения при обрыве фазного провода и двухфазных замыканиях на землю.
Теоретическая и методологическая основа исследования базируются на использовании теоретических основ электротехники, теории установившихся и переходных процессов в электрических сетях, методов моделирования распределительной сети электроэнергетической системы в программном комплексе Matlab Simulink.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
- разработана методика определения места обрыва фаз по уровню тока и напряжения на подстанциях, позволяющая определить примерное место повреждения путем использования измерителей токов и напряжений;
- разработана методика определения места двухфазного замыкания на землю по уровню напряжения на подстанциях, позволяющая определить примерное место повреждения путем использования измерителей токов и напряжений;
- произведена оценка влияния симметричной и несимметричной нагрузки на результаты измерений;
- выявлен критерий определения мест обрыва фазного провода и двухфазного замыкания на землю в РЭС 6-10 кВ с ответвлениями и на его основе предложен алгоритм, позволяющий определять поврежденный участок электрической сети на основании измерений уровня напряжений на стороне 0,4 кВ.
Практическая значимость работы заключается в том, что разработанные методики и алгоритмы определения мест повреждений при обрыве фазного провода и двухфазном замыкании на землю позволят снизить затраты путем использования измерителей токов и напряжений для ОМП.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка, двух приложений. Общий объем работы составляет 95 страниц.
Воздушные линии являются наименее надежными элементами энергосистемы. К тому же задача определения места повреждения (ОМП) является наиболее сложной, а часто и наиболее длительной технологической операцией по восстановлению поврежденных участков или элементов электросети. Даже верховые осмотры не всегда позволяют найти следы перекрытий изоляторов на воздушных ЛЭП. Иногда, особенно при неустойчивых повреждениях, вообще не остается на трассе следов перекрытия и протекания токов замыкания.
Актуальность работы. Обрыв провода одной из фаз воздушной ЛЭП в районных электрических сетях составляет около 10% от всех видов повреждений. Степень опасности названного аварийного режима характеризуется переходом аварийного режима в однофазное замыкание на землю при касании оборванного провода земли. При этом, в зависимости
от места разрыва провода по отношению к опоре ЛЭП, возможны три режима замыкания:
— замыкание на землю со стороны источника;
— замыкание на землю со стороны электроприемника;
— замыкание на землю в двух точках, со стороны источника и со стороны электроприемника.
При обрыве линейного провода приемники данной фазы остаются без энергии, а приемники двух других фаз продолжают получать питание от неповрежденных проводов трехфазной системы. Таким образом, определить место разрыва провода достаточно проблематично
Наиболее распространенными повреждениями в распределительных электрических сетях среднего напряжения являются однофазные замыкания на землю, которые составляют 60-80% от общего числа всех повреждений.
Продолжительная работа сети в режиме ОЗЗ может привести к появлению замыкания на землю в другой точке сети, на участке с более ослабленной изоляцией. Возможны1 возникновения режимов двухфазного короткого замыкания на землю или двойного замыкания на землю, сопровождающиеся увеличением токов в поврежденных фазах. Для сети с изолированной нейтралью данные режимы являются аварийными, при которых требуются отключения поврежденных линий электропередачи с использованием систем релейной защиты.
Для систем релейной защиты наименее чувствительным из перечисленных видов повреждений является режим двойного замыкания на землю. Данный режим сопровождается повышением токов в поврежденных фазах, однако значение тока ДвЗЗ обычно недостаточно для срабатывания быстродействующих токовых защит от междуфазных повреждений, максимальная токовая защита имеет повышенное время срабатывания на отключение, а защиты нулевой последовательности, как правило, действуют на сигнал, оповещая дежурный персонал подстанции о возникновении ненормального режима.
В РЭС среднего напряжения процедура определения места повреждения является сложной задачей, которая затруднена наличием ответвлений на линиях и низкой чувствительностью регистрирующих элементов релейной защиты к замыканиям на землю. В таких сетях в основном используются технологии ОМП по параметрам аварийных режимов: токов и напряжений, по результатам которых производится определение расстояния до места повреждения.
Задачам проектирования средств контроля сопротивлений, обнаружения мест замыканий на землю посвящены работы Я.Л. Арцишевского, Г.И. Атабекова, В.Г. Гарке, А.Л. Куликова, А.Г. Латипова, Ф.А. Лихачева, Ю.Я. Лямеца, Р.Г. Минуллина, М.Ш. Мисриханова, В.Л. Фабриканта, А.И. Федотова, Э.М. Шнеерсона, В.А. Шуина, Э.Ф. Хакимзянова и др. однако анализ литературы по соответствующей тематике не позволяет получить однозначное техническое решение задачи определения мест двухфазного замыкания на землю в РЭС среднего напряжения.
Целью исследования является определение места повреждения при обрыве фазного провода и двухфазных замыканиях на землю.
Задача научного исследования - разработка методик и алгоритмов определения мест повреждений при обрыве фазного провода и двухфазных замыканиях на землю на базе измерителей токов и напряжений.
Объектами исследования являются воздушные ЛЭП РЭС среднего напряжения с односторонним питанием.
Предметом исследования являются методы определения мест повреждений воздушных ЛЭП РЭС среднего напряжения при обрыве фазного провода и двухфазных замыканиях на землю.
Теоретическая и методологическая основа исследования базируются на использовании теоретических основ электротехники, теории установившихся и переходных процессов в электрических сетях, методов моделирования распределительной сети электроэнергетической системы в программном комплексе Matlab Simulink.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
- разработана методика определения места обрыва фаз по уровню тока и напряжения на подстанциях, позволяющая определить примерное место повреждения путем использования измерителей токов и напряжений;
- разработана методика определения места двухфазного замыкания на землю по уровню напряжения на подстанциях, позволяющая определить примерное место повреждения путем использования измерителей токов и напряжений;
- произведена оценка влияния симметричной и несимметричной нагрузки на результаты измерений;
- выявлен критерий определения мест обрыва фазного провода и двухфазного замыкания на землю в РЭС 6-10 кВ с ответвлениями и на его основе предложен алгоритм, позволяющий определять поврежденный участок электрической сети на основании измерений уровня напряжений на стороне 0,4 кВ.
Практическая значимость работы заключается в том, что разработанные методики и алгоритмы определения мест повреждений при обрыве фазного провода и двухфазном замыкании на землю позволят снизить затраты путем использования измерителей токов и напряжений для ОМП.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка, двух приложений. Общий объем работы составляет 95 страниц.
Обрыв провода одной из фаз воздушной ЛЭП в районных электрических сетях составляет около 10% от всех видов повреждений. Степень опасности названного аварийного режима характеризуется переходом аварийного режима в однофазное замыкание на землю при касании оборванного провода земли.
Как известно, наиболее распространенными повреждениями в распределительных сетях с малыми токами замыкания на землю являются однофазные замыкания на землю (ОЗЗ), которые составляют около 60-80% от общего числа всех повреждений.
Продолжительная работа сети в режиме ОЗЗ может привести к появлению замыкания на землю в другой точке сети. Второе замыкание на землю обычно возникает на участке сети с наиболее ослабленной изоляцией и сопровождается увеличением тока и падением напряжения в поврежденных фазах
Для определения факта обрыва фаз, возникновения двухфазного замыкания на землю и мест повреждений проведен анализ уровней токов и напряжений обратной последовательности. Так было выявлено, что анализ уровней токов и напряжений обратной последовательности позволяет определить поврежденную фазу при обрывах и замыканиях на землю двух фаз. Изменению не подвержены только те участки, которые не связаны с поврежденной фазой, что способствует определению поврежденной фазы и поврежденного участка при обрыве провода и двухфазных замыканиях на землю.
Уровень токов и напряжений позволяет определить примерное место повреждения при обрыве фазного провода и двухфазных замыканиях на землю. Режим несимметрии не оказывает значительного влияния на возможность оценки поврежденного участка.
Разработана методика определения места обрыва фаз и на ее основе предложен алгоритм, позволяющий определять место повреждений путем использования средств измерения токов и напряжений.
Разработана методика определения места двухфазных замыканий на землю и на ее основе предложен алгоритм, позволяющий определять место повреждений путем использования средств измерения токов и напряжений.
Предлагаемые методики и алгоритмы позволяют сократить время ОМП в распределительных сетях при обрывах фаз и двухфазных замыканиях на землю практически без серьезных финансовых вложений, поскольку в некоторых случаях практическая реализация данных алгоритмов возможна путем дополнительного программирования уже имеющихся в эксплуатации микропроцессорных терминалов релейной защиты.
В работе было выявлено, что контроль напряжения обратной последовательности на стороне 0,4 кВ потребителей позволяет определять режимы обрыва фазы и двухфазного замыкания на землю на линиях с ответвлениями.
Для реализации алгоритма определения поврежденного участка необходима установка интеллектуальной системы, которая интегрируется в существующую систему автоматизированного технического учета электроэнергии.
Как известно, наиболее распространенными повреждениями в распределительных сетях с малыми токами замыкания на землю являются однофазные замыкания на землю (ОЗЗ), которые составляют около 60-80% от общего числа всех повреждений.
Продолжительная работа сети в режиме ОЗЗ может привести к появлению замыкания на землю в другой точке сети. Второе замыкание на землю обычно возникает на участке сети с наиболее ослабленной изоляцией и сопровождается увеличением тока и падением напряжения в поврежденных фазах
Для определения факта обрыва фаз, возникновения двухфазного замыкания на землю и мест повреждений проведен анализ уровней токов и напряжений обратной последовательности. Так было выявлено, что анализ уровней токов и напряжений обратной последовательности позволяет определить поврежденную фазу при обрывах и замыканиях на землю двух фаз. Изменению не подвержены только те участки, которые не связаны с поврежденной фазой, что способствует определению поврежденной фазы и поврежденного участка при обрыве провода и двухфазных замыканиях на землю.
Уровень токов и напряжений позволяет определить примерное место повреждения при обрыве фазного провода и двухфазных замыканиях на землю. Режим несимметрии не оказывает значительного влияния на возможность оценки поврежденного участка.
Разработана методика определения места обрыва фаз и на ее основе предложен алгоритм, позволяющий определять место повреждений путем использования средств измерения токов и напряжений.
Разработана методика определения места двухфазных замыканий на землю и на ее основе предложен алгоритм, позволяющий определять место повреждений путем использования средств измерения токов и напряжений.
Предлагаемые методики и алгоритмы позволяют сократить время ОМП в распределительных сетях при обрывах фаз и двухфазных замыканиях на землю практически без серьезных финансовых вложений, поскольку в некоторых случаях практическая реализация данных алгоритмов возможна путем дополнительного программирования уже имеющихся в эксплуатации микропроцессорных терминалов релейной защиты.
В работе было выявлено, что контроль напряжения обратной последовательности на стороне 0,4 кВ потребителей позволяет определять режимы обрыва фазы и двухфазного замыкания на землю на линиях с ответвлениями.
Для реализации алгоритма определения поврежденного участка необходима установка интеллектуальной системы, которая интегрируется в существующую систему автоматизированного технического учета электроэнергии.