авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Технические средства диагностирования силовых кабельных линий 6-10 кв с определением места повреждения методом колебательного разряда

На правах рукописи

Юров Александр Александрович ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ СИЛОВЫХ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ 6-10 кВ С ОПРЕДЕЛЕНИЕМ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ МЕТОДОМ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО РАЗРЯДА 05.14.02 – «Электрические станции и электроэнергетические системы»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г. Новочеркасск - 2010

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно – Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)»

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Быкадоров Владимир Фёдорович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Максимов Борис Константинович кандидат технических наук, доцент Сенчуков Александр Александрович

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Северо-Кавказский государственный технический университет»

Защита состоится 19 ноября 2010 года в 1300 часов на заседании диссертационного совета Д212.304.01 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)» в 107 ауд. главного корпуса по адресу: 346428, г. Новочеркасск Ростовской области, ул. Просвещения, 132.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)», с авторефератом – на сайте www.npi-tu.ru.

Автореферат разослан «18 » октября 2010 года

Ученый секретарь диссертационного совета Колпахчьян П.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из основных задач электроэнергетики России является обеспечение требуемого уровня надежности электроснабжения потребителей. Важным показателем, характеризующим надежность электроэнергетического оборудования, является время его нахождения в ремонте.

Сокращение длительности ремонтного режима позволяет повысить надежность электроснабжения. Кабельные линии 6–10 кВ получили широкое применение в распределительных сетях энергосистем, в городах и на промышленных предприятиях. Повреждаемость кабельных линий в 2–3 раза выше, чем у других элементов сети электроснабжения, что вызывает необходимость периодического диагностирования и отыскания до 500 тыс. повреждений ежегодно в электрических сетях РФ. Анализ эксплуатационных свойств кабельных сетей показывает, что более 90% отказов в работе приходятся на кабельные линии, проложенные в земле.

Время поиска таких повреждений составляет от нескольких часов до 5 суток и является наиболее сложной и дорогой операцией, так как до 50% затрат на ликвидацию повреждения приходится на определение места повреждения на трассе кабельной линии. Поэтому испытания и определение места повреждения (ОМП) силовых кабелей с максимальной точностью и наименьшими затратами времени и средств является важной задачей эксплуатации кабельных электрических сетей.

Многообразие видов повреждений и параметров повреждённых кабельных линий привело к созданию и применению большого количества устройств и методов диагностики. Негативное влияние оказывает различие условий диагностирования, которое обусловлено конструктивными особенностями кабельных изделий и свойствами современных изоляционных материалов.

Отдельной задачей в указанных условиях становится проверка состояния изоляции силовых кабельных линий переносными испытательными установками, так как не всегда предоставляется возможность использования автолабораторий для испытания изоляции кабеля, особенно в условиях многоэтажных распределительных устройств электрических станций и подстанций. В результате испытания возможен пробой, поэтому отыскание места повреждения является актуальной задачей. Экономически оправданным подходом в решении указанной задачи может служить применение комбинированных переносных испытательных установок с регистратором расстояния до места повреждения. Компактность установки снижает проблему ограниченности пространства, а возможность исключения операции прожигания изоляции экономит время выполнения всего комплекса работ ОМП.

При выполнении диссертации использовались материалы ведущих учёных и специалистов: Платонова В.В., Быкадорова В.Ф., Шалыта Г.М., Спиридонова В. К.

и других.

Исследования по теме диссертации выполнялись в соответствии с комплексной научно-технической программой Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института) “Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов и повышение эффективности работы электроэнергетических систем”.

В работе обобщены результаты исследований и разработок, выполненных лично и при непосредственном участии автора, на кафедре «Электрические станции».

Целью работы является совершенствование технических средств диагностирования силовых кабельных линий с регистратором расстояния до места повреждения и повышение эффективности дистанционного определения места повреждения методом колебательного разряда.

Для достижения цели работы потребовалось решение следующих задач:

• выполнить анализ конструктивных особенностей переносных испытательных установок и их параметров для оптимизации размеров, массы и технических характеристик переносных средств;



• составить компьютерную модель переносной высоковольтной испытательной установки для изучения переходных процессов в схеме выпрямителя с умножением напряжения и влияния кабельной линии на нагрузочную способность выпрямителя;

• составить компьютерную модель силовой трёхфазной кабельной линии, учитывающую частотно-зависимые удельные параметры и взаимоиндукцию токоведущих частей кабеля для изучения переходных процессов при пробоях изоляции «жила – жила», «жила – оболочка». Определить влияние схемы испытания и элементов заземления на форму и период свободных колебаний волновых процессов в кабельной линии при высоковольтном диагностировании;

• составить компьютерную модель технологической системы «высоковольтная установка – силовая кабельная линия» для изучения переходных процессов в кабельной линии и установке до пробоя изоляции, в момент пробоя и после пробоя изоляции во время высоковольтного диагностирования;

• провести численный эксперимент и оценить влияние отдельных элементов совместной модели системы на переходные процессы в кабельной линии и испытательной установке при пробое ослабленной изоляции во время высоковольтных испытаний, для оптимального выбора параметров высоковольтного блока аппарата, защитного сопротивления установки и схемы проведения испытания;

• усовершенствование и экспериментальная проверка технических средств для высоковольтных испытаний силовых кабельных линий и определения зоны повреждения дистанционным способом.

Методы исследований.

Для решения поставленных задач использовались методы математического и физического моделирования, методы анализа, аналитические и численные методы расчета с применением ЭВМ.

Достоверность и обоснованность результатов работы.

Разработанные в диссертационной работе теоретические положения реализованы в новых технических решениях и апробированы экспериментально на кабельной линии 6 кВ, а также путем математического моделирования. Результаты экспериментов не противоречат результатам, полученным ранее другими авторами, и дополняют их.

Научная новизна работ соискателя:

1. Предложена методика расчёта внешних характеристик выпрямителя с умножением напряжения в любом диапазоне нагрузок, которая применима при любых сочетаниях параметров элементов схемы и формы питающего напряжения.

2. Разработана схема выпрямителя с умножением напряжения в составе переносных испытательных установок и определены параметры её элементов, обеспечивающие повышенную нагрузочную способность за счёт включения катушки индуктивности, настроенной в резонанс с конденсатором первого каскада.

3. Уточнены параметры компьютерной модели силовой трёхфазной кабельной линии, учитывающей частотно-зависимые удельные параметры и взаимоиндукцию токоведущих частей для изучения волновых процессов при повреждениях изоляции.

4. С целью уменьшения зоны повреждения кабельных линий методом колебательного разряда предложены оптимальные по критерию минимума искажения волнового процесса в повреждённой жиле кабеля схемы подключения и параметры элементов заземления здоровых жил.

5. Разработана компьютерная модель технологической системы «высоковольтная испытательная установка – силовая кабельная линия», моделирующая процессы системы в режимах диагностирования в реальном времени, позволяющая производить оптимизацию параметров испытательных установок и режимов диагностирования кабельных линий.

Практическая ценность результатов работы:

1. Сокращение времени определения зоны повреждения и уменьшение трудозатрат при высоковольтном испытании изоляции с использованием предложенной испытательной установки, на которую получен патент [6].

2. Возможность исключить процесс прожигания при диагностировании повреждений и сразу перейти к трассовым методам определения места повреждения.

3. Возможность работы переносной установки как от аккумуляторной батареи постоянного тока напряжением 12В, так и от источника напряжения 220В переменного тока промышленной частоты, что позволяет её использовать как самостоятельно, так и в составе автолабораторий.

4. Существенно сниженные масса и размеры установки позволяют использовать предложенную аппаратуру в многоэтажных распределительных устройствах и кабельном хозяйстве собственных нужд электрических станций, где проезд для автолабораторий затруднён или невозможен.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Схемы и параметры выпрямителей с умножением напряжения с повышенной нагрузочной способностью для переносных испытательных установок.

2. Совершенствование дистанционного определения места повреждения изоляции, методом колебательного разряда в различных схемах высоковольтных испытаний.

3. Расчетная модель технологической системы «высоковольтная испытательная установка – силовая кабельная линия» при произвольном расположения места пробоя изоляции и различных видах повреждений в кабеле.

4. Структурная и принципиальная схемы высоковольтной установки с регистратором расстояния до места повреждения кабельной линии.

Реализация результатов работы:

Переносные высоковольтные испытательные установки с регистратором расстояния до места повреждения внедрены в эксплуатацию в филиал ОАО «МРСК Юга» - «Ростовэнерго» ПО СВЭС, филиал ОАО «Донэнерго» - КМЭС.





Устройство защищено патентом РФ, отмечено дипломом победителя конкурса «инновационных проектов молодых учёных, аспирантов и студентов» министерства экономики, торговли, международных и внешнеэкономических связей Ростовской области 2009г., почётной грамотой лауреата конкурса научных работ студентов «Знания молодых ядерщиков – атомным станциям» Концерна Энергоатом (г.Обнинск 2009г.).

Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе при подготовке специалистов по специальности 14020465 «Электрические станции» и магистров по направлению 551700 «Электроэнергетика» (в лабораторных занятиях и дипломном проектировании).

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались: на научно-технических конференциях «Энергосбережение, энергетическое оборудование и системы технической диагностики» (г. Ростов-на Дону, 2007-2008 г.г.), семинарах РАН «Кибернетика электрических систем» по тематике «Электроснабжение промышленных предприятий» и «Диагностика энергооборудования» (г. Новочеркасск, 2007-2010 г.г.), на научных сессиях ЮРГТУ (НПИ) (г. Новочеркасск, 2007-2010 г.г.), на итоговой конференции научных работ студентов «Знания молодых ядерщиков – атомным станциям» ОАО «Концерн энергоатом» ( г. Обнинск 2009 г.).

Публикации. По результатам работы опубликовано: 5 статей в изданиях, рекомендуемых ВАК, 6 публикаций в межвузовских сборниках и периодических изданиях. Получен один патент на полезную модель РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 56 наименований. Работа изложена на 180 страницах, в том числе: 160 с. основного текста, 84 рисунка, 5 с.

списка использованных источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований, показана структура построения материала в диссертации. Отмечен вклад ученых и специалистов по тематике данной диссертации.

В первой главе рассмотрено современное состояние технических средств для высоковольтных испытаний и определение зоны повреждения силовых кабельных линий. Выполнен обзор и анализ методов высоковольтных испытаний силовых кабельных линий – испытание изоляции высоким напряжением постоянного тока по однополярной схеме, испытание изоляции высоким напряжением постоянного тока по двухполярной схеме, испытание изоляции на постоянно-переменном токе, испытание кабельных линий под нагрузкой, испытание методом пофазного замыкания. Основным является испытание высоким напряжением постоянного тока по однополярной схеме. Другие предложенные схемы испытаний создают собой ряд трудностей, связанных с возможностью выхода из строя работающего оборудования, значительной сложностью схем испытания, что может привести к возникновению ошибок во время испытания и существенно увеличить время производимых работ на кабельной линии.

Рассмотрены методы определения места повреждения в кабельных линиях, применимые для передвижных установок, характеристики высокочастотных методов определения мест повреждения. Основным методом дистанционного определения места повреждения в кабельной линии являются импульсные методы выявления зоны дефектной изоляции в сети. Снижение переходного сопротивления в месте повреждения изоляции кабельной линии путем прожигания дефектной изоляции является наиболее длительной и трудоёмкой операцией. В связи с этим задача разработки эффективных аппаратов и устройств, позволяющих исключить процесс прожигания при определении места повреждения в кабельных линиях, представляет большой практический и теоретический интерес. Наиболее перспективным к применению в переносных испытательных установках является волновой метод колебательного разряда, так как применение других относительных методов определения места повреждения зачастую невозможно либо малоэффективно.

Проведён обзор и анализ конструктивных и технических характеристик оборудования для высоковольтных испытаний силовых кабельных линий.

Выявлено, что недостатками применяемых установок являются: отсутствие встроенного регистратора расстояния до места повреждения изоляции кабельной линии, большие удельные затраты активных материалов (свыше 10г/В), что делает их громоздкими и значительно затрудняет передвижение установок. Рассмотрены принципиальные схемы испытательных установок с умножением напряжения.

Проведён обзор и анализ технических средств для отыскания мест повреждения силовых кабельных линий. Показано, что рефлектометры сильно разнятся между собой по техническим характеристикам и обладают низким уровнем зондирующего сигнала, что требует использования дополнительных высоковольтных приставок и операции прожигания, а это значительно растягивает проводимый комплекс работ. Показана необходимость разработки новых технических средств диагностирования кабельных линий.

Проведён анализ высоковольтных выпрямителей переносных испытательных установок, выполненных по схемам: параллельного удвоителя напряжения, последовательного удвоителя напряжения, утроителя и учетверителя напряжения, двухполупериодных выпрямителей с умножением напряжения. Произведена оценка области применений аналитических методов расчёта нагрузочных характеристик схем умножения напряжения.

Во второй главе исследованы нагрузочные способности высоковольтных выпрямителей с умножением напряжения в составе переносных испытательных установок.

Схемы высоковольтных выпрямителей реализованы на ЭВМ для анализа режимов работы. Представлена компьютерная модель (рис.1) переносного высоковольтного источника питания ИК-10Т с несимметричной схемой умножения напряжения в программном пакете OrCAD, где повышающий трансформатор представлен Г-образной схемой замещения. Приведён аналитический расчет параметров повышающего трансформатора в составе высоковольтной переносной установки. Параметры схемы замещения R, L, C определены экспериментально из опытов короткого замыкания и холостого хода. Полученные нагрузочные характеристики, сопоставлены с реальными нагрузочными характеристиками ИК 10Т (рис.2).

Погрешность моделирования не превысила 8,5%. Модель хорошо отображает реальные процессы в действующей установке и предоставляет возможность использовать данный инструмент для дальнейшего изучения характеристик схем высоковольтных выпрямителей с целью оптимизации.

Рис.1. Компьютерная модель высоковольтного источника с несимметричной схемой умножения напряжения: V – источник напряжения прямоугольной формы частотой 10 кГц и амплитудой 1700В, Rn – изменяющаяся нагрузка от 2.55МОм – 102 МОм, Rt, Ct, Lt – параметры трансформатора, Сv = 470 пФ – ёмкости в каскадах выпрямителя, Dv – диоды в каскадах выпрямителя.

Рис.2. Нагрузочные характеристики:

а) установка ИК-0Т;

б) расчетная модель ЭВМ Проведён анализ нагрузочных характеристик (рис.4) высоковольтных выпрямителей выполненных по двухполупериодной несимметричной (рис.1) и симметричной схемам умножения (рис.3) при разных формах питающего напряжения, с равномерным распределением ёмкости конденсаторов по каскадам (характеристики рис.4,а), с ёмкостью входного конденсатора, увеличенной вдвое (рис.4,б), с ёмкостью входного конденсатора, увеличенной на порядок (рис.4,в), использование на входе выпрямителя катушки индуктивности L (рис.4,г) (при равномерном распределении ёмкости конденсаторов по каскадам выпрямителя).

Рассмотрен режим с включением диода параллельно входному конденсатору в первом каскаде.

Рис.3.Компьютерная модель высоковольтного источника с симметричной схемой умножения напряжения Исследование этих схем требует совместного решения многих (по числу контуров) нелинейных дифференциальных уравнений и возможно формализованное решение на базе OrCAD. Оценивая влияние параметров элементов схемы и формы питающего напряжения на нагрузочную характеристику двухполупериодной несимметричной схемы выпрямителя установлено, что при увеличении ёмкости входного конденсатора наблюдается незначительный подъём характеристики при синусоидальной форме питающего напряжения. Нагрузочная характеристика выпрямителя заметнее увеличивается при включении катушки индуктивности настроенной в резонанс с входным конденсатором первого каскада.

Аналогичный и наиболее существенный эффект, повышение нагрузочной способности на 35%, даёт изменение формы питающего напряжения с синусоидальной на прямоугольную. При выборе схемы выпрямителя с умножением напряжения в составе переносной установки для высоковольтных испытаний изоляции электрооборудования следует отдавать предпочтение двухполупериодной симметричной схеме с индуктивностью на входе, настроенной в резонанс, с равномерным распределением ёмкости по каскадам и с прямоугольной формой питающего напряжения. В таком исполнении нагрузочная характеристика симметричной схемы идёт существенно выше нагрузочной характеристики несимметричной схемы (рис.4,г).

Рис.4. Нагрузочные характеристики симметричной (1) и несимметричной (2) схем выпрямителей с умножением напряжения при изменении параметров элементов схемы (а-г) Включение в первый каскад параллельно первому конденсатору диода, влечет за собой увеличение тока на выходе установки в режиме дожигания, что также нужно учитывать при проектировании переносных испытательных установок.

Выполнена сравнительная оценка применяемых аналитических методов расчёта нагрузочных характеристик высоковольтных выпрямителей с использованием полученных результатов на компьютерной модели. Сравнение показало, что сложные аналитические методы расчёта соответствуют только режимам умножения близким к холостому ходу, а компьютерное моделирование хорошо отражает процессы во всём диапазоне изменения нагрузочных характеристик.

Структурная схема технических решений для повышения нагрузочной способности выпрямительных схем умножения напряжения в составе переносных высоковольтных испытательных установок показана на рис.5, где Н – ординаты нагрузочной характеристики.

Симметричная Несимметричная нсннс схема схема умножения умножения 1 2 3 4 Равномерное Изменение Увеличение Катушка распределение формы ёмкости индуктивности на н3н н1н2 н2н3 ёмкости по входного входе схемы питающего каскадам умножения конденсатора напряжения выпрямителя Рис.5. Структурная схема технических решений для повышения нагрузочной способности В третьей главе выполнено моделирование силовой трёхфазной кабельной линии для анализа схем высоковольтного диагностирования мест повреждения и волновых процессов при пробоях «жила-жила», «жила-оболочка». Модель кабельной линии (рис.6) выполнена для конкретного отрезка длины силового кабеля марки СБ-25 и носит распределённый характер, учитывает взаимоиндукцию между жилами и оболочкой. Следует отметить, что все элементы кабеля линейные (включая и броню кабеля, которая работает в области соответствующей начальной магнитной проницаемости).

HB1 HB2_2 HB2_3 HB2_4 HB2_5 HB2_6 HB2_7 HB2_ HB2_ L P1P5 P1P P1 P1P5 P1P5 P1P5 P1P P1P P1P 1H P2P6 P2P P2P6 P2P6 P2P6 P2 P P2P6 P2P P3P7 P3P P3P7 P3P7 P3P7 P3 P P3P P3P P4P8 P4P P4P8 P4P8 P4P8 P4P P4P8 P4P istocnik HB2_9 HB2_10 HB2_11 HB2_12 HB2_13 HB2_14 HB2_15 HB2_ P1P5 P1P5 P1P P1P5 P1P5 P1P5 P1P5 P1P5 U P2P6 P2P6 P2P P2P6 P2P6 P2P6 P2P6 P2P P3P7 P3P7 P3P P3P7 P3P7 P3P7 P3P7 P3P P4P8 P4P8 P4P P4P8 P4P8 P4P8 P4P8 P4P8 20ms HB2_25 HB2_26 HB2_28 HB2_29 HB2_30 HB2_31 HB2_32 HB2_ HB2_ R P1P5 P1P P1P5 P1P5 P1P5 P1P5 P1P5 P1P5 P1P R P2P6 P2 P P2P6 P2P6 P2P6 P2P6 P2P6 P2P6 P2P6 R P3P7 P3P P3P7 P3P7 P3P7 P3P7 P3P7 P3P7 P3P7 R P4P8 P4P P4P8 P4P8 P4P8 P4P8 P4P8 P4P8 P4P 10000000000k а) схема замещения кабельной линии по блокам R13 500000k P R 31.5e-003 C TX R14 TX1 TX3 6.9e- P R21 R 31.5e-003 C5 C R15 TX TX P 500000k 500000k R24 R23 R 6.9e-11 6.9e- 31.5e-003 C1 C2 C R 1.75e-10 TX P 500000k 500000k 500000k 37.48e- 1.75e-10 1.75e- R17 500000k R C 31.5e- R18 TX TX9 6.9e- TX R5 R 31.5e-003 C11 C R25 TX TX 500000k 500000k R2 R R1 6.9e-11 6.9e- 31.5e-003 C7 C8 C R26 TX 500000k 500000k 500000k 37.48e- 1.75e-10 1.75e- 1.75e- R 500000k P R 31.5e-003 C R28 TX15 TX TX13 6.9e-11 P R11 R 31.5e-003 C17 C R29 TX TX P 500000k 500000k R8 R R 6.9e-11 6.9e- 31.5e- C14 C C13 R TX P 500000k 500000k 500000k 37.48e- 1.75e-10 1.75e-10 1.75e-10 б) схема замещения трёх метров длины силовой трёхфазной кабельной линии в одном блоке Рис. 6. Компьютерная модель силовой трёхфазной кабельной линии с кабелем марки СБ- У силовых кабелей выражена частотная зависимость параметров вследствие поверхностного эффекта и эффекта близости, учитываемые в модели параметрами R13, R14, R15;

R17, R18, R25;

R27, R28, R29;

ТХ1- ТХ18 (схема рис.6,б).

Компьютерная модель силовой трёхфазной кабельной линии с кабелем марки СБ-25, рабочим напряжением 6 кВ и общей длиной 99 метров представляет собой 33 последовательно включённых блока НВ2_1…НВ2_33 рис.6,а (ключ U имитирует пробой изоляции, в физической модели пробой имитирует разрядник), в каждом из которых заложена схема замещения трех метров длины силовой кабельной линии, дальнейшее уменьшение длины участка не приводит к изменению результатов рис. 6,б.

Результаты моделирования волновых процессов и их сравнение с экспериментальными осциллограммами, полученными на силовой кабельной линии длинной 99м, даны на рис.7.

На рис.7 приведены осциллограммы напряжения в начале кабельной линии при пробоях изоляции: а) «жила-оболочка» в середине кабельной линии (свободные жилы в начале кабеля и оболочка заземлены, на конце разземлены), б) «жила оболочка» в конце той же кабельной линии (свободные жилы и оболочка заземлены в начале кабельной линии, на конце разземлены), в) «жила – жила» в середине кабельной линии (свободные жилы и оболочка в начале кабеля заземлены, в конце линии разземлены). Установлено, что при использовании метода колебательного разряда необходимо учитывать схему включения кабеля, а для правильного ОМП при пробоях «жила – жила» необходимо учитывать режимы заземления жил и оболочки по концам кабеля, поскольку волновые процессы происходят во всех жилах (каналах) и влияют на результат измерения.

=tпр=(Тх/4) а) б) в) Рис.7. Расчётные (слева) и экспериментальные (справа, осциллограф С8-17) осциллограммы напряжений в начале кабельной линии при пробоях изоляции: а) «жила-оболочка» в середине кабельной линии, б) «жила оболочка» в конце кабельной линии, в) «жила-жила» в середине кабельной линии Время периода переходного процесса на рис.7,а,б, позволяет судить о расстоянии от начала кабельной линии до места пробоя. Период свободных колебаний в линии, замкнутой с одной стороны и разомкнутой с другой, равен четырёхкратному времени пробега электромагнитной волны: T = 4 t пр. Расстояние l можно определить, зная время первого периода Тх и скорость волны равной =160 165 м/мкс:

=tпр=(Тх/4) Подставив значения времени из моделируемой линии Тх=1.24 мкс (рис.4,а) и скорости =160 м/мкс в формулу, получим искомое расстояние до места повреждения равное 49.5 м, что соответствует экспериментальному. Это позволяет сделать вывод о том, что компьютерная модель хорошо отображает переходные процессы, происходящие в кабельной линии, и даёт возможность изучения возникающих в линии волновых процессов при заплывающих пробоях, а программный комплекс OrCad как инструмент моделирования можно применять для создания других известных типоразмеров кабельных линий с целью изучения переходных процессов и совершенствования методов ОМП при различных видах повреждений изоляции. Временные интервалы в сравниваемых осциллограммах совпадают с погрешностью не превышающей 2%, обусловленной изменением скорости волны и шага дискретизации. Расхождение в форме волнового процесса объясняется отсутствием в компьютерной модели соединительных проводов и наводимых полей на реальном отрезке длины кабельной линии.

Полученные осциллограммы на входе кабельной линии (рис.7) относительно нулевого потенциала U(х,t) упрощенно получены аналитически для оценки времени первого периода волны напряжения Тх с целью определения зоны повреждения:

U(х,t)=4U0/ cos((2s+1/2)((l-x)/l))cos((2s+1/2l )t ), где l – это полное расстояние пробега электромагнитной волны, учитывающее режимы заземления свободных жил (с высоковольтными резисторами в свободных жилах и без), х – координата места пробоя Lo, Co – параметры кабельной линии, s – количество слагаемых.

Выполнен анализ переходных процессов при пробоях изоляции в кабельных линиях различных марок, длины, сечения при высоковольтных испытаниях. Из полученных осциллограмм следует, что волновой процесс зависит в первую очередь от длины кабеля, а также от сечения жилы и материала проводника. Метод колебательного разряда применим для всех кабельных линий с достаточно большим диапазоном длин и сечений при условии, если активное сопротивление жилы не превышает волновое сопротивление кабеля. Проведено исследование метода колебательного разряда в части влияния схемы подключения, элементов заземления (резистора, индуктивности, диода, конденсатора) на период свободных колебаний в кабельной линии в режимах: обе свободные жилы заземлены в начале линии через одно согласующее сопротивление, оболочка заземлена, в конце жилы разземлены;

каждая свободная жила заземлена в начале линии через согласующее сопротивление, оболочка заземлена, в конце жилы разземлены;

обе свободные жилы заземлены в начале линии через один диод, оболочка заземлена, в конце жилы разземлены;

каждая свободная жила заземлена в начале линии через диод, оболочка заземлена, в конце жилы разземлены;

обе свободные жилы заземлены в начале линии через одну катушку индуктивности, оболочка заземлена, в конце жилы разземлены;

каждая свободная жила заземлена в начале линии через катушки индуктивности, оболочка заземлена, в конце жилы разземлены;

заземление в начале линии свободных жил через конденсаторы.

Установлено, что во избежание грубых ошибок в определении зоны повреждения силовых кабельных линий методом колебательного разряда, заземлять жилы следует через высоковольтные резисторы, сопротивление которых на порядок превышает волновое сопротивление кабельной линии. Это отдельный класс резисторов, который характеризуется двумя основными параметрами:

напряжением резистора и величиной сопротивления. Волновое сопротивление кабельных линий данного класса ориентировочно составляет 30 Ом, следовательно, сопротивления дополнительных резисторов составит не меньше Ом. Увеличение сопротивления не приводит к существенному изменению волнового процесса в кабельной линии, а ведёт лишь только к более длительному разряду ёмкости кабельной линии. Напряжение согласующих резисторов должно быть не меньше испытательного напряжения, так как в случае пробоя изоляции «жила-жила» волна напряжения будет отражаться от согласующего резистора, подключённого к повреждённой жиле. Мощность резистора не имеет особого значения, так как приложенное импульсное напряжение кратковременно, длится микросекунды и не успевает разрушить резистор.

Из анализа осциллограмм следует, что заземлять свободные жилы при замыкании «жила – жила» через одно добавочное сопротивление или через диоды нежелательно, так как волновой процесс искажается, и место повреждения может быть определено ошибочно. Заземлять свободные жилы через индуктивность и конденсаторы так же не желательно, это приведёт к изменению потенциала на свободных жилах. Результаты экспериментально проверены в лаборатории высоких напряжений ЮРГТУ (НПИ).

В четвёртой главе проведено исследование переходных процессов в системе «высоковольтная испытательная установка – силовая кабельная линия» на основе комплексной модели. Использована компьютерная модель усовершенствованной переносной испытательной установки.

Комплексная компьютерная модель этой системы (рис.8), образована путём совмещения компьютерной модели силовой трёхфазной кабельной линии и высоковольтной переносной испытательной установки в программном комплексе OrCAD. Данная комплексная модель позволила получить оценку взаимного влияния элементов системы, при пробое изоляции во время её испытания высоким напряжением постоянного тока отрицательной полярности. Экспериментально такую задачу решить трудно, а использование модели позволило ответить на практические вопросы выбора полупроводниковых элементов выпрямителя в составе высоковольтного блока, защитного сопротивления установки и предложить технические решения, увеличившие работоспособность аппарата.

Рис.8. Структурная схема комплексной модели «высоковольтная испытательная установка – силовая трёхфазная кабельная линия» В предложенной компьютерной модели напряжение прямоугольной формы с амплитудой 10кВ подается на четырёхкаскадную симметричную схему умножения напряжения высоковольтной установки, откуда восьмикратное выпрямленное напряжение подается на жилу силовой кабельной линии через защитный дроссель, плавно заряжая ёмкость кабельной линии до испытательного напряжения. На рис. представлен результат моделирования, на котором показана последовательная картина испытания изоляции кабельной линии высоким напряжением отрицательной полярности. Осциллограмма (1) показывает процесс разряда ёмкости кабельной линии до нуля в результате пробоя ослабленной изоляции, осциллограмма (2) показывает снижение напряжения на выходе установки после пробоя и стабилизацию выходного напряжения выпрямителя высоковольтной установки (3) в режиме дожигания повреждённой изоляции.

Представлены результаты численного эксперимента при переходных процессах, происходящих в кабельной линии и подключённой к ней испытательной установке при различных видах повреждений в кабельной линии вследствие пробоя ослабленной изоляции. Установлено, что значения токов, протекающих через выпрямительные диоды в каскадах выпрямителя установки при пробое в кабеле, равны токам, протекающим через защитный дроссель.

Рис. 9. Результат моделирования комплексной модели «испытательная установка – кабельная линия» При изменении индуктивности дросселя характер процесса сохраняется, но изменяются численные соотношения. Таким образом, надёжность установки зависит от правильности выбора параметров защитного дросселя. Получены зависимости тока в диодах от меняющихся параметров комплексной модели:

напряжения пробоя (imaxvd=f(Uпр), Lзащ=const, lпр=const), расстояния до места пробоя (imaxvd=f(lпр), при Uпр=const и Lзащ=const) и защитного дросселя (imaxvd=f(Lзащ), при Uпр=соnst, lпр=сonst). Установлено, что при выборе индуктивности дросселя необходимо учитывать номинальное рабочее напряжение кабеля, его максимальное испытательное напряжение и значение длительно допустимого тока, протекающего через выпрямительные диоды каскадов выпрямителя. Экспериментально установлено, что в составе переносной испытательной установки приемлем ограничительный дроссель равный 1Гн, позволяющий повысить надёжность установки в режимах диагностирования.

В пятой главе рассмотрены пути совершенствования технических средств определения зоны повреждения трёхфазной силовой кабельной линии при высоковольтных испытаниях.

Определены основные требования к переносному высоковольтному диагностирующему устройству: возможность подключения как к сети напряжения 220В переменного тока промышленной частоты 50 Гц, так и к автономному источнику питания напряжением 12В постоянного тока на время диагностирования. Высоковольтная часть имеет регулируемое напряжение на выходе установки от нуля до 70 кВ выпрямленного напряжения постоянного тока отрицательной полярности с контролем токов утечки. Измерительная часть установки при пробое изоляции в кабеле должна фиксировать осциллограмму в начале кабельной линии, отображать её на ЖК экране, с последующим хранением, обработкой, анализом и возможностью вывода её на компьютер. Массогабаритные показатели устройства должны быть таковы, чтобы обеспечивать возможность его мобильного (переносного) применения одним оператором в процессе высоковольтного испытания изоляции кабельной линии. Работа с прибором не должна требовать от оператора знания большого количества операций, сложной теоретической или практической информации связанной с данным видом работ (простота управления, однозначность интерпретации получаемой диагностической информации). Устройство должно соответствовать всем нормам электробезопасности.

Рис.10. Структурная схема испытательного аппарата Рис.11. Рефлектограмма волнового процесса при пробое повреждённой изоляции в кабельной линии Основанное на принятых алгоритмах диагностирования высоковольтное переносное устройство имеет следующие основные блоки (рис. 10).

Высоковольтная часть: инвертор регулируемый (ИР), трансформатор повышающий (ТП), выпрямитель высоковольтный (ВВ), сопротивление защитное (СЗ).

Измерительная часть: аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок обработки информации (БОИ), блок визуализации рефлектограммы (БВР) отображает волновой процесс в кабеле (рис.11) при пробое изоляции во время испытания линии на ЖК-дисплее, (ЦИР) цифровой индикатор расстояния. Совместную работу обеспечивает блок присоединения (БП), состоящий из делителя напряжения (Rд1, Rд2) и согласующих резисторов (Rс1,Rс2). Защиту установки при пробоях изоляции обеспечивает защита от перегрузки (РЗ), (БКИП) блок контроля измеряемых параметров.

Приведены технические характеристики разработанной аппаратуры: схемы, параметры, конструкция.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Основные результаты, полученные в настоящей работе, могут быть сформулированы следующим образом.

1. Разработана модель и методика расчёта схем выпрямителей с умножением напряжения, обладающих повышенной нагрузочной способностью.

2. Оценены факторы, влияющие на повышение нагрузочной способности выпрямителей с умножением напряжения: а) неравномерное распределение ёмкости по каскадам выпрямителя;

б) значение индуктивности включённой последовательно с входным конденсатором;

в) изменение формы питающего напряжения;

г) симметричная или несимметричная схема умножения.

3. Разработаны параметры компьютерной модели силовой трёхфазной кабельной линии, учитывающей частотно-зависимые удельные параметры и взаимоиндукцию токоведущих частей кабеля, которая показала совпадение результатов с физической моделью при исследовании волновых процессов в режимах пробоя изоляции в кабельной линии.

4. Предложена компьютерная модель системы «высоковольтная испытательная установка – силовая кабельная линия», позволяющая получать в реальном времени процессы с момента начала высоковольтных испытаний (заряда ёмкости кабеля), до момента пробоя ослабленной изоляции и разряда ёмкости кабельной линий.

5. Обоснованы оптимальные параметры схем испытания силовых кабельных линий и элементов заземления по минимуму искажения волнового процесса в повреждённой жиле при отыскании зоны повреждения методом колебательного разряда.

6. Обоснован выбор ограничительного дросселя установки для защиты диодов выпрямителя при пробоях изоляции во время высоковольтного диагностирования силовой кабельной линии и определены параметры и конструкция высоковольтного блока в составе переносной испытательной установки с повышенной нагрузочной способностью 7. Предложено техническое решение, позволяющее исключить прожигание изоляции в процессе определения места повреждения и сразу перейти к трассовым методам поиска дефектной изоляции, в особенности для кабельных линий с изоляцией из сшитого полиэтилена.

9. Разработана переносная испытательная установка с регистратором расстояния до места повреждения, которая прошла натурные испытания в электрической сети 6-10 кВ и внедрена в эксплуатацию в электрических сетях ОАО «МРСК Юга» «Ростовэнерго», ОАО «Донэнерго» и защищена патентом РФ.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Научные статьи, опубликованные в изданиях по списку ВАК, патенты 1. Юров А.А. Моделирование и экспериментальные исследования нагрузочной способности переносной установки для испытания изоляции электрооборудования повышенным напряжением отрицательной полярности [Текст]/ Юров А.А., Пирожник А.А.// Изв.вузов. Электромеханика. – 2007. – Спецвыпуск. – С. 35-36.

2. Юров А.А. Повышение нагрузочной способности переносных установок для высоковольтных испытаний изоляции электрооборудования в системах электроснабжения [Текст]/ Юров А.А., Пирожник А.А.// Изв.вузов.

Электромеханика. – 2007. – Спецвыпуск. – С. 37-38.

3. Юров А.А. Компютерная модель трёхфазной силовой кабельной линии для дистанционного диагностирования места повреждения при высоковольтных испытаниях [Текст]/ Юров А.А. // Изв.вузов. Электромеханика. – 2008. – Спецвыпуск. – С. 37-39.

4. Юров А.А. Моделирование волновых процессов в трёхфазной силовой кабельной линии при заплывающем пробое [Текст]/ Юров А.А., Быкадоров В.Ф. // Изв.вузов. Электромеханика. – 2008. – Спецвыпуск. – С. 39-42.

5. Юров А.А. Определение эквивалентных параметров переносной испытательной установки для высоковольтных испытаний силовой кабельной линии [Текст]/ Юров А.А., Пирожник А.А. // Изв.вузов. Электромеханика. – 2008. – Спецвыпуск. – С. 34-36.

6. Пат. 78582 РФ, МПК G01R 31/08 Переносное устройство для высоковольтных испытаний силовых кабельных линий с регистратором расстояния до места повреждения изоляции [Текст]/ Быкадоров В.Ф., Пирожник А.А., Юров А.А. – Опубл. 2008, Бюл.№ 33.

Публикации в других изданиях.

7. Юров А.А. Анализ нагрузочных характеристик выпрямителей с умножением напряжения в составе переносных установок для высоковольтных испытаний изоляции электрооборудования [Текст]/Юров А.А., Пирожник А.А.// Современные энергетические системы и комплексы и управление ими: материалы VII Междунар.

науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 20 апр. 2007 г.: в 2ч./Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). – Новочеркасск: ЮРГТУ, 2007. – Ч.1. – С. 8-13.

8. Юров А.А. Моделирование процессов в выпрямителях с умножением напряжения переносных испытательных установок [Текст]// Юров А.А., Клочков С.В.// Студенческая научная весна – 2007: сб. науч. тр. аспирантов и студентов ЮРГТУ (НПИ) / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. – Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2007. – С. 178-179.

9. Юров А.А. Экспериментальные исследования волновых процессов в трехфазной силовой кабельной линии при высоковольтных испытаниях [Текст]/ Юров А.А., Пирожник А.А.// Энергосбережение, энергетическое оборудование и системы технической диагностики: сб. тр. науч.-практ. конф., г. Ростов-на-Дону, 13-18 февр.

2008 г./ Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. – Ростов н/Д : ВЦ “Вертолэкспо”. – С. 30-32.

10. Юров А.А. Экспериментальная оценка нагрузочной характеристики переносной испытательной установки высокого напряжения [Текст]/Юров А.А., Пирожник А.А.// Энергосбережение, энергетическое оборудование и системы технической диагностики: сб. тр. науч.-практ. конф., г. Ростов-на-Дону, 13-18 февр. 2008 г./ Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. – Ростов н/Д : ВЦ “Вертолэкспо”. – С. 32-35.

11. Юров А.А. Анализ колебательного разряда в трехфазной силовой кабельной линии при электрическом пробое изоляции[Текст]/Юров А.А., Иванков А.Ю..// Студенческая научная весна – 2008: материалы Межрегиональной научно технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых Южного федерального округа / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск: ЛИК, 2008. С.281 282.

12.Дежков А.А. Разработка переносной испытательной установки с регистратором расстояния для высоковольтного зондирования дефектных опорных изоляторов комплектных генераторных токопроводов АЭС при ремонтных работах [Текст]/ Дежков А.А., Скляров А.А., Кротов В.С., Пирожник А.А., Юров А.А.// Знания молодых ядерщиков – атомным станциям: тез. докл. Итог. конф. науч.работ студентов ОАО «Концерн энергоатом», г. Обнинск, 23-25 сентября 2009г./Обнин.гос.техн.ун-т.атом.энерг.-Обнинск:ИАЭТ,2009.- С. 18-20.

Личный вклад соискателя в работах, опубликованные в соавторстве, состоит в [1,2,7] – разработке и анализе выпрямительных схем в составе переносных испытательных установок, [3,4] - в уточнении параметров компьютерной модели силовой трёхфазной кабельной линии, [5] - расчёт схем замещения повышающего трансформатора, [6] – в разработке структурной схемы универсального переносного испытательного устройства с регистратором расстояния до места повреждения, [8] – в оценке нагрузочной характеристики выпрямителей при высоковольтных испытаниях, [9] – в оценке схем высоковольтных испытаний, с учётом заземления свободных жил, [10] – в разработке выпрямительных схем с наивысшей нагрузочной характеристикой, [11] - в оценке метода колебательного разряда для дистанционного метода ОМП, [12] – в разработке схем универсальной установки для высоковольтного диагностирования дефектных изоляторов комплектных генераторных токопроводов АЭС.

Юров Александр Александрович ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ СИЛОВЫХ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИИ 6-10 кВ С ОПРЕДЕЛЕНИЕМ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ МЕТОДОМ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО РАЗРЯДА Автореферат Подписано в печать 15.10. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Ризография.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

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.