Устройство для выявления зоны дефектов воздушных линий электропередачи 6-35 кВ на основе высоковольтного зондирования

В энергетике России распределительные электрические сети напряжением 6−35 кВ составляют 52% от общей протяженности сетей всех классов напряжений. При этом они лидируют по количеству аварий, которые обусловлены, в большинстве случаев, крайним износом конструкций и основных элементов, а также сложностью определения повреждений на раннем этапе развития и их своевременного устранения.

Основным видом повреждения воздушных линий (ВЛ) 6−35 кВ, помимо обрывов фазных проводов или коротких замыканий, является перекрытие в процессе работы дефектных изоляторов. Сохраняя при этом свои механические характеристики, такой изолятор может длительное время оставаться в работе, имея недостаточный уровень изоляции, и повторно пробиться при возникновении благоприятных для перекрытия условий. л.

Проблемой также является отыскание дефектного изолятора, поскольку таковые фарфоровые и полимерные изоляторы имеют характерные повреждения, трудноразличимые даже с близкого расстояния. Исключением из общей группы изоляторов могут быть лишь стеклянные, которые при перекрытии рассыпаются и позволяют определить место повреждения визуально с земли или при облете на вертолете.

Таким образом, задача разработки аппаратуры, способной дистанционно выявлять дефектные изоляторы В Л 6−35 кВ с определением расстояния до них, является актуальной.

Данная работа посвящена совершенствованию методов и разработке устройств дистанционной диагностики дефектных изоляторов В Л 6−35 кВ и включает в себя решение следующих научно-технических задач:

1. Анализ существующих методов и алгоритмов поиска мест повреждения воздушных линий электропередачи;

2. Анализ основных электромагнитных и конструктивных параметров воздушных линий электропередачи, определяющих характеристики переходного процесса в линии в режиме высоковольтного зондирования;

3. Исследование характеристик* переходного процесса в воздушной линии электропередачи в режиме высоковольтного зондирования;

4. Разработка способа дистанционного определения места повреждения изоляции воздушной линии электропередачи с применением высоковольтного зондирования;

5. Разработка аппаратуры для технической реализации способа дистанционного определения места повреждения изоляции воздушной линии электропередачи с применением высоковольтного зондирования.

При решении указанных задач использовались методы физического и математического моделирования, ставились натурные эксперименты. В процессе работы было разработано программное обеспечение для персональной ЭВМ, позволяющих рассчитывать: электромагнитные параметры воздушных линий электропередачи, параметры переходных процессов при пробое дефектного изолятора ВЛ, конструктивные параметры физической модели ВЛ.

Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения.

В первой главе произведен анализ повреждаемости воздушных линий электропередачи распределительных сетей и их изоляторов в эксплуатации, приведены особенности исполнения, типы и параметры применяемых изоляторов, рассмотрены методы определения места повреждения ВЛ 6−35 кВ, применяемые в эксплуатации и перспективы развития методов и технических средств диагностики изоляторов.

Во второй главе рассмотрены особенности конструкции ВЛ 6−35 кВ с различными типами опор и применяемых изоляторов, определены сопротивления утечки изоляторов гВЛ в распределительных сетях, произведен расчет электромагнитных параметров ВЛ с использованием различных источников, произведено экспериментальное определение электромагнитных параметров воздушной линии 10 кВ для сравнения с расчетными данными.

В третьей главе выполнено моделирование процессов в воздушной линии 6−35 кВ с использованием пакета программ ОгСАБ 9.2 при импульсном, волновом методе диагностирования изоляторов и методе колебательного контура. Сделан вывод об оптимальных параметрах установки.

Четвертая глава посвящена разработке высоковольтной зондирующей установки УВЗ-Э5 для дистанционной диагностики дефектных изоляторов ВЛ 6−35 кВ. Приводится расчет основных параметров зарядного устройства установки и блока «накопитель-коммутатор-делитель» диагностической установки УВЭ-35. Разработано программное обеспечение для расчета расстояния до дефектного изолятора воздушной линии с использованием параметров переходного процесса и конструктивных параметров ВЛ. Выполнена экспериментальная оценка параметров функционирования диагностической установки типа УВЭ-35.

Данная работа выполнялась на кафедре «Электрические станции» Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института).

4.6 Выводы.

1. Основными требованиями к высоковольтному зондирующему устройству в режимах диагностирования являются следующие: устройство должно обеспечивать возможность выявления дефектов изоляции ВЛ с определением расстояния до дефекта с необходимой точностьюпреобразование и хранение полученной информации с возможностью последующего вывода данных для обработки и сравнениямассогабаритные показатели устройства должны быть таковы, чтобы обеспечивать возможность его мобильной (переносной) доставки одним-двумя операторами к диагностируемой воздушной линииработа с прибором не должна требовать от оператора знания большого количества сложной теоретической или практической информации связанной: :с ¦ данным видомустройство должно иметь автономное питание на время диагностирования изоляции ВЛ.

2. Определены технические требования и принципы построения высоковольтной установки для диагностирования зоны повреждения изоляции В Л 6−35 кВ, принято решение о создании установки по двухбл очной схеме. Первый блок представляет собой высоковольтное зарядное устройство, выполненное по* схеме с использованием промежуточного преобразователя^ частоты напряжения и выпрямления с умножением напряжения. Второй блок, названный блоком «накопитель-коммутатор-делитель», содержит высоковольтный накопительный конденсатор, регулируемый коммутатор и измерительный делитель напряжения резистивного типа.

3. Функционально измерительная часть установки состоит из измерительного делителя напряжения резистивного типа, размещенного в блоке «накопитель-коммутатор-делитель», цифрового осциллографа, встроенного в зарядное устройство и портативной ЭВМ для обработки поступающих с осциллографаданных, — их.хранения.и возможности работы с данными отдельно от установки. ¦ -: .

4. Для облегчения расчетов оператором в полевых условиях и возможности сохранения результатов расчета разработано программное обеспечение для использования на ЭВМ под управлением ОС Microsoft Windows, позволяющее производить расчеты с использованием двух способов определения расстояния до места дефекта изоляции на основе различных данных, получаемых из опыта.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Воздушные линии 6−35 кВ являются весьма протяженными электротехническими установками, входящими в состав распределительных сетей. При этом в сетях именно этого класса напряжения имеет место наибольшая аварийность. Исходя из опыта эксплуатации различных типов подвесных изоляторов, можно прийти к заключению о том, что наиболее, перспективными с позиции стоимости, веса и электрической прочности в настоящее время являются полимерные изоляторы, существенным недостатком которых (как и фарфоровых) является трудность обнаружения дефектных изоляторов.

2. В результате проведения анализа методов дистанционного определения места повреждения В Л выявился ряд недостатков рассматриваемых методов, к которым можно отнести: а) для метода диагностирования по параметрам аварийного режима — недостаточная точность и неоднозначность результатовб) для метода импульсной рефлектометрииэто невысокая амплитуда зондирующего импульса, непригодность применения при неустойчивых повреждениях линии и •• чувствительность к высокочастотным помехамв) для трассовых методов—'это долговременность поисков в связи с большой протяженностью воздушных линий.

3. Основным путем дальнейшего совершенствования методов и технических средств дистанционного определения мест повреждения воздушных линий электропередач является: повышение точности замеров и. качества фильтрации помех,. дополнительной обработки информации, увеличение амплитуды зондирующего импульса для создания искусственного пробоя дефектных изоляторов. Особо перспективным для поиска дефектных изоляторов является метод колебательного контура, имеющий амплитуду зондирующего напряжения, достаточную для перекрытия дефектной изоляции. Однако, для нахождения расстояния, в. этом случае, необходимо определить конструкцию и электромагнитные параметры ВЛ, а также учесть влияние земли.

4. В результате оценки расчетных электромагнитных параметров воздушной линии для моделирования переходных процессов в ВЛ при высоковольтном зондировании, можно сделать вывод о том, что предложенные методы позволяют достаточно точно рассчитать переходные процессы в линии. Расчет электромагнитных параметров линии является довольно сложной задачей, имеющей неоднозначное решение. Однако их расчет необходимо производить с учетом всех зависимостей и особенностей, так как только точные расчеты позволят в дальнейшем правильно и эффективно пользоваться данными методами поиска повреждений на линиях электропередачи.

5. Для моделирования процессов, происходящих в ВЛ 6−35 кВ в процессе высоковольтного зондирования, определены удельные электромагнитные параметры, полученные с достаточной точностью. В результате расчета параметров В Л с использованием различных источников был сделан вывод о возможности их применения в процессе моделирования-и для практических целей. '.

6. На основании экспериментальных данных, полученных в процессе зондирования воздушной линии 10 кВ, были определены некоторые электромагнитные параметры. Так, например, полученная в результате обработки данных эксперимента, индуктивность петли «фазный проводземля» практически соответствует данным, полученным по расчетным формулам. Расчет декремента затуханияполученного из осциллограмм, позволил также получить активное сопротивление петли «фазный провод — земля» для оценки расчетных значений, применяемых для математического моделирования.

7. В эксплуатации целесообразно составить на каждую линию паспорт и экспериментально определить удельные параметры петли «фазный провод — земля». Удельные параметры можно также определить расчетным и экспериментальным путем, а также используя справочные данные.

8. Обеспечение необходимой точности и сокращение длительности расчета обеспечивает схема замещения пролета BJI из пяти ячеек. Расчетная модель представлена в виде иерархической структуры из четырехполюсников, что значительно упрощает изменение конфигурации схемы модели. Повреждение линии при моделировании импульсного метода имитировалось обрывом в конце линии, коротким замыканием с переходным сопротивлением равным нулю и пробоем дефектного изолятора в конце линии при напряжении 4 кВ. Максимальная относительная погрешность расчета составила 2,55%.

9. Расчет модели с использованием метода колебательного контура позволяет выявлять дефекты изоляции с приемлемой точностью при емкости высоковольтного накопительного конденсатора в 6−10 раз большей суммарной емкости BJI. При равной или меньшей емкости накопительного конденсатора погрешность определения расстояния до места повреждения возрастает до 30−40%, что обусловлено искажением колебательного процесса волновой составляющей.

10. Анализ осциллограмм, снятых с использованием метода колебательного контура, позволил заметить, что при близких расстояниях до места повреждения достаточно использовать накопительный конденсатор емкостью, определяемой соотношением С"/С^ = 0,1, поскольку емкость разрядной петли «фазный провод — земля» до места повреждения невелика и искажение осциллограммы волновыми процессами незначительно.

11. Расстояние до местадефекта может быть уточнено с помощью поправочных коэффициентов, учитывающих провисание проводов в пролетах, удлинение проводов за счет температуры окружающей среды, а также коэффициентов, учитывающих погрешность, вносимую волновыми процессами.

12. Для расчета на математической модели процессов при волновом методе диагностирования повреждение имитировалось коротким замыканием в середине линии. Максимальная относительная погрешность расчета составила 5%. Волновой метод не подходит для выявления дефектных изоляторов BJI, поскольку запасенная накопителем энергия недостаточна для создания пробоя дефектной изоляции. Этот метод позволяет выявлять неустойчивые повреждения, определить которые невозможно методом импульсной рефлектометрии.

13. Основными требованиями к высоковольтному зондирующему устройству в режимах диагностирования являются следующие: устройство должно обеспечивать возможность выявления дефектов изоляции ВЛ с определением расстояния до дефекта с необходимой точностьюпреобразование и хранение полученной информации с возможностью последующего вывода данных' для обработки и сравнениямассогабаритные показатели устройства должны быть таковы, чтобы обеспечивать возможность его мобильной (переносной) доставки одним-двумя операторами к диагностируемой воздушной линииработа с прибором не должна требовать от оператора знания большого количества сложной теоретической' или практической информации связанной с данным видомустройство должно иметь автономное питание на время диагностирования изоляции ВЛ.

14. Определены технические требования и принципы построения высоковольтной установки для диагностирования зоны повреждения изоляции! ВЛ 6−35 кВ по двухблочной схеме. Первый блок представляет собой высоковольтное зарядное устройство, выполненное по схеме с использованием промежуточного преобразователя частоты напряжения и выпрямления с умножением напряжения. Второй блок, названный блоком «накопитель-коммутатор-делитель», содержит высоковольтный накопительный конденсатор, регулируемый коммутатор и измерительный делитель напряжения резистивного типа. .

15. Функционально измерительная часть установки состоит из измерительного делителя напряжения резистивного типа, размещенного в блоке «накопитель-коммутатор-делитель», цифрового осциллографа, встроенного в зарядное устройство и портативной ЭВМ дляобработки поступающих с осциллографа данных, их хранения и возможности работы с данными отдельно от установки.

16. Для облегчения расчетов оператором в полевых условиях и возможности сохранения результатов расчета разработано программное обеспечение для использования на ЭВМ под управлением ОС Microsoft Windows, позволяющее производить расчеты для определения расстояния до места дефекта изоляции на основе различных данных, получаемых из опыта.