Предисловие
Оглавление
А.Н. Висящев, Л.А. Акишин, С.Г. Тигунцев, А.А. Висящев, Г.П. Муссонов, Э.Р. Пленков
В нормальных и аварийных режимах
Воздушных линий электропередачи 10-110 кВ
Учебное пособие
Издательство
Иркутского государственного технического университета
УДК 630
Рекомендовано к изданию редакционно-издательским советом ИрГТУ
Рецензенты:
Диагностика состояния воздушных линий электропередачи 10-110 кВ в нормальных и аварийных режимах: Учебное пособие / Под ред. А.Н. Висящева. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2012. – 270 с.
Учебное пособие разработано в соответствии с проектом, выполненного ИрГТУ по гранту от Компании ТНК ВР.
В учебном пособии описаны конструктивные элементы воздушных линий электропередачи (ВЛ) и рассмотрены основные причины их повреждаемости. Представлены методы, способы и средства мониторинга и диагностики элементов ВЛ. Дано описание устройств регистрации параметров аварийного режима. Изложена методика определения места повреждения на ВЛ расчетными методами по измеренным значениям параметров аварийного режима. Рассмотрены примеры расчета параметров ВЛ в фазных и симметричных координатах и определения места повреждения на ВЛ расчетными методами, а также описана компьютерная программа определения места повреждения на ВЛ и приведена инструкция к ее использованию.
|
|
Предназначено для студентов, бакалавров и магистров электроэнергетического направления, может быть полезна инженерам и аспирантам.
© Висящев А.Н., 2012
ISBN © Иркутский государственный
технический университет, 2012
Предисловие........................................................................................................ 6
Список принятых сокращений........................................................................... 8
Глава 1 Проблемы эксплуатации воздушных линий в электрических
сетях 10–110 кВ................................................................................... 10
1.1 Общие сведения о воздушных линиях электропередачи.................. 10
1.1.1 Конструктивные элементы воздушных линий
электропередачи....................................................................... 10
1.1.2 Провода воздушных линий...................................................... 11
1.1.3 Грозозащитные тросы.............................................................. 15
1.1.4 Опоры........................................................................................ 18
1.1.5 Изоляторы................................................................................. 26
1.1.6 Линейная арматура................................................................... 28
1.2 Виды и характер повреждений ВЛ..................................................... 33
1.2.1 Виды коротких замыканий....................................................... 35
1.2.2 Виды повреждений при ОЗЗ.................................................... 40
1.2.3 Анализ повреждаемости ВЛ 110 кВ........................................ 44
|
|
1.3 Мониторинг и диагностика ВЛ........................................................... 47
1.3.1 Общие сведения........................................................................ 47
1.3.2 Методы диагностирования электрооборудования................ 48
1.3.3 Существующие комплексы диагностики ВЛ........................... 50
Глава 2 Диагностика состояния воздушных линий 6-35 кВ........................... 53
2.1 Режимы заземления нейтрали............................................................. 53
2.1.1 Изолированная нейтраль......................................................... 54
2.1.2 Заземление нейтрали через индуктивность............................. 55
2.1.3 Заземление нейтрали через резистор....................................... 56
2.1.4 Глухое заземление нейтрали.................................................... 57
2.1.5 Кратковременное низкоомное индуктивное заземление
нейтрали.................................................................................... 59
2.1.6 Снижение тока замыкания на землю при ОЗЗ......................... 59
2.2 Методы расчета параметров режима при повреждениях
в сетях 6−35 кВ.................................................................................... 60
2.2.1 Расчет в симметричных координатах...................................... 60
2.2.2 Расчет в фазных координатах.................................................. 71
2.3 Защиты от ОЗЗ.................................................................................... 77
2.3.1 Защиты, реагирующие на напряжение
нулевой последовательности................................................... 78
2.3.2 Ненаправленные токовые защиты нулевой
последовательности.................................................................. 79
2.3.3 Направленные токовые защиты............................................... 80
2.3.4 Защиты с наложением тока другой частоты........................... 84
2.3.5 Защиты, реагирующие на высокочастотные составляющие
в токе нулевой последовательности......................................... 85
2.3.6 Устройства, реагирующие на ток и напряжение
нулевой последовательности................................................... 87
2.4 Определение поврежденного присоединения на шинах 6-35 кВ...... 91
2.4.1 При трех трансформаторах тока............................................. 91
2.4.2 При двух трансформаторах тока............................................ 92
2.4.3 Практическая реализация способа........................................... 93
2.5 Определение места повреждения на ВЛ 10 кВ по току
нулевой последовательности............................................................... 93
2.6 Выводы................................................................................................ 96
3 Мониторинг и диагностика состояния элементов......................................... 97
3.1 Трасса ВЛ............................................................................................ 98
3.2 Провода и грозозащитные тросы....................................................... 99
3.3 Линейная арматура и изоляция........................................................ 105
3.4 Опоры ВЛ.......................................................................................... 111
3.4.1 Металлические опоры............................................................ 112
3.4.2 Железобетонные опоры.......................................................... 112
3.4.3 Деревянные опоры.................................................................. 114
3.5 Фундаменты опор.............................................................................. 116
3.6 Заземляющие устройства.................................................................. 120
3.7 Выводы.............................................................................................. 123
Глава 4 Регистрация параметров аварийных режимов................................ 124
4.1 Общая структура устройств............................................................. 124
4.2 Входные преобразователи тока и напряжения................................ 125
4.3 Фильтрация входных сигналов........................................................ 128
4.3.1 Общие сведения...................................................................... 128
4.3.2 Аналоговая фильтрация......................................................... 131
4.3.3 Фильтр низких частот............................................................. 133
4.3.4 Фильтр высоких частот.......................................................... 134
4.3.5 Полосовой фильтр.................................................................. 134
4.3.6 Цифровая фильтрация............................................................ 135
4.4 Аналого-цифровые преобразователи............................................... 144
4.4.1 Основные характеристики...................................................... 146
4.4.2 Методы преобразования аналоговых сигналов.................... 148
4.5 Принципы выполнения измерительных устройств на цифровых элементах 152
|
|
4.5.1 Измерение тока и напряжения............................................... 152
4.5.2 Измерение сопротивления...................................................... 155
4.6 Автономные микропроцессорные системы...................................... 157
4.7 Многофункциональные микропроцессорные устройства............... 161
4.7.1 Устройства релейной защиты и ОМП................................... 161
4.7.2 Устройства регистрации аварийных процессов и ОМП....... 162
4.8 Выводы.............................................................................................. 166
Глава 5 Определение места повреждения на ВЛ по параметрам
аварийных режимов........................................................................... 168
5.1 Математическое моделирование ВЛ в задаче ОМП........................ 168
5.1.1 Математическая модель ВЛ................................................... 168
5.1.2 Расчет параметров ВЛ............................................................ 172
5.2 Методы ОМП для одноцепной ВЛ................................................... 179
5.2.1 ОМП по токам и напряжениям в начале и конце ВЛ............ 181
5.2.2 Реактансметр........................................................................... 184
5.2.3 L-метр...................................................................................... 185
5.2.4 Компенсационный метод........................................................ 186
5.2.5 Итерационный метод полного сопротивления...................... 189
5.3 Методы ОМП для двухцепной ВЛ................................................... 193
5.3.1 ОМП по разности токов......................................................... 194
5.3.2 ОМП по напряжениям и токам в начале и конце ВЛ............ 196
5.3.3 Реактансметр........................................................................... 197
5.3.4 L – метр................................................................................... 198
5.3.5 Компенсационный метод........................................................ 198
5.3.6 Итерационный метод полного сопротивления...................... 199
5.4 Учет реактивной проводимости ВЛ................................................. 200
5.4.1 Одноцепная линия.................................................................. 200
5.4.2 Параллельные линии.............................................................. 201
5.4.3 Линия с отпайкой.................................................................... 206
5.5 Программа определения места повреждения на ВЛ....................... 210
5.6 Выводы.............................................................................................. 213
Список использованных источников.............................................................. 215
|
|
Приложение А. Примеры расчета параметров ВЛ....................................... 222
Приложение Б. Пример определения места повреждения на ВЛ
расчетными методами........................................................... 246
Приложение В. Инструкция к программе ОМП........................................... 253
Данное учебное пособие предназначается для студентов электроэнергетических специальностей вузов, а также, в связи с переходом в вузах на двухуровневую подготовку, для бакалавров и магистров, обучающихся по направлению 140400 «Электроэнергетика и электротехника». Книга может быть использована инженерами, аспирантами и научными работниками, занимающимися эксплуатацией, проектированием и исследованием электрических сетей. Кроме того, учебное пособие может быть полезно при переподготовке и повышении квалификации инженеров и педагогов электроэнергетического профиля.
Подготовленное учебное пособие явилось результатом учебной и научно-исследовательской работы преподавателей и аспирантов кафедры «Электрические станции, сети и системы» (ЭССиС) Иркутского государственного технического университета (ИрГТУ), выполняемой под руководством профессора А.Н. Висящева. Авторы использовали многолетний практический и научный опыт решения задачи определения места повреждения (ОМП) на воздушных линиях электропередачи высокого напряжения и свои ранее опубликованные работы. Естественно, при подготовке пособия использован значительный ряд работ других авторов.
Учебное пособие состоит из пяти разделов, списка литературы и трех приложений.
В главе 1 представлены все конструктивные элементы воздушных линий электропередачи (ВЛ), даны характеристики применяемых типов элементов ВЛ и рассмотрены основные причины их повреждаемости.
В главе 2 описаны режимы заземления нейтрали в сетях 6-35 кВ и показаны положительные и отрицательные стороны каждого режима. Описаны условия расчета режимов замыканий на землю и междуфазных замыканий. Показаны способы, схемы и устройства защиты сетей от наиболее распространенного вида замыкания – однофазного замыкания на землю (ОЗЗ). Предложены новые способы определения поврежденного присоединения в сетях с изолированной нейтралью.
В главе 3 излагаются методы, способы и существующие средства мониторинга и диагностики элементов ВЛ.
В главе 4 дается описание процесса регистрации параметров аварийного режима (ПАР) и технических устройств для измерения, преобразования входного сигнала с последующим использованием в микропроцессорных устройствах, проводится анализ факторов, влияющих на точность расчета расстояния до места повреждения (МП).
В главе 5 дается методика определения места повреждения на ВЛ высокого напряжения на основе измерений параметров аварийных процессов, регистрируемых специальными приборами, методика расчета параметров ВЛ в фазных координатах (ФК) и симметричных координатах (СК) для учета конструктивных особенностей реальных ВЛ с целью повышения точности ОМП. Рассмотрены существующие расчетные методы ОМП при односторонних и двухсторонних замерах параметров КЗ. Описана компьютерная программа ОМП, разработанная на кафедре ЭССиС ИрГТУ.
В приложении А приведены примеры расчета параметров воздушных линий электропередачи в фазных и симметричных координатах, имеющих различные конструктивные особенности.
В приложении Б представлен пример определения места повреждения на ВЛ существующими расчетными методами, описанными в п.п. 5.2 и 5.3 настоящего учебного пособия.
В приложении В дана инструкция к работе с программой ОМП.
Список использованных источников содержит учебники и учебные пособия, изданные ранее по рассматриваемому направлению, справочники, изобретения, монографии и научные статьи, которые могут быть использованы для углубленного изучения того или иного раздела. С этой целью в тексте сделаны соответствующие ссылки.
Материал учебного пособия распределен между авторами следующим образом: Висящев А.Н. – общее редактирование, глава 4 (совместно с Висящевым А.А.), глава 5 (совместно с Пленковым Э.Р. и Висящевым А.А.); Акишин Л.А. – п.1.1, п. 1.2 (совместно с Тигунцевым С.Г.), приложение А, приложение В; Тигунцев С.Г. – п. 1.2 (совместно с Акишиным Л.А.), глава 2; Висящев А.А. – глава 4 (совместно с Висящевым А.Н.); глава 5 (совместно с Висящевым А.Н. и Пленковым Э.Р.); Муссонов Г.П. – п. 1.3, глава 3; Пленков Э.Р. – глава 5 (совместно с Висящевым А.Н. и Висящевым А.А.), приложение Б.
Компьютерная программа ОМП написана Шалагиновым А.И.
Авторы признательны сотрудникам кафедры ЭССиС ИрГТУ Снопковой Н.Ю. и Зубовой Е.В. за помощь, оказанную при подготовке учебного пособия, а также студентам Рыковой А.А., Кузькиной Я.И., Маточкину С.Н., Вилкову Ю.А., Мышенко А.А. за выполнение расчетов на ПК.
Все отзывы и замечания просьба направлять по адресу: 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, ауд. В-219, кафедра «Электрические станции, сети и системы».
АВР – автоматический ввод резерва
АПВ − автоматическое повторное включение
АРМ − автоматизированное рабочее место
АЦП − аналого-цифровые преобразователи
АЧХ − амплитудно-частотная характеристика фильтра
АЭ – акустическая эмиссия
БВ − входной блок
БЗУ − блок задания уставок
БИ − блок индикации
БИС – большие интервальные схемы
БИХ − бесконечная импульсная характеристика
БУ − блок управления
ВЛ − воздушные линии электропередачи
ГПП – главная понизительная подстанция
ДГР – дугогасящий реактор
ДП − диспетчерский пункт
ДПФ – дискретное преобразование Фурье
ЗУ − заземляющее устройство
ИЗС − импульсная защита сети
ИК − инфракрасное излучение
ИППН − измерительные преобразователи переменного напряжения
ИППТ − измерительные преобразователи переменного тока
ИУ − измеритель уровня
ИХ − импульсная характеристика
КЗ – короткое замыкание
КИХ − конечная импульсная характеристика
КН − компаратор напряжения
КРУ – комплектное распределительное устройство
КРУН – комплектное распределительное устройство
МП – место повреждения
МТЗ − максимальная токовая защита
МУ − масштабный усилитель
НП − нулевая последовательность
ОЗЗ − однофазные замыкания на землю
ОМИП − открытая микроскопическая пористость
ОМП – определение места повреждения
ОПН − ограничители перенапряжений
ОУ – операционный усилитель
ПАР – параметры аварийного режима
ПИ − стержневые полимерные изоляторы
ПК – персональный компьютер
ПО − программное обеспечение
ПР − поверхностные разряды
ПС – подстанция
ПТН − промежуточный трансформатор напряжения
ПТТ − промежуточный трансформатор тока
ПУЭ − «Правила устройства электроустановок»
РДИ − длинно-искровые разрядники
РУ – распределительное устройство
РП – распределительный пункт
РПП − регистратор последовательного приближения
СИП − самонесущие изолированные провода
СК − симметричные координаты
ТЗН − силовой трансформатор со схемой соединения звезда-треугольник
ТН − трансформатор напряжения
ТТ – трансформатор тока
ТТНП − трансформатор тока нулевой последовательности
УВХ − устройство выборки и хранения информации
УЗД − ультразвуковая импульсная дефектометрия
УЗС − ультразвуковая импульсная структурометрия
УФ −ультрафиолетовый разряд
ФВП − фильтры всепропускающие
ФВЧ − фильтры верхних частот
ФК − фазные координаты
ФНЧ − фильтры нижних частот
ФПЗ − фильтры полосно-заграждающие
ФПП − фильтры полосно-пропускающие
ФППД − фуксиновая проба под давлением
ФЧХ − фазо-частотная характеристика фильтра
ЦАП − цифро-аналоговый преобразователь
ЦИП − цифровой измерительный преобразователь
ЦНУСЗ − централизованное направленное устройство сигнализации
ЦРАП – цифровой регистратор аварийных процессов
ЦФ – цифровой фильтр
ЧФ − частотный фильтр
ЧХ − частотные характеристики
Глава 1 Проблемы эксплуатации воздушных линий в электрических сетях 10–110 кВ