Введение к работе
Актуальность темы. В условиях промышленных предприятий и городов большая часть электроэнергии доставляется потребителям по силовым кабельным линиям 6-35кВ. Широкое развитие кабельных сетей высокого напряжения обусловлено рядом преимуществ кабельных линий по сравнению с воздушными: меньшая территория, отчуждаемая иод трассу, высокая надежность, меньшее взаимное влияние с окружающей средой. Вместе с тем, при прокладке силовых кабелей в грунте, последние подвержены отрицательным внешним воздействиям, таким как: агрессивность почвы, наличие блуждающих токов, возможность механических повреждений, дополнительный нагрев и т.п., что приводит к ігх периодическим отказам.
Анализ повреждаемости кабельных сетей показывает, что более 90% возникающих в них повреждений приходятся на долю кабельных линий, проложенных в земле, а определение места повреждения является наиболее сложной и длительной операцией. Поэтому локализация повреждений силовых кабелей с минимальными ошибками в расстоянии на местности и наименьшими затратами является важной задачей эксплуатации кабслыгых электрических сетей.
Доля средств па устройства определения мест повреждения (ОМП) в общих капитальных затратах предприятий электросетей мала, а внедрение прогрессивных методов и средств ОМП даст значительный экономический эффект. Перспективным направлением их развития является создание компьютерных технологий диагностирования зоны повреждения кабельных линий.
ОМП на кабельных линиях производится в несколько этапов: снижение переходного сопротивления изоляции в месте повреждения, определение расстояния до места повреждения, уточнение места повреждения на трассе линии. Важным этапом ОМП, составляющим существенную часть в общей продолжительности работ по ликвидации дефекта, является диагностирование зоны повреждения, т.е. определение поврежденного участка кабельной лиши на местности по измеренному дистанционными устройствами ОМП расстоянию. Включение персональных компьютеров в состав электротехнических лабораторий позволит не только ускорить ОМП на трассе кабельных линий, но и производить предварительную обработку диагностической информации. Кроме того, ПЭВМ может оказать существенную помощь техническому персоналу при ведении технической документации по кабельным линиям.
Исследования по теме диссертации выполнялись в соответствии с комплексными научно техническими программами "Энергетика Юга РСФСР", "Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов", "Улучшение экологии и повышение надежности энергетики Ростовской области" Северо-Кавказкого научного центра высшей школы и отраслевыми наушо-техническими программами по развитию диагностического оборудования и повышению надежности электрических сетей auepi осистем (ОІГГП: 01.01.06; 01.01.03; 03.03.06).
В работе обобщены результаты исследований и разработок выполненных, лично и при непосредственном участии автора на кафедре "Электрические станции" Южно-Российского государственного технігіеского университета (Новочеркасского политехнического института).
Целью работы является совершенствование методов и технических средств диагностикровашш зоны повреждения силовых кабельных линий с применением персональных ЭВМ, а также разработка алгоригаов и программ, позволяющих повысить эффективность диагностирования.
Для достижения цели работы потребовалось решение следующих задач:
проанализировать характеристические параметры кабельных линий, как один из возможных источников погрешности при определении зоны повреждения кабельной шиши;
выбрать модель измерений и определить критерии оценки результатов обработки входного сигнала, поступающего в компьютер от аппаратных средств диагностирования зоны повреждения;
разработать алгоритм и программу, позволяющие осуществлять обработку данных от аппаратных средств ОМП, с целью выделения полезного сигнала и определения расстояния до места дефекта силового кабеля;
исследовать причины погрешности при определении места повреждения на плане местности по измеренному дистанционными методами ОМП расстоянию;
разработать алгоритм и программу, определяющую место повреждения кабельной линии на топографическом плане по измеренному дистанционными методами расстоянию, с автоматической коррекцией топографической ошибки и возможностью привязки координат места повреждения к ориентирам на местности;
разработать алгоритм и программу-тренажер для обучения технического персонала электротехнических лабораторий работе с акустическими приемниками, предназначенными для уточнения места повреждения на трассе силовой кабельной линии.
Теоретические результаты и научная новизна:
-
Предложена концепция комиышерной технологии диапісстироватія зоны повреждения силовых кабельных линий системно объединяющей процессы измерения, коррекции погрешности, фиксацию на трассе и привязку на местности места повреждения.
-
Рассчитаны зависимости фазовой скорости распространения электромагнитной волны и волнового сопротивления силовых кабелей от частоты приложенного сигнала, что позволило определить пути совершенствования аппаратного и программного обеспечения дистанционных средств ОМП.
-
Обосновано применение робастного метода наименьших квадратов в рамках критерия максимального правдоподобия для обработки сигналов, поступающих в ЭВМ от средств диагностирования зоны повреждения кабельных линий, и разработан алгоритм, основанный на данном методе обработки.
-
Предложена методика уменьшения погрешности определения места повреждения с использованием планов трасс силовых кабельных линий путем введения коэффициентов несоответствия между "электрическим" расстоянием, получаемым от дистанционных средств ОМП и "топографическим" расстоянием, определяемым на топографических планах местности.
-
Предложена структура базы данных для хранения информации о техпичесюгх характеристиках, производимых работах, протоколах испытаний, трассах прокладки и местах установки муфт иа силовых кабельных линиях.
-
Предложен способ и реализован алгоритм определения места установки соединительной муфты на трассе кабельной линии по трем ориентирам на местности и расстояниям до них.
Практическая ценность результатов работы.
-
Предложены состав и структура диагностической системы для локализации повреждений силовых кабельных линий 6-35 кВ на базе ПЭВМ.
-
Разработана программа ("ORSK 2.0"), предназначенная для определения расстояния до места повреждения по оцифрованным данным дистанционных средств ОМП. Программа позволяет:
производить обработку входных осциллограмм по одному из встроенных алгоритмов для выделения полезного сигнала с автоматическим или ручным выбором параметров обработки;
производить операции, необходимые для определения изменений характеристик кабельной линии, которые произошли между измерениями;
идентифицировать импульс, отраженный от места повреждения;
определять расстояние до повреждения и неоднородностей кабельной линии.
3. Разработано программное обеспечение ("DIZOP 2.0"), позволяющее упро
стить выполнение техническим персоналом электротехнических лабораторий
ряда задач:
ведение кабельного журнала и поиск в нем интересующей информации по кабельной линии;
получение информации о результатах профилактических испытаний и следующих сроках их проведения;
определение места повреждения нз трассе кабельной линии;
привязку места повреждения к ориентирам на местности;
определеіше координат места установки муфты на плане кабельной линии по трелі ориентирам и расстояниям до них.
Программа прошла официальную регистрацию в Российском агентстве по патентам и товарным знакам.
4. Предложена принципиальная схема форшірователя высоковольтных двухпо-
ляриих видиоимпульсов для диагностирования зоны повреждения кабельных
линий импульсными методами ОМП. Применение данного формирователя
позволит определять расстояние до повреждения при высоком переходном
сопротивлении в месте дефекта.
4 5. Разработано программное обеспечение для обучения технического персонала работе с ипдукцюшно-акустическими приемниками ПА-02, ПА-02М. Программа ("РА-02") прошла официальную регистрацию в Российском агентстве по патентам и товарным знакам. В настоящее время используется в учебном процессе при подготовке инженеров-электриков в ЮРГТУ(НПИ).
Апробация работы и публикации. Основные положения и научные результаты диссертации докладывались на научно-технических конференциях, семинарах, совещаниях. В том числе обсуждались на заседании регионального Совета специалистов по диагностике силового электрооборудования при ОЭС Уралэнерго (г.Кнров, 1997 г.), на семинарах АН России "Кибернетика электрических систем" (г.Новочеркасск, 1994-2000 г.г.), на техническом совете ОАО Рос-товэнерго (г.Ростов-на-Дону, 1994-1995 г.г.), на научно-технических конференциях студентов и аспирантов НГТУ-ЮРГТУ (1993-2000 г.г.), на научных конференциях профессорско-преподавательского состава НГТУ - ЮРГТУ (1996-2000 г.г.).
По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, 2 программы прошли официальную регистрацию в Российском агентстве по патентам и товарным знакам.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованных источников из 109 наименований. Работа изложена на 200 страницах, в том числе: 136с. основного текста, 53с. рисунков, 10 с. списка использованной литературы, 1 с. приложения.
