Введение к работе
Актуальность работы. Воздушные (ВЛ) и кабельные (КЛ) линии 6-35 кВ составляют основу распределительных сетей, питающих объекты нефтедобычи. В данных сетях особо остро стоит проблема однофазных замыканий на землю (ОЗЗ), количество которых может достигать 75 % от общего числа повреждений. В условиях труднодоступной местности, при значительной протяженности ВЛ успешное определение места повреждения (ОМП) позволяет значительно сократить перерыв в электроснабжении потребителей.
Специфика режимов работы нейтрали и конструктивного исполнения линий электропередачи (ЛЭП) 6-35 кВ не позволяет своевременно выявить повреждений и селективно определить место ОЗЗ с помощью средств релейной защиты и автоматики.
Дистанционные методы ОМП ЛЭП при ОЗЗ применяются в основном на отключенных от сети линиях. К таким методам относятся импульсные и волновые методы, а также петлевой метод. Однако все они имеют ограниченное применение: импульсные методы применяются на одиночных КЛ, отключенных от сети; волновые методы — при испытаниях одиночных КЛ высоким напряжением; петлевой метод — на одиночных, отключенных от сети с двух сторон линиях. На сегодняшний день разрабатываются новые методы и средства ОМП с использованием активного зондирования ВЛ, но по - прежнему проблема определения расстояния до места повреждения ВЛ при ОЗЗ остается актуальной.
Существенный вклад в решение вопросов определения мест повреждений в электрических сетях внесли российские ученые Айзенфельд А.И., Аржанников Е.А., Арцишевский Я.Л., Беляков Ю.С., Биркенфелдс Э.Я., Борозинец, Б.В., Бо-рухман В.А., Дунаев А.И., Кудрявцев А.А., Кузнецов А.П, Лиренман Д.Л, Ля-мец Ю.А., Малый А.С., Мисриханов М.Ш., Нудельман Г.С, Платонов В.В., Половников В.А., Радкевич В.Н., Силаев Ю.М., Саухатас А.С, Шабад М.А., Шалин А.И., Шалыт Г.М. и зарубежные ученые, такие как Aucoin В.М., Girdgis А.А., Lehtonen М., Russel В.
При разработке методик и средств дистанционного определения места о д-нофазного замыкания на землю для распределительных сетей объектов нефтедобычи следует учитывать:
большую протяженность ВЛ 6-35 кВ и разветвленность сети;
сложность отключения поврежденного присоединения;
ограничение на работу электрической сети в режиме ОЗЗ из-за опасности повреждения электрооборудования в результате воздействия перенапряжений;
режим работы нейтрали в сети;
труднодоступность некоторых участков ЛЭП и невозможность осуществления обхода линии оперативно - ремонтным персоналом.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научно - исследовательских работ ОмГТУ, проводимых в рамках выполнения Государственного контракта №16.516.11.6091 от 08 июля 2011 года с Министерством образования и науки Российской Федерации. Тема исследований: «Проведение поис-
ковых научно - исследовательских работ в области разработки и создания оборудования для диагностики и эксплуатации энергетического оборудования».
Цель работы - совершенствование существующих методов и разработка средств дистанционного определения места однофазного замыкания на землю воздушных линий электропередачи в распределительных сетях объектов нефтедобычи на основе метода стоячих волн.
Задачи исследования
-
Выполнение анализа существующих методов и средств дистанционного ОМП ЛЭП 6-35 кВ.
-
Развитие теоретических основ дистанционного ОМП ВЛ на основе метода стоячих волн.
-
Создание алгоритма и методики дистанционного ОМП ВЛ на основе метода стоячих волн.
-
Определение требований к устройству для дистанционного определения места ОЗЗ, основанного на использовании метода стоячих волн. Разработка опытного образца устройства.
-
Проведение экспериментальных исследований разработанного устройства на ВЛ 6-10 кВ с целью оценки погрешности определения расстояния до места повреждения при «металлическом» ОЗЗ.
-
Определение влияния переходного сопротивления Rn в месте повреждения на точность определения расстояния до места однофазного замыкания на землю.
-
Определение уровня перенапряжений при однофазном замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью с учетом специфики электрических сетей объектов нефтедобычи.
Объект исследования - воздушные линии электропередачи напряжением 6-35 кВ.
Предмет исследования - методы дистанционного определения места повреждения воздушных линий электропередачи в распределительных электрических сетях при однофазном замыкании на землю.
Методы исследования. При выполнении работы использовались математическое моделирование на базе теории электрических цепей, элементы теоретических основ электротехники. Математическое моделирование проводилось в программных средах MathCAD и Delphi. Экспериментальная часть исследований выполнена на базе сетей Омского филиала «МРСК Сибири» на подстанции «Солнечная долина» 35/10 кВ и ООО «ЮНГ - Энергонефть», г. Нефтеюганск, подстанция №133 35/6 кВ.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Показана возможность использования метода стоячих волн для дистанционного определения места ОЗЗ ВЛ в системах электроснабжения объектов нефтедобычи.
-
Разработаны алгоритм и методика дистанционного определения места ОЗЗ ВЛ напряжением 6-35 кВ на основе применения метода стоячих волн.
-
Получены аналитические выражения, позволяющие определить рас-
стояние до места повреждения на основе сравнения двух резонансных частот для поврежденной и неповрежденных фаз линии. Их использование позволяет упростить применение метода стоячих волн.
4. Экспериментально получена зависимость погрешности в определении расстояния до места ОЗЗ от величины переходного сопротивления Rn в месте повреждения при использовании метода стоячих волн. Показано, что при значениях Rn<100 Ом погрешность измерений расстояния до МП не превышает 1%.
Практическая ценность.
-
Разработанные алгоритм и методика дистанционного определения расстояния до места ОЗЗ, позволяют повысить эффективность дистанционного ОМП ВЛ 6-35 кВ на основе метода стоячих волн.
-
Полученная зависимость погрешности определения расстояния до места ОЗЗ от величины Rn в месте повреждения позволяет выполнить предварительную оценку точности ОМП ВЛ.
-
Создано устройство для дистанционного поиска места ОЗЗ воздушных ЛЭП протяженностью до 20 км. Погрешность определения расстояния до места повреждения составляет не более 1% при величине переходного сопротивления в месте повреждения до 100 Ом.
-
Экспериментальный образец устройства, основанного на применении метода стоячих волн, может стать прототипом для серийного прибора дистанционного ОМП ЛЭП 6-35 кВ.
Достоверность научных исследований и результатов диссертационной работы обоснована теоретически и подтверждена результатами экспериментальных исследований на подстанции «Солнечная долина» 35/10 кВ Омского филиала «МРСК Сибири» на действующей отходящей ВЛ 10 кВ и на подстанции 35/6 кВ ООО «ЮНГ - Энергонефть» на действующей отходящей ВЛ 6 кВ. Погрешность в определении расстояния до места повреждения в ходе проведения экспериментов не превышала 1%.
Реализация результатов работы. Результаты проведенных в диссертации исследований по применению метода стоячих волн для дистанционного определения места ОЗЗ на ВЛ внедрены в ООО «ЮНГ - Энергонефть», г. Нефтеюганск.
Предложенный алгоритм реализован в программном обеспечении экспериментального образца устройства для определения места ОЗЗ ВЛ 6-35 кВ.
Полученные результаты используются в научно - исследовательской работе и в учебном процессе Омского государственного технического университета (ОмГТУ) при подготовке инженеров, бакалавров, магистров Энергетического института ОмГТУ.
Личный вклад соискателя. Постановка задач исследования, определение путей их решения, разработка алгоритмов, методик, а также анализ, обобщение и проверка достоверности исследований, полученные научные результаты и выводы принадлежат автору.
Апробация работы. Основные материалы диссертации докладывались на Международной научно-практической конференции «Энергосбережение, энергоэффективность, экономика» (Омск, 2010г.), Всероссийской научно - технической
конференции «Россия молодая: передовые технологии - в промышленность» (Омск, 2009г.), Международной научно - технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин» (Омск, 2010г.), Региональной молодежной научно - технической конференции «Омское время - взгляд в будущее» (Омск, 2010г.), научных семинарах кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» Энергетического института ОмГТУ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, из них 5 статей в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 125 наименований и двух приложений. Содержит 143 страницы основного текста, 58 рисунков, 3 таблицы.
Похожие диссертации на Дистанционное определение места однофазного замыкания на землю воздушных линий, питающих объекты нефтедобычи
