Худченко Олег Олегович
Факультет электротехническийКафедра электрических станций
Специальность: Электрические станции
Тема выпускной работы: Разработка частотного метода определения дефектов изоляции в сетях собственных нужд ТЭС
Научный руководитель: д.т.н., проф. Гребченко Николай Васильевич
|Автобиография | Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | Индивидуальный раздел |
В наше время человечество практически не может обходиться без электроэнергии, она нашла свое применение во всех областях человеческой деятельности, и ее необходимость для дальнейшего развития человеческого общества является очевидной. Со времен зарождения энергетики вопрос бесперебойной подачи электроэнергии необходимого качества являлся неотъемлемой частью общей концепции электрификации. Не утратил он свою актуальность и на сегодняшний день. Особую актуальность он приобретает с учетом ситуации, сложившейся на сегодняшний момент в энергетики Украины. В условиях постоянно ухудшающегося технического состояния основного силового оборудования, значительная часть которого выработала свой ресурс, вероятность и частота возникновения аварийных ситуаций резко возрастает, что непременно приводит к снижению качества и надежности электроснабжения.
В то же время электрическая изоляция сетей собственных нужд тепловых электростанций и электрических машин, электроустановок напряжением 6 – 10 кВ является важным элементом, который обеспечивает надёжность, безаварийность, безопасность. Благодаря выявлению и, самое главное, заблаговременному выявлению старения или износа изоляции элементов электрической сети, можно избежать нарушений в электроснабжении и аварий, связанных с потерей изоляцией электроустановок своих диэлектрических свойств. За счёт этого можно значительно повысить надёжность, безопасность и экономичность работы электрических станций. В этих условиях актуален вопрос об определении дефектов изоляции за счет рассматриваемого частотного метода.
Целью данной работы является разработка частотного метода определения дефектов изоляции для обнаружения дефектов изоляции без отключения оборудования по изменению параметров рабочего режима электрооборудования.
В основу работы поставлена задача усовершенствования способа наложения спектра частот на защищаемую электрическую сеть, причём, данные частоты должны отличаться от промышленной. Научная новизна состоит в том, что накладывается ни один или два сигнала, а именно спектр частот в определенном диапазоне ( например от 60 до 50000 Гц).
Основой магистерской работы является разработка метода, который мог бы позволить практически повысить безопасность и безаварийность сетей собственных нужд тепловых электрических станций. В этом и состоит предполагаемая практическая ценность метода.
Разнообразие видов и характера повреждений, а также структуры и условий работы сетей собственных нужд ТЭС не позволяет разработать какой-либо универсальный метод определения дефектов изоляции. Еще более сложно создать какую-либо универсальную аппаратуру. Существуют такие методы определения дефектов изоляции: 1. метод анализа возвратного напряжения, 2. локационный метод, 3. волновой метод, 4. петлевой метод.
1. Метод анализа возвратного напряжения основан на измерении и анализе зависимостей от времени тока зарядки в процессе зарядки емкости диагностируемого кабеля постоянным напряжением небольшой величины, не оказывающей влияния на изоляцию кабеля, и восстанавливающегося (возвратного) напряжения в изоляции кабеля после его кратковременной разрядки. Процедуру диагностики кабелей с бумажно-пропитанной изоляцией напряжением до 35 кВ необходимо проводить по следующей схеме: 1 фаза. Зарядка емкости кабеля постоянным напряжением 1 кВ от источника постоянного напряжения в течение достаточно длительного времени (не менее 30 мин) для равномерной зарядки всех элементов емкости кабеля c измерением величины тока зарядки, характеризующей степень увлажненности изоляции. 2 фаза. Кратковременная разрядка емкости кабеля (в течение нескольких секунд) через разрядное сопротивление. В этой фазе происходит разряд основной емкости кабеля, а заряд, содержащийся в «поляризационной емкости», характеризующей состояние изоляции кабеля, сохраняется из-за очень большой постоянной времени разряда. 3 фаза. Измерение временных характеристик восстанавливающегося (возвратного) напряжения в процессе перезаряда емкости кабеля после окончания кратковременной разрядки кабеля. По окончании процесса измерения возвратного напряжения кабель разряжается через разрядное сопротивление до полного стекания остаточного заряда. После этого процедура диагностики повторяется по описанной схеме при зарядке кабеля постоянным напряжением 2 кВ. В дальнейшем анализируются полученные кривые возвратного напряжения, характеризующие состояние и степень старения изоляции диагностируемого кабеля, и определяются следующие характеристики:
- максимальная величина возвратного напряжения;
- время достижения максимальной величины возвратного напряжения;
- скорость нарастания возвратного напряжения.
Определяются также коэффициенты линейности по соотношению максимальных величин и скоростей нарастания возвратного напряжения при двух величинах зарядного напряжения (2 и 1 кВ). Чем больше коэффициенты линейности (диагностический фактор) отличаются от величин, характерных для «новой» изоляции, тем выше степень старения изоляции диагностируемого кабеля.
2. Локационный метод основан на измерении времени между моментами посылки в линию зондирующего электрического импульса и прихода к началу линии импульса, отраженного от места повреждения.
Локационные измерения подразделяются на автоматические и неавтоматические. Первые используются для ВЛ, включенных в находящуюся под рабочим напряжением электрическую сеть. При срабатывании релейной защиты запускается автоматический локационный искатель, который фиксирует искомое расстояние за время, меньшее одной десятой доли секунды. Если в результате успешного АПВ линия остается в работе, то на основе полученного замера можно выполнить профилактический ремонт.
Измерения в период горения дуги КЗ – важное условие на ВЛ. После погасания дуги на поврежденной ВЛ получить необходимый отраженный импульс при неавтоматической локации в большинстве случаев не удается. На КЛ неавтоматическая локация весьма эффективна.
3. Волновой метод основан на измерении времени между моментами достижения концов линии фронтами электромагнитных волн, возникающих в месте повреждения.
При возникновении пробоя изоляции на землю в некоторой точке, напряжение в этой точке становится равным нулю. Вследствие этого в месте повреждения возникают распространяющиеся в обе стороны электромагнитные волны напряжением – U, стремящиеся со скоростью v распространить нулевой потенциал по всей линии.
Если повреждение произошло в середине линии, то фронты волн достигают обоих концов одновременно. Учитывая, что длина линии L известна, можно определить расстояние до места повреждения:
Поскольку точность измерения интервала Dt составляет единицы микросекунд, то с такой же точностью необходимо вести синхронный счет времени на обоих концах линии. При современном уровне техники возможна посылка с одного (ведущего) конца линии на другой (ведомый) синхронизирующих сигналов, обеспечивающих привязку моментов отсчета.
4. Петлевой метод основан на измерении сопротивления постоянному току отрезков жил кабеля. В тех случаях, когда жила, замкнутая в месте повреждения на оболочку, не имеет обрыва и, кроме того, в кабеле имеется одна «здоровая» жила, определение расстояния до места повреждения можно осуществить петлевым методом, основанным на использовании моста постоянного тока.
Для осуществления схемы петлевого измерения необходимо на одном конце кабельной линии соединить поврежденную и неповрежденную жилы перемычкой (сечением не менее, чем у жил кабеля), обеспечив контакт с малым сопротивлением. Обычно перемычка изготовляется из гибкого многожильного медного троса с надежными зажимами из латуни. На другом конце кабеля к этим же жилам присоединяется измерительный мост со стрелочным гальванометром и батареей.
Напряжение батареи для питания моста зависит от переходного сопротивления в месте повреждения кабеля и может быть выбрано на основе следующих ориентировочных соотношений:
| Переходное сопротивление в месте повреждения, Ом | 100 | 1000 | 10000 |
| Напряжение батареи,В | 4-6 | 20-30 | 100-250 |
Метод представляет собой способ определения дефектов изоляции без снятия рабочего напряжения. Суть его состоит в том, что на электрическую сеть накладывается спектр частот отличных от промышленной частоты f=50 Гц. Это осуществляется с помощью генератора частоты. После того как на сеть наложен сигнал, его необходимо снять и обработать. Затем по виду полученных данных возможно провести оценку о состоянии изоляции.
Более наглядно суть рассматриваемого метода может быть представлена с помощью следующей анимированной структурной схемы метода:
Наиболее подходящей схемой для реализации метода может служить схема, представленная на рисунке 3.
Таким образом, разработан частотный метод определения дефектов изоляции, использование которого будет способствовать повышению безопасности и безаварийности сетей собственных нужд тепловых электрических станций.
В настоящее время (май 2009 года) магистерская работа находится в стадии разработки. Окончательный вариант будет готов в декабре 2010 года. С вопросами можно обращаться непосредственно ко мне e-mail или к руководителю магистерской работы.
1. Качесов В.Е. Метод определения зоны однофазного замыкания в распределительных сетях под рабочим напряжением. – Электричество, 2005, № 6.
2. Гребченко Н.В. Математическое моделирование локальных и распределенных дефектов электрической изоляции в узлах электрических систем с двигателями // Збірник наукових праць Донецького національного технічного університету. Серія: Електротехніка і енергетика, випуск 79: Донецьк: ДонНТУ. - 2004. - С. 55-62.
3. Гребченко Н.В., Сидоренко А.А. Интеллектуальная система для определения места и степени локальных дефектов изоляции в сети с изолированной нейтралью. Доклад представлен на XVII научно-техническая конференции «Релейная защита и автоматика энергосистем 2006» Москва - 16-19 мая 2006г http://rza.so-cdu.ru/docl_PDF/dokl_1.pdf
4. Шкрабец Ф. П., Месяц Е. П., Кириченко М. С. Структура системы непрерывного контроля параметров изоляции в сетях напряжением 6 – 10 кВ горных предприятий // VI Международная Научно – Техническая Конференция «Ефективність та якість електропостачання промислових підприємств».
5. Доронина О.В., Гребченко Н.В., ОПЕРАТИВНЫЙ КОНТРОЛЬ СОСТОЯНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ПРИСОЕДИНЕНИЙ 6-10 кВ С ДВИГАТЕЛЯМИ // Международная научно-техническая студенческая конференция «Автоматизация объектов и технологических процессов. Поиск молодых»: Донецк: ДонНТУ. - 2003.
6. ЛЕБЕДЕВ Г.М.,БАХТИН Н.А., БРАГИНСКИЙ В.И Математическое моделирование локальных дефектов изоляции силовых кабелей 6-10кВ // Электричество - 1998. - №12. - С. 23-27.
7. Канискин В., Стефан К., Привалов КАБЕЛИ 10 кВ С БУМАЖНОПРОПИТАННОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ НЕРАЗРУШАЮЩИЙ МЕТОД ДИАГНОСТИКИ// http://www.news.elteh.ru/arh/2005/35/16.php.
ДонНТУ | Портал магистров ДонНТУ | Автобиография | Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | Индивидуальное задание