Научный руководитель: д.т.н.,профессор кафедры ЭС Гребченко Николай Васильевич

   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. Это приводит к увеличению количества повреждений, большую часть которых составляют короткие замыкания (к.з.). Во многих случаях причиной возникновения к.з. или дальнейшего развития аварии является износ электрической изоляции электрооборудования. Поэтому своевременное выявление и устранение дефектов изоляции позволит предотвратить большую часть повреждений, тем самым значительно сократив затраты на ремонт или замену оборудования после повреждения. Повышения надежности работы электрических систем требует не только выявления дефектов изоляции в рабочих режимах, но и определения места возникновения дефекта, т. е. нахождения конкретной фазы присоединения с дефектом и расстояния от начала присоединения, например кабель-двигатель, до точки дефекта.

   Квалификационная работа магистра выполняется на протяжении 2009-2010 г.г. согласно научным направлениям кафедры "Электрические станции" Донецкого национального технического университета.

   Значительная доля повреждений присоединений кабель- электродвигатель связана с возникновением и развитием локальных дефектов изоляции (в некоторых случаях до 90% от общего числа дефектов). Для предотвращения их развития необходимо своевременно выполнять профилактические работы по восстановлению диэлектрических свойств изоляции. Существенного сокращения времени проведения таких работ можно достичь, если обеспечить выявление факта появления локального дефекта и места его возникновения на работающем электродвигателе.
   Отыскание места возникновения дефекта на отключенном электрооборудовании требует дополнительного времени, что не всегда приемлемо не только по экономическим соображениям, например, из-за недоотпуска продукции, но и по условиям обеспечения устойчивости работы нагрузки. Иногда, например, при длительном отключении питающей линии 6–35 кВ для отыскания места локального дефекта изоляции или из-за повреждения других элементов в результате сопутствующего отказа возникает угроза нарушения устойчивости электрической системы.

   Анализ аварийных ситуаций показывает, что около 60 % всех отключений и связанных с этим перерывов в электроснабжении вызывается снижением уровня сопротивления изоляции, приводящим, в конечном счете, к ее пробою.
   Большинство известных методов непрерывного контроля изоляции обладают серьезными недостатками, ограничивающими их применение:

• ряд используемых в настоящее время методов не определяют величину сопротивления изоляции, а лишь фиксируют ее резкое снижение (метод трех вольтметров);
• все известные методы не обладают селективностью действия;
• для реализации каждого из этих методов требуется установка дополнительного высоковольтного оборудования;
• использование в некоторых методах оперативного тока ухудшает качество электроэнергии, поставляемой потребителям.

   Для определения расстояния до места замыкания на землю применяют дистанционные [1], локационные [2], частотные [3] и другие методы. Основными недостатками современных методов является, как правило, невозможность их использования в рабочем режиме или невозможность выявления места замыкания при наличии переходного сопротивления в месте замыкания.

   В связи с этим поставлена задача разработать относительно простой метод выявления дефектов изоляции в работающем электродвигателе и питающем его кабеле.Исходной информацией должны быть параметры рабочего режима.
   Целью проведения экспериментальных исследований является проверка новых методов определения параметров локальных дефектов изоляции и получение экспериментальных зависимостей параметров рабочих режимов от параметров локальных дефектов изоляции.

   Зачастую качество изоляции оценивается только по величине ее сопротивления, что не позволяет выявлять повреждения, не сопровождающиеся снижением ее сопротивления. Однако известны методы, позволяющие более полно оценивать качество изоляции благодаря дополнительному контролю ее емкости при подаче постоянного напряжения [4] или напряжения различной частоты [5]. Оценивание технического состояния обмотки электрической машины может выполняться по переходному процессу, возникающему при подаче тестового сигнала на один из зажимов обмотки и корпус [6]. Но в системе собственных нужд электрических станций целесообразно указанные методы применить не отдельно для кабеля и двигателя, а одновременно для всего электрического присоединения. Существует также устройство для автоматического контроля изоляции электрической системы, которое срабатывает при нарастании значения тока утечки больше заданного [7] . Но это устройство срабатывает при ухудшении изоляции в любой точке сети и на любом присоединении, то есть устройство не может выбрать поврежденное присоединение.

   В настоящее время во многих организациях продолжаются работы по совершенствованию релейной защиты, а также ведется разработка новых методов и средств диагностирования электрооборудования [1-3]. Особое внимание уделяется отысканию места повреждения. Например, в [5] предложен оригинальный метод определения места однофазного замыкания на землю. Он ориентирован на выявление дефектов в линиях. Вместе с тем отсутствуют методы, позволяющие выявлять локальные дефекты изоляции в обмотках электродвигателей и определять параметры этих дефектов (удаленность от начала обмотки и величину сопротивления изоляции в месте дефекта) в рабочих режимах.

   Доклад по теме работы представлен на конференции ко "Дню науки-2010" ДонНТУ кафедры электрические станции.Донецк,ДонНТУ-2010.
   Кроме вышеуказаного доклада также был сделан доклад на одесской интернет конференции 2010 году.

   Исследования проводились на физической модели присоединения, выполненной на основе электродвигателя напряжением 0,22 кВ,который подключен через кабель к разделительному трансформатору 0,38/0,22 кВ. В обмотке фазы А статора ЭД выполнены отпайки в различных точках, которые выведены на специальный клеммник. Схема замещения физической модели присоединения приведена на рис.8.1

Рисунок 8.1 - Схема замещения физической модели присоединения кабель-двигатель
(анимация: объем - 26.9 kбайт; размер - 500х256; состоит из 9 кадров; задержка между кадрами - 120 мс; задержка между последним и первым кадрами - 0 мс; количество циклов повторения - 5)

   Осциллографирование параметров режима (фазные токи и напряжения фаз по отношению к земле) выполнялось с помощью устройства ввода информации в персональный компьютер, основу которого составляет плата Е-154 (максимальная интегральная нелинейность преобразования 0,06 %). В каждом канале установлены модули гальванической развязки и нормирования сигналов. Точность преобразования в этих модулях составляет 0,05 %.
   В программу исследований входили опыты по моделированию локальных дефектов изоляции в различных точках кабеля и обмотки статора электродвигателя. В результате проведения опытов соединения различных отпаек обмотки статора через резистор 200 Ом с "землей" получены зависимости цифровых последовательностей от времени, которые соответствуют токам фаз IА,IВ,IС и напряжениям фаз относительно "земли" UA0,UB0,UC0.Время дискретизации принято равным 0,1 мс. Эти последовательности аппроксимированы путем полиноминальной регрессии с использованием метода наименьших квадратов. Для каждого параметра режима обрабатывалось по 1000 точек. В качестве функции приближения принята синусоида частотой 50 Гц. Полученные в результате аппроксимации амплитуды и фазы соответствующих параметров приведены в табл.8.1.

Таблица 8.1 - Параметры рабочего режима присоединения кабель-двигатель при сопротивлении дефекта изоляции 200 Ом

   Примечание.Опыты, помеченные звездочкой, проведены при наличии витковых замыканий в середине обмотки статора ЭД. Число замкнувшихся витков 6%. Ток в замкнувшихся витках составил 1,4IНОм

   На рис.8.2 и рис.8.3 приведены некоторые результаты физического моделирования дефектов изоляции в различных точках кабеля, питающего ЭД.

Рисунок 8.2 - Модуль тока нулевой последовательности при изменении точки локального дефекта

Рисунок 8.3 - Фаза тока нулевой последовательности по отношению к вектору напряжения UA при изменении точки локального дефекта

   Основной причиной нелинейности полученных зависимостей является перераспределение емкостей путей протекания токов через участки кабеля, которые находятся с разных сторон локального дефекта.
   Наличие ЭД в контролируемом присоединении приводит к тому, что трехфазные методы выявления дефектов изоляции, пригодные для других видов нагрузки, имеют низкую точность. Это обусловлено статической и динамической несимметрией ЭД, проявляющейся в том, что значения продольных сопротивлений фаз ЭД не равны друг другу и не постоянны во времени. Для повышения точности определения удаленности b до точки локального дефекта предложено выполнять расчет продольного сопротивления ZA фазы с дефектом изоляции для момента времени tb расчета значения b. При этом для расчета b используются значения параметров режима для того же момента времени tb. Если для определения векторов параметров режимов предварительно используется аппроксимация текущих значений, то для этого берутся параметры в цифровой форме за 1-2 периода промышленной частоты. При расчете ZA необходимо учитывать падение напряжения от тока нулевой последовательности на участке ZA от начала присоединения до точки дефекта, т.е. на участке b*ZA.

   На рис.8.4 приведена схема замещения присоединения кабель-электродвигаель при наличии Zdef на удаленности b от начала присоединения.

Рисунок 8.4 - Схема замещения присоединения кабель-электродвигатель

   На основании схемы замещения, приведенной на рис. 8.4, составлена система уравнений, описывающая текущее состояние. В результате решения этой системы получены алгоритмы определения удаленности b (рис. 8.5 и 8.6).

Рисунок 8.5 - Алгоритм определения удаленности b при известном Zdef

Рисунок 8.6 - Алгоритм определения удаленности b при не неизвестном Zdef

   В табл. 8.2 приведены результаты удаленности по алгоритму, изображенному на рис.8.5.

Таблица 8.2 - Ошибка определения удаленности b до точки локального дефекта (Rdef=200 Ом) в обмотке статора электродвигателя,%

1. Приведены результаты экспериментальных исследований присоединения кабель- электродвигатель при физическом моделировании локальных дефектов изоляции в различных точках питающего кабеля и обмотки статора электр одв и гате ля.
2. Предложены алгоритмы расчета удаленности локального дефекта и величины сопротивления этого дефекта. Результаты расчетов удаленности на основании экспериментальных данных показали, что погрешность разработанных алгоритмов не превышает 7 %.

   При написании данного автореферата магистерская работа еще не завершена. Дата окончательного завершения работы: 1 декабря 2010 г. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его научного руководителя после указанной даты.

1. Булычев А.В., Нудельман Г.С. «Упреждающие функции релейной защиты», Сборник докладов международной НТК «Современные направления развития систем релейной защиты и автоматики энергосистем», М., с. 72-78, 2009.
2. Фигурнов Е.П., Бодров П.А. «Определение места однофазного замыкания на землю в высоковольтных линиях электроснабжения автоблокировки железных дорог», Релейная защита и автоматика энергосистем 2004. Сборник докладов. -ВВЦ г. Москва, с. 88-93, 2004.
3. Качесов В.Е. «Метод определения зоны однофазного замыкания в распределительных сетях под рабочим напряжением», Электричество. - 2005. -№6. -С. 9-19.
4. Серебряков А.С., Смигиринов С.А., Бех Л.П. Как объективно оценить качество изоляции тяговых электродвигателей.-Изв.вузов СССР. Электромеханика,1986, №7, с.40-44.
5. Белоусова Н.В. Оценка технического состояния обмоток электрических машин по переходному процессу.-Изв.вузов СССР. Электромеханика, 1986, № 7, с.44-48.
6. Лебедев Г.М., Бахтин Н.А., Брагинский В.И. Математическое моделирование локальных дефектов изоляции силовых кабелей 6-10 кВ. Электричество, 1998, №12, с.23-27.
7. Стогний Б.С, Рогоза В.В., Сопель М.Ф., Голубов О.Ю. «Определение места однофазного замыкания на землю», Техн. Електродинамжа, с.60-63, № 2, 2007.
8. Grebchenko N.V., Koval I.I., Sidorenko A.A., Smirnova M.A. "Definition of complex admittance of electric isolation without disconnecting of electrical equipment", Compatibility and Power Electronics CPE2009.6 International Conference-Workshop 978-1-4244-2856-4/09,pp. 61-66,Apr.2009.
9. Гребченко Н.В. ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ПОВРЕЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ//
   Наукові праці ЕТФ
10. Мусаэлян Э.С. Наладка и испытание электрооборудования электростанций и подстанций., Москва ,с. 13-23, 1979.

[К началу страницы]