Керівник: д.т.н.,професор кафедри ЕС Гребченко Микола Васильович

   У наш час людство практично не може обходитися без електроенергії, вона знайшла своє вживання у всіх областях людської діяльності, і її необхідність для подальшого розвитку людського суспільства є очевидною. З часів зародження енергетики питання безперебійної подачі електроенергії необхідної якості було невід'ємною частиною загальної концепції електрифікації.

   Не втратив він свою актуальність і на сьогоднішній день. Особливої актуальності він набуває з врахуванням ситуації, що склалася на сьогоднішній момент в енергетиці України. В умовах поганого технічного стану основного силового устаткування, значна частина якого виробила свій ресурс, що погіршується. Це приводить до збільшення кількості пошкоджень, велику частину яких складають короткі замикання (к.з.). У багатьох випадках причиною виникнення к.з. або подальшого розвитку аварії є знос електричної ізоляції електроустаткування. Тому своєчасне виявлення і усунення дефектів ізоляції дозволить запобігти великій частині пошкоджень, тим самим значно скоротивши витрати на ремонт або заміну устаткування після пошкодження. Підвищення надійності роботи електричних систем вимагає не лише виявлення дефектів ізоляції в робочих режимах, але і визначення місця виникнення дефекту, тобто знаходження конкретної фази приєднання з дефектом і відстані від початку приєднання, наприклад кабель-двигун, до точки дефекту.

   Кваліфікаційна робота магістра виконується впродовж 2009-2010 г.г. згідно з науковими напрямами кафедри "Електричні станції" Донецького національного технічного університету.

   Значна доля пошкоджень приєднань кабель- електродвигун пов'язана з виникненням і розвитком локальних дефектів ізоляції (в деяких випадках до 90% від загального числа дефектів). Для запобігання їх розвитку необхідно своєчасно виконувати профілактичні роботи по відновленню діелектричних властивостей ізоляції. Істотного скорочення часу проведення таких робіт можна досягти, якщо забезпечити виявлення факту появи локального дефекту і місця його виникнення на працюючому електродвигуні.
   Відшукання місця виникнення дефекту на відключеному електроустаткуванні вимагає додаткового часу, що не завжди прийнятно не лише по економічних міркуваннях, наприклад, із-за недоотпуська продукції, але і за умовами забезпечення стійкості роботи навантаження. Інколи, наприклад, при тривалому відключенні живлячої лінії 6–35 кВ для відшукання місця локального дефекту ізоляції або із-за пошкодження інших елементів в результаті супутньої відмови виникає загроза порушення стійкості електричної системи.

   Для визначення відстані до місця замикання на землю застосовують дистанційні [1], локаційні [2], частотні [3] і інші методи. Основними недоліками сучасних методів є, як правило, неможливість їх використання в робочому режимі або неможливість виявлення місця замикання за наявності перехідного опору в місці замикання.

   У зв'язку з цим поставлено задача розробити відносно простой метод виявлення дефектів ізоляції в працюючому електродвигуні і кабелі, що живить його. Вихідною інформацією мають бути параметри робочого режиму.
   Метою проведення експериментальних досліджень є перевірка нових методів визначення параметрів локальних дефектів ізоляції і здобуття експериментальних залежностей параметрів робочих режимів від параметрів локальних дефектів ізоляції.

   Зазвичай якість ізоляції оцінюється лише по величині її опору, що не дозволяє виявляти пошкодження, що не супроводяться зниженням її опору. Проте відомі методи, що дозволяють більш повно оцінювати якість ізоляції завдяки додатковому контролю її ємкості при подачі постійної напруги [4] або напруги різної частоти [5]. Оцінювання технічного стану обмотки електричної машини може виконуватися по перехідному процесу, що виникає при подачі тестового сигналу на один із затисків обмотки і корпус [6]. Але в системі власних потреб електричних станцій доцільно вказані методи застосувати не окремо для кабелю і двигуна, а одночасно для всього електричного приєднання. Існує також пристрій для автоматичного контролю ізоляції електричної системи, яке спрацьовує при наростанні значення струму витоку більше заданого [7] . Але цей пристрій спрацьовує при погіршенні ізоляції в будь-якій точці мережі і на будь-якому приєднанні, тобто пристрій не може вибрати пошкоджене приєднання.

   В даний час в багатьох організаціях продовжуються роботи по вдосконаленню релейного захисту, а також ведеться розробка нових методів і засобів діагностування електроустаткування [1-3]. Особлива увага приділяється відшуканню місця пошкодження. Наприклад, в [5] запропонований оригінальний метод визначення місця однофазного замикання на землю. Він орієнтований на виявлення дефектів в лініях. В той же час відсутні методи, ізоляції, що дозволяють виявляти локальні дефекти, в обмотках електродвигунів і визначати параметри цих дефектів (віддаленість від початку обмотки і величину опору ізоляції в місці дефекту) в робочих режимах.

   Доповідь по темі роботи представлена на конференції до дня науки-2010" ДОННТУ кафедри електричні станції.Донецк,ДонНТУ-2010.
   Окрім вишеуказаної доповіді також була зроблена доповідь на одеській інтернет конференції 2010 року.

   Дослідження проводилися на фізичній моделі приєднання, виконаній на основі електродвигуна напругою 0,22 кВ, який підключений через кабель до розділового трансформатора 0,38/0,22 кВ. У обмотці фази А статора ЕД виконані відпаювання в різних крапках, які виведені на спеціальний клемник. Схема заміщення фізичної моделі приєднання приведена на ріс.8.1

Рисунок 8.1 - Схема заміщення фізичної моделі приєднання кабель-двигун
(анімація: об'єм - 26.9 kбайт; розмір - 500х256; складається з 9 кадрів; затримка між кадрами - 120 мс; затримка між останнім та першим кадрами - 0 мс; кількість циклів повторення - 5)

   Осцилографірованіє параметрів режиму (фазні струми і напруга фаз по відношенню до землі) виконувалося за допомогою пристрою введення інформації в персональний комп'ютер, основу якого складає плата Е-154 (максимальна інтегральна нелінійність перетворення 0,06 %). У кожному каналі встановлені модулі гальванічної розв'язки і нормування сигналів. Точність перетворення в цих модулях складає 0,05 %.
   У програму досліджень входили досліди по моделюванню локальних дефектів ізоляції в різних точках кабелю і обмотки статора електродвигуна. В результаті проведення дослідів з'єднання різних відпаювань обмотки статора через резистор 200 Ом з "землею" отримані залежності цифрових послідовностей від часу, які відповідають струмам фаз IА,IВ,IС і напрузі фаз відносно "землі" Ua0,Ub0,Uc0. Час дискретизації прийнятий рівним 0,1 мс. Ці послідовності апроксимовані дорогою поліномінальной регресії з використанням методу найменших квадратів. Для кожного параметра режиму оброблялося по 1000 крапок. Як функція наближення прийнята синусоїда частотою 50 Гц. Отримані в результаті апроксимації амплітуди і фази відповідних параметрів приведені в табл.8.1.

Таблиця 8.1 - Параметри робочого режиму приєднання кабель-двигун при опорі дефекту ізоляції 200 Ом

   Примітка.Досліди, помічені зірочкою, проведені за наявності віткових замикань в середині обмотки статора ЕД. Число витків, що замкнулися, 6%. Струм у витках, що замкнулися, склав 1,4IНОм

   На ріс.8.2 і ріс.8.3 приведені деякі результати фізичного моделювання дефектів ізоляції в різних точках кабелю, що живить ЕД.

Рисунок 8.2 - Модуль струму нульової послідовності при зміні точки локального дефекту

Рисунок 8.3 - Фаза струму нульової послідовності по відношенню до вектора напруги UA при зміні точки локального дефекту

   Основною причиною нелінійності отриманих залежностей є перерозподіл ємкостей доріг протікання струмів через ділянки кабелю, які знаходяться з різних сторін локального дефекту.
   Наявність ЕД в контрольованому приєднанні приводить до того, що трифазні методи виявлення дефектів ізоляції, придатні для інших видів навантаження, мають низьку точність. Це обумовлено статичною і динамічною несиметрією ЕД, що виявляється в тому, що значення подовжніх опорів фаз ЕД не дорівнюють один одному і не постійні в часі. Для підвищення точності визначення віддаленості b до точки локального дефекту запропоновано виконувати розрахунок подовжнього опору ZA фази з дефектом ізоляції для моменту часу tb розрахунку значення b. При цьому для розрахунку b використовуються значення параметрів режиму для того ж моменту часу tb. Якщо для визначення векторів параметрів режимів заздалегідь використовується апроксимація поточних значень, то для цього беруться параметри в цифровій формі за 1-2 періоди промислової частоти. При розрахунку ZA необхідно враховувати падіння напруги від струму нульової послідовності на ділянці ZA від початку приєднання до крапки дефекту, тобто на ділянці b*za.

   На рис.8.4 приведена схема заміщення приєднання кабель-електродвігаєль за наявності Zdef на віддаленості b від початку приєднання.

Рисунок 8.4 - Схема заміщення приєднання кабель-електродвигун

   На підставі схеми заміщення, приведеної на рис. 8.4, складена система рівнянь, що описує поточний стан. В результаті вирішення цієї системи отримані алгоритми визначення віддаленості b (рис. 8.5 і 8.6).

Рисунок 8.5 -Алгорітм визначення віддаленості b при відомому Zdef

Рисунок 8.6 - Алгорітм визначення віддаленості b при не невідомому Zdef

   У таблиці. 8.2 приведені результати віддаленості по алгоритму, змальованому на рис.8.5.

Таблиця 8.2 - Похибка визначення віддаленості b до точки локального дефекту (Rdef=200 Ом) в обмотці статора електродвигуна,%

1. Приведені результати експериментальних досліджень приєднання кабель-електродвигун при фізичному моделюванні локальних дефектів ізоляції в різних точках живлячого кабелю і обмотки статора електродвигуна.
2. Запропоновані алгоритми розрахунку віддаленості локального дефекту і величини опору цього дефекту. Результати розрахунків віддаленості на підставі експериментальних даних показали, що похибка розроблених алгоритмів не перевищує 7 %.

   При написанні даного автореферату магістерська робота ще не завершена. Дата кінцевого завершення роботи: 1 грудня 2010 р. Повний текст роботи та матеріали за темою можуть бути отримані у автора або у його наукового керівника після вказаної дати.

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.

[На початок сторінки]