работа(общая энергетика). Практическаяая работа 1 Анализ последствий однофазных замыканий на землю в элхектрических сетях Задание
 Скачать 116.94 Kb.
|
 Практическаяая работа № 1 Анализ последствий однофазных замыканий на землю в элхектрических сетях Задание: Ознакомиться с вариантом задания (согласно порядкового номера в журнале) Отразить проблему и актуальность рассматриваемого вопроса Дать обзор основной относящейся к делу литературы Определить все используемые специальные термины. Используемые термины Воздушные линии, подстанция, компенсированная нейтраль, однофазные замыкания на землю, короткое замыкание, феррорезонанс, заземляющие дуги, электромагнитные трансформаторы, межвитковые замыкания, магнитопровод, электрические машины, двухфазное короткое замыкание на землю, междуфазное замыкание линии, недоотпуск электроэнергии, перемежающаяся дуга, энергоустановка, определение мест повреждения, нулевая последовательность, токовые защиты, генератор высокой частоты, фазное напряжение, электромеханическое реле, ошиновка. Введение Статистика повреждений воздушных линий (ВЛ) 6–10 свидетельствует о 30 и более аварийных отключениях на 100 км в год. В сетях с изолированной или компенсированной нейтралью 6–10 кВ наиболее частым видом повреждения стало однофазное замыкание «на землю» (ОЗЗ), составляющее 70–75% всех случаев повреждений. Статистика повреждений воздушных линий (ВЛ) 6–10 свидетельствует о 30 и более аварийных отключениях на 100 км в год. В сетях с изолированной или компенсированной нейтралью 6–10 кВ наиболее частым видом повреждения стало однофазное замыкание «на землю» (ОЗЗ), составляющее 70–75% всех случаев повреждений [1]. Последствия однофазных замыканий на землю в электрических сетях: В сети появляются перенапряжения, превышающие в 2,4–3,5 раза фазные напряжения, что может привести к пробою изоляции неповреждённых фаз и переходу ОЗЗ в «двухместное» или двойное замыканий на землю по своим характеристикам близкое к коротким двухфазным замыканиям (КЗ). В соответствии с к типичным видам перенапряжений относятся: дуговые, связанные с перемежающимся характером дуги; вызываемые обрывом заземляющих дуг, возникающих при отключении двойных и междуфазных КЗ, при обрыве тока в дугогасящих реакторах [1]. Возможны явления феррорезонанса, от которых в рассматриваемых сетях чаще всего выходят из строя измерительные электромагнитные трансформаторы напряжения. Иногда повреждаются изношенные и слабо нагруженные силовые трансформаторы, работающие в режиме, близком к холостому ходу [1]. В режиме однофазного замыкания происходит насыщение сердечника, вероятность наступления условия резонанса резко возрастает, ток в обмотке трансформатора напряжения увеличивается выше допустимых значений, разрушается изоляция обмотки, происходят межвитковые замыкания и наступает тепловое разрушение прибора. Именно магнитопровод подвержен явлению феррорезонанса, и поэтому это приводит к большим авариям [4]. При длительной работе сети с ОЗЗ происходит ускоренное старение изоляции сети и некоторых разновидностей электрических машин. Это, в свою очередь ведёт к росту аварийности и значительному увеличению стоимости ремонтов оборудования [1]. Ток ОЗЗ. То есть в результате длительного протекания тока ОЗЗ грунт около опоры высыхает, растёт его сопротивление, в результате чего увеличивается опасность поражения людей или животных шаговым напряжением или напряжением прикосновения [1]. Если ОЗЗ длительно не устраняется, то существенно повышается вероятность возникновения пожаров, например, в ячейках КРУ, кабельных тоннелях и на других объектах из-за возникновения высокотемпературной дуги в месте ОЗЗ [1]. Двухфазное короткое замыкание на землю в разных точках через двойное большое переходное сопротивление, соизмеримое с сопротивлением нагрузки. Двойное короткое замыкание на землю возникает обычно в местах с ослабленной изоляцией [6] Однофазное короткое замыкание.То есть, при разрыве провода линии у изолятора упавший на землю конец провода вызывает появление однофазного короткого замыкания с разрывом фазы. Соотношения электрических величин, подобные имеющимся при замыканиях с разрывами проводов фаз, возникают также при отказах в работе части фаз автоматических выключателей. Например, междуфазное замыкание линии через землю разных фаз либо с одним переходным сопротивлением, либо сразу с двумя. В процессе развития аварии возможны переходы от одного вида повреждения к другому [6]. В кабельных сетях однофазные замыкания на землю вызывают двух – четырехкратные коммутационные перенапряжения, обусловленные возникновением «перемежающейся» (многократно загорающейся и гаснущей) электрической дуги [8]. Горящая в месте однофазного замыкания на землю устойчивая дуга является мощным источником высокочастотных составляющих в напряжении и токе. При дуговом замыкании осциллограммы тока и напряжения имеют несинусоидальный характер, а значит присутствует спектр высокочастотных составляющих. Формы кривой тока ОЗЗ и напряжения нейтрали при перемежающейся дуге могут иметь разный вид с каждым новым периодом. Также в спектре содержится большое количество «интергармоник» т.е. существуют не только гармонические составляющие с частотой, кратной 50 Гц, но и с множеством промежуточных частот. Принимая во внимание нормы качества электроэнергии, можно с уверенностью сказать, что при ОЗЗ они будут нарушены [3]. Недоотпуск электроэнергии. То есть, экономические затраты, возникающие при работе энергоустановки, возникающие при однофазных замыканиях на землю, и вследствии чего возникают ложные срабатывания релейных защит, нарушения норм качества электроэнергии, развитие более сложных аварий [3]. Методы Однофазные замыкания на землю являются наиболее трудно диагностируемым видом повреждения воздушных линий (ВЛ) и составляют около 75 % от общего числа повреждений. Протяженность распределительных сетей 6 − 35 кВ в городских сетях свидетельствует о необходимости разработки универсального подхода к определению поврежденного присоединения при ОЗЗ на основе анализа осциллограмм аварийных событий. Для определения ОЗЗ использовались исходные данные подстанции «Шахри» 110/10 кВ [2]. Разработанные дистанционные методы ОМП ВЛ при однофазном замыкании на землю определяют место замыкания в основном при отключении от сети поврежденной линии. К таким методам относятся импульсные и волновые методы, а также петлевой метод. Однако все они имеют ограниченное применение: импульсные методы применяются на одиночных линиях, отключенных от сети; волновые методы – при испытаниях одиночных (кабельных) линий 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, по конфигурации электромагнитного поля вокруг кабеля, но по-прежнему проблема определения расстояния до места повреждения ВЛ при однофазном замыкании на землю остается актуальной [5]. Основные способы определения места однофазного замыкания на землю: Токовые защиты нулевой последовательности (направленная и ненаправленная) и защиты, реагирующие на переходное значение тока НП [2]. Традиционно для защиты отходящих присоединений используются защиты, такие как: устройство общей сигнализации, которое устанавливается на шинах 6–35 кВ подстанции [2]. В настоящее время разработан комплекс устройств, которые реагируют на гармонические составляющие тока НП при ОЗЗ типа УСЗ-2/-2, которые подключаются через трансформаторы тока НП (ТТНП) кабельного типа. Есть другие устройства типа УСЗ-3М, которые реагируют на измерение суммы высших гармонических составляющих в токе ЗНЗ (от 150 до 650 Гц) [2].  Также это устройства типа SEPAM компании Schneider Electric и их аналоги от «АББ РелеЧебоксары» - SPAC 801-013, SPAC 801-113, «Сириус», выпускаемые НПФ «Радиус», выполняют относительный замер высших гармоник и на этом основании работают не только защиты от ОЗЗ, но и защиты, реагирующие от междуфазных замыканий [2]. Системы РЗА. В рассматриваемой подстанции реализовано устройство защиты на базе электромеханических реле, и установки защитных реле не согласованы с защитами, установленными для защиты силовых трансформаторов и ошиновки при ОЗЗ [2]. Устройства неселективной сигнализации. Они регистрируют факт однофазных замыканий на землю независимо от места повреждения в электрической сети и используют самые общие признаки появления однофазного замыкания на землю [5]. Предлагается использовать подключение генератора высокой частоты (ГВЧ) к шинам подстанции для определения поврежденного присоединения без выполнения оперативных переключений. Устройство определения поврежденного присоединения состоит из ГВЧ, подключаемого к земле и шинам подстанции через искусственную нулевую точку, собранную из 3 конденсаторов емкостью 50 нФ [7]. Исследование емкостных токов с частотой 1кГц показало, что эта частота не совсем подходит для надежного определения поврежденной линии. Это объясняется ебольшой разницей между токами, протекающими по поврежденной и неповрежденной линиям. Примерами являются «МИР-ОПЛ 01» (НПО «МИР», г. Омск), Сириус-ОЗЗ (ЗАО «РАДИУС Автоматика», г. Москва). Они позволяют определить отходящую поврежденную воздушную линию и передать ее номер на диспетчерский пункт [7].  Результаты Токовые защиты нулевой последовательности справились со своей задачей, то есть определили место ОЗЗ. Трудность реализации и нахождение факта излишнего срабатывания считается недостатком перечисленных защит. Достоинством этих защит является возможность фиксирования любых кратковременных замыканий, которые обеспечивают профилактическую проверку изоляции и позволяют находить места ее ослабления для предотвращения последующего замыкания [2]. Устройства общей сигнализации. Выяслилось, что недостаток этих систем заключается в том, что возникает трудность при определении присоединения, где произошло ЗНЗ. Недостатком этих защит также является необходимость установки кабельной вставки для подключения трансформатора тока на воздушных линиях. Кроме перечисленных защит, в этой системе еще применяется защита от наложенного тока высокой частоты и защита, работающая на переходное значение тока нулевой последовательности (НП) [2]. Устройства типа УСЗ-3М. Недостатками таких систем являются, во-первых, в сложных сетях, содержащих параллельными линиями, применение УСЗ-3М является непригодным, и во-вторых, требуется выезд оперативной группы на подстанцию, чтобы проводить многочисленные измерения для определения поврежденного участка [2]. Устройства типа SEPAM компании Schneider Electric и их аналоги от «АББ РелеЧебоксары» - SPAC 801-013, SPAC 801-113, «Сириус». Данные системы имеют высокую стоимость микропроцессорных терминалов, а также есть минус - трудность при выборе установок срабатывания из-за отсутствия методики их выбора [2]. Устройства неселективной сигнализации. При возникновении ОЗЗ в системе происходило снижение сопротивления изоляции, снижение фазного напряжения поврежденной фазы относительно земли, появлялось напряжения нулевой последовательности (напряжения смещения нейтрали). Определение поврежденного присоединения производилось путем поочередного отключения присоединений. Поиск поврежденного присоединения путем поочередного отключения имеет следующие недостатки: отключения присоединений сопровождаются перерывами электроснабжения; увеличивается вероятность перехода однофазного замыкания в многофазное вследствие коммутационных перенапряжений; значительная длительность процесса поиска и большие затраты труда [5]. Подключение генератора высокой частоты (ГВЧ) к шинам подстанции. При наложении токов высокой частоты частотный портрет тока ОЗЗ в поврежденном присоединении изменяется и на частотах 1-8 кГц амплитуда увеличивается более чем в 20 раз по сравнению с неповрежденными присоединениями. Это дает возможность выделить поврежденное присоединение и приступить к дальнейшему поиску места повреждения. Для исследования была взята частота ИВЧ от 1 до 8 кГц. При частоте 7,3 кГц ток в поврежденной фазе составил 1,63 А. При такой частоте ток ОЗЗ превышает ток в фазах неповрежденного присоединения более чем в 20 раз. Такое соотношение токов позволяет точно определить фазу с ОЗЗ в поврежденном присоединении. Для определения линии с ОЗЗ целесообразно применить устройство, способное генерировать ток с частотой до 8000 Гц для определения поврежденного присоединения [7]. Выводы Выяснили какие бывают последствия при однофазных замыканиях на землю в электрических сетях. Последствия ОЗЗ ведут к многочисленным авариям и нарушениям норм качеств электроэнергии. Рассмотрели методы определения места ОЗЗ, в том числе и дистанционные, реализующиеся с помощью микропроцессорных средств автоматики, и выяснили, что они справляются с этой задачей, но каждый из них имеет свои достоинства и недостатки. Библиографический список Леонов, О. А. Анализ последствий от однофазных замыканий на землю в сельских сетях 6-10 кВ / О. А. Леонов // Международный научный журнал «Символ науки» № 03-2/2017. — С. 85. Гиёев, Б. М. Определение повреждённых присоединений при однофазном замыканий на землю в сетях 6 − 10 КВ / Б. М. Гиёев // Политехнический вестник. Серия Инженерные исследования. №1 (45) – 2019. — С. 23–24. Суслов Е. А. Анализ спектра гармоник и их влияние на энергоустановки в сети 6-35 кВ при однофазном замыкании на землю / Е. А. Суслов // Новости электротехники. СПб, 2006, №1. — С. 2232–2235. Младзиевский Е. В. Сравнительный анализ аварийности распределительных сетей в условиях однофазного замыкания на землю / Е. В. Младзиевский, Е. Н. Рыжкова // Энергоснабжение, энергетика, энергоаудит. – 2011. - №7 (89). — C. 56. Зуб Н. C. Определения места повреждения ЛЭП 6–10 кВ при однофазном замыкании на землю / Н. С. Зуб // Международный научный журнал «Инновационная наука» №04-3/2017 ISSN 2410-6070. — С. 47–48. Семёнова Е. Ю. Проблемы однофазного замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью / Е. Ю. Семёнова // «Электричество» № 5/2019. — С. 14. Владимиров Л. В. Диагностика распределительных электрических сетей при однофазном замыкании на землю / Л. В. Владимиров, В. А. Ощепков, А. Я. Бигун, Н. В. Кириченко // Динамика систем, механизмов и машин, № 1, 2014. — С. 237–238. Сбитнев С. А. Вопросы компенсации емкостных токов в распределительных сетях 6- 35 кВ / С. А. Сбитнев, Н. А. Михайлов // XII International scientific conference, №1, 2008. — С. 50. |