Дистанционное определение места повреждения в распределительных сетях методом стоячих волн

ряду критериев, что затрудняет выбор тина устройства на стадии проектирования.

3. На базе методов теории принятия решений сформулирована общая поэтапная методика предварительного выбора типа горелочного устройства для конкретного котлоагрегата или другого топливосжигающего устройства.

Библиографический список

I Эстеркин Р.И. Перевод промышленных котлов на газообразное топливо/ Р.И. Эстеркин. — Л.: Энергия, 1967. — 207 с.

2. Столпнер Е.Б. Налалка и эксплуатация систем газоснабжения котельных установок / Е.Б. Столпнер, Р.И. Эстеркин. — Л.;Недра, 1964. - 208с.

3. Эстеркин Р.И. Закономерности выгорания газа в щелевых газогорелочных устройствах / Р.И. Эстеркин // Газовая промышленность. — 1965. — №9. — С. 17 — 21.

4. Воликов АН. Сжигание газового и жидкого топлива в котлах малой мощности / А.Н. Воликов. — Л.: Недра, 1989. — 160 с.

5. Снейшер В.А. Повышение эффективности использования газа и мазута в энергетических установках / В.А. Спейшер, А.Д. Горбаненко. — М.: Энергия, 1974. — 208 с.

6. Адамов В.А. Сжигание мазута в топках котлов / В.А. Адамов. — Л.: Недра, 1989. — 304 с.

7. Кулагин Л.В Форсунки для расныливаниятяжелыхтоплив/ Л.В. Кулагин, М.Я. Морошкин. — М.: Машиностроение, 1973. — 200 с.

8. Карабин А.И. Сжигание жидкого топлива в промышленных установках / А.И. Карабин, Е.С. Раменская, И.К. Энно. — М.: Металлургия, 1966. — 371 с.

9. Завьялов А.А. Повышение эффективности использования жидкого топлива в хлебопекарных печах/А. А. Завьялов. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. — 232 с.

10. Ведрученко В.Р. Методика выбора типа форсунки для котлов малой передней мощности при проектировании и реконструкции котельных установок / В.Р. Ведрученко, В.В. Крайнов.

А.В. Казимиров//Промышленная энергетика. — 2006. — №3. — С. 33-40.

11. Лебедев П.Д. Теплоиспользующие установки промышленных предприятий / П.Д.Лебедев, А.А. Щукин. — М.: Энергия, 1970. - 320 с.

12. Кузнецов А.А. Камеры сгорания стационарных газотурбинных установок / А.А. Кузнецов. — М Л.: Машгиз, 1957. — 166 с.

ВЕДРУЧЕНКО Виктор Родионович, доктор технических наук, профессор кафедры «Теплоэнергетика» Омского государственного университета путей сообщения.

Адрес для переписки: e-mail: healomoups@mail.ru ЖДАНОВ Николай Владимирович, аспирант кафедры «Теплоэнергетика» Омского государственного университета путей сообщения.

Адрес для переписки: e-mail: zhdanov-n@mail.ru ЖДАНОВА Екатерина Егоровна, магистр техники и технологий, инженер-проектировщик П категории ОАОТПИ «Омскгражданпроект».

Адрес для переписки: 644046, г. Омск, пр. Маркса, 35. ЛАЗАРЕВ Евгений Сергеевич, студент-ди илом ник кафедры «Теплоэнергетика» Омского государственного университета путей сообщения.

Адрес для переписки: 644046, г. Омск, пр. Маркса, 35.

Статья поступила в редакцию 18.09.2009 г.

© В. Р. Ведрученко, Н. В. Жданов, Е. Е. Жданова, П. С. Лазарев

удкмі.зи В. А. БУРЧЕВСКИЙ

Л. В. ВЛАДИМИРОВ В. Н. ГОРЮНОВ В. А. ОЩЕПКОВ

Омский государственный технический университет

ДИСТАНЦИОННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ МЕТОДОМ СТОЯЧИХ ВОЛН

В статье рассмотрено дистанционное определение места повреждения при однофазном замыкании на землю в сетях 6—35 кВ методом стоячих волн. Приведен пример расчета собственной резонансной частоты линии, построен график распределения тока вдоль линии при возникновении стоячих волн.

Ключевые слова: определение места повреждения, метод стоячих волн.

Распределительные сети составляют значительную часть в цепи транспорта элек трической энергии. 11аиболее распространенным видом повреждения в таких сетях являются однофазные замыкания на землю, которые составляют около 75 % от общего

числа повреждений. Процесс восстановления нормального режима работы сети состоит из нескольких последовательных операций:

— регистрация факта ЗНЗ (неселективная сигнализация);

— определение поврежденной линии (присоединения);

— определение поврежденного участка линии (дистанционное ОМП);

— определение места повреждения на местности (топографическое или трассовое ОМП);

— проведение ремонтных работ;

— включение питания присоединения и восстановления электроснабжения потребителей.

Время поиска места повреждения является наиболее продолжительной операцией и достигает до 50 % от времени процесса восстановления (1). Таким образом, для ускорения процесса восстановления нормального режима работы сети при возникновении однофазного замыкания на землю необходимо совершенствование способа определения места повреждения (ОМП).

Технические средства ОМП по назначению и принципу действия аппаратуры подразделяют на дистанционные и топографические |2]. Дистанционные средства ОМП устанавливаются непосредственно на подстанции. Топографические приборы поиска являются переносными и предназначены для точного определения МП на трассе линии.

В распределительных сетях наибольшее распространение получили петлевой метод и импульсные (локационные) методы [3].

Петлевой метод использует измерение сопротивления до места повреждения. При этом поврежденная фаза соединяется перемычкой с неповрежденной, и полученный контур подключается к источнику постоянного тока. Петлевой метод обладает существенным недостатком — он применим только при устойчивых металлических замыканиях, а большинство однофазных замыканий на землю носят неустойчивый характер. Кроме того, при использовании этого метода на точность измерений большое влияние оказывает сопротивление соединительных проводов [4].

Импульсные (локационные) методы ОМП основаны на измерении времени между моментом посылки в линию зондирующего электрического импульса и моментом возвращения к началу линии импульса, отраженного от МП. Недостаток метода состоит в том, что при определении места повреждения возникают затруднения в получении отраженного импульса достаточной амплитуды.

Также для определения расстояния до места повреждения может быть использован метод стоячих волн. Суть метода стоячих волн в том, что к отключенной поврежденной линии присоединяют источник периодического (синусоидального) сигнала высокой частоты. При достаточно высоких частотах линию электропередачи следует рассматривать как длинную линию, т.е. как линию с распределенными параметрами. При совпадении часта™ источник испытатель-

ного напряжения и собственной резонансной частоты линии в начале линии амплитудное значение напряжения (тока) будет максимальным.

При синусоидальном напряжении источника питания напряжение в любой точке длинной лин и и можно представить в виде суммы двух слагаемых:

иши+.е'«,-Гх+ий,.е*м*Гх. (И

где — комплексная амплитуда прямой волны напряжения, В;

(У,7, — комплексная амплитуда обратной волны напряжения, В;

у — постоянная распространения;

дг- расстояние от начала линии до рассматриваемой

точки, м.

Распространение волны характеризуется постоянной распространения, которую представляют в виде

у = а+Ц5,

где а —коэффициент затухания, характеризует изменение амплитуды волны на единицу длины линии; Р — коэффициент фазы.

Точка, фаза колебаний в которой остается постоянной, перемещается но линии с фазовой скоростью:

где { — частота переменного напряжения, Гц.

Если считать момент времени фиксированным (например, 1 = 0) и рассматривать изменение мгновенного значения напряжения вдоль линии в зависимости от координаты X, то каждое из слагаемых в (1) описывает гармоническую волну напряжения. Волна, описываемая первым слагаемым, носит название прямой или падающей волны. Волна, описываемая вторым слагаемым в (1), называется обратной или отраженной. Если падающая синусоидальная волна затухает (убывает по амплитуде) при движении от начала линии к концу (рис. 1а), то отраженная волна затухает при перемещении от конца линии к началу (рис. 1 б).

Если частота источника питания совпадает собственной частотой линии, то напряжение в начале линии достигает максимума (рис. 2).

Выражение для определения собственной частоты длинной линии

где /- длина линии, м;

V —скорость распределения волны вдоль линии, м/с.

То есть частота источника настраивается в резонанс с собственной частотой участка длинной линии до места повреждения. Исследуя изменение ампли-

Рис. 1. Прямая (а) и отраженная (б) волны

Рис. 2. Амплитуда гармонического напряжения в начале линии

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК N<3 С»3> 2009

!.л

Рис. 3. График распределения тока вдоль линии

туды напряжения или тока при плавном повышении частоты источник, можно зафиксировать первую частоту /, при которой наблюдается максимум напряжения (тока). Тогда расстояние до места повреждения:

где /, —частота источника испытательного напряжения, при которой наблюдается максимум напряжения (тока) в начале линии.

Можно поступить и по-другому: зафиксировать две частоты / и /,, которым соответствуют два следующих друг за другом максимума напряжения.

к =

2 (/,-/)•

Выражения (5) и (6) позволяют определить расстояние до места замыкания по методу стоячих волн.

Данный метод относится к высокочастотнымт.к. частота источника при настройке в резонанс с линией может достигать нескольких мегагерц. Так, при скорости распространения волны V - 300000км/с и расстоянии до МП /, = 1/см частота источника должна быть / ~ 300кГч, а при = 100 м / = 3 МГц .

В качестве использования метода стоячих волн рассмотрим некоторую линию. Предположим, что в конце линии произошло однофазное замыкание на землю. Определим частоту источника испытательного напряжения, при которой возникает эффект стоячих волн и построим графики распределения напряжения и тока в линии при данной частоте.

Длина линии / -1к = 3,24к.»; удельное активное сопротивление линии г0 = 0,241 Ом/ки; удельная индуктивность линии Ц =0,0013Гн/(си; фазовая скорость (скорость распространения волны) Уф = 300000км/с.

Удельные параметры линии соответствуют воздушной линии напряжением 35 кВ, выполненной проводом марки АС-120. Кроме того, будем рассматривать данную линию каклиниюбез потерь.

Определим собственную частоту линии:

_ _ 300000

п:' 41, ~ 4 -3,24

23148/1/.

Зная собственную частоту линии, можно определить частоту источника испытательного напряжения:

/ = 2/т = 2 23148= 462% Гц.

п 1г ы 2-3,14-46296 .

р = ю^Ц.С„ = — =-----------------= 0,969 рад/км

г я 300000

Волновое сопротивление линии:

= 403,1 Юм.

0,0013

10,008-Ю-1

Длина волны при этом будет равна:

. 2л 2-3,14

Л =— =--------— = 6.28 км.

Р 0,969

В соответствие с выражением (11) длина волны испытательного сигнала пропорциональна расстоянию до места повреждения.

При коротком замыкании в конце линии распределение тока и напряжении в линии описывается следующей системой уравнений:

10 = jІ:Zr 5ІІ1 Рх' [ / = /, сое Рх

или используя мгновенные значения тока и напряжения, полагая, что начальная фаза равна нулю (<р = О):

Г и = віп рх  5іп

1 / = сое Рх' -Ч\п 0)1

Тогда фазовый коэффициентопределяется следующим выражением:

где - амплитудное значение тока, А;

и1т - амплитудное значение напряжения, В;

х' - расстояние от рассматриваемой точки до начала

линии,км.

Согласно (13), напряжение опережаегток на 90 градусов. Построим графики распределения тока и напряжения в линии при частоте = 2/,.Е, = 2-23148 =

= 46296 Гц. Амплитудное значение напряжения испытательного сигнала ит = 200 В.

На рис. 3 представлена зависимость действующего значения тока в начале линии от частоты источника испытательного напряжения / = /(/[).

Метод стоячих волн применим для определения расстояния до места повреждения на отключенных кабельных и воздушных линиях. Так же он может быть использован в сетях различных классов напряжения.

Хотя метод стоячих волн известен достаточно давно, он так и не получил широкого распространения. Это связано с тем, что для его реализации требуется применение достаточно сложной аппаратуры. На сегодняшний день современный уровень разви тия электроники и радиотехники позволяет изготовить устройство для дистанционного определения места

ЦАП

Рис. 4 . Структурная схема прибора для дистанционного ОМП

повреждения с использованием эффекта возникновения стоячих волн.

Структурная схема устройства, основанного на методе стоячих волн, представлена на рис. 4. Генератор испытательного напряжения (ГИН) формирует высокочастотный сигнал. Предварительно определяются параметры линии, (удельная индуктивность и емкость). Регулирование частоты происходит с помощью микропроцессора (МП), который на основании измерений, полученных на выходе ГИН, формирует управляющий сигнал. Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) и цифро-аналоговый преобразователи (ЦЛП) служат для преобразования сигналов, получаемых и передаваемых микропроцессором.

Библиографический список

2. Гельфанд,Я.С. Релейная защита распределительных сетей / Я.С. Гельфанд. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 368 с.

3. Шабанов, В.А. Определение места повреждения в распределительных сетях при однофазных замыканиях на землю: учеб. пособие. — Уфа : Изд-во УНГТУ, 2003. — 96 с.

4. Сирота. И. М. Режимы нейтрали электрических сетей / Сирота И.М., КисленкоС.Н., Михайлов А.М. - Киев: Наук, думка, 1985. - 264 с.

БУРЧЕВСКИЙ Виталий Анатольевич, начальник управления энер1-етики, главный энергетик ООО «РН-Юганскнефге газ ».

ВЛАДИМИРОВ Леонид Вячеславович, ассистент кафедры электроснабжения промып1ленных предприятий Омского государственного технического университета.

ГОРЮНОВ Владимир Николаевич, доктор технических наук, профессор кафедры электроснабжения промышленных предприятий, директор энергетического института Омского государственного технического университета.

ОЩЕПКОВ Владимир Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры электроснабжения промышленных предприятий Омского государственного технического университета.

Адрес для переписки: 644050, г. Омск, пр. Мира, И.

I. Кутин, В.М. Оптимизация процесса поиска повреждений в воздушных распределительных сетях 6—10 кВ // Электричество. — 1994. — N03. — С. 28 — 35.

Статья поступила в редакцию 26.06.2009 г.

© В. А. Бурчевский, Л. В. Владимиров, В. Н. Горюнов,

В. А. Ощепков

удк 621.316.3 с. С. ГИРШИН

А. А. БУБЕНЧИКОВ В. Н. ГОРЮНОВ А. А. ЛЕВЧЕНКО Е. В. ПЕТРОВА

Омский государственный технический университет

АНАЛИЗ

РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПО СЕЧЕНИЮ САМОНЕСУЩИХ ИЗОЛИРОВАННЫХ ПРОВОДОВ_________________________________

В статье рассмотрена целесообразность учета температуры в самонесущих изолированных проводах (СИП). Показан расчет распределения температуры в токоведущей жиле провода СИП 3. Рассмотрен расчет распределения температуры в изоляции провода с учетом и без учета диэлектрических потерь.

Ключевые слова: СИП, распределение температуры, токоведущая жила, изоляция.

Потери электроэнергии в АО-энерго России в 2004 году составили порядка 13 %. Предпринятые в последние годы меры позволили несколько уменьшить величину потерь, однако и сейчас Россия отстает от мирового опыта снижения потерь. В странах Западной Европы (Нидерланды, Германия) и Японии электрические по тери в сетях электроснабжения находятся

в диапазоне 4,0 —5,2 % [ 1,2]. Уменьшение уровня потерь электроэнергии в масштабах АО-энерго России на 4 —5 % (отпуск в сеть в 2004 году — 830,1 млрд кВт - ч) приводит к экономии 41,5 млрд кВт ч. Приведенные цифры показывают, что существует потенциальная возможность уменьшения потерь электрической энергии в электрических сетях России и что