Поиск по сайту
Начало >> Статьи >> Мониторинг аварийных событий в городских кабельных сетях 10 кВ

Мониторинг аварийных событий в городских кабельных сетях 10 кВ

Ларионов В.Н., Качесов В.Е., Овсянников А.Г.
(НСБП «Электросетьсервис», Новосибирск)

Кабельные сети средних классов напряжения отличаются повышенной повреждаемостью. Нередко имеют место каскадные повреждения. Предполагается, что основной причиной пробоя изоляции являются различного рода перенапряжения, хотя никаких прямых доказательств их существования с уровнем выше электрической прочности изоляции кабелей нет. В данной статье представлена разработка комплекса аппаратуры для автоматической регистрации уровня фазных перенапряжений и токов в нейтрали дугогасящего реактора, а также результаты инструментального мониторинга аварийных событий в отдельных районах Барнаульских городских электрических сетей.
Авторами с сотрудниками кафедры ТЭВН НГТУ разработан аппаратно-программный комплекс, позволяющий регистрировать напряжения на шинах питающих станций распределительных сетей, а также токов в отдельных ее присоедине1Шях. Комплекс построен на базе многоканального аналого-цифрового преобразователя с полосой пропускания до десятков килогерц, работающего в составе IBM PC совместимого компьютера. Структурная схема аппаратной части комплекса изображена на рис. 1.
схема измерительного комплекса
Рис. 1 Структурная схема измерительного комплекса

Комплекс состоит из высоковольтных емкостных делителей напряжения, широкополосного трансформатора тока, мультиплексора аналоговых каналов, АЦП с устройством выборки и хранения с внутренней памятью (FIFO) емкостью 64Кх11 бит и собственно самого компьютера. Программная часть комплекса разработана таким образом, что позволяет осуществлять сбор измерительной информации из буфера АЦП при превышении уровнями напряжения на шинах или измеряемого тока заданного порогового значения; при этом, благодаря работе АЦП в режиме самописца, одновременно регистрируется предаварийный режим работы сети.
К настоящему времени накоплен опыт работы по регистрации перенапряжений в распределительных городских кабельных сетях класса напряжения 10 кВ г. Барнаула. В течение года измерительный комплекс устанавливался на различные питающие пункты (ПП) городских электрических сетей с целью регистрации перенапряжений на шинах секций в различного рода аварийных режимах.
На рис.2 приведена схема установки регистратора на одной из секций шин ПП.
Схема подключения регистратора
Рис. 2. Схема подключения регистратора

Системный блок и выносной мультиплексор, питаемые от источника бесперебойного питания, предназначенного для исключения проникновения помех и останова регистрации при возникновении переключений на ПП, подключаются посредством коаксиальных кабелей к высоковольтным делителям, которые монтируются в ячейку измерительного трансформатора напряжения на место вентильных разрядников. Для регистрации тока в дугогасящем реакторе (ДГР) на его заземляющем спуске устанавливается широкополосный трансформатор тока (ТТ).

Основные результаты мониторинга перенапряжений.

В течение всего периода наблюдений измерительный комплекс устанавливался в пяти точках сети. Первый опыт регистрации перенапряжений получен для участка сети с компенсацией тока замыкания на землю, предварительно определенная величина которого по данным марки проложенных кабелей и схемы сети составляла 45А. Осциллограммы переходного процесса при естественном ОДЗ показывают (рис.3), что максимальные перенапряжения, достигаемые в переходном процессе не превышают 20 кВ (2,4 Uфм). Повторные пробои в дуговом промежутке в начальной фазе происходят при напряжении 0,8- 1,2 Uфм, а в дальнейшем снижаются до 0,6-0,7 Uфм (рис.4). Анализ осциллограмм показывает, что степень компенсации тока замыкания на землю явно недостаточна. Это подтверждает кривая восстанавливающегося напряжения на поврежденной фазе. О степени настройки ДГР ориентировочно можно судить по скорости восстановления напряжения на поврежденной фазе в режиме устойчивого горения дуги. Восстанавливающееся напряжение в предположении гашения тока дуги при переходе им нулевого значения приближенно можно определить как:

гдепри пренебрежении активными потерями, 8 - декремент.
Осциллограммы напряжений при ОДЗ
Рис. 3. Осциллограммы напряжений при ОДЗ (начальная фаза, первая секция шин ГПП-8)

Рис.4. Осциллограммы напряжений при установившемся ОДЗ (время горения дуги 30 сек.)
Тогда по амплитуде напряжения на каком-либо полупериоде колебаний (как правило, на третьем и более полупериоде происходит повторный пробой) можно оценить частоту собственных колебаний в контуре нулевой последовательности, исходя из которой может быть определен коэффициент компенсации фазной емкости.

Рис. 5. Зависимость амплитуды второго полупериода колебаний восстанавливающегося напряжения от степени раскомпенсации фазной емкости На рис. 5 приведена зависимость амплитуды второго полупериода колебаний восстанавливающегося напряжения от степени раскомпенсации фазной емкости сети при пренебрежении активными потерями (что вполне допустимо на рассматриваемом промежутке времени). При определении знака раскомпенсации необходимо проанализировать фазу свободных колебаний: при совпадении фазы первого полупериода свободных колебаний с вынужденной составляющей колебаний имеет место недокомпенсация, при несовпадении - перекомпенсация. Так, анализ осциллограмм, приведенных на рис. 3 и 4, указывает на недокомпенсацию емкости сети на уровне 30%.
При регистрации тока в ДГР по осциллограммам процессов более достоверно можно судить о точности настройки ДГР. Осциллограммы напряжений и токов в точке сети, где одновременно с напряжением фиксировался ток ДГР, приведены на рис. 6, а и б.
Осциллограммы напряжений на шинах ГПП-8 при ОДЗ (вторая секция шин)

Рис. 6
Частота свободных колебаний тока Р составляет лишь 185 рад/сек, что соответствует коэффициенту компенсации фазной емкости К= β2/ ω2=0,347. Осциллограмма переходного процесса иллюстрирует неустойчивый характер горения дуги, которое продолжается не более трех периодов промышленной частоты. От периода к периоду горение дуги сопровождается увеличением напряжения повторного пробоя, которое в последнем случае достигает линейного напряжения. Значительная переходная составляющая, возникающая при последнем пробое, тем не менее, не вызывает существенных перенапряжений на неповрежденных фазах из-за отсутствия высокочастотной переходной составляющей. Максимальные перенапряжения, так же как и в случае устойчивого горения дуги (рис.3), не превышают величины порядка 2,4 Uфм.
Следует отметить, что правильная настройка ДГР часто не может быть осуществлена из-за неточной информации о схеме сети и типах используемых кабелей. Обработка регистрируемой информации позволяет определить требования к компенсации токов замыкания на землю, исходя из реальных емкостных проводимостей кабельной сети.
Заметная повторяемость каскадных повреждений кабельных линий в рассмотренной электрической сети и незначительный уровень зарегистрированных перенапряжений, в том числе и коммутационных, а также существенная недокомпенсация емкостных токов замыкания на землю указывает на возможность возникновении перенапряжений резонансного характера. Впоследствии одно из таких событий было зарегистрировано.
Обработка результатов регистрации аварийных событий и сопоставление ее с записями диспетчеров подстанций показывает, что большой поток аварийных коммутаций остается неучтенным в силу быстротечности событий, а также неспособности средств релейной защиты и автоматики регистрировать аварийные режимы сети и реагировать на некоторые виды повреждений. Как показали исследования, режимы неустойчивого ОДЗ с длительностью горения дуги вплоть до нескольких минут не регистрируются средствами релейной защиты. В то же время информация по этому виду повреждений может служить отправной для целенаправленного ремонта и профилактических испытаний кабелей.
Эффективность непрерывного мониторинга перенапряжений многократно увеличится при организации постоянного сбора информации об аварийных и анормальных режимах работы сети. Последнее достигается посредством внедрения цифровых регистраторов с модемами связи и соответствующим программным обеспечением и включением комплексов в системы телеметрии и телемеханики.

 
Требования к приборам анализа параметров режимов распредсетей »
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.