Удосконалення методів виявлення дефектів ізоляції приєднань 6-10кВ кабель-двигун в робочих режимах

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Спеціальність 05.14.02 - електричні станції, мережі і системи

ВДОСКОНАЛЕННЯ МЕТОДIВ ВИЯВЛЕННЯ ДЕФЕКТІВ ІЗОЛЯЦIЇ ПРИЄДНАНЬ 6-10 КВ КАБЕЛЬ-ДВИГУН В РОБОЧИХ РЕЖИМАХ

Сидоренко Олексій Анатолійович

Донецьк 2010

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано у Державному вищому навчальному закладі «Донецький національний технічний університет» Міністерства освіти і науки України, м. Донецьк

Науковий керівник:	доктор технічних наук, професор Гребченко Микола Васильович, ДВНЗ «Донецький національний технічний університет», професор кафедри електричних станції, декан електротехнічного факультету, м. Донецьк
Офіційні опоненти:	доктор технічних наук, професор Жуков Станіслав Федорович, ДВНЗ «Донецький національний технічний університет», професор кафедри електроприводу і автоматизація промислових установок, м. Донецьк;
	кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Сопель Михайло Федорович, Інститут електродинаміки НАН України, завідувач відділу автоматизованих систем, м. Київ

Захист відбудеться « 16 » грудня 2010 р. о 13³⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д11.052.02 в ДВНЗ «Донецький національний технічний університет» за адресою: 83001, м. Донецьк, вул. Артема, 58, 8-й навчальний корпус (ауд. 514)

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці ДВНЗ «Донецький національний технічний університет» за адресою Україна, 83001, м. Донецьк, вул. Артема, 58, 2-й навчальний корпус.

Автореферат розісланий « 15 » листопада 2010 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д 11.052.02

кандидат технічних наук, доцент А.М. Ларін

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Найбільш поширеним видом електричного навантаження є електричні двигуни (ЕД), тому їх надійна робота має значний вплив на техніко-економічні показники всіх видів промислового виробництва. Модернізація технології виробництва ЕД, використання нових матеріалів, вдосконалення системи їх експлуатації привели до деякого скорочення кількості пошкоджень ЕД. Проте в цілому ситуація з пошкодженням ЕД як і раніше залишається напруженою, що в значній мірі пояснюється їх важкими режимами роботи і складними умовами експлуатації, а також тим, що продовжують експлуатуватися ЕД з великим терміном роботи.

Велика кількість аварій і порушень технологічного процесу із-за пошкоджень електроустаткування, в першу чергу ЕД, виникає унаслідок поступового погіршення стану ізоляції (старіння, зволоження, забруднення і так далі). Відключення ЕД автоматикою виконується не тільки при пошкодженні безпосередньо ЕД, але і у разі виникнення пошкодження кабелю, що живить двигун. Подальше відновлення нормального режиму роботи споживачів вимагає значних технічних і економічних витрат.

Таким чином, актуальним є завдання своєчасного виявлення дефектів ізоляції кабелів і ЕД і проведення профілактичних робіт для запобігання виникненню пошкоджень, що істотно підвищить надійність роботи підстанцій з двигунним навантаженням. Рішення цієї задачі сприятиме переходу від системи планових ремонтів до обслуговування за станом.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася відповідно до наукового напрямку університету і його програм, у виконанні яких автор брав безпосередню участь, а саме: науково-дослідної роботи № Д 5-03 “Централізована захисно-діагностуюча автоматика вузлів електричних систем з двигунами” (№ держ. реєстрації 0103U001578); науково-дослідної роботи № Н-28-05 «Проектування розподільчих пристроїв високої напруги електростанцій та підстанцій на основі сучасних комп'ютерних технологій»; Д-18-09 «Вдосконалення методів безперервного автоматичного визначення стану ізоляції приєднань електродвигунів 6-10 кВ» (№ держ. реєстрації 0108U011246).

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є вдосконалення методів виявлення дефектів ізоляції приєднань 6-10 кВ кабель-двигун в робочих режимах, шляхом підвищення точності визначення місця виникнення дефектів ізоляції і значення комплексної провідності ізоляції в робочих режимах, зокрема за наявності незмінної за часом або такої, що змінюється за часом несиметрії поздовжньої провідності фаз електродвигунів.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні завдання:

-удосконалити метод поточного визначення комплексної провідності ізоляції відносно землі фаз приєднань кабель-двигун за наявності статичної і динамічної несиметрії;

-удосконалити ітераційний спосіб визначення параметрів дефектів ізоляції (місце виникнення і значення комплексної провідності) в робочих режимах приєднань шляхом покрокового наближення до дійсної точки локального дефекту ізоляції;

-розробити математичну модель приєднання кабель-двигун з урахуванням статичної і динамічної несиметрії ЕД;

-розробити алгоритми реалізації методів визначення відстані до місця виникнення локальних дефектів ізоляції в робочих режимах приєднань;

-провести лабораторні і промислові випробування запропонованих алгоритмів.

Об'єкт дослідження - приєднання кабель-електродвигун 6-10 кВ.

Предмет дослідження - методи і засоби визначення місць виникнення дефектів ізоляції і значень її комплексної провідності.

Методи досліджень. Робота виконана із застосуванням методів математичного і фізичного моделювання. Поставлені завдання вирішувалися з використанням теорії електричних кіл ; теорії розпізнавання образів; теорії побудови релейних пристроїв. Достовірність результатів, які отримані в роботі, забезпечувалася коректним застосуванням методів досліджень.

Наукова новизна отриманих результатів:

1. Розроблено комплексний метод автоматичної оцінки стану електричної ізоляції елементів приєднань кабель-двигун, заснований на поточному визначенні комплексної провідності ізоляції за результатами вимірювання поточних параметрів режиму, який відрізняється тим, що дозволяє розпізнавати вид дефекту - розподілений або локальний, а для локального дефекту визначати його місце виникнення.

2. Вдосконалено метод визначення параметрів ізоляції фаз приєднання кабель-двигун за рахунок уточнення в ньому моделі електродвигуна шляхом урахування статичної і динамічної несиметрії, що дозволяє підвищити точність визначення параметрів дефектів ізоляції.

3. Вдосконалено спосіб визначення вектора струму нульової послідовності, що відрізняється від відомих схемою вимірювань і використанням регресійної апроксимації результатів вимірювань, що дозволило підвищити точність визначення вектора струму нульової послідовності.

4. Вперше отримано узагальнені залежності параметрів режиму від параметрів дефекту ізоляції, що дозволяють розробляти нові принципи побудови захисту від замикань на землю і автоматики безперервної оцінки стану ізоляції електродвигунів.

Практичне значення отриманих результатів:

-розроблено алгоритм роботи і дослідний зразок пристрою автоматичного контролю стану ізоляції приєднань кабель-двигун , який може працювати як самостійно , так і у складі автоматизованої системи контролю ізоляції;

-отримані експериментальні залежності параметрів режиму роботи приєднань кабель-двигун від параметрів дефектів ізоляції на цьому приєднанні;

-розроблена методика оцінки поточного стану ізоляціі електричних двигунів, яка впроваджена на двох енергетичних підприємствах України ( ДП «ЗуЕТЕЦ» , м. Зугрес та ТОВ «Ремелектромаш» , м. Горлівка).

Особистий внесок здобувача. Автором самостійно поставлено мету, визначено задачі досліджень, сформульовано основні наукові положення, висновки , виконано постановку лабораторних і промислових випробувань, вдосконалено ітераційний метод автоматичного визначення місця виникнення і значення комплексного опору дефекту ізоляції.

Апробація результатів роботи. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися і отримали позитивну оцінку на: ІХ і Х міжнародних науково-технічних конференціях ”Проблемі сучасної електротехніки», Київ, 2006, 2008; VI Міжнародній НТК аспірантів та студентів «Автоматизація технологічних об'єктів та процесів. Пошук молодих». - Донецьк - ДонНТУ - 2006; НТК «Релейний захист і автоматика енергосистем - 2006», Москва, ВВЦ, 2006; VI Міжнародній науковій конференції «Ефективність та якість електропостачання промислових підприємств», Маріуполь. - ПДТУ. - 2008; ІV Міжнародній науково-технічній конференції «Керування режимами роботи об'єктів електричних систем», Донецьк, ДонНТУ, 2008; 6 Th International Conference-Workshop, Compatibility and Power Electronics CPE 2009, Іспанія, Бадахос.

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи викладені в 19 наукових роботах, 12 з яких у фахових виданнях ВАК України (серед них 7 в збірках наукових праць, 3 в журналах), отримано патент України і патент України на корисну модель.

Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, 5 розділів, висновків і 4 додатків. Основний зміст дисертації викладений на 112 сторінках, з них 39 рисунків і 9 таблиць на 38 сторінках. Повний обсяг дисертації складає144 сторінок друкарського тексту, з них 4 додатка на 18 сторінках 103 найменування використаних джерел на 14 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі «Аналіз сучасних методів виявлення дефектів електричної ізоляції без відключення електроустаткування» проведений аналіз відомих - найбільш досконалих на сьогоднішній день принципів побудови технічних засобів, що дозволяють визначати появу різних дефектів ізоляції електроустаткування, сформульована мета і завдання досліджень.

Статистичні дані ппошкодження електроустаткування показують, що від третьої частини до половини всіх пошкоджень доводиться на високовольтні електродвигуни. Майже завжди несправною виявляється обмотка статора ЕД внаслідок поступового погіршення стану ізоляції або її незадовільного стану. Тому підвищення надійності роботи ЕД можна досягти шляхом виявлення дефектів ізоляції на ранній стадії і своєчасного проведення профілактичних і відновлювальних робіт.

До основних недоліків більшості методів визначення місця пошкодження відносяться: відсутність можливості використання без відключення устаткування і необхідність створення спеціальної схеми для проведення вимірювань; не визначається значення опору ізоляції в місці її дефекту; методи визначення місця дефекту ізоляції на приєднаннях електродвигунів мають низьку точність, особливо за наявності несиметрії ЕД.

Вплив несиметрії ЕД на точність параметричних методів діагностування вимагає вдосконалення математичних моделей за рахунок урахування статичної і динамічної несиметрії ЕД.

У другому розділі «Розробка методу визначення параметрів ізоляції приєднань електродвигунів, що мають статичну і динамічну несиметрію», - доповнена система рівнянь поточного стану приєднання електродвигуна, що має несиметрію, розв`язання якої дозволяє визначати параметри дефектів ізоляції і різні способи визначення коефіцієнтів несиметрії , і вдосконалена математична модель ЕД.

Еквівалентні комплексні поздовжні провідності фаз приєднання Y_АН, Y_ВН, Y_СН визначаються на підставі відповідної поздовжньої провідності фаз кабелю і ЕД. Еквівалентні комплексні поперечні провідності фаз приєднання Y_АІ, Y_ВІ, Y_СІ визначаються шляхом підсумовування відповідної провідності кабелю і ЕД.

Вектори фаз приєднання визначають за допомогою відповідних вимірювальних трансформаторів струму ТАА, ТАВ, ТАС. Струми і

- вектори струмів відповідно фаз навантаження і ізоляції фаз.

Вектори напруги фаз ,, і нейтралі ЕД по відношенню до землі є параметрами режиму приєднання і, як правило, завжди можуть бути заміряні.

Відповідно до схеми заміщення складена система рівнянь поточного стану приєднання:

;

; (1)

.

Для врахування несиметрії поздовжньої провідності фаз приєднання в систему (1) введені комплексні коефіцієнти несиметрії поздовжньої провідності відповідно фаз приєднання А, В, С. При симетричному приєднанні //=//= /=1. В цьому випадку розв`язання системи (1) щодо невідомої провідності ізоляції Y_АІ, Y_ВІ, Y_СІ не викликає труднощів. Практично завжди приєднання мають відмінності поздовжньої провідності фаз. Не врахування цих відмінностей приводить до значних похибок.

Основні причини виникнення відмінності поздовжньої провідності фаз навантаження, яке не змінюється в часі, тобто статичної несиметрії:

-відхилення від технології при виготовленні або конструктивні зміни після ремонту ЕД (технологічна несиметрія);

-коротке замикання декількох витків однієї фази обмотки статора ЕД (виткове замикання);

-дефект міжфазної ізоляції.

Динамічна несиметрія приєднання виявляється в періодичній зміні поздовжньої провідності кожної фази приєднання і виникає, в основному, внаслідок таких причин :

-порушення симетрії повітряного зазору в ЕД;

-обриви стрижнів короткозамкненої обмотки ротора асинхронного електродвигуна (АД).

Для окремого випадку несиметрії - наприклад несиметрії тільки у фазі А - можна записати:

Y_АН= Y_Н, Y_ВН = Y_Н, Y_СН = Y_Н, де Y_Н - номінальне значення поздовжньої провідності фази приєднання.

Тоді з системи рівнянь (1):

= (2)

Таким чином, вираз (2) дозволяє визначати коефіцієнт несиметрії при відомих значеннях провідності ізоляції фаз Y_АИ, Y_ВИ.

У загальному випадку несиметрія має місце одночасно в трьох фазах, тобто

Y_АН=Y_Н; Y_ВН=Y_Н; Y_СН=Y_Н. (3)

Система рівнянь (1) з урахуванням (3) приймає вигляд:

а₁₁+а₁₂ + а₁₃ =0;

а₂₁ +а₂₂ +а₂₃ =0; (4)

а₃₁ + а₃₂ +а₃₃ =0.

де

а₁₁=;

а₁₂=;

а₁₃=0;

а₂₁=0;

а ₂₂=;

а ₂₃=;

а ₃₁=;

а ₃₂=0;

а ₃₃=.

Для розв'язання системи (4) заздалегідь повинна бути визначена провідність ізоляції трьох фаз.

Встановлені закономірності зміни значень комплексної поздовжньої провідності фаз ЕД за наявності несиметрії:

;

; (5)

.

де: Y_{А ,} Y_{В ,} Y_С - номінальні значення комплексної поздовжньої провідності фаз ЕД; К_SA, К_SВ, К_SС - комплексні коефіцієнти статичної несиметрії відповідно фаз А, В, С; К_DA, К_DВ, К_DС - комплексні коефіцієнти динамічної несиметрії відповідно фаз А, В, С; - частота струму зворотної послідовності, обумовленого динамічною несиметрією; Ш_А, Ш_В, Ш_С - початкова фаза динамічної складової провідності. При Ш_А =0 зсув фази В становить Ш_В= , а зсув фази С становить Ш_С = -. Відмінність результатів розрахунків на математичній моделі від експериментальних даних не перевищує 17%.

Встановлені закономірності використані для визначення коефіцієнтів несиметрії при безперервному розв`язанні системи рівнянь (1).

При статичній несиметрії спочатку визначається фаза приєднання, в якій виникла несиметрія. Наприклад, якщо провідність фази А відрізняється від двох інших, то коефіцієнт визначається за виразами:

К_НА =1+, К_НВ = 1, К_НС = 1, (6)

де , - вектори відповідно струму прямої і зворотної послідовності.

При динамічній несиметрії заздалегідь визначається частота струму зворотної послідовності ѓ₂ і момент t часу розрахунку. Коефіцієнти несиметрії визначаються за виразами:

ѓ₂t;

ѓ₂t + ; (7)

ѓ₂t - .

У третьому розділі «Алгоритм визначення параметрів ізоляції приєднань кабель-електродвигун» приводиться послідовність основних операцій і обчислень для визначення комплексної провідності ізоляції фаз приєднання залежно від результату автоматичного визначення виду несиметрії.

Розв`язання системи рівнянь (1) відносно провідності ізоляції виконується при різних коефіцієнтах несиметрії , , , які автоматично визначаються залежно від амплітуди і частоти струму зворотної послідовності.

Для визначення векторів параметрів режиму (струмів фаз і напруги фаз по відношенню до землі) на підставі використання цифрових послідовностей, які надходять в результаті аналого-цифрового перетворення, використовується полiноминальна регресія. Ступінь наближення до синусоїдального закону параметрів режиму оцінюється методом найменших квадратів.

На рис. 4 приведені залежності похибки визначення активної складової провідності ізоляції від статичної несиметрії навантаження. Крива 1 показує залежність похибки визначення активної складової опору ізоляції Д R у фазі А від ступеня подовжньої несиметрії у фазі за відсутності врахування поздовжньої несиметрії у фазі А (початкове значення опору дефекту ізоляції Rдеф = 10 кОм).

Введення в алгоритм розв`язання системи рівнянь операції автоматичного визначення коефіцієнтів несиметрії приводить до підвищення точності розрахунку провідності ізоляції. Цей висновок підтверджує крива 2, отримана за тих же умов, що і крива 1, але з автоматичним визначенням коефіцієнтів несиметрії. Збільшення опору дефекту до 100 кОм приводить до деякого збільшення похибки визначення Д R (крива 3). Крива 4 відображає залежність похибки Д R за наявності дефекту ізоляції у фазі А і поздовжньої несиметрії у фазі С.

Дослідження залежності похибки визначення активного опору ізоляції Д R у фазі А від ступеня динамічної поздовжньої несиметрії показали, що автоматичне визначення коефіцієнтів несиметрії дозволяє майже повністю усунути похибку, обумовлену несиметрією. Обов'язковою умовою для цього є правильний вибір моменту розрахунку, який визначається положенням ротора двигуна і його ковзанням.

У четвертому розділі «Ітераційний метод визначення місця виникнення і опору дефекту ізоляції» - розглянуті напрямки вдосконалення методу, який заснований на залежності параметрів вектора струму нульової послідовності контрольованого приєднання від параметрів локального дефекту ізоляції. Ітераційний метод, в якому для визначення параметрів дефекту ізоляції порівнюються дійсний вектор струму нульової послідовності і розрахунковий, який визначається на математичній моделі при передбачуваних параметрах дефекту ізоляції, є відносно складним для реалізації на мікропроцесорах.

Розрахунковий вектор визначається за виразом:

(8)

В результаті виконаних досліджень встановлено, що похибка визначення відстані до місця локального дефекту ізоляції залежить від:

-точністі вимірювання дійсного значення вектора струму нульової послідовності ;

-опору локального дефекту ізоляції Z деф ;

-поздовжнього опору приєднання Z;

-віддаленості локального дефекту ізоляції L деф;

-співвідношення між опором локального дефекту ізоляції Z деф і параметрами ізоляції фаз електрично зв'язаної мережі ;

-несиметрії поздовжньої і поперечної провідності електрично зв'язаної мережі;

-точності віддзеркалення математичною моделлю реальної мережі і режимів роботи цієї мережі.

При прийнятих припущеннях з (8) отримано вираз для визначення віддаленості

. (9)

Аналіз даних показує, що запропонований метод визначення відстані до місця локального дефекту має точність, достатню для його практичного застосування . Проведена оцінка ефективності застосування модифікованого ітерацій- ного методу в умовах власних потреб (в.п.) ТЕС. На рис. 6 приведені деякі результати визначення на математичній моделі фази вектора струму нульової послідовності залежно від відстані до точки замикання на землю в різних ЕД системи в.п. Отримані результати (рис.6) показують, що співвідношення параметрів приєднань системи в.п. блоку 300 МВт сприятливі для застосування методу визначення параметрів дефектів ізоляції оскільки фаза вектора струму нульової послідовності в залежності від відстані L деф змінюється у широких межах.

Для підвищення точності визначення вектора струму нульової послідовності запропоновано використовувати в кожній фазі приєднання дільник, шунт і модуль гальванічної розв'язки. Похибка такого блоку не перевищує 0,05%

У п'ятому розділі «Алгоритми практичної реалізації вдосконалених методів визначення параметрів дефектів ізоляції» розглядаються алгоритми розроблених методів і приведені результати експериментальної перевірки цих методів. Необхідна точність розрахунку параметрів дефектів ізоляції (Lдеф, Z деф) залежить від точності визначення параметрів режиму, які використовуються як вхідні (струми, напруги). Враховуючи, що, як правило, для виконання процедури діагностування завжди є достатній час (не менше декількох секунд), визначення векторів параметрів режиму запропоновано використовувати поліномінальну регресію. Прийнято припущення про синусоїдальність струмів і напруг, а процес прийнятий сталим.

Апроксимуюча крива в загальному вигляді

ѓt + Ш),

де: Y _макс - амплітуда струму (напруги);

ѓ - частота; Ш - зсув за фазою струму (напруги).

Для визначення варійованих параметрів використовується метод найменших квадратів. дефект ізоляція кабель двигун

Наявність ЕД в контрольованому приєднані 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 поздовжніх опорів фаз ЕД не рівняються один одному і не постійні за часом. Для підвищення точності розроблені алгоритми, які засновані на використанні співвідношень, отриманих з рівнянь опису поточного режиму.

В результаті перетворення системи рівнянь, що описують поточний стан приєднання, отримано дві послідовності визначення параметрів дефекту ізоляції.

Запропоновані послідовності дозволяють визначати параметри дефектів ізоляції з достатньою точністю при наявності статичної або динамічної несиметрії .

У таблиці наведені результати визначення віддаленості дефекту ізоляції.

Таблиця - Похибка визначення віддаленості L _деф до точки локального дефекту (R деф = 200 Ом) в обмотці статора електродвигуна , %

Параметр	1	2*	3	4*	5	6
Дійсне значення L деф , у.о.	0,513	0,513	0,565	0,565	0,687	0,761
Розрахунок L деф , у.о.	0,551	0,545	0,5995	0,603	0,720	0,785
Похибка визначення L деф ,%	-7,32	-6,24	-6,11	-6,64	-4,86	-3,15

* За наявністю виткового замикання 5% витків (статична несиметрія).

Згідно з таблицею похибка визначення L _деф не перевищує -7,32 % , у тому числі і за наявності виткових замикань.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі вирішене науково-прикладне завдання безперервного виявлення дефектів ізоляції електричних приєднань кабель-двигун в робочих режимах на ранній стадії , що дозволяє підвищити надійність роботи вузлів з двигунним навантаженням із статичною і динамічною несиметрією за рахунок запобігання виникненню коротких замикань і своєчасного усунення цих дефектів.

1. На підставі комплексного підходу вдосконалено метод оцінки стану ізоляції, що дозволяє автоматично виявляти і розпізнавати розподілені і локальні дефекти ізоляції в робочих режимах приєднань кабель-електродвигун за наявності статичної і динамічної несиметрії електродвигунів. Метод заснований на безперервному визначенні коефіцієнтів системи рівнянь за результатами вимірювань параметрів поточного режиму контрольованих приєднань і відрізняється визначенням коефіцієнтів несиметрії залежно від частоти і амплітуди струму зворотної послідовності.

2. Встановлено закон зміни поздовжньої провідності фаз електродвигунів, що відображає їх статичну і динамічну несиметрію, використання якого дозволило запропонувати аналітичні залежності для визначення значень комплексних коефіцієнтів несиметрії системи рівнянь поточного стану за результатами визначення векторів струму трьох фаз , що використовується в методі визначення комплексної провідності ізоляції фаз приєднання.

3. Вдосконалено ітераційний метод автоматичного визначення місця виникнення і значення комплексного опору дефекту ізоляції що відрізняється тим, що застосовується послідовне визначення параметрів дефектів ізоляції: спочатку визначається провідність дефекту ізоляції, а потім з урахуванням знайденої провідності визначається відстань до локального дефекту.

4. Запропоновано алгоритм сумісної реалізації вдосконалених методів, в якому як вхідні використовуються поточні значення параметрів режиму контрольованих приєднань, а в результаті його поточного функціювання в робочому режимі роботи електроустаткування виявляється виникнення дефектів ізоляції і визначаються параметри цих дефектів ізоляції.

5. Розроблені технічні заходи щодо підвищення точності визначення значень векторів струмів нульової послідовності. Запропоновано виконання датчиків струмів нульової послідовності на основі використання надпрецизійних резисторів (0,02 %) і модулів гальванічної розв'язки.

6. Для перетворення послідовностей миттєвих значень параметрів робочого режиму у векторні величини запропонована поліномінальна регресія, що відрізняється тим, що в результаті застосування ітераційної процедури виконується наближення до синусоїдальних функцій. Оцінка ступеня наближення проводиться методом найменших квадратів.

7. Проведені випробування в промислових умовах підтвердили правильність принципів, закладених в підсистему контролю ізоляції і можливість її реалізації для приєднань власних потреб ТЕС за наявності несиметрії електродвигунів.

8. Запропонована методика виявлення локальних дефектів ізоляції живильного кабеля та обмоток статора у робочих режимах електричних двигунів.

9. Результати роботи впроваджено на двох енергетичних підприємствах України ( ДП «ЗуЕТЕЦ» , м. Зугрес та ТОВ «Ремелектромаш» м. Горлівка) та у навчальному процесі.

ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Гребченко Н.В. Определение места возникновения локальных дефектов изоляции в рабочих режимах узла сети с изолированной нейтралью / Н.В. Гребченко, А.А. Сидоренко // Технічна електродинаміка. Тем. вип. ”Проблеми сучасної електротехніки”. - 2006.- Ч.8. - С.17-19.

2. Гребченко Н.В. Интеллектуальная система для определения места и степени локальных дефектов изоляции в сети с изолированной нейтралью / Н.В. Гребченко, А.А. Сидоренко // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Електротехніка і енергетика, випуск 112: Донецьк: ДонНТУ. - 2006. - С. 88-90.

3. Гребченко Н.В. Определение расстояния до места замыкания на землю в рабочем режиме присоединения / Н.В.Гребченко. А.А. Сидоренко // Вісник Національного університету “Львівська політехніка”. Електроенергетичні та електромеханічні системи .- 2007. - №597.- С.-83-89.

4. Гребченко Н.В. Определение параметров изоляции с учетом статической и динамической несимметрии нагрузки / Н.В. Гребченко, Д.В. Полковниченко, А.А. Сидоренко// Наукові праці Донецького нац. тех. університету. Серія: Електротехніка і енергетика, випуск 7(128): Донецьк: ДВНЗ «ДонНТУ».- 2007.- С. 241-244.

5. Гребченко Н.В. Интеллектуальный метод выявления точки замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью / Н.В. Гребченко, А.А. Сидоренко // Технічна електродинаміка. Тематичний випуск. Проблеми сучасної електротехніки. Частина 2. Київ. - 2008. - С.45-47.

6. Гребченко Н.В. Методы определения параметров дефектов электрической изоляции в рабочих режимах электрооборудования / Н.В. Гребченко, А.А. Сидоренко, Д.В. Полковниченко // Технічна електродинаміка. Тематичний випуск. Проблеми сучасної електротехніки. Частина 2. Київ. - 2008. - С.119-122.

7. Гребченко Н.В. Автоматика определения комплексных проводимостей изоляции элементов электрической части тепловых электрических станций / Н.В. Гребченко, Д.В. Полковниченко, А.А. Сидоренко // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: “Обчислювальна техніка та автоматизація”, випуск 15(130): Донецьк: ДонНТУ. - 2008. - С. 30-35.

8. Гребченко Н.В. Экспериментальное определение зависимости вектора тока нулевой последовательности от параметров дефекта изоляции / Н.В. Гребченко, А.А. Сидоренко, И.В. Бельчев // Наукові праці Донецького нац. тех. університету. Серія: Електротехніка і енергетика, випуск 8(140): Донецьк: ДВНЗ «ДонНТУ». - 2008. - С. 163-166.

9. Сидоренко А.А. Повышение надежности работы электрических станций за счет непрерывного диагностирования электрооборудования собственных нужд / А.А. Сидоренко // Енергетика та Електрифікація.- №2.- 2009. - С.13-16.

10. Гребченко Н.В. Совершенствование метода оперативной оценки состояния электрической изоляции присоединений электродвигателей 6-10кВ / Н.В. Гребченко, А.А. Сидоренко// Вестник национального технического университета «ХПИ».Збірник наукових праць. Тематичний випуск: Проблеми удосконалення електричних машин і апаратів. Теорія і практика. - Харків: НТУ «ХПІ».- 2008.- №40.- С. 22-29.

11. Гребченко Н.В. Непрерывная оценка состояния изоляции присоединений собственных нужд 6 кВ тепловых электрических станций /Н.В.Гребченко, А.А. Сидоренко, М.В. Спиридонова, И.В. Бельчев // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету імені Михайла Остроградського. - Кременчук: КДПУ, - Вип. 4/2009 (57) частина 1. - 2009. - С. 142-144.

12. Гребченко Н.В. Метод определения параметров изоляции присоединений электродвигателей, имеющих статическую и динамическую несимметрию / Н.В. Гребченко, А.А. Сидоренко, И.В. Бельчев // Наукові праці Донецького нац. тех. університету. Серія: Електротехніка і енергетика, випуск 9(158): Донецьк: ДВНЗ «ДонНТУ». - 2009. - С. 58-65.

13. Гребченко М.В. Патент на корисну модель № 19328. МКИ G01R 31/08. Спосіб визначення відстані до місця локального дефекту ізоляції та опору цього дефекту у розподільчих мережах / М.В.Гребченко, О.А. Сидоренко // (Україна) ДонНТУ - № u 2006 06235; Заявл. 05.06.2006; Опубл. 15.12.2006. Бюл. № 12.- 4 с.

14. Гребченко М.В. Пат. 83878 Україна, МКИ G 01 R 31/08. Спосіб визначення відстані до місця локального дефекту ізоляції та опору цього дефекту у розподільчих мережах / М.В.Гребченко, О.А. Сидоренко// №а200606247; Заявл. 05.06.2006; Опубл. 26.08.2008, Бюл. 16. - 5 с.

15. Гребченко Н.В. Интеллектуальная система для определения места и степени локальных дефектов изоляции в сети с изолированной нейтралью./ Н.В. Гребченко, А.А. Сидоренко // Релейная защита и автоматика энергосистем - 2006. Москва, ВВЦ. 16-19 мая 2006. Сборник докладов. С. 150 - 152.

16. Мендусь В.В. Визначення відстані до місця локального дефекту опору ізоляції та його ступеня у розподільчих мережах Автоматизація технологічних об'єктів та процесів. / В.В. Мендусь, О.А. Сидоренко. М.В. Гребченко // Пошук молодих. Збірник наукових праць VI Міжнародної НТК аспірантів та студентів. - Донецьк.- ДонНТУ.- 2006.- С.120-123.

17. Гребченко Н.В. Повышение эффективности определения параметров дефектов изоляции в рабочих режимах / Н.В. Гребченко, Д.В. Полковниченко. А.А. Сидоренко, В.В. Мендусь. // Збірник праць VI Міжнародної наукової конференції Ефективність та якість електропостачання промислових підприємств. Маріуполь. - Вид-во ПДТУ. - 2008.- С.315-318.

18. Гребченко Н.В. Промышленные испытания подсистемы непрерывного определения параметров дефектов изоляции / Н.В. Гребченко, А.А. Сидоренко, И.В. Бельчев // Автоматизація технологічних об'єктів та процесів. Пошук молодих. Збірник наук. праць IХ НТК аспір. та студ.-Донецьк.- ДонНТУ.- 2009.- С. 106-108.

19. Grebchenko N.V. Definition of complex admittance of electric isolation without disconnecting of electrical equipment / N.V. Grebchenko, I.I. Koval, A.A. Sidorenko, M.A. Smirnova // Compatibility and Power Electronics СPE2009. 6^Th International Conference-Workshop 978-1-4244-2856-4/09/$25.00. P. 61-66.

У друкованих роботах, що опубліковані в співавторстві, автору належить: [1] - участь в експериментальних дослідженнях; [2, 3, 4, 5] - участь у розробці структурної та інтелектуальної схеми системи виявлення локальних дефектів ізоляції; [6] - практична реалізація методу та математичних моделей; [7]- практична реалізація методу; [8] - практична реалізація ітераційного методу визначення параметрів дефектів ізоляції; [9] - аналітична залежність для визначення відстані до локального дефекту ізоляції; [10] - розробка алгоритму виявлення комплексних провідностей ізоляції при наявності статичної та динамічної несіметрії приєднання; [11] - математичне моделювання дефектів ізоляції при наявності статичної несиметрії та розробка принципів практичної реалізації автоматики; [12] - розробка алгоритму визначення відстані до місці локального дефекту ізоляції та опору цього дефекту; [13] - розробка реалізації методу поліноміальної регресії; [15] - математичне моделювання робочих режимів за наявності динамічної несиметрії; [16]- алгоритм роботи підсистеми контролю стану ізоляції приєднань власних потреб; [17] - участь у промислових випробуваннях та обробці їх результатів; [18] - участь у розробці алгоритму автоматичного врахування несиметрії та визначення похибки при наявності статичної несиметрії навантаження; [19] - виконання аналізу видів статичної та динамічної несиметрії в фазах приєднань електродвигунів.

АННОТАЦИЯ

Сидоренко А.А. «Совершенствование методов выявления дефектов изоляции присоединений 6-10 кВ кабель-двигатель в рабочих режимах». Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.02 - Электрические станции, сети и системы. - ГВУЗ «Донецкий национальный технический университет» Министерства образования и науки Украины, Донецк, 2010.

Диссертация посвящена вопросам совершенствования ряда существующих методов выявления дефектов изоляции присоединений 6-10кВ кабель-двигатель в рабочих режимах и разработке новых методов.

Рассмотрена статистика повреждаемости электродвигателей собственных нужд электростанций.

Произведен анализ существующих методов выявления дефектов изоляции присоеденений 6-10 кВ, проанализированы их достоинства и недостатки.

Разработан комплексный метод автоматической оценки состояния электрической изоляции элементов присоединений кабель-двигатель, основанный на текущем (с задаваемой периодичностью) определении комплексных проводимостей изоляции по результатам измерения текущих параметров режима, отличающийся тем, что позволяет распознавать вид дефекта - распределенный или локальный, а для локального дефекта определять его место возникновения. Особенностью метода так же является определение коэффициентов несимметрии в зависимости от частоты и амплитуды тока обратной последовательности.

Усовершенствован метод определения параметров дефектов изоляции (расстояния до места дефекта и сопротивления изоляции в месте дефекта) , в котором выполняется сравнение векторов токов нулевой последовательности: действительного и расчетного. Расчетный вектор определяется на математической модели сети при пошаговом изменении предполагаемого расстояния до места дефекта и пошаговом изменении предполагаемой величины сопротивления дефекта. Расчетные значения расстояния и сопротивления, при которых произошло совпадение векторов, принимаются за действительные значения.

Получены экспериментальные зависимости параметров режима работы присоединения кабель-двигатель от параметров дефекта изоляции на этом присоединении. Сравнение экспериментальных данных с расчетными данными, полученными на математической модели , подтвердило правильность принятых основных решений при разработке комплексного метода автоматической оценки состояния изоляции присоединения кабель-двигатель.

Установлен закон изменения продольных проводимостей фаз электродвигателей, отражающий их статическую и динамическую несимметрию, использование которого позволило предложить аналитические зависимости для определения значений комплексных коэффициентов несимметрии системы уравнений текущего состояния по результатам измерений векторов токов трех фаз, используемых в методе определения комплексных проводимостей изоляции фаз присоединения.

Усовершенствован метод определения параметров изоляции фаз присоединения кабель-двигатель за счет уточнения в нем модели электродвигателя путем учета статической и динамической несимметрии, что позволяет повысить точность определения параметров дефектов изоляции.

Предложенный комплексный подход к проблеме оценки состояния электрической изоляции присоединений электрических двигателей позволяет выявлять локальные и распределенные дефекты изоляции, а благодаря этому - повысить эффективность предотвращения повреждений электрооборудования.

Автоматический учет статической и динамической несимметрии, возникающей в рабочих режимах электродвигателей, позволил повысить точность расчетов комплексных проводимостей изоляции , например, при статической несимметрии ± 0,3 % с ± 40,0 % до 1-2 %.

Правильный выбор момента расчета практически полностью исключает влияние динамической несимметрии на точность метода расчета комплексных значений проводимости изоляции фаз по отношению к земле.

Усовершенствован способ определения вектора тока нулевой последовательности, основанный на суммировании векторов токов трех фаз присоеденения, отличающийся применением датчиков токов фаз, состоящих из последовательно включенных активных делителей и изолирующих преобразователей, а также использованием регрессионной аппроксимации, что позволило повысить точность определения вектора тока нулевой последовательности. Реализация полиноминальной регрессии при определении вектора тока нулевой последовательности основана на допущении о синусоидальности токов и напряжений, а процесс принят установившимся. Поэтому для всех токов и напряжений аппроксимирующая кривая записана в общем виде .

Приводятся результаты экспериментальных исследований зависимости вектора тока нулевой последовательности от параметров дефекта изоляции присоединения кабель - ЕД.

Предложен алгоритм совместной реализации усовершенствованных методов, в котором в качестве исходных используются текущие значения параметров режима контролируемых присоединений, а в результате его текущего функционирования в рабочем режиме работы электрооборудования выявляется возникновение дефектов изоляции и определяются параметры этих дефектов изоляции.

Разработана «Методика определения локальных дефектов изоляции питающего кабеля и обмоток статора в рабочих режимах электродвигателей». Указанная методика внедрена на двух предприятиях ТЭК Украины (ГП «ЗуЭТЕЦ», г. Зугрес и ООО «Ремелектромаш», г. Горловка).

Ключевые слова: электрический двигатель, дефект изоляции, математическая модель, трансформатор тока , кабель.

АНОТАЦІЯ

Сидоренко О.А. «Удосконалення методів виявлення дефектів ізоляції приєднань 6-10кВ кабель-двигун в робочих режимах». Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.02- електричні станції, мережі і системи .- ДВНЗ «Донецький національний технічний університет», Донецьк, 2010.

Дисертація присвячена дослідженню існуючих методів виявлення дефектів ізоляції та їх удосконалення. Удосконалено метод визначення параметрів ізоляції фаз приєднань кабель-двигун шляхом врахування в ньому статичної та динамічної несиметріі. Розроблено комплексний метод автоматичної оцінки стану електричної ізоляції елементів приєднань кабель-двигун . Застосування датчиків струмів фаз, як послідовно включених активних дільників , дозволило підвищити точність метода визначення вектора струму нульової послідовності . Отримані узагальнені залежності параметрів режиму від параметрів дефекту ізоляції, які дозволяють розробляти нові принципи автоматики поточної оцінки стану ізоляції електродвигунів. Розроблена методика виявлення локальних дефектів ізоляції живильного кабелю та обмоток статора у робочих режимах електричних двигунів впроваджена на двох енергетичних підприємствах України (ДП «ЗуЕТЕЦ», м. Зугрес та ТОВ «Ремелектромаш» м. Горлівка).

Ключові слова: електричний двигун, дефект ізоляції , математична модель , трансформатор струму, кабель.

ANNOTATION

Sidorenko A.A. «Improvement of methods of identifying defects in the connections 6-10kV cable-engine operating conditions». Manuscript.

Thesis of the degree of the candidate of technical sciences, specialty-05.14.02 Power stations, networks and systems.- Donetsk National Technical University, Donetsk , 2010.

The dissertation investigates the existing methods for detecting defects in isolation and their improvement. The method of isolating the parameters of phase-motor cable connections by keeping it static and dynamic asymmetry.

A comprehensive method for automatic evaluation of electrical insulation components cable connections-engine. A comprehensive method for automatic evaluation of electrical insulation components cable connections-engine. Application of sensor current phase, as consistentli included active subgroups, helped improve the accuracy of the method of determining the zero current vector sequence. These generalized parameters depending on the parameters of the defect mode of isolation, which allow to develop new principles of automatic assessment of the current insulation. The method of estimation of the current isolation of electric motors applied at two power plants of Ukraine (GP «ZuTEC» t. Zugres and LLC «Remelektromash» t. Gorlovka).

Keywords: electric motor, information and control system, automated control system, current transformer, cable.

Размещено на Allbest.ru