Моделирование работы первичного измерительного органа системы оценки риска пробоя изоляции в сетях с изолированной нейтралью

Размещено на http://www.allbest.ru/

Филиал АО «СО ЕЭС» Саратовское РДУ

КТИ (филиал) ФБГОУ ВО «ВолГТУ»

Моделирование работы первичного измерительного органа системы оценки риска пробоя изоляции в сетях с изолированной нейтралью

Д.А. Глухов, Д.Е. Титов, Г.Г. Угаров

Аннотация

Состояние вопроса: В распределительных электрических сетях согласно существующей системе планово-предупредительного ремонта имеется необходимость в измерении сопротивления изоляции. Измерения проводятся при выведенной в ремонт линии с установленной периодичностью. В связи с низкой эффективностью таких диагностических работ, а также в связи с наметившимся переходом сетевых компаний на риск ориентированную систему управления активами, сформировалась потребность в совершенствовании системы мониторинга риска пробоя линейной изоляции.

Материалы и методы: Эксперименты проводились в среде имитационного моделирования Matlab Simulink на основании теоретически обоснованных зависимостей напряжения нулевой последовательности от тока утечки.

Результаты: Сформирована имитационная модель, подтверждена гипотеза о возможности оценки риска пробоя изоляции в сети с изолированной нейтралью путем оценки напряжения нулевой последовательности.

Выводы: Предложенный метод оценки риска пробоя изоляции в сети с изолированной нейтралью работоспособный и может быть использован с целью планирования ремонтно-восстановительных работ.

Ключевые слова: Моделирование, оценка риска пробоя, изоляция, ток утечки, напряжение нулевой последовательности.

Abstract

Background: In distribution electrical networks, according to the existing system of preventive maintenance, there is a need to measure the insulation resistance. Measurements are carried out with a line drawn up for repair with a fixed periodicity. Due to the low efficiency of such diagnostic work, and also in connection with the emerging transition of grid companies to a risk-oriented asset management system, there has been a need to improve the monitoring system for the risk of breakdown of linear insulation.

Materials and Methods: The experiments were carried out in the simulation environment of Matlab Simulink based on theoretically grounded dependences of the residual voltage on the leakage current.

Results: A simulation model has been created, a hypothesis has been confirmed that it is possible to assess the risk of insulation breakdown in an isolated neutral network by estimating the zero sequence voltage.

Conclusions: The proposed method for assessing the risk of insulation breakdown in a network with isolated neutral is operational and can be used for the planning of repair and restoration works.

Key words: Simulation, Failure risk assessment, isolation, leakage current, zero sequence voltage.

Надежная работа воздушных линий электропередачи (ВЛ) в значительной степени определяется надежностью изоляции. Несмотря на то, что стоимость изоляторов составляет не более 10% от общей стоимости ВЛ, с ними связано более 30% отказов ВЛ[1]. В связи с этим, очень важными на сегодня являются вопросы контроля изоляции.

Традиционно, контроль изоляции в распределительных сетях производится в сроки, установленные системой планово-предупредительного ремонта (ППР). Одним из мероприятий ППР является измерение сопротивления изоляции. Такие измерения проводятся не реже одного раза в 6 лет [2]. Несомненно, данные мероприятия затратные, поскольку подразумевают под собой вывод ВЛ в ремонт. Более того, такие плановые работы не всегда оправданны с точки зрения оценки риска отказа изоляции, а это значит, что указанные мероприятия не всегда эффективны.

Согласно [3], в электросетевом комплексе (ЭСК) намечен переход от системы ППР к риск ориентированному подходу (РОП) к управлению техническим обслуживанием и ремонтом изоляции ВЛ. Исходя из сложившейся концепции управления рисками в ЭСК, авторами разработана методика оценки риска отказа изоляции ВЛ 6-35 кВ, базирующаяся на оценке уровня напряжения нулевой последовательности (НП) на шинах энергообъектов [4]. В настоящей работе изложены результаты моделирования процесса ухудшения изоляции в сети с изолированной нейтралью, а также поведения измерительного органа напряжения НП.

Зависимость напряжения нулевой последовательности от тока утечки в сети с изолированной нейтралью. В [4] представлена исследуемая зависимость напряжения НП от тока утечки в сети с изолированной нейтралью. Отмечен прямолинейный характер указанной зависимости:

(1)

Где - напряжение на зажимах разомкнутого треугольника трансформатора напряжения; - суммарный ток утечки в сети; - результирующее емкостное сопротивление нулевой последовательности (НП) всех элементов (практически только линий и кабелей), электрически связанных с точкой замыкания. пробой линейный изоляция нейтраль

Отмечено [4], что суммарное сопротивление изоляции сети с изолированной нейтралью и ток утечки (напряжение НП на шинах ПС) связаны экспоненциальной зависимостью.

Моделирование процесса ухудшения изоляции. С целью анализа процессов произведено моделирование ухудшения изоляции ВЛ с изолированной нейтралью в среде имитационного моделирования Matlab Simulink. В качестве модели принята типовая схема электроснабжения предприятия сельскохозяйственного назначения (Рис.1).

Рис. 1. Принципиальная схема объекта моделирования

В качестве эквивалента энергосистемы принята питающая сеть 110 кВ с глухозаземленной нейтралью. В качестве питающей сети предприятия принята воздушная линия 6 кВ с изолированной нейтралью. В качестве понижающего трансформатора принята модель силового трансформатора 6,3 МВА 115/6,6 кВ со схемой соединения обмоток Yg/D11. В качестве нагрузки принята модель обобщенной R, L, C нагрузки. Стоит отметить, что при моделировании рассмотрен частный случай, когда ВЛ 6 кВ, отходящая от шин распределительного устройства (РУ) является одиночной.

Моделирование ухудшения изоляции выполнено при помощи имитации замыкания фазы ВЛ 6 кВ на землю через переходное сопротивление. Контроль тока утечки сформирован путем подключения измерителя тока в контуре фаза-земля. Фильтр напряжения НП смоделирован посредством соединения трех однофазных трехобмоточных трансформаторов по типовой схеме. Первичная обмотка - Yg, основная вторичная - Y с заземлением фазы «В», дополнительная - по схеме разомкнутого треугольника с заземлением вывода «К». В качестве исходных приняты параметры однофазных трансформаторов ЗНОЛ.06-6м 6000/100/100 В. Полная модель изображена на Рис. 2.

Для анализа полученных осциллограмм использовалась специализированная программа KIWI-Viewer, в том числе при помощи указанной программы производился перевод амплитудных значений тока утечки и напряжения нулевой последовательности в действующие значения (Рис. 3).

Была проведена серия моделирований, в ходе которых менялось значение переходного сопротивления замыкания фазы на землю с величины 10 МОм до величины 1 кОм. Моделирование замыкания производилось динамически с временем 0,3 сек - время введения в схему замыкания, 0,4 сек. - вывод из схемы цепи замыкания, 0,6 сек. - повторный ввод в схему цепи замыкания. Фиксация квазиустановившигося значения производилась на интервале времени 1 сек. На Рис.4 изображена осциллограмма напряжения на зажимах разомкнутого треугольника ТН () при введении в схему сопротивления фаза-земля величиной 8 МОм по указанному алгоритму.

Рис. 2. Исследуемая модель

Рис. 3. Среда анализа осциллограмм на основе KIWI-Viewer

Рис. 4. Осциллограмма при кратковременном введении в схему сопротивления 8 МОм

Дискретность изменения сопротивления выбрана преднамеренно для визуализации процесса изменения непосредственно с момента имитации замыкания. Как видно из Рис. 4, в момент замыкания фазы на землю даже через большое сопротивление, на выводах фильтра напряжения НП появляется напряжение. Полученные в ходе опытов данные сведены в Таблицу 1.

На основании полученных в ходе опытов данных построены графики зависимостей тока утечки и от сопротивления изоляции (Рис.5). Полученные по результатам моделирования зависимости тока утечки и напряжения НП от сопротивления изоляции имеют экспоненциальную зависимость.

Таблица 1. Данные, полученные в ходе моделирования

Рис. 5. Зависимость тока утечки и от сопротивления изоляции

В ходе апроксимации полученных результатов с применением пакета анализа MS Excel сформирована математическая модель зависимости от сопротивления изоляции:

(2)

Адекватность полученной математической модели (2) оценена коэффициентом множественной детерминации , что является высочайшим уровнем достоверности.

Выводы

1. Сформирована имитационная модель, позволяющая детально исследовать различные варианты мониторинга состояния изоляции ВЛ;

2. Путем моделирования подтверждена гипотеза о возможности оценки риска пробоя изоляции ВЛ 6-35 кВ путем оценки напряжения нулевой последовательности на шинах энергообъектов;

3. Результаты моделирования подтверждают прямолинейную зависимость изменения от изменения тока утечки, а также экспоненциальную зависимость и тока утечки от сопротивления изоляции;

4. Разработана методика оценки риска пробоя изоляции ВЛ с изолированной нейтралью путем оценки напряжения нулевой последовательности на шинах энергообъектов.

Список литературы