Снижение наведенного напряжения в месте производства работ

Энергетика России в XXI веке. Инновационное развитие и управление, 1-3 сентября 2015 г., Иркутск
Снижение наведенного напряжения в месте производства работ
на отключенной воздушной линии электропередачи при коротком замыкании в сети
А.Н. Висящев., С.Г., Тигунцев, В.В. Федчишин
При этом никак не определены меры безопасности во время работ на воздушных
линиях электропередачи, на которых наводится дополнительное напряжение от соседних работающих линий при коротких
замыканиях на работающих линиях, когда
наведенное напряжение в период действия
короткого замыкания может достигать сотен вольт, что создает высокую вероятность
угрозы жизни работающим.
Аннотация.
Предложен новый способ снижения наведенного напряжения на отключенной воздушной линии электропередачи в месте производства работ при коротком замыкании
на работающей линии, который позволяет
повысить безопасность работ в электроустановках, за счет компенсации наведенного
напряжения в месте производства работ, как
при установившемся нормальном режиме,
так и при коротком замыкании на работающей линии или в сети до величин, меньших требуемых по правилам техники безопасности (25 В).
Ключевые слова: наведенное напряжение,
короткое замыкание, компенсация, безопасность.
2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Если на работающей линии существует
установившийся нормальный режим, то
наведенное напряжение в месте производства работ на отключенной линии можно
снизить включением регулируемого вручную источника мощности до значений, не
превышающих 25 В [2]. Однако, в случае
возникновения на работающей линии короткого замыкания, наведенное напряжение в месте производства работ будет существенно превышать напряжение, которое
создает регулируемый вручную источник
мощности, и остаточное наведенное
напряжение будет существенно превышать
25 В, создавая смертельную опасность для
работающих.
Разработан новый способ снижения наведенного напряжения на отключенной воздушной линии электропередачи в месте
производства работ при коротком замыкании на работающей линии или в сети, который позволяет повысить безопасность работ в электроустановках, за счет компенсации наведенного напряжения в месте производства работ, как при установившемся
нормальном режиме, так и при коротком
замыкании на работающей линии до величин, меньших требуемых по правилам техники безопасности (25 В).
1. ВВЕДЕНИЕ
Правилами устройства электроустановок
[1] при эксплуатации электроустановок
определены меры безопасности во время
работ на воздушных линиях электропередачи, на которых наводится дополнительное напряжение от соседних работающих
линий. Отдельно выделены меры безопасности при работах на таких линиях, когда
заземление их в соответствии с общими
требованиями правил не позволяет снизить
уровень наводящегося на отключённых
проводах потенциала ниже 25 В.
В соответствии с правилами формируется
перечень линий, которые после отключения
находятся под наведенным напряжением. В
перечень вносятся воздушные линии (их
участки), значение наведенного напряжения на которых превышает 25 В, а также
воздушные линии, сооруженные на двухцепных (многоцепных) опорах. Значения
наведенного напряжения получают при помощи упрощенной методики расчета или
измерений на линии.
1
Энергетика России в XXI веке. Инновационное развитие и управление, 1-3 сентября 2015 г., Иркутск
3. РЕАЛИЗАЦИЯ СПОСОБА КОМПЕНСАЦИИ НАВЕДЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
На рис.2 показана схема замещения воздушных линий 1 и 6 в трехфазном виде для
расчета на компьютере по программе в
фазных координатах. Питающие системы
показаны в виде трех ЭДС 15, одинаковой
величины и сдвинутых относительно друг
друга на угол 120 градусов. Средняя точка
ЭДС 15 через сопротивление заземлителя
16 соединена с точкой нулевого потенциала. Линии разбиты на участки, ограниченные точками 17 (узлами). Каждому узлу
присвоен номер. Между каждыми двумя
узлами проводов расположены связи, носящие активно-индуктивный характер 18.
Средняя точка заземляющих проводов 9
соединена через сопротивление 19 заземляющего контура опоры 10 с точкой нулевого потенциала. Источник тока 11 соединен через сопротивление 20 заземлителя 12
с точкой нулевого потенциала. Вольтметр
13 соединен через сопротивление 21 заземлителя 14 с точкой нулевого потенциала.
На рис. 3 показана схема замещения одного
из участков схемы замещения воздушных
линий 1 и 6 в трехфазном виде для расчета
на компьютере по программе в фазных координатах. Здесь между узлами проводов
линии показаны полные сопротивления
проводов 22. Между проводами показаны
емкостные сопротивления 23 и емкостные
сопротивления на землю 24 каждого провода. Между проводами показаны сопротивления взаимоиндукции 25.
Для программы значения комплексных сопротивлений проводов фаз линии и междуфазных комплексных сопротивлений
(соответственно, собственных и взаимных
сопротивлений), значения емкостных проводимостей фаз на «землю» и взаимных
емкостных проводимостей между фаз
определяются по общеизвестным выражениям [3,4]
Способ был проверен на расчетном примере для двухцепной линии представленной
трехфазной схемой (рис. 1).
2
3
1
4
5
6
9
28
7
8
26 27
11
13
V
14
10
12
Рис. 1. Схема двухцепной воздушной линии
электропередачи с заземлением в месте производства работ.
На рис. 1 показана схема воздушной линия
1, включенной между подстанциями 2 и 3
питающимися от систем 4 и 5 и воздушной
линия 6, отключенная от подстанций 2 и 3
выключателями 7 и 8. Провода фаз отключенной линии 6 заземляющими проводами
9 соединены в звезду, центр которой соединен заземляющим проводом 26 с заземляющим контуром 10 опоры линии, заземляющим проводом 27 через источник тока
11 с выносным заземлителем 12 и заземляющим проводом 28 через вольтметр 13 с
другим выносным заземлителем 14.
Были проведены серии расчетов по
программе в фазных координатах для расчетной схемы на рис. 2.
15
17
18
1
17
17
18
6
15
А
16
16
13
V
21
19
11
20
Рис. 2 Расчетная схема для расчета в фазных координатах
2
Энергетика России в XXI веке. Инновационное развитие и управление, 1-3 сентября 2015 г., Иркутск
нормальном режиме, так и при коротком
замыкании на работающей линии.
А
17
23
18
25
25
22
9
27
31
28
11
32
39
35
29
30
24
13
v
23
22
23
26
34
24
40
33
Рис. 3 Схема замещения одного из участков схемы
замещения двухцепной воздушной линии.
При проведении расчетных экспериментов
устанавливали поочередно в нескольких
точках на работающей линии короткие замыкания и выполняли:
1. заземление на отключенной линии
только в месте производства работ;
2. заземление на отключенной линии в месте производства работ и по её концам,
при этом перемещали точку заземления
проводов отключенной линии вдоль линии
для каждой точки короткого замыкания в
схеме на рис. 2.
Полученные результаты позволили определить расчетный ток источника наведенного
напряжения и показали, что во всех режимах для рассматриваемого случая (короткое
замыкание на работающей цепи двухцепной трехфазной линии 220 кВ длиной 200
км) наведенное напряжение на отключенной цепи превышает нормируемое (25 В).
При этом в случае заземления на отключенной линии в месте производства работ и
по концам наведенное напряжение на месте
производства работ может достигать 1000
В и более, что практически не оставляет
шансов сохранения жизни работающему
персоналу. В случае заземления на отключенной линии только в месте производства
работ наведенное напряжение на месте
производства работ достигает не более 200
В.
Была разработана схема устройства (рис.4),
позволяющего в автоматическом режиме
выполнять снижение остаточного наведенного напряжения до величин, значительно
меньших 25 В, как при установившемся
14
10
12
36
38
37
Рис. 4 Схема подключения источника компенсирующего тока.
На рис. 4 показана схема подключения источника компенсирующего тока, состоящая
из блока управления 33 и блока формирования компенсирующего тока 35. В схеме
измеряют в заземляющем проводе 26 ток
устройством 31 и передают его в измерительную систему 36 блока управления 33,
измеряют в заземляющем проводе 27 ток
устройством 32 и передают его в измерительную систему 36. Из измерительной системы 36 сигнал в цифровом виде поступает в процессор 37, далее поступает в блок
широтно-импульсной модуляции 38. Далее
сигнал подается в формирователь импульсов 34. В формирователе импульсов 34 создаются управляющие сигналы, которые
подаются на биполярные транзисторы 39
блока 35. Транзисторы 39 мгновенно реагируют на управляющие сигналы и, используя энергию конденсаторной батареи
29, создают компенсирующий ток в заземляющем проводе 27. Конденсаторная батарея 29 постоянно заряжается от автономного источника мощности 30. При этом компенсация наведенного напряжения осуществляется как при установившемся нормальном режиме, так и при коротком замыкании на работающей линии. В момент
короткого замыкания на работающей линии
3
Энергетика России в XXI веке. Инновационное развитие и управление, 1-3 сентября 2015 г., Иркутск
5. ЛИТЕРАТУРА
1) ПУЭ, Утверждено Министерством энергетики Российской Федерации, приказ от 8
июля 2002 г. № 204
2) патент RU № 2541508
3) Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в энергетических системах, изд-во Энергия, 1970г., с 293,294):
4) Висящев А.Н. Приборы и методы определения места повреждения на линиях
электропередачи, Иркутск, уч. пособие,
изд-во ИрГТУ, 2001г., с. 27-29):
источник мощности 30 отключается от
схемы выключателем 40.
4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Для реализации способа предлагается обязательно отключенную линию по концам не
заземлять, что позволит существенно
уменьшить мощность и размеры компенсирующего устройства. Предварительно расчетным путем на математической модели
двухцепной (многоцепной) линии необходимо определить величину тока источника
наведенного напряжения на отключенной
линии при коротком замыкании на работающей линии, по величине которого сформировать величину мощности конденсаторной батареи автономного источника тока. В ходе работ конденсаторную батарею
необходимо постоянно заряжать от автономного источника электрической энергии.
В месте производства работ необходимо
соединить заземляющими проводами фазные провода отключенной линии в звезду,
центр которой соединить заземляющим
проводом с контуром заземления опоры
линии. Устройство измеряет ток в проводе,
соединяющем звезду заземляющих проводов с контуром заземления опоры линии,
по величине которого в реальном времени
формирует в блоке управления управляющее воздействие, которое подаёт на блок
формирования компенсирующего тока, на
выходе которого, используя зарядную
мощность конденсаторной батареи, устанавливает мгновенный ток, равный по величине и находящийся в противофазе к измеренному току в проводе. Далее компенсирующий ток подают в провод, соединяющий звезду заземляющих проводов с контуром заземления опоры линии и контролируют величину остаточного наведенного
напряжения, не превышающую 25 В.
При этом происходит автоматическое снижение остаточного наведенного напряжения до величин, значительно меньших 25 В,
как при установившемся нормальном режиме, так и при коротком замыкании на
работающей линии.
6. БИОГРАФИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ
Висящев Александр Никандрович - профессор кафедры Электрические станции, сети и системы ИРНИТУ, Иркутск, Россия, кандидат технических
наук. Основные научные интересы: определение
мест повреждения на линиях электропередачи,
наведенные напряжения, качество электрической
энергии.
Тигунцев Степан Георгиевич
– доцент кафедры Электрические станции, сети и системы ИРНИТУ, Иркутск,
Россия, кандидат технических наук, доцент. Основные
научные интересы: определение мест повреждения на
линиях
электропередачи,
наведенные напряжения, качество электрической
энергии.
Федчишин Вадим Валентинович, директор Института энергетики, заведующий кафедрой Электрические станции, сети и системы ИРНИТУ, Иркутск,
Россия, кандидат технических наук, доцент. Основные научные интересы:
определение мест повреждения на линиях электропередачи, наведенные
напряжения,
качество
электрической энергии
4