Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Диагностика оборудования систем электроснабжения. Учебное пособие
.pdf
142
22
4 2 3
2
42
1 7 1 1 4
144 18 9 9 9
1 7 1
144 18 9
A
j
(4.22)
и по фазе
3
42
4
19
1
16 2
Ф
arctg
. (4.23)
Рассчитаем
A
и
Ф
для различных
1
, ...0 0,2 0,47 1,0 2,0 4,0 8,45 10 100
...9 2 0,56 0,01 0
...0 41 90 41 0 41 90 80 9 0
A
c
. (4.24)
Графики
A
f
и
Ф
f
приведены на рисунке 4.14.
143
Рисунок 4.14 – Частотные зависимости погрешностей
A
f
и
Ф
f
Преобразование структурной (функциональной) схемы. В процессе
проектирования ОД определяют совокупность отдельных блоков (Бл)
электрооборудования, из которых будет состоять ЭУ, и связи между
структурными единицами (СЕ) оборудования (рисунок 4.15, а), то НДМ
может быть представлена в виде схемы связей СЕ (рисунок 4.15, б).
а)
б)
Рисунок 4.15 – Отдельные схемы: а – структурная из пяти блоков
электрооборудования ЭУ; б – функциональная из шести
структурных единиц
144
Стрелки в модели на рисунке 4.15, б указывают направление
поступления входных х; и выходных у; сигналов в СЕ. В качестве выходных
сигналов рассматривают любые признаки (параметры), характеризующие
изменения в состоянии СЕ.
Состояние каждой СЕ оценивается в двоичной системе по выходам.
Если выходной сигнал удовлетворяет установленным требованиям
электроэнергетического оборудования, то состояние оценивается как - «1»,
в противном случае – «0».
В ходе анализа диагностической модели СЕ в зависимости от глубины
обнаружения дефекта могут дробиться на более мелкие или объединяться
в более крупные. При этом необходимо соблюдать условие, чтобы у каждой
СЕ был только один выход.
Переход от структурной схемы к ориентированному графу. Схему
соединения блоков ЭУ можно заменить эквивалентным ориентированным
графом. Блоки заменяются вершинами, а связи между блоками направленными ветвями с сохранением направления прохождения
сигналов.
Для структурной схемы, представленной на (рисунке 4.15, а),
диагностическая модель будет иметь вид показанный на рисунке 4.16.
Рисунок 4.16 – Граф диагностической модели электрооборудования
145
Представление в виде матрицы. Ориентированный граф может быть
заменен матрицей, которая используется как ДМ. Матрица является
квадратной и имеет вид:
____ ____
, 1, ; 1, ;
ij
C c i n j n
(4.25)
где n - число блоков (СЕ). При этом
1,
0,
ij
c
(4.26)
Когда блоки и соединены то «1», а когда не соединены то «0».
Построенные тем или иным способом, ДМ должны быть проверены
на адекватность ЭУ с целью обеспечения требуемой достоверности
диагностирования электроэнергетического оборудования.
4.4 Непрерывные диагностические модели
Требуемый уровень приспособленности электроэнергетического
оборудования к диагностированию возможен, если при проектировании
электроустановок (ЭУ) учитывают требования документов технической
диагностики.
Для анализа объекта диагностирования (ОД) с целью определения его
состояния строят математическую модель, которая абстрагирует
выбранные свойства ЭУ. Реальный объект при этом заменяется
непрерывной диагностической моделью (НДМ).
Оценка состояния ЭУ осуществляется по диагностическим признакам
(параметрам и характеристикам). В качестве диагностических параметров
принимаются параметры ДМ. На практике выбор и построение адекватной
НДМ имеет значение для оценивания состояния ЭУ.
146
Нормативные документы определяют НДМ как формализованное
описание ОД, необходимое для решения задач диагностирования, а
описание ОД представляют в аналитической, табличной, векторной,
графической форме.
Непрерывная диагностическая модель определяет зависимость
выходных сигналов ОД от его диагностических параметров и входных
сигналов. НДМ имеют различный вид, а для их описания применяют
линейные алгебраические уравнения, дифференциальные уравнения,
передаточные функции, характеристические уравнения, графы и
диаграммы прохождения сигналов.
4.4.1 Диагностические модели распределительных сетей
При эксплуатации воздушных линий (ВЛ) напряжением 10-35кВ, к
которым подключены силовые трансформаторы (Тр), выделяют два
характерных случая нарушения работоспособности: дефекты в изоляции
ВЛ и дефекты в Тр - оборудовании понижающей трансформаторной
подстанции (ТП). Наименее надежными элементами ВЛ с
железобетонными и металлическими опорами являются изоляторы и
провода, а из оборудования - силовые трансформаторы в ТП. Эксплуатация
ЭУ показывает, что от первой стадии - начальных дефектов до частичных
разрядов и при пробое изоляции в проводах ВЛ появляются
высокочастотные колебания.
На практике интерес для диагностирования представляют те спектры
колебаний, которые несут полезную информацию о состоянии изоляции. В
каждом случае частота колебательного процесса вызвана колебаниями на
собственной частоте элементов ВЛ или Тр, в которых происходят опасные
для ЭУ возмущения.
147
Рассмотрим случай гирлянды ВЛ с дефектным изолятором
показанный на рисунке 4.17.
В дефектной изоляции электроэнергетического оборудования
возникают серии импульсов, распространяющиеся вдоль ВЛ в обе стороны
от источника разряда и воздействующие на ближайшую ТП. Эквивалентная
схема ВЛ по высокой частоте представляет собой параллельный контур с
сосредоточенными параметрами.
Формирование разряда в дефектном изоляторе ВЛ происходит по
причине резкого изменения тока, поэтому из-за ударного возбуждения в
самом Тр, находящемся вблизи дефектного изолятора (источника разряда),
возникают колебания, которые с меньшим затуханием, чем импульс
разряда дефектного изолятора, распространяются по ВЛ и достигают
районной ТП. Для целей диагностирования ЭУ интересна форма
возникшего колебания и его частота.
а) б)
Рисунок 4.17 – Схемы гирлянд с дефектными изоляторами
воздушной линии напряжением: а) – 35кВ; б) – 10кВ; где:
ZЛ- волновое сопротивление ВЛ; С
1
, С
2
, C3 - емкости изоляторов;
С
4
- емкость ВЛ - 35кВ; С5 - емкость ВЛ - 10кВ;
Р - разрядный промежуток
148
При рассмотрении колебательных процессов и составлении
эквивалентной схемы распределительной электрической сети с дефектным
изолятором вводят некоторые упрощения, после чего эквивалентная схема
принимает вид, приведенный на рисунке 4.18.
Рисунок 4.18 – Эквивалентная схема замещения распределительной
сети с дефектным изолятором воздушной линии:
L - индуктивность рассеяния; U1 - напряжение со стороны ВЛ на
входной емкости Тр; Z1 - волновое сопротивление фазы со стороны ВН;
/
2
Z
- волновое сопротивление фазы со стороны НН;
С -входная емкость «дефектной фазы»; СЛ- емкость линии
Для схемы гирлянд ВЛ ток разряда в дефектном изоляторе
определяется: входной емкостью шин ТП; емкостями вводов
трансформатора С, обмоток ВН, НН и воздушной линии СЛ, а также
волновым сопротивлением линии и двух фаз Тр; индуктивностью его
обмоток ВН и НН; межвитковой емкостью обмоток ВН и НН
трансформатора; емкостью обмоток Тр на землю и напряжением на
входной емкости Тр. Все процессы в распределительной сети
рассматриваются относительно земли.
По параметрам эквивалентной схемы, учитывающей влияние
волнового сопротивления ВЛ на частоту колебаний переходного процесса
в Тр, используя заданные значения сосредоточенных параметров цепи
149
рассчитывают частоту колебаний, начальную амплитуду и скорость
затухания.
Частоты собственных колебаний в системе «ВЛ - трансформатор –
линия» применительно к рисунку 4.18 определяют следующим образом:
2
//
2 1 2
11
1 1 1
24
Z Z Z
f
Z LC L Z C
. (4.26)
Значение суммарной емкости определяется зависимостью:
1 12
2
3
t
C C C C
, (4.27)
где Сt - емкость обмотки на землю; С12- емкость между обмотками,
отнесенная к высоковольтной обмотке; С1 - дополнительная входная
емкость фазы на землю, обусловленная оборудованием ТП. Величина
волнового сопротивления фазы с дефектами изоляции:
/
2
21
2
14
23
Z
ZZ
n
, (4.28)
где
/
2
Z
- волновое сопротивление фазы со стороной НН; п - отношение
линейных напряжений.
По формуле (4.26) оценивается диагностический параметр для
системы «Линия-трансформатор-линия» при наличии дефектного
изолятора в линии напряжением 10-35кВ. В электроэнергетическом
оборудовании распределительной сети из-за дефектной изоляции ВЛ
появляются высокочастотные колебания в широком диапазоне частот.
Другим повреждаемым элементом при эксплуатации ВЛ является
фазный провод. Характерная причина повреждения ВЛ - обрыв с
150
последующим падением провода на землю, а сопутствующее
неисправности явление - однофазное замыкание ВЛ на землю.
Длительность поиска места замыкания ВЛ на землю существующими
правилами эксплуатации ЭУ не нормируется. При перемежающихся
дуговых замыканиях на землю дуга периодически гаснет и вновь
загорается, что вызывает в ВЛ многократные переходные процессы и
появление в проводах ВЛ спектра высокочастотных колебаний со
значительным уровнем помех. Спектры токов нулевой
последовательности:
0
()
1
( ) ( )
nf
k
S i t S U t
z
, (4.29)
где
2
1
( ) ( )
j
nf nf
S U t U T e dt
; (4.30)
nf
U
- напряжение на поврежденной фазе в месте замыкания в момент,
предшествующий повреждению;
12
,
- моменты загорания и гашения дуги;
()k
z
- входное сопротивление комплексной схемы замещения сети в
результате замыкания на землю.
Спектр тока в начале поврежденной ВЛ на фазе А и спектры
линейных напряжений на шинах ТП определяют выражениями:
10
0 1 0
0
11
0 1 0
10
( ) ( ) 2 cos cos
3
( ) sin sin ;
EE
AH
i
EE
CC
YY
S i t S i t e e
YY
Z R Z
S i t j e e
ZZ
(4.30)
151
0 0 1
1
0 1 1 0
2
( ) ( ) ( 3 )cos
3
3
( ) cos 3 sin ;
2
AB E
E
kC
i
S U t S i t Z R r
Y
S i t j Z e Z e
Y
(4.31)
01
( ) ( ) 3 cos
BC K
S U t S i t j Z e
; (4.32)
0 0 1
/
0 1 1 1
2
( ) ( ) ( 3 )cos
3
3
( ) cos 3 sin ;
2
CA E
E
C
i
S U t S i t Z R e
Y
S i t j e Z e
Y
(4.33)
где YЕ1, YЕ0, ZЕ1, ZЕ0 - проводимости и сопротивления прямой и нулевой
последовательности распределительных сетей относительно места
повреждения; Y1 , Y2 - проводимости прямой и нулевой последовательности
неповрежденной части сети; R - переходное сопротивление в месте
повреждения; ZC1, Z
C2,
12
,
,- волновые сопротивления и коэффициенты
цепей прямой и нулевой последовательности линий.
Таким образом, перемежающиеся дуговые замыкания вырабатывают
источник информации, характерный для них: в диапазоне частот 1-10кГц
уровень помех в 20-50 раз превышает помехи в нормальном режиме работы
распределительной сети.
Место замыкания и мощность понижающего трансформатора 35/10кВ
не влияют на уровни спектров амплитуд токов и напряжений, а при
увеличении переходного сопротивления снижается уровень спектра
амплитуд тока. При этом спектр напряжения не зависит от его величины.
4.4.2 Диагностическая модель трансформатора
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]