Система ідентифікації місць однофазних замикань на землю у повітряних електричних мережах з ізольованою нейтраллю

Abstract

Дисертаційна робота присвячена подальшому розвитку теорії і практики пристроїв визначення місць пошкодження в системах електропостачання загального призначення. Проаналізовані існуючі методи та засоби пошуку місці пошкодження на повітряних лініях 6-10кВ, що працюють в мережах з ізольованою нейтраллю. Встановлено, що існуючі засоби дозволяють лише звузити зону пошуку до окремого відгалуження від магістралі повітряної лінії та не дозволяють визначати точне місце та тип пошкодження. Проведено аналіз наукових публікацій та патентів, що пов'язані з вирішенням проблеми пошуку однофазних замикань, який показав, що дана проблема є недостатньо вирішеною, оскільки підходи, які пропонуються авторами цих робіт, є достатньо складними та не враховують другорядних факторів, які впливають на точність визначення місця пошкодження. Технічні засоби, що їх реалізують, є дорогими та самі потребують значних експлуатаційних витрат. Проведено аналіз ретроспективної інформації з 2012 по 2017 роки по відмовам, викликаними однофазними замиканнями на землю в мережах 6-10кВ по ПАТ «Чернігівобленерго», який показав, що найбільша кількість знеструмлень виникає через пошкодження штирьової ізоляції (46,8%). Встановлено, що найбільший середньорічний недовідпуск електричної енергії спостерігається також при пошкодженнях штирьової ізоляції повітряних ліній 6-10 кВ і сягає 45,9% від загального середньорічного недовідпуску, що у іменованих одиницях становить 21,2 МВтгод/рік. Середнє значення тривалості одного знеструмлення, яке викликане тільки однофазними замиканнями на землю, складає біля 1,2 год/(ріквідкл), що суттєво погіршує показник надійності електропостачання. Запропоновано інноваційний спосіб визначення місця однофазного замикання на землю в мережах з ізольованою нейтраллю за рахунок ідентифікації струму замикання через штирьову ізоляцію на опорі, що дозволяє зменшити час пошуку місця замикання та прискорити усунення пошкодження. З використанням математичного моделювання доведено, що кількості енергії, яка може бути відібрана від струму замикання запропонованим способом, буде достатньо для живлення пристрою. Запропонована імітаційна модель пересування оперативно-виїзної бригади до місця замикання у нерезервованій розподільній мережі, яка дозволила розробити метод розрахунку показників надійності та ефективності функціонування існуючих мережі із запропонованими автором ідентифікатором замикання. Показано, що у випадку інтеграції в існуючі електричні мережі ідентифікаторів слід очікувати зниження тривалості відновлення електропостачання та недовідпуску електричної енергії споживачам на величину до 32%, а також зменшення індексу середньої частоти та індексу середньої тривалості довгих перерв в електропостачанні на величину до 40%. Отримані графічні залежності, які можуть бути використані керівним персоналом операторів систем розподілу для оптимізації структури обслуговуючого персоналу та його дислокації на місцевості задля одночасного вирішення задачі мінімізації витрат компанії та максимізації показників надійності електропостачання споживачів у випадку запровадження інноваційного ідентифікатора однофазних замикань на землю. Запропоновано схемне рішення пристрою ідентифікації однофазних замикань на землю в мережах ізольованою нейтраллю з живленням його електроніки від струму замикання, що не буде потребувати додаткового джерела живлення та підкорочування непошкоджених фаз мережі, на відміну від існуючих підходів. Таке схемне рішення забезпечить високу надійність та низькі експлуатаційні витрати. Експериментально визначена мінімальна кількість енергії, що потрібна запропонованому ідентифікатору для відправлення повідомлення про пошкодження на диспетчерський пункт через мережу стільникового зв'язку, що складає 9 Дж. Створено експериментальний прототип пристрою ідентифікації місця замикання на землю та показано його працездатність як у лабораторних умовах кафедри електричної інженерії та інформаційно-вимірювальних технологій Національного університету «Чернігівська політехніка», так і у умовах реальної експлуатації в електричних мережах 10кВ ПрАТ «ДТЕК Київські Регіональні Електромережі». Запропоновано спосіб інтеграції інноваційного ідентифікатора однофазних замикань на землю до існуючих Smart Grid систем (до SCADA та GIS-системи), які використовуються для управління мережами операторів систем розподілу (на прикладі ПАТ «Чернігівобленерго»). Описаний алгоритм роботи персоналу під час однофазних замикань на землю в мережах, оснащених пристроями ідентифікації місць пошкодження штирьової ізоляції, запропонованих автором