RU2617371C1 - Система испытания характеристик грозовой бегущей волны линии электропередачи - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при мониторинге моделирующего испытания электромагнитного переходного процесса линии электропередачи электроэнергии при ударе молнии. Система испытания характеристик грозовой бегущей волны линии электропередачи состоит из устройства динамического моделирования электромагнитного переходного процесса гроз линии электропередачи и интеллектуального устройства мониторинга. На основе моделей линии электропередачи и заземляющего троса, моделей опоры и очага заземления опоры, а также модели изолятора, опора делится на отрезок косого материала, отрезок траверсы и отрезок главной части, и одновременно учтены факторы изолятора, линии электропередачи и заземляющего троса, и применены соответствующие волновое сопротивление, собственное полное сопротивление, взаимное полное сопротивление, собственная проводимость, взаимная полная проводимость и индуктивность для моделирования и создания эквивалентной схемы переходного состояния удара молнии. Интеллектуальное устройство мониторинга состоит из аналого-цифрового преобразователя с датчиком тока и/или датчиком напряжения по последовательному каскадному соединению, однокристального компьютера, дисплея или осциллографа. В разных положениях данной системы, посредством ввода ударного тока, измерены сигналы дистального заземляющего троса и провода, проанализирован процесс распространения грозовой волны в целой линии электропередачи. Технический результат - оптимизирован участок линии электропередачи со слабой молниезащитой, и молниезащита оборудования в трансформаторной подстанции приведена в соответствие с результатом анализа. 5 з.п. ф-лы, 11 ил.

Description

Область техники

Данное изобретение относится к системе мониторинга моделирующего испытания электромагнитного переходного процесса линии электропередачи электроэнергии при ударе молнии, в частности к системе моделирующего испытания электромагнитного переходного процесса при прямом ударе молнии в вершину опоры или ударе молнии в трос провода электропередачи.

Уровень техники

По реальной ситуации эксплуатации электросети различных стран удар молнии все еще является главным вредом безопасной и надежной эксплуатации линии электропередачи, а также отношение отказа отключения линии электропередачи, вызванного ударом молнии, к общему количеству отказов постоянно увеличено. Аварии электроэнергетической системы больше половины в Японии и Швеции вызваны из-за ударов молнии; в Египте также возникал перерыв в подаче тока по всей стране из-за удара молнии в электромагистраль; по данным, обнародованным международной конференцией по мощным электрическим системам высокого напряжения, в таких странах, как в бывшем СССР, США и т.д., при непрерывной эксплуатации за 3 года линии электропередачи класса 275-500 кВ и общей длиной 32,700 км, отношение аварий ударом молнии к общему количеству аварий составляет 60%. Поскольку линия электропередачи является частью, легко подвергающейся удару молнии, в электросети изучение электромагнитного переходного процесса грозы имеет важное значение для обеспечения безопасной эксплуатации электросети.

В настоящее время еще не появляется система мониторинга моделирующего испытания электромагнитного переходного процесса ударов молнии в линию электропередачи.

Раскрытие изобретения

Данное изобретение заключается в обеспечении системы испытания характеристик грозовой бегущей волны линии электропередачи (или экспериментальная платформа) для ввода тока ударной волны грозы в разных местах системы, измерения сигналов дистального молниеотвода и провода, таким образом, точно анализируя процесс распространения грозовой волны в целой линии электропередачи, а также идентифицируя типа дугового перекрытия прямого удара или удара молнии в трос линии электропередачи согласно измеренной форме волны.

Цель данного изобретения осуществлена таким образом: система испытания характеристик грозовой бегущей волны линии электропередачи состоит из устройства динамического моделирования электромагнитного переходного процесса гроз линии электропередачи и интеллектуального устройства мониторинга; причем

упомянутое устройство динамического моделирования электромагнитного переходного процесса гроз линии электропередачи содержит: другой конец волнового сопротивления Z_t1 отрезка косого материала опоры, соединенный с концом демпфирующего сопротивления R₁ отрезка косого материала опоры и концом демпфирующей индуктивности L₁ отрезка косого материала опоры, другой конец демпфирующего сопротивления R₁ отрезка косого материала опоры и другой конец демпфирующей индуктивности L₁ отрезка косого материала опоры, соединенные одновременно с концом волнового сопротивления Z_t2 отрезка траверсы опоры, другой конец волнового сопротивления Z_t2 отрезка траверсы опоры, соединенный с концом демпфирующего сопротивления R₂ отрезка траверсы опоры и концом демпфирующей индуктивности L₂ отрезка траверсы опоры, другой конец демпфирующего сопротивления R₂ отрезка траверсы опоры и другой конец демпфирующей индуктивности L₂ отрезка траверсы опоры, одновременно соединенные последовательно с волновым сопротивлением Z_t3 отрезка главной части опоры и затем с концом демпфирующего сопротивления R₃ отрезка главной части опоры и концом демпфирующей индуктивности L₃ отрезка главной части опоры, другой конец демпфирующего сопротивления R₃ отрезка главной части опоры и другой конец демпфирующей индуктивности L₃ отрезка главной части опоры, заземленные после одновременного последовательного соединения с сопротивлением R_f очага заземления; причем конец волнового сопротивления Z_t1 отрезка косого материала опоры использован в качестве первого выводного конца после последовательного соединения с первой катушкой первого трансформатора тока Т₁, собственным полным сопротивлением Z₁₁ первого заземляющего троса, взаимным полным сопротивлением Z₁₂ между первым заземляющим тросом и вторым заземляющим тросом, взаимным полным сопротивлением Z_{1 a} между первым заземляющим тросом и проводом электропередачи фазы а, взаимным полным сопротивлением Z_1b между первым заземляющим тросом и проводом электропередачи фазы b и взаимным полным сопротивлением Z_1c между первым заземляющим тросом и проводом электропередачи фазы с, и в качестве второго выводного конца после последовательного соединения с второй катушкой первого трансформатора тока Т₁, собственным полным сопротивлением Z₂₂ второго заземляющего троса и второй катушкой третьего трансформатора тока T₃, а первая катушка третьего трансформатора тока T₃ соединена параллельно с взаимным полным сопротивлением Z₁₂ между первым заземляющим тросом и вторым заземляющим тросом; третья катушка первого трансформатора тока Т₁ и первая катушка второго трансформатора тока Т₂ соединены параллельно с минимальным значением Z_{m min} взаимного полного сопротивления между первым и вторым заземляющими тросами и проводами электропередачи фаз a, b и с; причем конец волнового сопротивления Z_t2 отрезка траверсы опоры использован в качестве третьего выводного конца после последовательного соединения с первым изолятором YZ1, второй катушкой второго трансформатора тока Т₂, собственным полным сопротивлением Z _aa провода электропередачи фазы а и второй катушкой четвертого трансформатора тока Т₄, а первая катушка четвертого трансформатора тока T₄ соединена последовательно с взаимным полным сопротивлением Z_{1 a} между первым заземляющим тросом и проводом электропередачи фазы а; и конец волнового сопротивления Z_t2 отрезка траверсы опоры соединен последовательно с вторым изолятором YZ2 и третьей катушкой второго трансформатора тока Т₂, а затем с концом собственного полного сопротивления Z_bb провода электропередачи фазы b, при этом другой конец собственного полного сопротивления Z_bb использован в качестве четвертого выводного конца после последовательного соединения с второй катушкой пятого трансформатора тока Т₅, а первая катушка пятого трансформатора тока T₅ соединена параллельно с взаимным полным сопротивлением Z_1b между первым заземляющим тросом и проводом электропередачи фазы b; и конец волнового сопротивления Z_t2 отрезка траверсы опоры соединен последовательно с третьим изолятором YZ3 и четвертой катушкой второго трансформатора тока Т₂, а затем с концом собственного полного сопротивления Z_cc провода электропередачи фазы с, при этом другой конец собственного полного сопротивления Z_cc использован в качестве пятого выводного конца после последовательного соединения с второй катушкой шестого трансформатора тока Т₆, а первая катушка шестого трансформатора тока T₆ соединена параллельно с взаимным полным сопротивлением Z_1c между первым заземляющим тросом и проводом электропередачи фазы с; при этом взаимная полная проводимость Y_bc между проводом электропередачи фазы b и проводом электропередачи фазы с обеспечена между другим концом собственного полного сопротивления Z_bb провода электропередачи фазы b и другим концом собственного полного сопротивления Z_cc провода электропередачи фазы с; проводимость земли Y_c0 провода электропередачи фазы с обеспечена между другим концом собственного полного сопротивления Z_cc провода электропередачи фазы с и землей;

а интеллектуальное устройство мониторинга состоит из аналого-цифрового преобразователя с датчиком тока и/или датчиком напряжения по последовательному каскадному соединению, электроцепи однокристального компьютера, дисплея или осциллографа; причем датчик тока и/или датчик напряжения получает/получают сигналы с 1-го - 5-го выводных концов упомянутого устройства динамического моделирования электромагнитного переходного процесса гроз линии электропередачи.

Упомянутый аналого-цифровой преобразователь является многоканальным аналого-цифровым преобразователем 12 бит-16 бит.

Также предусмотрен источник тока ударной волны, который введен из конца волнового сопротивления Z_t1 отрезка косого материала опоры или из узла третьего изолятора YZ3 и четвертой катушки второго трансформатора тока Т₂.

Упомянутые первый, второй и третий изоляторы применяют разрядный промежуток воздуха имитируемого изолятора.

Упомянутые первый - шестой трансформаторы тока Т₁, Т₂, T₃, T₄, T₅ и Т₆ имеют коэффициент трансформации 1:1, и применяют марганцево-цинковый феррит в качестве железного сердечника.

Параметры выражены как ниже:

1

где j - символ мнимой части комплексного числа;

r_i - радиус линии i, i составляет а, b, с, 1 и 2;

R_ii - сопротивление переменного тока линии i, i принято как а, b, с, 1 и 2;

h_i - высота подвеса линии i против земли, i принято как а, b, с, 1 и 2;

D_ik - расстояние между зеркальными изображениями линий i и k, i и k приняты как а, b, с, 1 и 2, и i≠k;

d_ik - расстояние между линиями i и k, i и k приняты как а, b, с, 1 и 2, и i≠k;

GMR_i - среднее геометрическое расстояние линии i, i принято как а, b, с, 1 и 2;

ω = 2πf - угловая частота при частоте f, rad/s;

ΔR_ii, ΔR_ik, ΔX_ii и ΔX_ik - поправочный член Карсон с учетом влияния земли, i и k составляют а, b, с, 1 и 2;

Z_ii - собственное полное сопротивление линии i, i составляет a, b, с, 1 и 2;

Z_{m min} - минимальное значение взаимного полного сопротивления всех линий;

Z_ik, Z_ki - разница взаимного полного сопротивления между линией i и линией k к Z_{m min}, i и k составляют a, b, с, 1 и 2;

, i=1, 2 или 3;

, i=1, 2 или 3;

;

где H_i - высота каждого отрезка опоры, i принято как 1, 2 и 3;

R_ti - радиус ведущей подставки опоры, i принято как 1, 2 и 3;

r_ti - радиус подставки опоры, i принято как 1, 2 и 3;

Z_ti - волновое сопротивление каждого отрезка опоры, i принято как 1, 2 и 3;

r_B, R_B - радиус верхней и нижней частей основания опоры;

R_i - демпфирующее сопротивление каждого отрезка опоры, i принято как 1, 2 и 3;

L_i - демпфирующая индуктивность каждого отрезка опоры, i принято как 1, 2 и 3;

α - коэффициент затухания;

- скорость света;

γ - коэффициент ослабления.

Данная система испытания имеет следующие особенности и преимущества:

1. В разных положениях стенда модели, посредством ввода ударного тока, измеряют сигналы дистального заземляющего троса и провода, анализируют процесс распространения грозовой волны в целой линии электропередачи, таким образом, оптимизируют участок линии электропередачи со слабой молниезащитой и молниезащиту оборудования в трансформаторной подстанции в соответствии с результатом анализа. Проводят анализ характеристической величины на основе измеренной формы волны, таким образом представляя метод идентификации модели дугового перекрытия прямого удара и удара молнии в трос линии электропередачи.

2. Благодаря регулируемым параметрам схемной платы испытательного стенда динамического моделирования можно получить различные эффективные меры по молниезащите с помощью испытательного стенда динамического моделирования и провести экспериментальный анализ устройства молниезащиты отводного типа, как параллельного зазора.

В основные воздействующие факторы ответного удара опоры при ударе молнии входят: разделение тока по заземляющему тросу, высота опоры, сопротивление заземления опоры, рабочее напряжение провода; в основные воздействующие факторы для удара молнии в провод входят: защитный угол заземляющего троса, рельеф с нахождением линии опор, рабочее напряжение провода, высота опоры. В испытательном стенде динамического моделирования, регулировать параметры элементов модели в регулируемых пределах для изменения воздействующих факторов грозового повреждения, в целях получения оптимальной модели различной молниезащиты путем повторного регулирования. В испытательном стенде динамического моделирования, провести изучение оптимизации типа конфигурации устройства молниезащиты отводного типа, как параллельного зазора, в целях снижения частоты отключения при ударе молнии.

Улучшение мер молниезащиты и уровня координации изоляции является важной гарантией реализации цели значительного повышения надежности эксплуатации объединенной электросети.

3. Испытательный стенд динамического моделирования может быть использован в качестве физического испытательного стенда для сборника данных грозового тока и грозового перенапряжения вдоль линии электропередачи.

Характеристики параметров грозы имеют важное значение для исследования координации изоляции электроэнергетической системы и ответных мер молниезащиты, повышения работоспособности устройства молниезащиты, оценки сферы защиты устройством молниезащиты различных оборудований, трансформаторной станции, электростанции и зданий, а также анализа аварий ударом молнии и определения ответственности за несчастный случай. В настоящее время, в электростанции и трансформаторной подстанции, в основном, использованы осциллограф и молниеотвод для мониторинга грозового тока, но молниеотвод только может записывать число возникновения гроз, но не может записывать такие информации грозового тока как полярности и величины амплитуды, и обеспечить точные информации для защиты молнии; из-за высокой величины амплитуды и частоты при возникновении грозового тока, осциллограф в трансформаторной станции не может записывать точную форму волны грозового тока вследствие ограничения частоты отбора проб осциллографа, еще перед вводом формы волны грозового тока в трансформаторную станцию произойдет искажение формы волны, поэтому измеренная форма волны не является реальной формой волны грозового тока, и не может точно отражать реальные характеристики параметров грозы. Поэтому необходимо исследование параметров грозы.

Из-за случайности гроз при прямом сборе параметров грозы на реальной линии период сбора будет длинным вследствие случайности гроз, и при каждом испытании линии электропередачи необходимо выполнить прекращение подачи энергии линии электропередачи, при этом линия электропередачи с частым возникновением грозового удара в основном находится в горном районе, и неоднократное регулирование устройства мониторинга будет очень неудобным. Посредством сбора и испытания параметров гроз на испытательном стенде динамического моделирования электромагнитного переходного процесса гроз линии электропередачи можно проверить эффективность и стабильность устройства мониторинга гроз, а также определить монтажное местоположение и монтажное расстояние устройства мониторинга гроз.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1. Электрическая схема собственного полного сопротивления и взаимного полного сопротивления первого и второго заземляющих тросов и проводов электропередачи фаз a, b и с.

Фиг. 2. Электрическая схема проводимости земли первого заземляющего троса и взаимной полной проводимости между первым заземляющим тросом и проводами электропередачи фаз a, b и с.

Фиг. 3. Конструктивная схема элементов электрической цепи модели промежуточной линии электропередачи (между двумя опорами) при прямом ударе молнии в вершину опоры.

Фиг. 4. Конструктивная схема элементов электрической цепи модели промежуточной линии электропередачи при ударе молнии в трос провода одной фазы.

Фиг. 5. Блок-схема моделирования волнового сопротивления опоры.

Фиг. 6, Фиг. 7, Фиг. 8 и Фиг. 9. Схема соответствующих параметров моделированной параллельной многопроводниковой системы опоры

Фиг. 10. Модельная схема опоры и очага заземления опоры.

Фиг. 11. Конструктивная блок-схема аппаратного обеспечения данной системы.

Осуществление изобретения

В качестве аналого-цифрового преобразователя и однокристального процессора может быть применен измерительный прибор HR6100. Для части сбора данных измерительного прибора применяется техника параллельного сбора, и скорость сбора каждого канала достигает 200 Msps. Измерительный прибор особенно подходит для измерения и анализа высокоскоростных динамических данных. Измерительная система HR6100 снабжена встроенной памятью большой емкости и имеет различные триггерные режимы, чтобы собрать точно данные в соответствии с требованиями, в частности, данные о состоянии до и после возникновения ударного тока. Продолжительность отрицательной задержки может быть установлена максимально до 512k. Применяется аналого-цифровой преобразователь 12 бит-16 бит для гарантии достаточной точности величины амплитуды. Технические показатели для части сбора: высокоскоростной параллельный сбор применяется для многоканального сбора данных; максимальная частота отбора проб каждого канала составляется 20 Msps; для сбора применяют ручной способ и внутренний триггерный способ; длина хранения данных в каждом канале достигает слова данных 512k.

Конструкция испытательного стенда динамического модели (т.е. испытательная система):

1. Модели линии электропередачи и заземляющего троса;

2. Модели опоры и очага заземления опоры;

3. Модель изолятора.

Модели линии электропередачи и заземляющего троса:

В данном изобретении, длина выбранного участка эквивалентной модели типа π составляет L=λ/10, где λ является максимальной частотной составляющей частотного спектра после преобразования Фурье переходного тока грозы, воздействующей на линию, то есть длина электромагнитной волны в окружающей среде линии. Таким образом, относительно грозовой волны элементы секционированной линии удовлетворяют гипотезе статического поля.

Данное изобретение предоставляет точный метод установки физической модели прохода гроз при грозовом ударе в линию электропередачи и опору. В отличие от традиционной модели линии электропередачи, к данному стенду модели добавлена физическая модель заземлителя, с точным учетом электромагнитной связи между заземлителем и линией электропередачи. С помощью многосекционной эквивалентной цепи типа π, моделируют собственное полное сопротивление и взаимное полное сопротивление заземлителя и линии электропередачи (Фиг. 1), собственную проводимость и взаимную полную проводимость (Фиг. 2); непосредственно применяется трансформатор для моделирования взаимного полного сопротивления линии, и устанавливается устройство мониторинга тока и напряжения на заземлителях опор на различных участках, а также впервые рекомендуют одновременный сбор данных грозовой волны на заземлителе и линии электропередачи. По сравнению со сбором данных грозовой волны только на линии электропередачи, можно провести двухканальный комплексный анализ для эффективного устранения помех, а также прямо идентифицировать тип (ответный удар и удар в трос) отказов ударом молнии.

На Фиг. 1 показаны собственное полное сопротивление различных линий, а также взаимное полное сопротивление между линиями. На Фиг. 2 показаны собственные проводимости в конечных точках различных линий, а также взаимные полные проводимости между линиями.

По Фиг. 1 общее полное сопротивление системы Z составляет:

Как показано на Фиг. 2, общая проводимость опоры в системе к заземлителю Y_shunt/2 составляет:

где Z₁₁, Z₂₂, Z_aa, Z_bb и Z_cc составляют собственным полным сопротивлением различных линий, и остальные - взаимное полное сопротивление между линиями. Y₁₀/2, Y₂₀/2, Y_ao/2, Y_bo/2 и Y_co/2 составляют собственные проводимости в конечных точках различных линий, и остальные - взаимная полная проводимость между линиями.

И модель составляющей указана по следующей формуле:

где Y=Z^-1.

Как показано на Фиг. 3 и Фиг. 4, Т₁, Т₂, T₃, Т₄, Т₅ и Т₆ являются трансформатором тока с коэффициентом трансформации 1:1, в том числе, в сердечнике Т₁ обмотаны 3 обмотки, а в сердечнике Т₂ обмотаны 4 обмотки. В качестве сердечника трансформатора тока применяется марганцево-цинковый феррит, максимальная частота использования которого составляет 3МН_Z, и R_f является ударным сопротивлением очага заземления опоры.

На Фиг. 3 и Фиг. 4 показана система испытания характеристик грозовой бегущей волны линии электропередачи: другой конец волнового сопротивления Z_t1 отрезка косого материала опоры соединен с концом демпфирующего сопротивления R₁ отрезка косого материала опоры и концом демпфирующей индуктивности L₁ отрезка косого материала опоры, другой конец демпфирующего сопротивления R₁ отрезка косого материала опоры и другой конец демпфирующей индуктивности L₁ отрезка косого материала опоры соединены одновременно с концом волнового сопротивления Z_t2 отрезка траверсы опоры, другой конец волнового сопротивления Z_t2 отрезка траверсы опоры соединен с концом демпфирующего сопротивления R₂ отрезка траверсы опоры и концом демпфирующей индуктивности L₂ отрезка траверсы опоры, другой конец демпфирующего сопротивления R₂ отрезка траверсы опоры и другой конец демпфирующей индуктивности L₂ отрезка траверсы опоры одновременно соединены последовательно с волновым сопротивлением Z_t3 отрезка главной части опоры и затем с концом демпфирующего сопротивления R₃ отрезка главной части опоры и концом демпфирующей индуктивности L₃ отрезка главной части опоры, другой конец демпфирующего сопротивления R₃ отрезка главной части опоры и другой конец демпфирующей индуктивности L₃ отрезка главной части опоры заземлены после одновременного последовательного соединения с сопротивлением R_f очага заземления; причем конец волнового сопротивления Z_t1 отрезка косого материала опоры использован в качестве первого выводного конца после последовательного соединения с первой катушкой первого трансформатора тока Т₁, собственным полным сопротивлением Z₁₁ первого заземляющего троса, взаимным полным сопротивлением Z₁₂ между первым заземляющим тросом и вторым заземляющим тросом, взаимным полным сопротивлением Z_{1 a} между первым заземляющим тросом и проводом электропередачи фазы а, взаимным полным сопротивлением Z_1b между первым заземляющим тросом и проводом электропередачи фазы b и взаимным полным сопротивлением Z_1c между первым заземляющим тросом и проводом электропередачи фазы с, и в качестве второго выводного конца после последовательного соединения с второй катушкой первого трансформатора тока Т₁, собственным полным сопротивлением Z₂₂ второго заземляющего троса и второй катушкой третьего трансформатора тока T₃, а первая катушка третьего трансформатора тока T₃ соединена параллельно с взаимным полным сопротивлением Z₁₂ между первым заземляющим тросом и вторым заземляющим тросом; третья катушка первого трансформатора тока Т₁ и первая катушка второго трансформатора тока Т₂ соединены параллельно с минимальным значением Z_{m min} взаимного полного сопротивления между первым и вторым заземляющими тросами и проводами электропередачи фаз a, b и с; причем конец волнового сопротивления Z_t2 отрезка траверсы опоры использован в качестве третьего выводного конца после последовательного соединения с первым изолятором YZ1, второй катушкой второго трансформатора тока Т₂, собственным полным сопротивлением Z _aa проводом электропередачи фазы а и второй катушкой четвертого трансформатора тока T₄, а первая катушка четвертого трансформатора тока Т₄ соединена последовательно с взаимным полным сопротивлением Z_{1 a} между первым заземляющим тросом и проводом электропередачи фазы а; и конец волнового сопротивления Z_t2 отрезка траверсы опоры соединен последовательно с вторым изолятором YZ2 и третьей катушкой второго трансформатора тока Т₂, а затем с концом собственного полного сопротивления Z_bb проводом электропередачи фазы b, при этом другой конец собственного полного сопротивления Z_bb использован в качестве четвертого выводного конца после последовательного соединения с второй катушкой пятого трансформатора тока T₅, а первая катушка пятого трансформатора тока Т₅ соединена параллельно с взаимным полным сопротивлением Z_1b между первым заземляющим тросом и проводом электропередачи фазы b; и конец волнового сопротивления Z_t2 отрезка траверсы опоры соединен последовательно с третьим изолятором YZ3 и четвертой катушкой второго трансформатора тока Т₂, а затем с концом собственного полного сопротивления Z_cc провода электропередачи фазы с, при этом другой конец собственного полного сопротивления Z_cc использован в качестве пятого выводного конца после последовательного соединения с второй катушкой шестого трансформатора тока Т₆, а первая катушка шестого трансформатора тока Т₆ соединена параллельно с взаимным полным сопротивлением Z_1c между первым заземляющим тросом и проводом электропередачи фазы с; при этом взаимная полная проводимость Y_bс между проводом электропередачи фазы b и проводом электропередачи фазы с обеспечена между другим концом собственного полного сопротивления Z_bb провода электропередачи фазы b и другим концом собственного полного сопротивления Z_cc провода электропередачи фазы с; проводимость земли Y_c0 провода электропередачи фазы с обеспечена между другим концом собственного полного сопротивления Z_cc провода электропередачи фазы с и землей.

Также предусмотрен источник тока ударной волны, который введен из конца волнового сопротивления Z_t1 отрезка косого материала опоры или из узла третьего изолятора YZ3 и четвертой катушки второго трансформатора тока Т₂. Первый, второй и третий изоляторы применяют разрядный промежуток воздуха имитируемого изолятора, или применяется имитируемый эквивалентный изолятор. Параметры выражены по следующей формуле:

;

, обычно,

;

, обычно,

,

где, r_i - радиус линии i, i составляет a, b, с, 1 и 2;

R_ii - сопротивление переменного тока линии i, i принято как a, b, с, 1 и 2;

h_i - высота подвеса линии i против земли, i принято как а, b, с, 1 и 2;

D_ik - расстояние между зеркальными изображениями линий i и k, i и k приняты как а, b, с, 1 и 2, и i≠k;

d_ik - расстояние между линиями i и k, i и k приняты как а, b, с, 1 и 2, и i≠k;

GMR_i - среднее геометрическое расстояние линии i, i принято как а, b, с, 1 и 2;

ω=2πf - угловая частота при частоте f, rad/s;

ΔR_ii, ΔR_ik, ΔХ_ii и ΔX_ik - поправочный член Карсон с учетом влияния земли, i и k составляют а, b, с, 1 и 2;

Z_ii - собственное полное сопротивление линии i, i составляет а, b, с, 1 и 2;

Z_{m min} - минимальное значение взаимного полного сопротивления всех линий;

Z_ik, Z_ki - разница взаимного полного сопротивления между линией i и линией k к Z_{m min}, i и k составляют a, b, с, 1 и 2;

, i=1, 2 или 3;

., i=1, 2 или 3;

;

где H_i - высота каждого отрезка опоры, i принято как 1, 2 и 3;

R_ti - радиус ведущей подставки опоры, i принято как 1,2 и 3;

r_ti - радиус подставки опоры, i принято как 1, 2 и 3;

Z_ti - волновое сопротивление каждого отрезка опоры, i принято как 1, 2 и 3;

r_B, R_B - радиус верхней и нижней частей основания опоры;

R_i - демпфирующее сопротивление каждого отрезка опоры, i принято как 1, 2 и 3;

L_i - демпфирующая индуктивность каждого отрезка опоры, i принято как 1, 2 и 3;

α - коэффициент затухания;

- скорость света;

γ - коэффициент ослабления.

На Фиг. 3 и Фиг. 4 данная модель линии не учитывает ни сопротивления прямой последовательности, обратной последовательности и нулевой последовательности линии, а моделирует взаимоиндукции между различными линиями в соответствии с реальной ситуацией; при полном моделировании взаимоиндукции между различными линиями, внешняя характеристика (сопротивления прямой последовательности, обратной последовательности и нулевой последовательности) соответствует реальной линии. Модель может полностью моделировать взаимоиндукцию между различными фазами, всесторонне отражать особенности электрической величины линии электропередачи, импедансный элемент применяется провод для моделирования параметров индуктивности провода и заземляющего троса, и реализация модели и регулирование параметров модели являются удобным.

Путем установки датчика грозового тока на подставке заземлителя опоры и подцепи гирлянд изоляторов, можно различать точек удара молнии линии; при возникновении аварии удара молнии в трос на линии, величина амплитуды грозового тока, измеренная датчиком на подцепи соответствующей гирлянды изоляторов, больше сигналов, записанных датчиком на подставке заземлителя опоры; при возникновении аварии ответного удара, кроме записей сигналов дугового перекрытия гирлянды изоляторов, датчик подставки заземлителя опоры тоже имеет соответствующие записанные формы волны.

Посредством мониторинга формы волны напряжения на заземлителях по линии и опорах линии электропередачи, при возникновении аварии удара молнии, можно провести обратный расчет с помощью локализации по разнице во времени и характеристик затухания прохода грозы согласно измеренной форме волны перенапряжения грозы, в целях определения формы перенапряжения грозы на точке аварии.

Модели опоры и очага заземления опоры (см. Фиг. 5 и Фиг. 10):

Опора линии электропередачи сверхвысокого напряжения и особо сверхвысокого напряжения высока, ширина на различных положениях опоры значительно различна, что имеет сильное воздействие на распространение грозового тока на опоре; точное моделирование процесса распространения грозового тока на опоре зависит от точности моделирования волнового сопротивления опоры.

Сосредоточенная индуктивность и единое волновое сопротивление в методе в правилах не пригодны для опоры с большой высотой и сложной конструкцией.

Модель многоволнового сопротивления в параллельной многопроводниковой системе (см. Фиг. 6 - Фиг. 9) и непараллельной многопроводниковой системе может быть применена для точного моделирования процесса распространения грозового тока на опоре.

При расчете молниезащиты отношение электрического потенциала на вершине опоры к ударному току, введенному в вершину опоры, при воздействии грозовой ударной волны, является волновым сопротивлением ответа на удар опоры и прямо влияет на результат расчета электрического потенциала на вершине опоры. В действующих правилах в Китае, моделирование опоры линии с использованием сосредоточенной индуктивности, примененной в методе расчета молниезащиты, игнорирует влияние опоры на емкость на землю, тем самым, результаты расчета имеют большие погрешности, а также при расчете влияние ударного сопротивления заземления опоры преувеличено, и из-за этого точность расчета не высока. Фактически, во время распространения грозовой волны по опоре, индуктивность и емкость единичной длины на частях опор с различной высотой неодинакова, что делает волновое сопротивление с распределением по опоре переменным; в реальных инженерных расчетах, модель многоволнового сопротивления применяется для расчета опоры, опора делится на несколько частей для моделирования, таким образом, результат расчета более соответствует реальной ситуации по сравнению со сосредоточенной индуктивностью.

Согласно действию растекания и скин-эффекту очага заземления опоры, анализируется закон изменения характеристик, изменяющихся во времени, параметров почв в процессе ударного растекания.

Из-за влияния величины амплитуды и частоты проходящего ударного тока, импульсное сопротивление очага заземления опоры проявляет более сильной нелинейной характеристики.

Модель изолятора

Модель изоляторов нового молниезащитного параллельного зазора имеет параллельный зазор с со способностью гашения дуги.

Путем регулирования длины гирлянды изоляторов, размера параллельного зазора и конструкции устройства гашения дуги, а также изменения напряжения дугового перекрытия и скорости создания дуг осуществляют аналитическое исследование частоты отключения при ударе молнии и моделирование характеристик изоляторов на реальной линии, таким образом получая способ конфигурации устройства молниезащиты отводного типа как параллельного зазора.

Claims (59)

1. Система испытания характеристик грозовой бегущей волны линии электропередачи, характеризующаяся тем, что система состоит из

устройства динамического моделирования электромагнитного переходного процесса гроз линии электропередачи и интеллектуального устройства мониторинга; причем упомянутое устройство динамического моделирования электромагнитного переходного процесса гроз линии электропередачи содержит:

другой конец волнового сопротивления Ζ_t1 отрезка косого материала опоры, соединенный с концом демпфирующего сопротивления R₁ отрезка косого материала опоры и концом демпфирующей индуктивности L₁ отрезка косого материала опоры,

другой конец демпфирующего сопротивления R₁ отрезка косого материала опоры и другой конец демпфирующей индуктивности L₁ отрезка косого материала опоры, соединенные одновременно с концом волнового сопротивления Z_t2 отрезка траверсы опоры,

другой конец волнового сопротивления Z_t2 отрезка траверсы опоры, соединенный с концом демпфирующего сопротивления R₂ отрезка траверсы опоры и концом демпфирующей индуктивности L₂ отрезка траверсы опоры,

другой конец демпфирующего сопротивления R₂ отрезка траверсы опоры и другой конец демпфирующей индуктивности L₂ отрезка траверсы опоры, одновременно соединенные последовательно с волновым сопротивлением Ζ_t3 отрезка главной части опоры и затем с концом демпфирующего сопротивления R₃ отрезка главной части опоры и концом демпфирующей индуктивности L₃ отрезка главной части опоры,

другой конец демпфирующего сопротивления R₃ отрезка главной части опоры и другой конец демпфирующей индуктивности L₃ отрезка главной части опоры, заземленные после одновременного последовательного соединения с сопротивлением R_f очага заземления;

причем конец волнового сопротивления Ζ_t1 отрезка косого материала опоры использован в качестве первого выводного конца после последовательного соединения с первой катушкой первого трансформатора тока T₁, собственным полным сопротивлением Z₁₁ первого заземляющего троса, взаимным полным сопротивлением Z₁₂ между первым заземляющим тросом и вторым заземляющим тросом, взаимным полным сопротивлением Z_1a между первым заземляющим тросом и проводом электропередачи фазы а, взаимным полным сопротивлением Z_1b между первым заземляющим тросом и проводом электропередачи фазы b и взаимным полным сопротивлением Z_1c между первым заземляющим тросом и проводом электропередачи фазы с,

и в качестве второго выводного конца после последовательного соединения с второй катушкой первого трансформатора тока Т₁, собственным полным сопротивлением Z₂₂ второго заземляющего троса и второй катушкой третьего трансформатора тока T₃,

а первая катушка третьего трансформатора тока T₃ соединена параллельно с взаимным полным сопротивлением Z₁₂ между первым заземляющим тросом и вторым заземляющим тросом;

третья катушка первого трансформатора тока T₁ и первая катушка второго трансформатора тока Т₂ соединены параллельно с минимальным значением Z_{m min} взаимного полного сопротивления между первым и вторым заземляющими тросами и проводами электропередачи фаз a, b и с;

причем конец волнового сопротивления Z_t2 отрезка траверсы опоры использован в качестве третьего выводного конца после последовательного соединения с первым изолятором YZ1, второй катушкой второго трансформатора тока Т₂, собственным полным сопротивлением Z_aa провода электропередачи фазы а и второй катушкой четвертого трансформатора тока Т₄,

а первая катушка четвертого трансформатора тока T₄ соединена последовательно с взаимным полным сопротивлением Z_1a между первым заземляющим тросом и проводом электропередачи фазы а;

и конец волнового сопротивления Z_t2 отрезка траверсы опоры соединен последовательно с вторым изолятором YZ2 и третьей катушкой второго трансформатора тока Т₂, а затем с концом собственного полного сопротивления Z_bb провода электропередачи фазы b, при этом другой конец собственного полного сопротивления Z_bb использован в качестве четвертого выводного конца после последовательного соединения с второй катушкой пятого трансформатора тока Τ₅,

а первая катушка пятого трансформатора тока Т₅ соединена параллельно с взаимным полным сопротивлением Z_1b между первым заземляющим тросом и проводом электропередачи фазы b; и

конец волнового сопротивления Z_t2 отрезка траверсы опоры соединен последовательно с третьим изолятором YZ3 и четвертой катушкой второго трансформатора тока Т₂, а затем с концом собственного полного сопротивления Z_cc провода электропередачи фазы с,

при этом другой конец собственного полного сопротивления Z_cc использован в качестве пятого выводного конца после последовательного соединения с второй катушкой шестого трансформатора тока Т₆,

а первая катушка шестого трансформатора тока T₆ соединена параллельно с взаимным полным сопротивлением Z_1c между первым заземляющим тросом и проводом электропередачи фазы с;

при этом взаимная полная проводимость Y_bс между проводом электропередачи фазы b и проводом электропередачи фазы с обеспечена между другим концом собственного полного сопротивления Z_bb провода электропередачи фазы b и другим концом собственного полного сопротивления Z_cc провода электропередачи фазы с;

проводимость земли Y_c0 провода электропередачи фазы с обеспечена между другим концом собственного полного сопротивления Z_cc провода электропередачи фазы с и землей;

а интеллектуальное устройство мониторинга состоит из:

аналого-цифрового преобразователя с датчиком тока и/или датчиком напряжения по последовательному каскадному соединению,

электроцепи однокристального компьютера, дисплея или осциллографа; причем

датчик тока и/или датчик напряжения получает/получают сигналы с 1-го - 5-го выводных концов упомянутого устройства динамического моделирования электромагнитного переходного процесса гроз линии электропередачи.

2. Система испытания характеристик грозовой бегущей волны линии электропередачи по п. 1, характеризующаяся тем, что упомянутый аналого-цифровой преобразователь является многоканальным аналого-цифровым преобразователем 12 бит-16 бит.

3. Система испытания характеристик грозовой бегущей волны линии электропередачи по п. 1, характеризующаяся тем, что также предусмотрен источник тока ударной волны, который введен из конца волнового сопротивления Z_t1 отрезка косого материала опоры или из узла третьего изолятора YZ3 и четвертой катушки второго трансформатора тока Т₂.

4. Система испытания характеристик грозовой бегущей волны линии электропередачи по п. 3, характеризующаяся тем, что упомянутые первый, второй и третий изоляторы применяют разрядный промежуток воздуха имитируемого изолятора.

5. Система испытания характеристик грозовой бегущей волны линии электропередачи по п. 4, характеризующаяся тем, что упомянутые первый - шестой трансформаторы тока Т₁, T₂, T₃, T₄, T₅ и T₆ имеют коэффициент трансформации 1:1 и применяют марганцево-цинковый феррит в качестве железного сердечника.

6. Система испытания характеристик грозовой бегущей волны линии электропередачи по п. 5, характеризующаяся тем, что упомянутые параметры выражены по следующей формуле:

где j - символ мнимой части комплексного числа;

r_i - радиус линии i, i составляет a, b, с, 1 и 2;

R_ii - сопротивление переменного тока линии i, i принято как а, b, с, 1 и 2;

h_i - высота подвеса линии i против земли, i принято как а, b, с, 1 и 2;

D_ik - расстояние между зеркальными изображениями линий i и k, i и k приняты как а, b, с, 1 и 2, и i≠k;

d_ik - расстояние между линиями i и k, i и k приняты как а, b, с, 1 и 2, и i≠k;

GMR_i - среднее геометрическое расстояние линии i, i принято как а, b, с, 1 и 2;

ω=2π

- угловая частота при частоте

, rad/s;

ΔR_ii, ΔR_ik, ΔХ_ii и ΔX_ik - поправочный член Карсон с учетом влияния земли, i и k составляют а, b, с, 1 и 2;

Z_ii - собственное полное сопротивление линии i, i составляет a, b, с, 1 и 2;

Z_{m min} - минимальное значение взаимного полного сопротивления всех линий;

Z_ik, Z_ki - разница взаимного полного сопротивления между линией i и линией k к Z_{m min}, i и k составляют a, b, с, 1 и 2;

, i=1, 2 или 3;

, i=1, 2 или 3;

где H_i - высота каждого отрезка опоры, i принято как 1, 2 и 3;

R_ti - радиус ведущей подставки опоры, i принято как 1, 2 и 3;

r_ti - радиус подставки опоры, i принято как 1, 2 и 3;

Z_ti - волновое сопротивление каждого отрезка опоры, i принято как 1, 2 и 3;

r_B, R_B - радиус верхней и нижней частей основания опоры;

R_i - демпфирующее сопротивление каждого отрезка опоры, i принято как 1, 2 и 3;

L_i - демпфирующая индуктивность каждого отрезка опоры, i принято как 1, 2 и 3;

α - коэффициент затухания;

υ_t - скорость света;

γ - коэффициент ослабления.

Images