Сопротивление нагрузки, приведенное к базисным условиям

Z_н= (Z^(д)//Z⁽¹⁾ )∙( S_б/ S_H)=1/α ( 25 )

Для наиболее полной оценки рассчитываемых параметров по ( 9-11 ) введем некоторое дополнительные обозначения, а именно:

S⁽¹⁾/S_н= р-мощность однофазной нагрузки сети в

относительных единицах ( 26 )

S^(д)/S_н =1-р мощность трехфазной двигательной нагрузки ( 27 )

Произведя преобразования выражений ( 26-27 ) и учитывая значение

сопротивления смешанной нагрузки ( 25 ), получим, что полное

сопротивление однофазной части нагрузки сети равно

Z⁽¹⁾= 1/α∙р ( 28 )

Полное сопротивление трехфазной части нагрузки сети

Z^(д)=1/α(1-р) ( 29 )

Составляющие полного сопротивления смешанной нагрузки сети

r_H=z_H·cosφ_H=cosφ_H/α ( 30 )

x_H=z_H·sinφ_H=sinφ_H/α ( 31 )

Выразим сопротивления однофазной и трехфазной двигательной нагрузки сети через их параметры, т.е. через cosφ₁(sinφ₁) – коэффициент мощности однофазной нагрузки, cosφ_д(sinφ_д) – коэффициент мощности двигательной части нагрузки сети.

Тогда активное и индуктивное сопротивление обратной последовательности смешанной нагрузки сети через параметры нормального нагрузочного режима определяется:

r_2H =[cosφ_H-(1-p)cosφ_д+(1-p)cosφ_{п ·} к _i/m_i] /α{[cosφ_H-(1-p)

cosφ_д +(1-p)cosφ_{п ·} к_i/m_i]²+[sinφ_H-(1-p)sinφ_д+

+(1-p)sinφ_{п ·} к_i/m_i]²} ( 32 )

x_2H =[sinφ_H-(1-p)sinφ_д+(1-p)sinφ_п ·к_i/m_i]/α{[cosφ_H-(1-p)cosφ_д+

+(1-p)cosφ_{п ·}к_i/m_i]²+[sinφ_H-(1-p)sinφ_д+(1-p)sinφ_п ·к_i/m_i]²}

Полученные зависимости изменения сопротивления обратной последовательностей в зависимости от нагрузки сети, от режима работы двигательной части нагрузки cosφ_д, паспортных параметров асинхронных электродвигателей, величины нагрузки линии 0,38 кВ, к которой подсоединена нагрузка Н и ее характера cosφ_H для начального момента возникновения неполнофазного режима.

Как известно [19] , в установившемся неполнофазном режиме увеличивается скольжение электродвигателей и увеличивается их загрузка по току. При этом уменьшается сопротивление трехфазной части нагрузки сети, в результате чего уменьшается и сопротивление всей нагрузки.

С увеличением тока в электродвигателях, при неполнофазном режиме, их сопротивление определяется с учетом коэффициента увеличения нагрузки двигателей по току

∆i= m ^/_i / m_i ( 33 )

где загрузка двигателей по току m_i зависит от момента сопротивления нагрузки на валу электродвигателя m_д. Из анализа круговой диаграммы асинхронных электродвигателей, для установившегося режима (t=∞), получены выражения для определения сопротивления прямой последовательности нагрузки с учетом увеличения значения α^/,

r ^/_1H= g ^/_1H/ (α^/)³ ( 34 )

x ^/_1H= b ^/_1н/ (α^/)³

где b^/,g^/ - реактивная и активная проводимости схемы замещения обобщенной нагрузки сети для установившегося неполнофазного режима.

С учетом того, что однофазная нагрузка сети принята статической, а сопротивление обратной последовательности двигательной нагрузки есть их сопротивление короткого замыкания [28], и оно практически не зависит от несимметрии питающего напряжения и вызванного этим увеличением скольжения, то это сопротивление не изменяется и остается таким же, как было определено для начального момента возникновения неполнофазного режима t=0, согласно выражения ( 1 ).

Сопротивление нулевой последовательности нагрузки определилось как:

r_oн = [cosφ_н - (1-p)cosφ_д](αp²)^-1 ( 35 )

х _он= [sinφ_н - (1-p)sinφ_д](αp²)^-1 ( 36 )

Полученные зависимости для определения сопротивлений нагрузки сети, позволяют рассчитать сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательности последней для начального и установившегося момента неполнофазного режима, вызванного обрывом провода в воздушной сети 0,38 кВ в зависимости от параметров предшествующего нагрузочного режима, а именно:

От соотношения в сети между трехфазными и однофазными нагрузками, относительной мощности загрузки воздушной линии α, характера нагрузки cosφ_н и режима работы двигателей cosφ_д, а также от каталожных данных асинхронных двигателей серии А , находящихся в эксплуатации в сельскохозяйственном производстве.

2. Исследование параметров неполнофазного режима трансформатор-

ных подстанций 10/0,4 кВ объектов агропромышленного комплекса

Несимметричные режимы работы подстанции 10/0,4 кВ в полной мере могут “конкурировать” с аналогичными в сетях 0,38 кВ, поскольку опасность возникновения электропожаров и электротравматизма существенно повышается из-за обрыва и падения на землю или иные препятствия провода в сетях 10 кВ.

Все ранее приведенные рассуждения справедливы к оценке неполнофазного режима на стороне 0,4 кВ трансформаторной подстанции. Однако в данной ситуации при контроле неполнофазного режима необходимо выделять две зоны повреждения: в питающей сети и на подстанции. Как показали исследования [25], для организации контроля таких повреждений необходим контроль напряжения, причем в силу специфики, этот контроль желательно осуществлять без присоединения к высоковольтным токопроводам. Технически эта операция осуществляется при помощи специальных антенн, располагаемых под токопроводами в электрическом поле воздушной линии электропередачи. При неполнофазном режиме в сети 10 кВ, возникающая несимметрия напряжений со стороны питания и на стороне 0,4 кВ подстанции позволяет дифференцированно подойти к вопросу по определению зоны повреждения. При этом желательно выделять два вида повреждения: замыкание на землю и собственно неполнофазный режим.

При однофазном замыкании на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью напряжение поврежденной фазы относительно земли становится равным нулю, а напряжения двух других фаз повышаются примерно в √3 раз, а угол между их векторами составляет 60^о.

При неполнофазном режиме, вызванном обрывом провода линии 10 кВ, напряжение поврежденной фазы составляет 0,5 напряжения нормального режима, а фазный угол изменяется на 180^о. Напряжения двух других фаз остаются неизменными. Применяя положения ранее описанного метода симметричных составляющих, система напряжений обратной и нулевой последовательностей примет вид:

-при однофазном замыкании на землю

U_о=1/3(U_А+U_В+U_С) = -U_А

U₂=1/3(U_A+a²U_B+aU_C) = 0 ( 37 )

-при неполнофазном режиме

U_о=1/3(-0.5U_А+U_В +U_С) = -0.5U_А

U₂=1/3(-0.5U_А+a⁴U_А+a²U_А) = -0.5U_А ( 38 )

Как видно из выражений (37-38) при однофазном замыкании на землю отсутствует напряжение обратной последовательности, а при неполнофазном режиме имеет место. Это различие может быть положено в основу разработки средств контроля неполнофазных режимов трансформаторных подстанций напряжением 10/0,4 кВ c дифференцированным выделением зон и вида повреждения:

• замыкание на землю на стороне 10 кВ, по напряжению нулевой

последовательности.

• обрыв провода в линии 10кВ, по напряжению нулевой и обратной

последовательности.

• неполнофазный режим на подстанции, по напряжению обратной

последовательности.

Учитывая ранее полученные выражения (9-11) для расчета симметричных составляющих напряжений и полагая, что сосредоточенная нагрузка подключена к шинам 0,4 кВ, определены выражения для расчета напряжений прямой и обратной последовательностей при неполнофазном режиме на стороне 10 кВ подстанции 10/0,4 кВ (рисунок 4.1).

А

H

^{М N T}

_{M N}

В

_{M N}

С

Рисунок 4.1 - Схема сети 10 кВ для расчета неполнофазного

режима

U₁= √r₁²+x₁²/(r₁+r₂)²+(x₁+x₂)² ( 39 )

U₂= √r₂²+x₂²/(r₁+r₂)²+(x₁+x₂)² ( 40 )

Таким образом необходимо осуществить расчет вышеуказанных напряжений при неполнофазных режимов как в сети 10кВ, так и сети 0,38 кВ с учетом режимов работы электродвигательной нагрузки и наличия однофазных потребителей.

C целью расширения предлагаемого способа контроля неполнофазного режима в зоне ТП представляется интересным расширение функциональных свойств предлагаемого способа, путем получения дополнительной информации о состоянии сети по изменению электрического поля при возникновении аварийной ситуации.

Как отмечалось ранее, для обнаружения неполнофазных режимов в сети 10 кВ перспективно использование антенных преобразователей напряжения. Однако функциональные свойства таких преобразователей зависят от их геометрического места расположения в электрическом поле трехфазных линий электропередач.

Для исследования картины электрического поля при обрыве провода в сети 10 кВ представим схему замещения этого режима в зоне трансформаторного пункта. (рисунок 4.2).

Ė_А X_A

А А'

Ė_в X_в

_{B B'}

Ė_с Х_с

^{С С'}

Рисунок 4.2- Схема замещения электроустановки при обрыве фазы А

При аварийных режимах расчет потенциала в произвольной точке под токопроводом производится по выражениям [ 33].

U_A = α_ААq_А +α_АВq_В+α _АСq_С +α_А-АНq_АН

U_B = α_АВq_А +α_ВВq_В +α_ВСq_С +α_В-АНq_АН ( 41 )

U_C = α_АСq_А+α_ВСq_В+α_ССq_С + α_С-АНq_АН

U_АН= α_А-АНq_А+α_В-АНq_В+α_С-АНq_С+α _АН-АНq_АН

где U_А, U_В,U_С - напряжения токопроводов относительно земли,

α_АА ,α_{АВ ,}α_АС -потенциальные коэффициенты, связывающие напряжение на проводнике с величиной заряда.

Система этих уравнений с учетом собственных и взаимных потенциальных коэффициентов, а также учитывая, что составляющая потенциала некоторой точки М от токопровода А и его зеркального отображения определяется как:

φ _АМ = q_А (2πε_о )^-1ln (D_{A¹ M}/ d_АМ)

где D_{A¹ M} - расстояние от точки М до зеркального изображения А

d _АМ - расстояние от точки М до токопровода А

примет вид:

U_А= (2πε_о)^-1ln(2h_А /r_А )q_A+ (2πε_o)^-1ln(D_АВ¹ /d_АВ)q_B +(2πε_o)^-1ln(D_АС¹ /d_АС)q_C

U_В= (2πε_о)^-1ln (D_АВ¹ /d_АВ )q_А +(2πε_о)^-1ln(2h_В/r_В)q_В +(2πε_о)^-1ln(D_ВС¹/d_ВС)q_C ( 42 )

U_С= (2πε_о )^-1ln(D_АС¹/d_АС)q_А + (2πε_о)^-1ln(D_ВС¹/d_ВС)q_В +(2πε_о)^-1ln(2h_C/r_C)q_C

Решение этой системы относительно зарядов будет иметь вид:

q_А = k₁q_А +jk₄q_А

q_В = k ₂q_В + jk₅q_В

q_С = k₃q_С +jk₆q_С

а потенциал точки может быть определен как:

φ_М=(2πε_о)^-1{[k₁q_Аln(D_А¹М/d_АМ)+k₂q_Вln(D_В¹М/d_ВМ)+k₃q_Сln(D_С¹М/d_СМ)]+

+j[k₄q_Аln(D_А¹М/d _АМ)+k₅q_Вln(D _В¹М/d _ВМ)+k₆q_Сln(D _С¹М/d _СМ)]} ( 43 )

Уравнения (42-43) являются общими для различных режимов в линии. Подставив в них напряжения, соответствующие режиму линии, можно определить величину зарядов и потенциала точки поля.

Как видно из схемы замещения, рисунок 4.2, величины напряжений в точках А,В,С останутся постоянными в случае, если допустить разрыв А-А^', В-В' или С-С', что соответствует неполнофазному режиму в сети 10 кВ.

Значения напряжений в точках А',В',С' можно пояснить векторной диаграммой рисунка 4.3.

Ú_A-0 Ú_A-3

Ú_C-3Ú_B-3

Ú_А'-3

Ú_cÚ_В

Рисунок 4.3- Векторная диаграмма напряжений при

неполнофазном режиме фазы А.

Поскольку для расчета электрического поля необходимо знать напряжение относительно земли, то как видно из диаграммы [ 34 ]:

U_А'= - 0.5U_А , U_В'=U_{В ,} U_С'=U_С

С учетом этого уравнения (42) могут быть представлены:

-0,5U_А= (2πε_о)ln(2h_А/r_А)q_А +(2πε_о)ln(D_{АВ '}/d_АВ)q_В+(2πε_о)ln(D_{АС '}/d_АС)q_С

U_В=(2πε_о)ln(D_А'В/d_АВ)q_А+(2πε_о)ln(2h_В/r_В)q_В+(2πε_о)ln(D_ВС'/d_ВС)q_С ( 44 )

U_С=(2πε_о)ln(D_А'С/d_АС)q_А+(2πε_о)ln(D_ВС/d_ВС)q_В+(2πε_о)ln(2h_С/r_С)q_С

Аналогично могут быть записаны уравнения при неполнофазных режимах фаз В и С, при этом изменится только левая часть системы уравнений (44).

Решение полученных систем уравнений позволит оценить распределение зарядов электрического поля под токопроводами, что даст возможность контролировать неполнофазные режимы работы трансформаторных пунктов.

Предложенное решение является самостоятельным направлением и в данном отчете не рассматривается.

Теоретические исследования по вопросу определения параметров при неполнофазном режиме в основном представлены в третьей главе, где поставлены основные задачи, решение которых применительно также к трансформаторным пунктам напряжением 10/0,4 кВ.

С этой целью составлена модель сети при неполнофазном режиме на стороне 10 кВ трансформаторной подстанции.

Неполнофазные режимы на стороне 10 кВ трансформаторных подстанций рассматриваются в данной ситуации, как следствие перегорания предохранителей в одной из фаз питающей сети. Перегорание предохранителя на рисунке 4.4 показано в виде разрыва между точками М и N.

Модель сети при расчете неполнофазного режима на стороне 10 кВ подстанции составлена с учетом ряда трансформаторных мощностей

используемых в схемах электроснабжения объектов агропромышленного комплекса.

В расчете принято, что узел нагрузки характеризуется параметрами

электродвигательной части нагрузки cos_qи общим коэффициентом мощности на зажимах узлаcos_n . Соотношение между потребителями симметричной и несимметричной частью узла нагрузки регулируется показателем Р , как указано ранее в разделе 3.

А

М N

В Узел нагрузки

С cos_q , cos _n , P

S тр.

Рисунок 4.4 - Исходная схема для расчета неполнофазного режима

Учитывая результаты, полученные при расчете неполнофазных режимов для сети 0,38 кВ, и принимая во внимание положения [ 30,31 ], комплексная схема замещения фазы В при разрыве ее может быть представлена на рисунке 4.5 . По ней определились результирующие сопротивления, по которым, используя выражение (10) производится расчет напряжения обратной последовательности .

Uфв М ₁ N₁ Z _1т Z_1н

I_B1

Z _2т Z_2н

M ₂ N ₂

I_B2

Рисунок 4.5 - Комплексная схема замещения для фазы В при

неполнофазном режиме на стороне 10 кВ подстанции

5 Разработка программного обеспечения для расчета напряжения

обратной последовательности при неполнофазном режиме в сети

0,38 кВ и на стороне высокого напряжения трансформаторной

подстанции

Полученные выражения (10 и 30,31,32,35,36) позволяют произвести оценку изменения контролируемого параметра в сети напряжением 0,38 кВ в зависимости от предполагаемого места повреждения в последней.

Вместе с тем они позволяют получить значения напряжения обратной последовательности оценивая соотношение в сети между трехфазными и однофазными потребителями (Р), учитывая относительную мощность загрузки воздушной линии (α). Кроме того удается учесть характер нагрузки (cosφ_н) и режим работы ее электродвигательной части ( cosφ_д ).

Поскольку данная оценка требует увязки большого количества переменных факторов была разработана специальная программа расчета, написанная на языке программирования С++ .

При расчете напряжения обратной последовательности значения переменных параметров были приняты с учетом характеристик сетей 0,38 кВ объектов АПК и технических характеристик используемого на этих объектах электрооборудования. С целью исследования характера изменения контролируемого параметра эти переменные были приняты:

α = 0,2-1

cosφ_д = 0,4-0,85

cosφ_н = 0,5-0,95

Наличие в исследуемой сети однофазной нагрузки ввело в расчеты ограничения, а именно: cosφ_н > cos φ_д и cosφ₁ ≤ 1.

Технические параметры электродвигателей, по разным источникам, были приняты: cosφ_п = 0.3 –коэффициент мощности при пуске.

сosφ_д(о) = 0.2- коэффициент мощности при холостом ходе.

сosφ_д(н) = 0.85- коэффициент мощности при номинальной нагрузке.

m_i(o) = 0.5 -относительный ток холостого хода.

k_i =7 - кратность пускового тока.

При разработке программного обеспечения расчета напряжения обратной последовательности при возникновении неполнофазного режима, обусловленного перегоранием предохранителя в одной из фаз питающей сети, за основу взята ранее разработанная нами версия программы расчета неполнофазных режимов в сети 0,38 кВ. Усовершенствованная программа использует все преимущества языка программирования С++ и является собственностью разработчиков.

Полная версия программы представлена в приложении А данного отчета.

Программа учитывает все условия и ограничения принятые ранее при выполнении расчетов неполнофазных режимов в сети 0,38 кВ. При исследовании зависимостей напряжения обратной последовательности рассмотрены следующие возможные ситуации, дающие возможность сделать вывод о принимаемых значениях U₂при неполнофазном режиме на стороне 10 кВ трансформаторной подстанции.

Для этого необходимо произвести расчет и осуществить анализ при следующих ситуациях:

• исследовать зависимость U₂=f(cos_q), т.е. влияние режима работы электродвигательной части нагрузки на исследуемый параметр.

• исследовать зависимость U₂=f(cos_n), т.е. влияние состояния узла нагрузки (его коэффициента мощности) на природу изменения напряжения обратной последовательности.

При исследовании необходимо учесть уровень загрузки трансформаторной подстанции (), а также соотношения в узле нагрузки между симметричной и несимметричной частью потребителей.

Все это позволит определить диапазон изменение напряжения обратной последовательности при неполнофазном режиме на стороне высокого напряжения трансформаторной подстанции с целью осуществления его контроля.

1. Расчет и анализ изменения напряжения обратной последовательности

при неполнофазном режиме в сети 0,38 кВ

Ранее проведенные исследования показали, что природа изменения нагрузки объектов агропромышленного комплекса носит вероятностный характер. Данное утверждение позволило сделать заключение о том, что контроль неполнофазных режимов в сетях 0,38-10 кВ таких объектов целесообразнее осуществлять по изменению напряжения обратной последовательности в зависимости от места контроля неполнофазного режима.

Для достоверной оценки напряжения обратной последовательности основной задачей является правильный анализ состояния нагрузки объекта (учет относительной загрузки линии электропередачи - a, соотношения в составе нагрузки между трехфазными и однофазными потребителями – P, показателями загрузки асинхронных электродвигателей и нагрузки в целом –cos j_q, cos j_n ) [ 1 ].

Предварительной оценкой результатов расчета был выявлен диапазон из-

менения напряжения обратной последовательности с учетом состояния

узла нагрузки [ 29 ].

Однако для определения возможного разброса напряжения обратной последовательности, с целью выявления рабочего диапазона срабатывающего блока устройства, необходим более тщательный анализ между соотношениями показателей нагрузки объектов агропромышленного комплекса и их влияние на изменение напряжения обратной последовательности.

Для решения данной проблемы необходимо конкретизировать задачу и направить исследования по пути:

а) выявить зависимость напряжения обратной последовательности от

загрузки асинхронных электродвигателей узла нагрузки (cos j_q).

б) выявить влияние общего состояния узла нагрузки на изменение

напряжения обратной последовательности ( cos j_n).

в) определить влияние на изменение напряжения обратной

последовательности относительной мощности загрузки линии

электропередачи (a).

г) выявить, влияют ли, а если влияют, то как, параметры линии

электропередачи на изменение напряжения обратной

последовательности при неполнофазном режиме.

Определение зависимостей по п.п. а), б), в) и г) необходимо произвести для всего ряда трансформаторных мощностей применяемых для

электроснабжения объектов агропромышленного комплекса, т.е учесть влияние параметров трансформаторов на исследуемый фактор.

Доработанное и отлаженное программное обеспечение, приложение А, позволяет реализовать поставленные цели при исследовании неполнофазных режимов как в сети напряжением 0,38 кВ, так и на стороне высокого напряжения трансформаторных пунктов 10/0,4 кВ, объектов агропромышленного комплекса.

На рисунках 5.1.1-5.1.2 приведены в качестве иллюстрации заставки программы «Snabgenie» по расчету неполнофазных режимов в сетях 0,38-10 кВ, а на рисунках 5.1.3-5.1.4 рабочие окна программы для расчета напряжений обратной и нулевой последовательностей при неполнофазных режимах.

Следует отметить, что весь спектр зависимостей анализируется с учетом возможного соотношения относительных мощностей в узле нагрузки между однофазными и трехфазными токоприемниками. Примеры иллюстраций расчетов приведены в приложении Б.

а) изменения напряжения обратной последовательности при переменной нагрузке асинхронных электродвигателей узла нагрузки представлены на рисунках Б1-Б5. В качестве примера рассматривается данная зависимость для трансформаторных мощностей 100 кВА и 630 кВА. Изменение загрузки асинхронных электродвигателей характеризуется параметром cosj_{q ,} причем рассматривается режим от холостого хода до номинальной нагрузки электродвигателя (cosj_q = 0.5-0.9 ). Относительная мощность загрузки линии в данном случае может изменяться от 0.3 до 1. Расчет может быть произведен как при постоянстве параметров линии, так и их переменном характере. В данном случае имеется в виду протяженность линии за местом повреждения. График зависимостей получен в координатных осяхP,U₂, что позволяет одновременно оценить влияние однофазной и трехфазной частей узла нагрузки на контролируемый параметр. При проведении расчетов учитывалось ограничение, а именно:cosj_n³cosj_q . На рисунке Б1 изменение напряжения обратной последовательности представлено при измененииcosj_q при неизменной относительной мощности линии электропередачи и постоянномcosj_nузла нагрузки. Рисунок Б2 иллюстрирует зависимость напряжения обратной последовательности при вышеизложенных условиях,

Рисунок 5.1.3 - Рабочее окно программы по расчету напряжения Uo

при неполнофазных режимах в сети 0,38 кВ

Рисунок 5.1.4 - Рабочее окно программы по расчету напряжения U ₂ при

неполнофазных режимах в сети 0,38-10 кВ

Рисунок 5.1.1 - Заставка программы по расчету неполнофазных режимов в

сетях 0,38-10 кВ

Рисунок 5.1.2 - Заставка программы расчета неполнофазных режимов

в сетях 0,38-10 кВ с аннотацией ее функций

но для трансформатора мощностью 630 кВА. График, представленный на рисунке Б3 показывает характер изменения напряжения обратной последовательности в случае изменения относительной мощности нагрузки линии электропередачи при аналогичных условиях. Графики рисунков Б4 и Б5 определяют диапазон изменения напряжения обратной последовательности для трансформаторных мощностей 100-630 кВА при работе электродвигателей в режиме холостого хода (рисунок Б4 ) и в режиме номинальной нагрузки (рисунок Б5). Необходимо отметить, что рассматриваемые примеры определяют напряжение U₂при некоторой фиксированной длине линии электропередачи.

б) влияние общего состояния узла нагрузки (cosj_n) на изменение

напряжения обратной последовательности показано на рисунках Б6-Б9.

Рисунок Б6 характеризует изменение напряжения обратной последовательности за местом повреждения при холостом ходе электродвигательной части нагрузки и переменном значении коэффициента мощности узла нагрузки. Влияние переменного значения коэффициента мощности узла на напряжение обратной последовательности в сети 0,38 кВ при работе электродвигательной части нагрузки с номинальными параметрами представлено на рисунке Б7. Характеристики на рисунках Б6 и Б7 получены при фиксированных параметрах относительной загрузки линии электропередачи и ее длине, a=0.3 иL=0.3 соответственно. Зависимости, представленные на рисунках Б8 и Б9 определяют характер изменения напряжения обратной последовательности в случае изменения относительной мощности нагрузки линии электропередачи для случая холостого хода электродвигательной части нагрузки, рисунок Б8 и режима номинальной нагрузки электродвигателей, рисунок Б9. Следует отметить, что вышеуказанные характеристики получены на примере схемы электроснабжения с трансформатором мощностью 100 кВА.

в) влияние относительной мощности нагрузки линии электропередачи на изменение напряжения обратной последовательности при неполнофазном режиме отражено на рисунках Б10 и Б11 (на примере с трансформатором мощностью 100 кВА). Характеристики рисунка Б10 определены для номинальных параметров узла нагрузки , а рисунка Б11 для случая работы электродвигательной части нагрузки в режиме холостого хода. Приведенные зависимости определены при некоторой фиксированной длине линии электропередачи. Следует отметить, что разработанное программное обеспечение, позволяет в динамике проследить все изменения напряжения обратной последовательности при неполнофазном режиме, в зависимости от места его возникновения.

г) изменение напряжения обратной последовательности для случая изменения месторасположения повреждения в линии электропередачи представлено на рисунках Б12-Б15. Зависимость этого параметра от изменения точки повреждения в линии для различного состояния узла

нагрузки представлены на рисунках Б12 и Б16. Параметры рисунка Б12 характеризуют данную зависимость при холостом ходе электродвигательной части узла нагрузки, а рисунка Б13 при номинальном режиме узла нагрузки. Характеристики, представленные на этих рисунках, получены на примере трансформатора мощностью 100 кВА. Аналогичные зависимости, но для трансформатора мощностью 630 кВА, приведены на рисунках Б14 и Б15.

Разработанное программное обеспечение в рамках проведенных исследований, позволяет произвести оценку интересующего нас параметра, практически для всего ряда трансформаторных мощностей, применяемых для электроснабжения объектов агропромышленного комплекса.

Проведенные исследования и полученные характеристики напряжения обратной последовательности позволяют произвести оценку величины данного напряжения, знание которой необходимо для определения рабочего диапазона срабатывающего блока устройства.

Следует отметить, что полученные характеристики дают возможность произвести такой анализ в теоретическом диапазоне изменения напряжения обратной последовательности при неполнофазном режиме. Для конкретизации поставленной задачи, необходимо получить ответ, с учетом

практически реальной ситуации работы электрической сети.

а) определено, что при холостом ходе электродвигательной части узла нагрузки напряжение обратной последовательности может принимать значение (0.08-0.39) номинального для трансформаторных мощностей 100-630 кВА. Влияние на эту величину оказывает соотношение в узле нагрузки между симметричными и несимметричными токоприемниками. При номинальных параметрах узла нагрузки это напряжение может быть (0.17-0.4). Реально интересующий нас рабочий диапазон напряжения обратной последовательности может быть (0.17-0.4) в зависимости от мощности питающего трансформатора. Следует отметить, что превалирование в составе нагрузки несимметричных потребителей существенно влияет на величину напряжения обратной последовательности. Преобладание симметричной нагрузки (электродвигатели), да к тому же работающие в режиме холостого хода, существенно симметрируют систему напряжений за местом повреждения, рисунок Б1-Б2. Изменение в такой ситуации относительной мощности нагрузки линии электропередачи незначительно влияет на рабочий диапазон напряжения обратной последовательности. При увеличении a с 0.3 до 0.5, рабочий диапазон для трансформатора 100 кВА при холостом ходе электродвигателей (0.11-0.27), а при номинальных параметрах узла нагрузки (0.27-0.36), рисунок Б3.

Динамика изменения контролируемого параметра для ряда трансформаторных мощностей составляет (0.08-0.39) при холостом ходе электродвигательной части нагрузки и (0.15-0.44) в случае номинальных параметров узла нагрузки.

Рабочий диапазон напряжения обратной последовательности в такой ситуации следует определять с учетом мощности питающего трансформатора, рисунки Б4 и Б5.

б) в случае переменного значения показателя узла нагрузки (cos j_n ) напряжение обратной последовательности имеет следующую тенденцию изменения: по мере увеличения общего коэффициента мощности нагрузки напряжение обратной последовательности принимает значения (0.12-0.42) при холостом ходе электродвигательной составляющей нагрузки. При

номинальных параметрах этой составляющей части нагрузки исследуемое

напряжение может быть (0.22-0.43) для рассматриваемого примера с трансформаторной мощностью 100 кВА.

Предполагаемый рабочий диапазон изменения напряжения обратной последовательности может составить в данном случае (0.2-0.43), рисунки Б6 и Б7. Изменение в данной ситуации относительной мощности линии электропередачи несколько сдвигает верхние и нижние границы общего диапазона (0.11-0.38) при холостом ходе электродвигательной части нагрузки и (0.18-0.39) при номинальных параметрах составляющих узла нагрузки. Рабочий диапазон при этом можно считать практически независимым от a в пределах одной трансформаторной мощности, рисунки Б8 и Б9.

в) определенный интерес вызывает в данной ситуации поведение составляющей относительная мощность загрузки линии (a ). Как видно из

вышеприведенного анализа, основным фактором по отношению к которому рассматривается изменение напряжения обратной последовательности есть режим работы составляющих частей узла нагрузки. В данном случае динамика изменения a при номинальных показателях узла нагрузки (0.18-0.44) и (0.09-0.42) при холостом ходе ее симметричной составляющей.

Рабочий диапазон при том может быть определен как (0.18-0.43), что также видно из таблиц рисунков Б10 и Б11 .

г) изменение напряжения обратной последовательности за местом повреждения в случае его изменения в сети может составить (0.1-0.43) при холостом ходе электродвигателей и (0.19-0.46) при номинальных параметрах узла нагрузки, рисунки Б12 и Б13. Рабочий диапазон в такой ситуации может быть определен как (0.12-0.45) для примера трансформаторной мощности 100 кВА.

Для трансформаторной мощности 630 кВА эти изменения могут быть представлены (0.1-0.31) при номинальных параметрах узла нагрузки и (0.04-0.29) при холостом ходе симметричной составляющей части узла нагрузки. Рабочий диапазон напряжения обратной последовательности при этом может быть определен как ( 0.1-0.3 ), что можно проследить по кривым и таблицам, приведенным на рисунках Б14 и Б15. Значения напряжения обратной последовательности приводятся по отношению к линейному напряжению электрической сети.

5.2 Расчет и анализ изменения напряжения обратной последова-

тельности при неполнофазном режиме на стороне 10 кВ

трансформаторной подстанции

Для оценки изменения напряжения обратной последовательности на шинах низкого напряжения трансформаторной подстанции был произведен анализ этого параметра при неполнофазном режиме на стороне высокого напряжения трансформаторной подстанции 10/0,4 кВ.

Используя ранее разработанный программный продукт, приложение А, на примере трансформаторных мощностей 100-630 кВА были получены результаты, приведенные в приложении Б.

Был произведен расчет напряжения обратной последовательности при изменении относительной мощности загрузки трансформаторной подстанции α (alfa). При этом считалось, что параметры узла нагрузки находятся в номинальном состоянии, т.е. электродвигатели работают с номинальной загрузкой (сosφ_д=0.8), а коэффициент мощности на шинах узла нагрузки близок к номинальному (cosφ_н=0.9).

С учетом ранее проведенных исследований [38,39,41] представлялось интересным произвести оценку напряжения обратной последовательности с учетом оценки режима работы электродвигательной части нагрузки, от режима холостого хода до номинальной загрузки электродвигателей.

В качестве примера оценим ситуацию влияния режима работы электродвигательной части нагрузки на изменение напряжения обратной последовательности. Характеристики этого процесса приведены на рисунках Б16 и Б17.

Давая оценку полученным результатам следует отметить:

• изменение режима работы электродвигательной части нагрузки (0.5-0.85) при общем показателе 0.95 дает изменение напряжения обратной последовательности (0.13-0.43). Причем увеличение напряжения

наблюдается с ростом доли несимметричной части потребителей узла

нагрузки Р, рисунок Б16. Рабочий диапазон при этом может

составить (0.21-0.27).

• при той же ситуации, но учитывая загрузку трансформатора (), характер и значения напряжения обратной последовательности практически не меняются, рисунок Б17. Это позволяет сделать вывод о том, что изменение загрузки трансформатора от 0.3 до номинальной, практически не сказывается на изменениеU₂ в рассматриваемой ситуации.

• изменение общего состояния узла нагрузки в случае работе электродвигательной части с номинальными параметрами, незначительно влияет на изменение U₂ , которое в основном определяется режимом работы этой составляющей узла нагрузки, что приведено на рисунке Б18.

• изменение состояния работы электродвигателей при переменном характере общего показателя узла нагрузки дает диапазон (0.12-0.37), что отражено на рисунке Б19 .

• на рисунках Б20 и Б21, показаны изменения напряжения обратной последовательности при вышерассмотренных ситуациях в узле нагрузки, но для трансформатора мощностью 630 кВА. Из сопоставления расчетов видно, что значения трансформаторных мощностей диапазона 100-630 кВА практически не влияют на результат распределения U₂ при неполнофазном режиме на стороне 10 кВ трансформаторного пункта.

Таким образом, оценивая полученные результаты, можно сделать вывод, что рабочий диапазон устройства для данной ситуации составляет ( 0.21-0.27) при номинальных показателях узла нагрузки.

Анализируя полученные результаты можно отметить, что при номинальном состоянии параметров узла нагрузки изменение относительной мощности загрузки трансформаторной подстанции практически не оказывает влияние на изменение напряжения обратной последовательности.

Полученные результаты позволяют сделать вывод, что значение мощности трансформатора мало сказывается на изменение контролируемого параметра.

На общую картину процесса оказывает влияние состав потребителей (наличие симметричных и несимметричных токоприемников –Р).

Таким образом, оценивая результаты расчетов, отмечаем, что общий диапазон возможного изменения напряжения обратной последовательности составляет (0.13-0.43) номинального напряжения

сети в зависимости от состояния узла электрической нагрузки.