Обнаружение геоиндуцированных токов и их мониторинг в системах электроснабжения

• Автор: Кузнецов, Виталий Александрович
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Тольятти
• Количество страниц: 148 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 ВОЗДЕЙСТВИЕ ГЕОМАГНИТНЫХ БУРЬ НА СИСТЕМЫ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
1.1 Причины возникновения аварийных ситуаций в системах
электроснабжения
1.2 Основные параметры и механизм протекания геомагнитной бури
1.3 Анализ влияния геоиндуцированных токов на
электрооборудование систем электроснабжения
1.4 Постановка цели и задач исследования
Вывод по главе 1
2 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА
ГЕОИНДУЦИРОВАННОГО ТОКА С УЧЕТОМ КОНФИГУРАЦИИ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
2.1 Основные положения при разработке методики расчета
геоиндуцированного тока в системе электроснабжения
2.2 Расчет геоиндуцированного тока на прямолинейном участке
системы электроснабжения
2.3 Расчет геоиндуцированных токов в электрической сети
радиальной конфигурации
2.4 Расчет геоиндуцированных токов в электрической сети
магистральной конфигурации
2.5 Расчет геоиндуцированных токов в электрической сети
кольцевой конфигурации
Выводы по главе 2
3 ВЛИЯНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПОЛОЖЕНИЯ
ОБЪЕКТОВ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ НА ВЕЛИЧИНЫ ГЕОИНДУЦИРОВАННЫХ ТОКОВ
3.1 Оценка величины ЭДС геоэлектрического поля
от пространственного расположения объектов СЭС на местности
3.2 Разработка алгоритма для расчета функционирования системы

электроснабжения при геомагнитных бурях
3.3 Модели элементов системы электроснабжения для расчета их
функционирования при геомагнитных бурях
3.4 Программная реализация расчета геоиндуцированных токов
в СЭС с учетом пространственного расположения объектов на местности и направления вектора напряженности геоэлектрического поля
Вывод по главе 3
4 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА
ГЕОИНДУЦИРОВАННЫХ ТОКОВ В ГЛУХОЗАЗЕМЛЕННЫХ НЕЙТРАЛЯХ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ПРИ ГЕОМАГНИТНЫХ БУРЯХ
4.1 Определение основных условий проведения мониторинга
геоиндуцированных токов в глухозаземленных нейтралях
силовых трансформаторов
4.2 Разработка общей модели и комплекса технических средств
системы мониторинга геоиндуцированных токов в глухозаземленных нейтралях силовых трансформаторов
4.3 Разработка программных средств по обработке сигналов в
системе мониторинга геоиндуцированных токов в глухозаземленных нейтралях силовых трансформаторов
4.4 Апробация разработанной системы мониторинга
геоиндуцированных токов на Жигулевской ГЭС
Выводы по главе 4
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ПРИЛОЖЕНИЕ В

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования. Современные системы электроснабжения (СЭС) становятся все более сложными и взаимосвязанными, длина высоковольтных воздушных линий электропередач (ЛЭП) увеличивается, они становятся сильно загруженными. Рост спроса на электроэнергию и дерегулирование привели к тому, что СЭС эксплуатируются на пределе своих возможностей и становятся более уязвимыми к внешним возмущениям, в том числе и к геомагнитным бурям (ГМБ).
Во время геомагнитных бурь в протяженных электрических сетях возникают геоиндуцированные токи (ГИТ), протекающие через заземленные обмотки силовых трансформаторов (СТ) и провода воздушных линий электропередач. Частота ГИТ находится в пределах (0,0001-4-0,1) Гц, т.е. во много раз меньше номинальной частоты (50 или 60 Гц) напряжения электрической сети. Геоиндуцированные токи зарегистрированы в глухозаземленных нейтралях силовых трансформаторов в электрических сетях многих стран как в период высокой, так и низкой геомагнитной активности. Зафиксированные значения ГИТ в нейтралях силовых трансформаторов - от нескольких ампер до сотен ампер. Наблюдаемая продолжительность протекания ГИТ - от сотен секунд до десятков часов. В последнее время предпринимаются попытки регистрации ГИТ и в электрических сетях нашей страны.
Основное воздействие ГИТ на СЭС заключается в насыщении магнитной системы силовых трансформаторов, что приводит к многократному возрастанию несинусоидальных токов намагничивания. Это опасно как для силовых трансформаторов, поскольку возникает дополнительный нагрев конструктивных элементов, изоляции, масла, так и для режима систем электроснабжения, поскольку увеличение тока намагничивания вызывает увеличение потребления реактивной мощности силовыми трансформаторами. Возникающий дефицит реактивной мощности приводит к снижению

инженерных систем (электрических сетей, трубопроводов и др.). Решение геофизической части основано на системе уравнений Максвелла [101, 105]:
У-Е = р/є,
У-В = 0,
УхЕ.-®.

_ „ ЄЕ
УхВ = р0І + р0є—,
(2.1)
где Е - напряженность электрического поля;
В - индукция магнитного поля; р - плотность заряда;
] - плотность тока;
1 - время;
ро и £о - магнитная и диэлектрическая постоянные; е - относительная диэлектрическая проницаемость.
Для получения полной системы уравнений для расчета горизонтальной составляющей геоэлектрического поля к системе уравнений Максвелла (2.1) необходимо добавить уравнения, которые связывают электрическую индукцию Б, напряженность электрического поля Е, напряженность магнитного поля Н и магнитную индукцию В с учетом особенностей среды, а также закона Ома в дифференциальной форме:
В = єЕ,

'/гее=аЕ’
(2.2)
где р - относительная магнитная проницаемость среды; а - электрическая проводимость среды.
Решение систем дифференциальных уравнений (2.1) и (2.2) связано с существенными трудностями из-за большого количества неизвестных компонент электрических и магнитных полей, измерения которых затруднены, хотя геомагнитные наблюдения проводятся постоянно на многочисленных