CC BY
3
УДК 620.92
Осипенко Р.А. студент магистратуры 2 курс факультет «Энергетики и электротехники» Российская Федерация, г. Тольятти АНАЛИЗ БОЛЬШОЙ СИСТЕМЫ ЗАЗЕМЛЕНИЯ И ПОСЛЕДУЮЩАЯ ПРОВЕРКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА ПОНИЖЕНИЯ
ПОТЕНЦИАЛА
Аннотация: в данной статье рассмотрено исследование системы синхронизации времени интеллектуальной подстанции и влияния ее неисправностей на релейную защиту
Ключевые слова: интеллектуальная подстанция, релейная защита и автоматика, вторичные цепи, синхронизация времени, протокол времени, GPS.
Osipenko RA Graduate student
2 year, Faculty of "Power Engineering and Electrical Engineering"
Russian Federation, Togliatti INVESTIGATION OF RELAY PROTECTION AND AUTOMATION AT THE INTELLECTUAL SUBSTATION
Annotation: This article describes the study of the time synchronization system of an intelligent substation and the effect of its faults on the relay protection.
Key words: intelligent substation, relay protection and automation, secondary circuits, time synchronization, time protocol, GPS.
1.Введение
Соответствующее заземление системы электропитания важно для обеспечения надежной работы электроэнергетической системы, защиты оборудования и обеспечения безопасности населения и персонала. Система заземления должна быть должным образом спроектирована, и ее производительность должна быть проанализирована. Неправильный или неточный анализ может привести к значительным расходам, связанным непосредственно с неправильной конструкцией заземления или в результате последующих корректирующих мер, вызванных сбоями неправильного проектирования. Большинство инженеров-электриков понимают важность системы заземления для безопасного замыкания фазы на землю и окружающую почву. К сожалению, сложный и неоднородный характер почвы, сложный трехмерный вид системы заземления и топология всей сети энергосистемы приводят к очень сложной задаче, требующей наличия соответствующих специализированных комплексов программного обеспечения и квалифицированных специалистов, обладающих достаточным опытом в этой сфере, чтобы учесть многочисленные факторы, которые необходимо учитывать при проектировании и последующем анализе заземления. Часто бывает необходимо измерить полное сопротивление
системы заземления, чтобы провести обоснованный анализ заземления. Основной метод, который почти повсеместно используется для измерения сопротивления системы заземления, известен как метод падения потенциала. Метод падения потенциала включает в себя два вспомогательных электрода, называемых возвратным электродом и датчиком потенциала. Когда возвратный электрод размещен на конечном расстоянии от системы заземления и датчик потенциала воткнут в землю в определенном месте (так называемое «точное местоположение датчика»), тогда получается точное измерение сопротивления земли. Для однородных грунтов и больших расстояний между заземляющей системой и обратным электродом, хорошо известно, что точное местоположение датчика потенциала подчиняется правилу 61,8%, то есть точное положение для датчика потенциала
г = 0,6180, где г и Б - расстояния от центра заземляющей системы до потенциального датчика и токового электрода, соответственно. Важно понимать, что правило 61,8% основано на предположении, что грунт является однородным и что заземляющий электрод мал или полусферический и что датчик потенциала и токовый электрод также полусферичны или малы.
На рисунке 4 показано типичное поперечное сечение всех смоделированных опор линий передач. В зависимости от типа основания опоры использовалось сопротивление опоры 15 или 20 Ом.
Рисунок 4. Типичное поперечное сечение линий передач.
Для оценки характеристик системы заземления большой сети были выполнены следующие этапы:
1) измерение удельного сопротивления грунта и сопротивления сетки и расшифровка;
2) Расчет мгновенного тока короткого замыкания;
3) Анализ производительности системы заземления.
Настоящий документ не предназначен для того, чтобы сообщать о подробных проектных проблемах и результатах проектирования, а скорее освещать различные возникающие проблемы и их последствия, если эти
500КУ
7БОО
проблемы были проигнорированы или если были сделаны упрощенные предположения вместо подробного анализа заземления. Результаты, представленные в этом документе, дают полезную информацию и информацию для точного измерения сопротивления заземления крупных систем заземления, для объяснения измерений и для оценки безопасности на станции. Анализ и рассуждения могут быть использованы в качестве справочного руководства для изучения больших систем заземления.
2. Измерение и объяснение удельного сопротивления
Измерения удельного сопротивления грунта проводились на двух траверсах на площадке подстанции с использованием четырех контактного метода Веннера. Измерения вдоль короткой траверсы внутри подстанции проводились с целью получения небольших глубинных сопротивлений на участке проекта. Измерения вдоль одной длинной траверсы вне подстанции проводились для получения удельных сопротивлений грунта на больших глубинах. Измеренные данные о сопротивлении грунта были осмыслены с использованием модуля вычисления RESAP пакета программного обеспечения CDEGS. Основываясь на том принципе, что измерения на коротких траверсах определяют удельное сопротивление грунта на небольшой глубине и измерения больших траверс определяют удельное сопротивление грунта на большой глубине, была построена трехслойная модель почвы, которая является образцом для почвенных структур на участке и, как ожидается, будет консервативной для анализа заземления. Выбранная модель почвы представлена в таблице 1.
Слон Уд. сопр.(Ом*м} Глубина (и)
Верхний 320 0.35
Средний 65 2.0
Нижний 420 беконечностъ
Таблица 1.Модель выбранного грунта
3. Измерение и объяснение сопротивления системы заземления
Для оценки характеристик заземляющей системы подстанции, полное сопротивление заземления системы заземления должно быть получено либо путем измерения, либо путем расчета с соответствующими измерениями удельного сопротивления грунта. Неправильное сопротивление заземления приведет к неправильному вычислению тока короткого замыкания, что повлияет на результаты анализа. В идеальном случае, полное сопротивление заземления должно быть вычислено и затем проверено путем измерения. Для этого практического примера, из-за плотной области линии передач и ожидаемого низкого измерения полного сопротивления, использовалось испытательное устройство тока высокого напряжения. Согласно IEEE 81.2,
рекомендуется, чтобы токовый датчик имел минимальную длину в 6,5 раза больше диагонали подстанции. Подстанция окружена труднодоступными участками. К счастью, была доступна небольшая дорога вдоль западной стороны подстанции. Поэтому для проведения измерений использовался тест падения потенциала, который следовал по этой дороге. На рисунках 5 и 6 показана тестовая установка, которая выполнялась для нескольких частот 47, 46, 53 и 54 Гц для каждой контрольной точки. Результаты испытания падения потенциала суммируются на рисунке 7 (красные точки). Следующий этап анализа состоял в моделировании теста падения потенциала с использованием модели почвы, разработанной на основе данных измерений удельного сопротивления почвы (см. Таблицу 1). Первой задачей было определить, какая часть общей сети заземления линии передач реально влияет на возрастание потенциала земли подстанции. После построения точной модели экранирующих проводов 5-10 км, включая все опорные конструкции опор и заземляющие сетки подстанции, соответствующие реальной сети в этом районе, были рассчитаны результаты падения потенциала. Эскиз модели показан на рисунке 5. В этой модели не было смоделировано никаких токовых или потенциальных проводов. Использовался модуль вычисления MALZ для CDGES. Этот модуль учитывает падения напряжения вдоль заземляющей системы и, следовательно, способен моделировать большие системы заземления со стальными проводниками. Это означает, что разработанная модель правильно учитывает проводящую связь, но не учитывает индуктивные эффекты между измерительными выводами и другими параллельными проводниками. Результаты этого моделирования падения потенциала показаны на рисунке 7 (зеленая кривая). Как можно видеть, между измеряемой кривой и вычисленной кривой существует значительное расхождение. Изначально можно подумать, что почвенная модель неверна. Однако после моделирования тестовых проводов (рис. 5 и 6) и использования вычислительного модуля HIFREQ в CDEGS, который учитывает все соответствующие электромагнитные эффекты, т. е. для проводящих, индуктивных и емкостных эффектов связи, можно заметить, что полученные теоретические результаты испытаний падения потенциала, по сравнению с измеренными результатами (показаны на рисунке 7 в виде синей кривой и красных точек), очень хорошо согласуются друг с другом. Проводящая связь возникает из-за близости токовых цепей возвратных заземляющих сеток и расположенных рядом подземных сооружений, таких как фундамент опоры, соединенных с сеткой заземления. Индуктивная связь - это результат того, что тестовые выводы соединены друг с другом с закопанными структурами, которые подключены к заземленной сетке подстанции. Емкостная связь обусловлена емкостью между заглубленными и надземными проводниками).
Рисунок 5. Тестовая установка
Рисунок 6. Тестовая установка падения падения потенциала (полная модель), потенциала (увеличенная модель).
Distance between Potential Probe and Grid (m)
Рисунок 7. Вычисленное и измеренное примерное сопротивление.
Использованные источники: 1. Chang-bao, Xu. The Research of Intelligent Substation Time Synchronization System and the Influence of Its Fault to Relay Protection [Электронный ресурс] / Han Xiong , Li-fu He , Zhong-min Li , Jun Yang // Guizhou Electric Power Research Institute. - Scientific research, 2013. - URL: http://file.scirp.org/pdf/EPE 2013102216372352.pdf.
