CC BY
45
УДК 620.9:658.58
Л.В. Владимиров, L.V. Vladimirov, e-mail: leonid_vladimirov@list.ru
В.А. Ощепков, V.A. Oshchepkov, e-mail: energoowa@mail.ru
А.Я. Бигун, A.Y. Bigun, e-mail: barsbigun@list.ru
Н.В. Кириченко, N.V. Kirichenko, e-mail: nikol-kirichenko@yandex.ru
Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия
Omsk State Technical University, Omsk, Russia
ДИАГНОСТИКА РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ПРИ ОДНОФАЗНОМ ЗАМЫКАНИИ НА ЗЕМЛЮ
DIAGNOSTICS OF DISTRIBUTIVE ELECTRIC NETWORKS AT SINGLE-PHASE SHORT CIRCUIT TO EARTH
В статье представлено описание метода определения поврежденного присоединения при однофазном замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью. Так же рассмотрен способ дистанционного определения расстояния до места повреждения воздушной линии электропередачи с использованием метода стоячих волн.
236
Динамика систем, механизмов и машин, № 1, 2014
In article the description of a method of definition of the damaged accession is presented at single -phase short circuit on the earth to networks with the isolated neutral. As the way of remote determination of distance to a place of damage of an air-line of an electricity transmission with use of a method of standing waves is considered.
Ключевые слова: изолированная нейтраль, однофазное замыкание на землю, воздушные линии электропередачи, высокочастотный метод, метод стоячих волн
Keywords: isolated neutral, single-phase short circuit on the earth, electricity transmission air-lines, a high-frequency method, a method of standing waves
По данным опыта эксплуатации, самым распространенным видом повреждения в распределительных электрических сетях являются однофазные замыкания на землю (ОЗЗ), составляющие 75 - 90% от общего числа повреждений. Поэтому борьба с ними является стратегическим направлением работы по повышению надежности систем электроснабжения [1].
Сети с изолированной нейтралью имеют низкий уровень емкостных токов, и это затрудняет использование селективных защит от однофазных замыканий на землю. Большинство подстанций сетей 6 - 35 кВ имеют только общесекционную защиту от ОЗЗ с действием на сигнал. Определение поврежденного присоединения производится путем поочередного отключения отходящих линий и приводит к перерывам в электроснабжении потребителей.
При разработке устройств защиты и сигнализации замыканий на землю используют следующие принципы:
- использование токов и напряжения нулевой последовательности (НП) промышленной частоты;
- использование высших гармоник установившегося тока и напряжения НП;
- использование «наложенных токов»;
- использование электрических величин переходного процесса.
Предлагается использовать подключение генератора высокой частоты (ГВЧ) к шинам подстанции для определения поврежденного присоединения без выполнения оперативных переключений (рис. 1). Устройство определения поврежденного присоединения состоит из ГВЧ, подключаемого к земле и шинам подстанции через искусственную нулевую точку, собранную из 3 конденсаторов емкостью 50 нФ. При наложении токов высокой частоты частотный портрет тока ОЗЗ в поврежденном присоединении изменяется и на частотах 1-8 кГц амплитуда увеличивается более чем в 20 раз по сравнению с неповрежденными присоединениями. Это дает возможность выделить поврежденное присоединение и приступить к дальнейшему поиску места повреждения. Количество отходящих линий на подстанции не ограничено.
Рис. 1. Трехфазная схема сети с подключенным источником высокой частоты
Исследование емкостных токов с частотой 1кГц показало, что эта частота не совсем подходит для надежного определения поврежденной линии. Это объясняется небольшой разницей между токами, протекающими по поврежденной и неповрежденной линиям. Для исследования была взята частота ИВЧ от 1 до 8 кГц. При частоте 7,3 кГц ток в поврежденной фазе составил 1,63 А. При такой частоте ток ОЗЗ превышает ток в фазах неповрежденного
237
Динамика систем, механизмов и машин, № 1, 2014
присоединения более чем в 20 раз. Такое соотношение токов позволяет точно определить фазу с ОЗЗ в поврежденном присоединении. Для определения линии с ОЗЗ целесообразно применить устройство, способное генерировать ток с частотой до 8000 Гц для определения поврежденного присоединения. Наиболее близкими аналогами являются «МИР-ОПЛ 01» (НПО «МИР», г. Омск), Сириус-ОЗЗ (ЗАО «РАДИУС Автоматика», г. Москва). Они позволяют определить отходящую поврежденную воздушную линию и передать ее номер на диспетчерский пункт. К одному прибору можно подключить до 4-6 линий.
Помимо определения поврежденной линии при ОЗЗ, актуальной темой так же является определение расстояния до места повреждения. Для определения расстояния от подстанции до места возникновения ОЗЗ на воздушной линии электропередачи используется устройство, основанное на методе стоячих волн [2]. Суть этого метода заключается в том, что к отключенной поврежденной линии присоединяют источник периодического сигнала высокой частоты. При совпадении частоты источника испытательного напряжения и собственной резонансной частоты линии, амплитудное значение напряжения (тока) будет максимальным. Используя значения резонансных частот для неповрежденной и поврежденной фазы линии, определяется расстояние до предполагаемого места повреждения. Погрешность определения расстояния составляет 2-4 %, что значительно сокращает зону поиска.
Структурная схема устройства, основанного на методе стоячих волн, представлена на рис. 2. Генератор испытательного напряжения (ГИН) формирует высокочастотный сигнал. Предварительно определяются параметры линии (удельная индуктивность и емкость). Регулирование частоты происходит с помощью микропроцессора (МП), который на основании измерений, полученных на выходе ГИН, формирует управляющий сигнал. Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) и цифро-аналоговый преобразователи (ЦАП) служат для преобразования сигналов, получаемых и передаваемых микропроцессором. Внешний вид устройства ИВП «Волна», разработанного на кафедре Электроснабжения промышленных предприятий ОмГТУ, представлен на рис. 3.
Рис. 2. Структурная схема прибора для определения расстояния до места замыкания линии на землю
Рис. 3. Внешний вид устройства для определения расстояния до места замыкания линии на землю
238
Динамика систем, механизмов и машин, № 1, 2014
При повреждении линии электропередачи в сети с изолированной нейтралью, приводящем к возникновению ОЗЗ, изменяется симметричная трехфазная система. Сеть при этом остается в работе (до двух часов согласно ПУЭ). Оперативная выездная бригада по прибытии на подстанцию выполняет считывание показаний измерительных приборов, установленных на каждом из присоединений. Передача информации выполняется по радиоканалу. После определения поврежденного присоединения, выполняются операции для его отключения. Устройство определения места повреждения подключается поочередно к целой и поврежденной фазе линии электропередачи. На основе разработанного ранее алгоритма, устройство рассчитывает расстояние от подстанции до места повреждения [3]. К предполагаемому месту выезжает ремонтная бригада для выявления и устранения повреждения.
Библиографический список
1. Шуин В. А. Защиты от замыканий на землю в электрических сетях 6 10 кВ / В. А. Шуин, А. В. Гусенков. - М. : НТФ «Энергопрогресс» 104 е., ил. - (Библиотечка электротехника. Вып. 11 (35).
2. Определение места повреждения на воздушных линиях электропередачи в распределительных сетях / И. В. Болдырев, Л. В. Владимиров, В. А. Ощепков // Омский научный вестник. - 2011. - № 1 (103). - С. 205 - 209.
3. Алгоритм и методика определения места повреждения в распределительных сетях электроэнергетических систем методом стоячих волн / Л. В. Владимиров, В. А. Ощепков, В. И. Суриков // Омский научный вестник. - 2011. - № 1 (103). - С. 209 - 211.
