Определение поврежденного присоединения при различных видах замыкания в распределительных сетях 6-35 кВ с использованием параметров аварийного режима Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 6213161 В. Ю. МИРОШНИК

Д. А. ЛЮБЕЗНЫХ Е. В. ПОМОГАЛОВА Д. В. БАТУЛЬКО Е. Г. АНДРЕЕВА

Омский государственный технический университет, г. Омск Сибирский федеральный университет, г. Красноярск

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОВРЕЖДЕННОГО ПРИСОЕДИНЕНИЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДАХ ЗАМЫКАНИЯ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ 6-35 КВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПАРАМЕТРОВ АВАРИЙНОГО РЕЖИМА

Проведен обзор и анализ существующих методов и алгоритмов определения поврежденного присоединения в распределительных сетях 6—35 кВ с использованием параметров аварийного режима. Приведено описание алгоритмов, применяемых в современных микропроцессорных устройствах защиты и автоматики. На основе рассмотренных методов построена имитационная модель определения поврежденной линии и вида замыкания. Описан принцип действия модели определения поврежденного присоединения. Приведено описание вспомогательных блоков.

Ключевые слова: распределительная сеть, замыкания в сети, определение поврежденного присоединения, микропроцессорные устройства защиты.

Короткие замыкания (далее — КЗ) сопровождаются значительным увеличение токов в фазах, что вызывает нагрев элементов электроустановок, приводит к старению и разрушению изоляции, а также потери механической прочности шин и проводов. Рассмотрим распределительные сети 6 — 35 кВ, так как в них, помимо КЗ, наиболее часто встречаются, не менее опасные, однофазные замыкания на землю (далее — ОЗЗ). Например, длительное ОЗЗ представляет опасность для людей, животных и может перерасти в двух- и трехфазное короткое замыкание. Поэтому оперативное устранение опасной ситуации и определение поврежденного присоединения при замыканиях является актуальной задачей [1-6].

В настоящее время известно много отечественных и зарубежных устройств, способных определить поврежденное присоединение [3-5]. Одним из простейших устройств является индикатор поврежденной линии, определяющий путь прохождения тока при аварийном режиме сети [7].

Быстро определить присоединение с замыканием можно с помощью анализа полярностей первых полуволн переходных токов нулевой последовательности [8]. Выполняется данный анализ с помощью одновременного распознавания замыкания

по параметрам переходного процесса (далее — ПАР) [2-4].

В данной статье представлены результаты анализа алгоритма определения поврежденного присоединение при различных видах замыканий в распределительных сетях 6- 35 кВ, рассмотрены особенности его применения.

В методе распознавания поврежденного присоединения используется свойство малой скорости изменения напряжения нулевой последовательности на нейтрали (и0) после затухания дуги, аналогично при металлическом замыкании. Во время самогашения дуги снижается напряжение нейтрали посредством насыщения трансформаторов напряжения [8-9].

Скорость изменения напряжения нулевой последовательности определяется с помощью аппроксимации квадратичным полиномом, ограниченным временным интервалом Это ограничение позволяет определить длительность измерительного интервала. Уставки устанавливаются по мгновенному значению и производной напряжения нулевой последовательности. Уставка устанавливается в начале участка аппроксимации [8-9].

Другим способом определения поврежденного присоединения является метод, основанный

Блок определения поврежденного присоединения и вида замыкания

Рис. 1. Имитационная модель определения поврежденной линии

СЛ

уяшэ^эне уяинхэкмшуе

¿юг (геи V оМ яинюэа И1яньлун иияоио

на принципе противоположности полярностей первой полуволны переходного тока нулевой последовательности (г'0) исследуемого во всех фазах. Для достоверности данных при определении поврежденного присоединения необходимо наличие факта распознавания замыкания, одним из описанных методов [8 — 9].

Определить поврежденное присоединение можно с помощью замера и сравнения в каждой линии емкостного тока. При ОЗЗ сравнивается ток нулевой последовательности от линии к шинам [4]. Определяют данные токи для линий по формулам (1):

1CL = Ф Се + ■■■ K фс2 K фс1■

(4)

hn = J3н СлпЕФ = IdlCn = 3н Cy(i Фе—Ф = lyjnn =

132 J3® C ■ 2E ф I C2l C2 3 н Cyn2^„2U Ф ■ yg20Ф2

(1)

где —ф — фа3=je напи лжение [—Е,; Еф — фа зная напряженность по;^ф; со — EллнвФЯ ч=стота <линус=-]идальногн т—Фа; Н ,... Сж2 — уде^ные е мкости л-чй,... Фторой MBinvm (м<^Tфм]; Вс,,.,..3 IC2 — ем2Фст-ные токи л-ой ■ вто=ой нгнои ; I п,... I —

удельяые tocc л-о11 I2т■c^т^(DiЯ юшутя [—км]; /у 2.. Ыл2 — ДЮНЫ Ф-T]в, ... вто®oil ФИН—Ф ]к—].

Тоф =BaeKoH пocкeдoвевeль=ФстФ в пиврежден-—ой линии 0( при ОЗ3 (2):

K ВС2 K ВС1 ФСФ2

тTз 1=—Се

= ФСе K — ВС2 "— BC1.1

(2)

Знся емкостно!! тсс nj^oTCKaющий серезлинию о1 (при aHacOtKiHOM С..133 на =руго й синии), (3):

й. =3н CC" K—ф =йк]/,1,

Р)

где Сж1 — удельная емкость пертой лннии [мФ/км]; 1ж1 — удельный ток первтй лтнн1и [А/км1; 1Л — длина первой линии [км]

Суммарный емкостной ток сети будет определяться (4):

Определсв с^тма1 ньш емко 1тнС й то к в сети (4) и поврежден но й лин ии (2 ], о^ еде мют их разницу (5):

BCL й Ф31 = (ф Се K ■■■ KIС2 KI Cl) й й (ФСе K ■■■ K ФС2 K ФС11) = Ф С1 й BC1■1■ (5)

Таким о бразом, предложенным алгоритмом можно определить поврежденное присоединение [4].

На основе метода, основанного на принципе противоположности полярностей первой полуволны переходного тока нулевой последовательности, построим имитационную модель определения поврежденного присоединения (рис. 1).

Главной задачей является: проверка предлагаемых алгоритмов и создание имитацион дели определения поврежденного присоединения впрограмме Matlab — Simulink. Поэтому пар аметры линий (тип, марка кабеля) и силового тр—нсфиФ-матора, мощности нагрузок заданы произвольно. При помощи блоков «Three-Phase Fault», установленных в разных частях линий 6(10) кВ, мoделит руются замыкания. Для анализа данного метода в разветвленных сетях присоединим несколько ответвлений к первой и третьей линиям.

В программе Matlab (библиотека SimPower-Systems) отсутствует блок, который позволя= Сы определять поврежденную фазу ЛЭП, поэтому такой блок можно создать самостоятельно [10]. При ведем описание и принцип действия такого Сиэка.

Блок «ОПЛ» состоит из блока способно го опр е-делить поврежденную фазу «ОПФ» и логических элементов.

Навводы А1, В1, С1 блока «ОПФ» поступает пер е-менноеамплитудное значение тока, которое снимается измерительным блоком «Current Measurement» (рис. 2). Полученные значения делятся на 42 лученное амплитудное значение тока поступает на блок «Ort», где происходит преобразование в ортогональную систему координат (рис. 3). В блоке «ОгЬ>происходит оценка квадранта по значениям

А1

А2

<Э>-В1

В2 С1

<1> С2

1.41

Dwide

а

Constarrt3 -►Гх-

Dividel

1 41

Constantl

—Н х

1.41

Divide2

!А |Ах 1Ау

IB ]Вх 16у

1С ICX 1Су

!Ах 1_0

¡Ау

16* 0

1Ву -

1Сх м

1С/

Ort

Current frlterl

1А 1Ах 1Ау

IB 1Вх 1Ву

1С ICX 1Су

X1

\ \

IAX

|Ау -

¡Вх 0

1Ву -

1Сх

icy

0r11

Current filter2

1А |Ах

1 Ау

IB IBX 1Ву

1С IUX icy

IAX [_0

IAy

¡Вх 0

¡By -

ICx

ICy

0rt2

Current filter3

-kjd

0ut1

Устаека2

In1 Oull

Уставка!

In1 OU11 I

0ut2

■KD

Out3

Уставка

Constant2

76

Рис. 2. Структура блока определения поврежденной фазы

Рис. 3. Структура блока «Ort»

синусоиды и косинусоиды. Далее полученные значения передаются на фильтр тока «Current filter», где выделяется мнимая и действительная части (рис. 4). В свою очередь, выделенные части разбиваются на симметричные составляющие. Далее значение тока нулевой последовательности поступает на блок «Уставка», в котором регистрируется максимальное значение блоком «MinMax Running Resettable» и сравнивается с установленными уставками на блоках «Замыкание» и «НР» (рис. 5). Для

адаптации к любой из сетей в блоке «Замыкание» необходимо предусмотреть уставку срабатывания при увеличении тока более чем на рабочее значение в данной сети. В блоке «НР» уставка срабатывания составляет меньше значения рабочего тока. Срабатывание уставок в блоках происходит через выдержку времени (0,5 секунды), обеспеченную блоком «Transport delay». Для того чтобы срабатывала уставка по току, устанавливаем блок УШЗ, который представляет собой дополнительный источник

Delay

Рис. 5. Структура блока «Уставка»

и увеличивает ток в поврежденных фазах в несколько раз. Работу блока по определению поврежденной фазы можно отслеживать по осциллографам, установленным после блоков «Замыкания» и «НР». После того как сработает одна из уставок, сигнал поступает на логический блок «ИЛИ». Дисплей показывает, повреждена фаза (1) или нет (0), для каждой из фаз (см. рис. 1). Выходы «Outl», «Out2» и «Out3» соответствуют фазам A, B и C.

Для определения поврежденной линии создан отдельный блок «ОПЛ», в который со всех блоков «ОПФ» собирается информация о полученном выходном сигнале. Затем с помощью математического блока суммы «Add» определятся присоединение и вид замыкания на ней. Если выходной сигнал равен нулю (0), то линия не повреждена, иначе (1—3) в линии произошло замыкание, значение выходного сигнала соответствует виду замыкания (рис. 1).

По результатам проведенной работы была с помощью построенной имитационной модели подтверждена работоспособность рассмотренного алгоритма определения поврежденной линии. Построенная имитационная модель способна определять не только поврежденную фазу, линию, но и вид замыкания.

Библиографический список

1. Мирошник В. Ю., Батулько Д. В., Ляшков А. А. Методы и алгоритмы для определения места однофазного замыкания на землю в сетях 6 — 35 кВ с использованием параметров аварийного режима // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. 2017. № 1 (151). С. 62 — 65.

2. Мирошник В. Ю., Гармс Е. В., Батулько Д. В. Анализ дистанционных методов определения места однофазного замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью // Актуальные вопросы энергетики: материалы Всерос. науч. конф. студентов, магистрантов, аспирантов. Омск, 12 мая 2016 г. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2016. С. 114-119.

3. Батулько Д. В. Определение поврежденной воздушной линии с однофазным замыканием на землю в сети с изолированной нейтралью: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Омск, 2007. 18 с.

4. Никитин К. И., Владимиров Л. В., Ерёмин Е. Н., Ха-цевский К. В. Токовый принцип определения поврежденного присоединения и места однофазного замыкания в сети с изолированной нейтралью // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. 2012. № 1 (107). С. 234-236.

5. Владимиров Л. В. Дистанционное определение места однофазного замыкания на землю воздушных линий, питающих объекты нефтедобычи: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Омск, 2007. 162 с.

6. Kletsel M. Y., Borodenko V. A., Goryunov V. N., Nikitin K. I., Batulko D. V., Petrova E. V. The device for determining the distance to single phase fault on the power line // International Siberian Conference on Control and Communications, SIBCON 2015 - Proceedings. 2015. P. 1-4. DOI: 10.1109/ SIBC0N.2015.7147098.

7. Электронный каталог www.ic-bresler.ru: Индикатор повреждения воздушной линии (ИПВЛ) FI-3A1F. URL: http:// relematika.ru/produkty/6-35_kv/indikator-fi-3a1f (дата обращения: 25.05.2017).

8. Качесов В. Е., Ларионов В. Н., Овсянников А. Г. О результатах мониторинга перенапряжений при однофазных дуговых замыканиях на землю в распределительных кабельных сетях // Электрические станции. 2002. № 8. С. 38-45.

9. Качесов В. Е. Метод определения зоны однофазного замыкания в распределительных сетях под рабочим напряжением // Электричество. 2005. № 6. С. 9-19.

10. Черных И. В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink. М.: ИД Питер, 2007. 288 с. ISBN 978-5-388-00020-0.

МИРОШНИК Вадим Юрьевич, магистрант гр. ЭЭм-153 факультета «Элитное образование и магистратура» Омского государственного технического университета (ОмГТУ).

ЛЮБЕЗНЫХ Дмитрий Александрович, магистрант гр. ФЭ 12-03М факультета энергетики политехнического института Сибирского федерального университета.

ПОМОГАЛОВА Екатерина Васильевна, магистрант гр. ЭЭм-153 факультета «Элитное образование и магистратура» ОмГТУ.

БАТУЛЬКО Дмитрий Васильевич, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» ОмГТУ.

АНДРЕЕВА Елена Григорьевна, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры «Электрическая техника» ОмГТУ. Адрес для переписки: miroshnikvad@gmail.com

Статья поступила в редакцию 25.05.2017 г. © В. Ю. Мирошник, Д. А. Любезных, Е. В. Помогалова, Д. В. Батулько, Е. Г. Андреева