CC BY
577
УДК 621.314:621.316.925
Д. В. БАТУЛЬКО К. И. НИКИТИН Л. В. ВЛАДИМИРОВ А. Я. БИГУН
Омский государственный технический университет
ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ С УСТРОЙСТВАМИ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ
Рассмотрены особенности и способы измерения тока нулевой последовательности при однофазном замыкании на землю в сетях среднего напряжения. Рассмотрена классификация трансформаторов тока нулевой последовательности. Проведен анализ и представлены результаты экспериментов по использованию различных типов специальных трансформаторов тока нулевой последовательности для определения поврежденного присоединения при однофазном замыкании на землю в сетях среднего напряжения. Сформулированы рекомендации по применению трансформаторов тока нулевой последовательности с различными видами защит.
Ключевые слова: трансформатор тока нулевой последовательности, однофазное замыкание на землю, устройства для защиты от замыкания на землю, распределительные сети.
Однофазные замыкания на землю (ОЗЗ) наиболее часто возникающий вид повреждения в распределительных сетях среднего напряжения 6 — 35 кВ [1, 2]. Кроме того, ОЗЗ в течение времени могут перерастать в многофазные короткие замыкания.
При ОЗЗ в сети появляются ток нулевой последовательности и напряжение нулевой последовательности, которые могут быть измерены с использованием специальных трансформаторов. Значение тока нулевой последовательности может быть измерено с помощью трехтрансформаторного фильтра или специального трансформатора тока нулевой последовательности [3]. В сетях среднего напряжения могут использоваться различные способы заземления нейтрали, каждый из которых имеет свои особенности [4, 5].
В воздушных сетях с изолированной нейтралью напряжением 6—10 кВ значения тока нулевой последовательности очень малы и могут составлять сотые доли ампера. В таких случаях трехтрансфор-маторный фильтр использовать нецелесообразно, так как погрешности трансформаторов тока могут превышать значение тока нулевой последовательности. Для получения достоверной информации, как описано в [1—3], следует использовать специальные трансформаторы тока нулевой последовательности (ТТНП).
Для определения поврежденного присоединения при ОЗЗ часто применяют токовые или направленные защиты нулевой последовательности [6 — 8],
при этом последние могут быть относительного замера, когда сравниваются сигналы тока и напряжения всех отходящих присоединений.
Для точной настройки защит необходимо учитывать характеристики используемых ТТНП. В случае применения направленных защит следует учитывать также угловые погрешности трансформаторов тока. Кроме того, для корректной работы необходимо выполнять требования к монтажу и подключению кабельных трансформаторов тока нулевой последовательности [9].
В настоящее время производятся различные типы ТТНП, которые отличаются формой, габаритами и областью применения. Например, такие как ТЗЛМ-1, ТЗЛ-1.05.1, ТЗЛК-05.1 (неразъемные для установки на кабель), ТЗРЛ (разъемные для установки на кабель), ТЗЛМ-600 (круглой формы для установки в шкафы КРУ), ТЗЛМ-100, ТЗЛМ-250, ТЗЛМ-300 (прямоугольной формы для установки в шкафы КРУ).
Общая классификация трансформаторов тока нулевой последовательности приведена на рис 1.
Некоторые производители устройств релейной защиты применяют ТТНП, разработанные для использования с конкретным видом защит. Так, для подключения к защитам Бераш применяются трансформаторы тока СБН 120, СБН 200 (для установки на кабель).
Большинство производителей устройств защиты и сигнализации от ОЗЗ используют серийно
Рис. 1. Классификация трансформаторов тока нулевой последовательности
выпускаемые ТТНП для подключения своих устройств. При этом, в зависимости от типа трансформатора и места его установки, при работе устройств могут возникать различные особенности [10, 11], а в некоторых ситуациях — ошибки при работе устройств защиты и сигнализации от ОЗЗ.
На подстанциях 35/6(10) кВ, кроме кабельных отходящих линий, могут присутствовать воздушные. Часто данный вид отходящих линий встречается на подстанциях 6—10 кВ в сельской местности и на объектах нефтедобычи. Шкафы КРУ с воздушными отходящими линиями имеют другую конструкцию, в которой в большинстве случаев не предусмотрена установка ТТНП. На таких объектах устанавливаются трансформаторы тока спе-
циальной формы с окном большого диаметра либо прямоугольной формы. Известны также альтернативные способы измерения тока на подстанциях с воздушными отходящими линиями с помощью кабельных ТТНП и специальных кабельных вставок [12].
Для настройки защит от ОЗЗ необходимо учитывать характеристики ТТНП. В большинстве случаев производители приводят не все характеристики ТТНП, что вызывает сложности в их применении для направленных и других видов защит. Также не приводятся данные о передаче трансформатором гармоник тока, что не позволяет оценить возможность их использования с устройствами, анализирующими гармоники в сигнале тока нулевой последовательности.
Рис. 4. Сдвиг фаз между I и I , RH = 0,5 Ом. Диапазон I от 0 до 10 А
В [13] получены зависимости угловой погрешности ТТНП типа ТЗЛМ при значениях нагрузки 0,5 и 0,2 А; в [14] приведены измерения параметров трансформаторов тока ТЗЛМ, ТЗЛ-1.05.1, ТЗЛК-05.1, ТЗЛМ-1, получены графики зависимостей напряжения на резисторе нагрузки от входного тока (при сопротивлениях нагрузки 1; 0,5; 0,2 Ом), сдвиг фаз между входным и выходным сигналом. иг — напряжение на резисторе нагрузки, I — ток на входе ТТНП, I — ток на выходе ТТНП.
вых
Из представленных диаграмм (рис. 2 — 4) видно, что при значениях тока менее 0,5 А для некоторых типов ТТНП угол сдвига фаз может достигать больших значений и зависит от сопротивления нагрузки.
Выводы.
1. Большинство серийно выпускаемых ТТНП предназначены для подключения к токовым защитам и имеют ограничения в части применения с направленными защитами нулевой последовательности из-за больших углов сдвига фаз при малых значениях тока.
2. Для оценки возможности использования производимых ТТНП с различными видами защит необходимо приводить более подробные характеристики с учетом углов сдвига фаз между входным и выходным сигналом для конкретного вида нагрузки.
3. Ввиду отсутствия положительного опыта работы актуальным вопросом является разработка и производство ТТНП для установки в шкафы КРУ и подключения направленных защит нулевой последовательности.
Библиографический список
1. Федосеев, А. М. Релейная защита электроэнергетических систем : учеб. для вузов / А. М. Федосеев, М. А. Федосеев. — 2-е изд., перераб. и доп. — М. : Энергоатомиздат, 1992. - 528 с.
2. Цапенко, Е. Ф. Замыкания на землю в сетях 6-35 кВ : учеб. для вузов / Е. Ф. Цапенко. - М. : Энергоатомиздат, 1986. - 128 с.
3. Андреев, В. А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения : учеб. для вузов / В. А. Андреев. — 5-е изд., перераб. и доп. — М. : Высш. шк., 2007. — 639 с.
4. Евдокунин, Г. А. Возможные способы заземления нейтрали сетей 6 — 10 кВ / Г. А. Евдокунин // Новости электротехники. - 2003. - № 6 (24). - С. 17-19.
5. Целебровский, Ю. В. Области применения различных систем заземления нейтрали / Ю. В. Целебровский // Новости электротехники. - 2004. - № 5 (29). - С. 17-20.
6. Титенков, С. Замыкания на землю в сетях 6-35 кВ / С. Титенков // Новости электротехники. - 2005. - 3 (33). -С. 52-55.
7. Шалин, А. И. Замыкания на землю в сетях 6-35 кВ / А. И. Шалин // Новости электротехники. - 2005. - 5 (35). -С. 50-54.
8. Шалин, А. И. Замыкания на землю в сетях 6-35 кВ / А. И. Шалин // Новости электротехники. - 2005. - 6 (36). -
С. 52-55.
9. Беркович, М. А. Релейная защита электроэнергетических систем : учеб. для вузов / М. А. Беркович, В. В. Молчанов, В. Л. Семенов. - 6-е изд., перераб. и доп. - М. : Энерго-атомиздат, 1984. - 376 с.
10. Батулько, Д. В. Применение датчиков тока ТДЗЛВ-10 в устройствах для определения поврежденной воздушной линии электропередачи / Д. В. Батулько // Энергетик. - 2005. -№ 12. - С. 43.
11. Батулько, Д. В. Исследование датчиков тока ТДЗЛВ-10 и трансформаторов тока ТЗЛМ на помехоустойчивость при воздействии внешнего магнитного поля / Д. В. Батулько // Энергетик. - 2006. - № 6. - С. 44-45.
12. Пат. 2255404 Российская Федерация, МПК Н 02 Н. Устройство для определения однофазных замыканий на землю в воздушных сетях с изолированной нейтралью / Батулько Д. В. ; заявитель и патентообладатель ООО «Компания «МИР». - № 2003127805 ; заявл. 15.09.03 ; опубл. 20.01.05.
13. Олейник, С. И. Разработка защиты от однофазных замыканий, селективной в сетях с изолированной и компенсированной нейтралью : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.14.02 / Олейник Сергей Иванович ; ОмГТУ. - Омск, 2004. - 22 с.
14. Батулько, Д. В. Определение поврежденной воздушной линии с однофазным замыканием на землю в сети с изолированной нейтралью : дис. ... канд. техн. наук : 05.14.02 / Батулько Дмитрий Васильевич ; Омский гос. техн. ун-т. - Омск, 2007. - 165 с.
БАТУЛЬКО Дмитрий Васильевич, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры электроснабжения промышленных предприятий. Адрес для переписки: batulkodv@mail.ru
НИКИТИН Константин Иванович, доктор технических наук, профессор кафедры электроснабжения промышленных предприятий; заведующий кафедрой теоретической и общей электротехники. Адрес для переписки: 3dogibmod@mail.ru ВЛАДИМИРОВ Леонид Вячеславович, кандидат технических наук, доцент кафедры электроснабжения промышленных предприятий. Адрес для переписки: leha.vlad86@mail.ru
БИГУН Александр Ярославович, ассистент кафедры электроснабжения промышленных предприятий.
Адрес для переписки: barsbigun@list.ru
Статья поступила в редакцию 13.04.2016 г. © Д. В. Батулько, К. И. Никитин, Л. В. Владимиров, А. Я. Бигун
УДК 621.3.07
Д. С. ОСИПОВ С. Ю. ДОЛИНГЕР Д. Г. САФОНОВ
Омский государственный технический университет
РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ НАСТРОЙКИ КОМПЕНСАЦИИ ЕМКОСТНЫХ ТОКОВ НА ОСНОВЕ
СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ
В статье представлен обзор существующих методов настройки компенсации емкостных токов при изменении конфигурации сети. В качестве оптимальных методов для предварительной настройки компенсации в нормальном режиме работы предложено использовать фазовый или амплитудный (экстремальный), а для настройки в режиме замыкания на землю — фазовый, частотный. Для автоматической подстройки дугогасящего реактора разработан новый алгоритм с использованием вейвлет-преобразования кривой напряжения контура нулевой последовательности.
Ключевые слова: дугогасящий реактор, компенсация емкостных токов, автоматическая настройка, однофазное замыкание на землю, вейвлет-преоб-разование.
Режим работы нейтрали определяет ряд важных характеристик электрической сети среднего напряжения (6 — 35 кВ), среди которых надежность электроснабжения потребителей, безопасность людей, находящихся вблизи места однофазного замыкания на землю, уровень изоляции электротехнического оборудования и т.д. Одним из способов повышения надежности работы распределительных сетей среднего напряжения является заземление нейтрали через дугогасящий реактор (ДГР), основное преимущество которого — возможность продолжительной работы сети при наличии однофазного замыкания на землю без отключения потребителей. Все преимущества заземления нейтрали через ДГР можно реализовать только при его плавной автоматической настройке в резонанс [1]. При этом перенапряжения при однофазных замыканиях на землю не превышают допустимых значений, ток в месте повреждения не вызывает существенных нарушений в работе оборудования. Следовательно, нет необходимости мгновенного отключения потребителя. Поскольку емкостный ток меняется в зависимости от режима работы сети, резонанс можно
поддерживать только автоматически, используя плавно регулируемые ДГР и автоматическую систему управления.
Существующие методы определения емкостного тока замыкания на землю классифицируются следующим образом: по модели сети; по реактивным проводимостям; по фазовым характеристикам; по амплитудным (экстремальным) характеристикам; по частотным параметрам; по постоянной времени восстановления напряжения поврежденной фазы; по соотношению величин параметров нулевой последовательности сети [2—11].
Представленные методы являются косвенными, поскольку место замыкания фазы в сети не определено и ток в точке замыкания не может быть непосредственно измерен. Косвенные методы определения обладают некоторой погрешностью, которая может быть оценена в каждом отдельном случае.
По модели сети. Каждый участок сети моделируется с соответствующими параметрами, а определение емкостного тока проводится с учетом ее текущей конфигурации [2]. Недостатком этого метода является высокая погрешность настройки
