CC BY
52
УДК 621.316.925
СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕННОГО ЭЛЕМЕНТА ПРИ ЗАМЫКАНИЯХ НА ЗЕМЛЮ В РАДИАЛЬНЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ НАПРЯЖЕНИЕМ 6-35 кВ
© 2011 г. А.В. Украинцев, В.И. Нагай
Южно-Российский государственный South-Russian State
технический университет Technical University
(Новочеркасский политехнический институт) (Novocherkassk Polytechnic Institute)
Рассмотрен один из способов выявления поврежденной линии в радиальной распределительной сети напряжением 6 - 35 кВ. Метод основан на анализе функционирования защиты от замыканий на землю с относительным замером токов. Описано три различных случая выявления однофазных замыканий на землю в сети с применением указанного метода и предложен вариант выполнения защиты от замыканий на землю с его реализацией.
Ключевые слова: однофазные замыкания на землю; защита от замыканий на землю; принцип относительного замера.
In the article one of ways of revealing of the damaged line in a radial distributive network 6-35 kV is observed. Method is based on the analysis offunctioning of protection from single-phase earth fault with relative currents measurements. Three various cases of revealing of single-phase earth fault in a network with application of the specified method are described and the variant of performance of protection from single-phase earth fault with its application is offered.
Keywords: single-phase earth fault; earth fault protection; principle of relative measurement.
Преобладающим видом повреждений в электрических сетях 6 - 35 кВ являются однофазные замыкания на землю (ОЗЗ) [1]. При этом ОЗЗ часто вызывают негативные последствия, в том числе и сопровождающиеся экономическим ущербом. К ним можно отнести перенапряжения в 2,4 - 3,5 раза по сравнению с фазными напряжениями, которые в свою очередь приводят к возникновению двойных замыканий на землю, явления феррорезонанса, от которых выходят из строя трансформаторы напряжения. При ОЗЗ появляется опасность поражения людей и животных электрическим током при обрыве фазного провода и падении его на землю. ОЗЗ часто приводят к значительным повреждениям как обмоток двигателей, так и статоров («пожар железа») при пробое изоляции ста-торной обмотки двигателей на металл статора и другим последствиям.
Получившие широкое распространение в сетях с компенсацией емкостных токов токовые устройства абсолютного замера высших гармоник в установившемся токе нулевой последовательности не обладают селективностью при замыканиях на шинных мостах комплектных распределительных устройств и в отсеках высоковольтного выключателя ячейки. Возможна также их неселективная работа при ОЗЗ на смежных участках радиальной распределительной сети.
Решением проблемы селективности защит от замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью, установленных на различных подстанциях, может служить установка трансформатора тока нулевой последовательности на питающем присоеди-
нении и подключение к нему одного из устройств защиты от замыканий на землю (КА10, КА30 и КА330 на рисунке). Ниже рассмотрен пример схемы электрической сети с анализом функционирования защиты от замыканий на землю при повреждениях в различных точках.
Случай 1. Замыкание на землю в точке З1 (рисунок). В этом случае на подстанции 1 наибольший ток нулевой последовательности, а значит и уровень высших гармонических составляющих (ВГС), будет протекать по W1, так как он будет равен сумме емкостных токов и ВГС W2 и W3, при этом сработает устройство защиты от замыканий на землю КА1. В то же время на распределительном пункте РП 1 наибольший ток нулевой последовательности и ВГС будет протекать по питающему присоединению W1 (он будет равен сумме ёмкостных токов и ВГС WП, W12, и W13), что приведет к срабатыванию устройства КА 10. Таким образом, срабатывание устройства защиты, установленного на питающем присоединении (КА10), свидетельствует о том, что замыкание на землю по отношению к распределительному пункту РП 1 внешнее (находится во внешней сети), а срабатывание защиты КА 1 на п/ст 1 -о нахождении точки замыкания на землю на защищаемом присоединении W1.
Случай 2. Замыкание на землю в точке 32 (рисунок). В этом случае на подстанции 1 наибольший ток нулевой последовательности и ВГС будет протекать по W3, так как он будет равен сумме емкостных токов и ВГС W1 и W2, при этом сработает устройство защиты от замыканий на землю КА 3.
п/ст 1
{ А А
С KAI г KA2 (-KA3 !"0 !"[] !
И
—£
KA10 J
W1
W2
W3
KA30
Т
РП 1
f J\Si.
Л
W11
£ "Т
РП 2
W12
W13
V
ХмпХ [А1Ц [A13 1[A31 . -KA32 1[A33
!-D 4] !-0 s-D ^
W31 W32 32
az /
W33 KA330
А
, [A3
Л
т
РП 3
f*KA331 j*[A332(*[A3
fo fo
'331 W
33 /
W331 W332 33
■KA332,
T
■KA333
31 32 33
fkal 1 0 0
fka2 0 0 0
fka3 0 1 1
fkav> 1 1 1
fka11 0 0 0
fka12 0 0 0
FKA13 0 0 0
fka30 1 0 0
FKA31 0 0 0
f[a32 0 1 0
fka33 0 0 1
fka330 1 1 0
fka331 0 0 0
fka332 0 0 1
fka333 0 0 0
б
Схема построения системы защиты от замыканий на землю при наличии распределительных пунктов РП: а - схема сети с возможными точками замыкания на землю, б - таблица срабатываний устройств Реном-04Т при замыканиях на землю в точках З1 - 33
В то же время на распределительном пункте РП 2 наибольший ток нулевой последовательности и ВГС будет протекать по защищаемой линии W32 (он будет равен сумме емкостных токов и ВГС W31, W33 и тока нулевой последовательности и ВГС по питающей линии W3), что приведет к срабатыванию устройства £432. Таким образом, срабатывание устройства защиты, установленного на защищаемой линии (КА32) на РП 2, свидетельствует о повреждении в этой линии, а срабатывание КА3 на п/ст 1 - о том, что точка замыкания на землю находится или на линии W3, или далее по сети.
Случай 3. Замыкание на землю в точке 33 (см. рисунок). В этом случае на подстанции 1 наибольший ток нулевой последовательности и ВГС будет протекать по W3, так как он будет равен сумме емкостных токов и ВГС W1 и W2, при этом сработает устройство защиты от замыканий на землю КА 3. В то же время на распределительном пункте РП 2 наибольший ток нулевой последовательности и ВГС будет протекать по защищаемому присоединению W33 (он будет равен сумме емкостных токов и ВГС W31, W32 и тока нулевой последовательности и ВГС по питающему присоединению W3), что приведет к срабатыванию устройства КА33. Одновременно на распределительном пункте РП 3 наибольший ток нулевой последовательности и ВГС будет протекать по защищаемому присоединению W332 (он будет равен сумме емкостных токов и ВГС $331, W333 и тока нулевой последовательности и ВГС по питающему присоединению W33), что приведет к срабатыванию устройства КА332. Таким образом, срабатывание устройства защиты, установленного на защищаемом присоединении, (КА332) на РП 3 свидетельствует о повреждении в этом присоединении, срабатывание КА 3 на п/ст 1 - о нахождении точки замыкания на землю или на присоединении W3, или далее по сети, срабатывание КА 33 на РП 2 - о нахождении точки замыкания на землю или на присоединении W33, или далее по сети.
Таким образом, при срабатывании устройств на сигнал и передаче сигнала от всех устройств диспетчеру возможно проследить по направлению действия защит от шин в линию и однозначно выявить поврежденную линию.
Для определения поврежденного фидера при условии выполнения защиты от замыканий на землю по указанному выше принципу на всех подстанциях и РП, имеющих питание от одного трансформатора, достаточно: для тупиковых отходящих присоединений контролировать срабатывание устройств защиты этих присоединений (например КА 32 при замыкании 32); для присоединений, питающих РП на рисунке), необходимо контролировать срабатывание устройств защиты этих присоединений на головной подстанции и устройств защиты, установленных на этом присоединении со стороны РП (КА1 и КА 10 для случая замыкания 31).
а
При выполнении системы защиты от замыканий на землю указанным выше способом становится возможным организовать своевременное селективное выявление ОЗЗ на шинах комплектных распределительных устройств (КРУ), часто переходящих в дуговые короткие замыкания с последующим отключением всей секции шин действием дуговых защит. Для организации подобной функции необходимо установить дополнительное устройство защиты от ОЗЗ и подключить его на сумму токов всех присоединений (в том числе и питающего) [2]. Например, для РП 3 (рисунок) на сумму токов W33, W331, W332 и W333. Срабатывание этого устройства будет ясно указывать на повреждение на сборных шинах РП 3.
При выполнении защиты от ОЗЗ на современной микропроцессорной базе реализация алгоритмов получения суммы токов защищаемых присоединений, а также действия защиты с учетом полученной по це-
Поступила в редакцию
пям телесигнализации информации о срабатывании устройств защиты на смежной подстанции становится вполне осуществимой и может быть рекомендована для вновь разрабатываемых защитах от ОЗЗ.
Литература
1. Лихачев Ф.А. Замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов. М., 1971.
2. Защита от замыканий на землю в сетях 6 - 10 кВ. Расширение функциональных возможностей / А.В. Украинцев [и др.] // Релейная защита и автоматика энергосистем : сб. докл. XX конф. (Москва, 1 - 4 июня 2010). М., 2010. С. 175 - 177.
9 июня 2011 г.
Нагай Владимир Иванович - д-р техн. наук, декан, профессор, кафедра «Электрические станции», ЮжноРоссийский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. (8635)255-291. E-mail: [email protected], [email protected]
Украинцев Александр Валерьевич - аспирант, кафедра «Электрические станции», Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. (8635)255-291. E-mail: [email protected]
Nagay Vladimir Ivanovich - Doctor of Technical Sciences, Dean, professor, department «Electrical Station», South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. (8635)255-291. E-mail: [email protected], [email protected]
Ukraincev Alexander Valerevich — post-graduate student, department «Electrical Station», South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. (8635)255-291. E-mail: [email protected]
