CC BY
158
УДК 621.316.925 А.Н. Клочков
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫХ СЕТЕЙ С ОБРЫВОМ ФАЗНОГО ПРОВОДА
Описано устройство, способное различать режим обрыва фазного провода на стороне высокого напряжения трансформатора 10/0,4 кВ и на стороне потребителя, указывая тем самым сеть, в которой произошла авария.
Ключевые слова: сеть, фазный провод, обрыв, сигнализация.
A.N. Klochkov DEVICE FOR THE THREE-PHASE GRID REVEALING AT PHASE WIRE ABRUPTION
Device capable to distinguish the phase wire abruption mode on the side of high transformer voltage 10/0,4 kV and on the consumer side indicating in that way the damaged grid is described.
Key words: grid, phase wire, abruption, signalization.
Обрыв фазного провода линии электропередачи - достаточно распространенный вид аварии в распределительных сетях различных классов напряжений. В случае возникновения такого режима подключенные к аварийной линии однофазные потребители электроэнергии окажутся обесточенными, а трехфазные потребители будут работать в двухфазном режиме, что негативно скажется как на самих приборах и устройствах, так и на них работе. Проблемы повышения надежности и безопасности электроснабжения требует повышенного внимания.
Цель исследования: повышение надежности электроснабжения для сельскохозяйственных потребителей путум совершенствования устройств обнаружения аварийных режимов в сетях 0,38 кВ с глухозазем-ленной нейтралью и в сетях 10 кВ с изолированной нейтралью.
Задача исследования: разработать устройство, различающее обрыв фазного провода на стороне 10 кВ в питающей линии и трансформатора или на стороне 0,38 кВ потребительской линии.
Методы исследования. При решении поставленной задачи использовался метод симметричных составляющих, изобретательское творчество и экспериментальные исследования в лабораторных условиях.
Анализ аварийных отключенияй по данным оперативно-диспетчерской службы ОАО «Костромаэнер-го» показал, что количество обрывов фазного провода составляет не менее 10% от общего числа зафиксированных аварий. При обрыве фазного провода линия не отключается, и оценить время, в течение которого электроустановки работают в ненормальном режиме, не представляется возможным. При этом потребители недополучают электроэнергию. Иногда для удаленных деревень это время превышает 24 ч.
В настоящее время защита потребителей от работы в неполнофазном режиме и сигнализация обрывов осуществляются только в сетях 0,38 кВ. Для таких сетей устройства, реагирующие на изменение векторной диаграммы токов и напряжений [1,2], устанавливаются непосредственно перед защищаемым оборудованием, поэтому не могут отличать обрывы сетей 10 и 0,38 кВ.
Поскольку обрыв фазного провода на стороне 10 кВ обнаруживается только с помощью сигнала диспетчеру от потребителя, это многократно увеличивает время определения места повреждения [3]. Например, при срабатывании защиты потребителей по причине обрыва фазного провода в сети 10 кВ для обнаружения повреждения необходимо вести поиск сначала в сети 0,38 кВ, к которой подключен потребитель, и только после выяснения факта исправности этой сети подавать сигнал диспетчеру, который высылает ремонтную бригаду. Своевременное же определение сети, в которой произошла авария, значительно сокращает время поиска повреждения и, как следствие, снижает потери из-за недоотпуска электроэнергии.
Режим обрыва фазного провода в сети обнаруживается как фильтрами нулевой, так и фильтрами обратной последовательности. Автором данной статьи было разработано устройство, позволяющее определить сеть, в которой произошла авария, по работе этих приборов. Действие устройства основано на том, что фильтр напряжения нулевой последовательности (ФННП) реагирует только на обрыв в сети 0,38 кВ и не реагирует на обрыв в сети 10 кВ, в отличие от фильтра обратной последовательности (ФНОП), который реагирует на обрывы фазных проводов в любой точке сети. Таким образом, сравнивая выходные сигналы ФНОП и ФННП, установленных у потребителя, можно однозначно определить сеть, в которой произошла
авария. По описанной схеме получен патент на полезную модель устройства для обнаружения трехфазных сетей с обрывом фазных проводов [4].
На рисунке представлено устройство, содержащее фильтр напряжения обратной последовательности (ФНОП), фильтр напряжения нулевой последовательности (ФННП), два пороговых органа, два органа сигнализации, логический элемент «И».
А
В
С
N
Принципиальная схема устройства обнаружения трехфазных сетей с обрывом фазного провода:
1 - фильтр напряжения обратной последовательности; 2 и 4 - пороговые органы; 3 - фильтр напряжения нулевой последовательности; 5 - логический элемент «И»; 6 и 7 - органы сигнализации
срабатывания фильтров
Рассмотрим принцип работы устройства для обнаружения сетей с обрывами фазных проводов в исходном состоянии, когда все провода линии электропередачи на стороне высокого и низкого напряжения трансформатора 10/0,4 кВ не повреждены и фильтры нулевой и обратной последовательности подключены к трехфазной сети.
Как известно, питание трехфазных потребителей электрической энергии осуществляется симметричной системой напряжений, в которой составляющие обратной и нулевой последовательности равны нулю. Следовательно, при подключении к сети с такой системой напряжений фильтра обратной последовательности разность потенциалов между его выходами будет равна нулю. Такая же разность потенциалов будет и между выходом фильтра нулевой последовательности, и нулевым проводником.
Однако при обрыве фазного провода трехфазная симметричная система напряжений становится двухфазной, а следовательно, несимметричной. Поскольку система напряжений несимметрична, в сети будут присутствовать составляющие напряжения нулевой и обратной последовательности, которые могут быть зафиксированы ФНОП и ФННП. Между выходами ФНОП появится напряжение и, если его значение будет больше напряжения срабатывания порогового органа 2, то на его выходе появится сигнал, который будет подан на логический блок «И» и орган сигнализации 7, что вызовет его срабатывание. Между выходом ФННП и нулевым проводником также будет напряжение. Если его значение будет больше напряжения срабатывания порогового органа 4, то на его выходе появится сигнал, который будет подан на логический блок «И». На оба входа логического блока «И» подается сигнал, следовательно, с его выхода сигнал будет подан на орган сигнализации 6. Таким образом, при обрыве фазного провода в сети 0,38 кВ сработают оба органа сигнализации.
При обрыве фазного провода в сети 10 кВ в сети будут присутствовать симметричные составляющие напряжения только прямой и обратной последовательностей, так как напряжения нулевой последовательно-
сти не трансформируются на сторону низкого напряжения трансформатора. Следовательно, разность потенциалов возникнет только между выходами ФНОП. Данная разность потенциалов будет приложена к пороговому органу 2, что вызовет его срабатывание, следовательно, сигнал будет подан только на один из входов логического блока «И» и орган сигнализации 7. Таким образом, в данном режиме сработает только один орган сигнализации, что позволит отличить его от обрыва фазного провода в сети 0,38 кВ.
Данное устройство позволяет определить сеть с обрывом фазного провода по количеству сработавших органов сигнализации.
Выводы
1. Анализ статистических данных об авариях в сельских сетях Костромской области показал, что обрывы фазных проводов в сетях 10 кВ достигают 10% от общего числа аварий.
2. При анализе устройств защиты выявлено, что обрыв фазного провода линии электропередачи в сетях 10 кВ с изолированной нейтралью не сигнализируется на питающей подстанции, а обнаруживается по сигналу от потребителя к диспетчеру.
3. Разработанное устройство на основе фильтров напряжения нулевой и обратной последовательности позволяет определить сеть, в которой произошел обрыв фазного провода, что значительно сокращает время определения места обрыва.
Литература
1. Шабад М.А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей: моногр. - СПб.: ПЭИПК, 2003. - 350 с.
2. Чернобров Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. — М.: Энергоатомиздат, 1998. - 800 с.
3. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. - М.: СПО ОРГРЭС, 2003.
4. Пат. Р11 94077 111 РФ, МПК Н02Н 99/00. Устройство для обнаружения трехфазных сетей с обрывом фазного провода / Н.М.Попов, А.Н. Клочков (РФ) заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Костромская государственная сельскохозяйственная академия». - №200148481/22; заявл.25.12.09; опубл. 10.05.10, Бюл. №13.
---------♦-----------
