Токовый принцип определения поврежденного присоединения и места однофазного замыкания в сети с изолированной нейтралью Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №1 (107) 2012

234

УДК 621.316.9 К. И. НИКИТИН

Л. В. ВЛАДИМИРОВ Е. Н. ЕРЁМИН К. В. ХАЦЕВСКИЙ

Омский государственный технический университет

ТОКОВЫЙ ПРИНЦИП ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕННОГО ПРИСОЕДИНЕНИЯ И МЕСТА ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ В СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ

На основе сравнения запомненных емкостных токов линий при искусственном замыкании на шинах с аварийными токами определяется поврежденное присоединение и место однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью. Предлагается вариант реализации изложенного способа. Ключевые слова: однофазное замыкание на землю, поврежденное присоединение, изолированная нейтраль, нулевая последовательность.

Статья написана при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках выполнения Государственного контракта П 16.516.116091 от 08 июля 2011 г.

Актуальность. Для сетей с изолированной и компенсированной нейтралью разработано и выпускается немало устройств, которые способны определить место повреждения (МП). Принципы их действия разнообразны: с помощью устройства «КВАНТ» можно определить МП при движении вдоль ЛЭП, Бре-слер-0107.080 — только поврежденное присоединение (фидер), СИРИУС-ОЗЗ — МП путем включения неповрежденной фазы на время около 150 мс и создания таким образом «петли» двойного ОЗЗ. Таким образом, не существует универсальных алгоритмов и устройств [1, 2], способных централизованно определять поврежденное присоединение и место однофазного замыкания в сети с изолированной нейтралью.

Алгоритм определения места однофазного замыкания [3] основан на том, что ток ОЗЗ носит емкостный характер (рис. 1).

При ОЗЗ в каждой неповрежденной линии через трансформатор тока нулевой последовательности (ТТНП) протекает ее собственный емкостный ток нулевой последовательности (НП) в направлении от линии к шинам [4]. Для линий токи находятся

в соответствии с [5] по формулам:

1З = 13&С. ЕФ = 1С , 1С = 3&С 1. ЦФ =1 1.,

„Зп J Лл_Ф ..Си' Сп удп Лп Ф удп Лп'

1з2=]3 (°СЛ2 ЕФ = Lc2, 1С2 = 3® Суд2 1Л2 ^Ф=^уд2 1Л2

где Судп, ... Суд2 — удельные емкости п-ой,... второй линий [мФ/км]; 1 ,1уд2 — удельные токи п-ой,. второй линий [А/км]; 1, ..., 1 — длины п-ой,. второй

линий [км].

В поврежденной линии w1 ток нулевой последовательности протекает от шин в линию и равен:

1з1=1сп+-+1с2+1сГ1с1.2 = 1сп+-+1с2+1с1.Г

Зная собственный емкостный ток линии w1 (при аналогичном ОЗЗ на другой линии),

ІСІ 3 и СудІ 1ЛІ иф 1удп1 1Л1,

(3)

(где Суд1 — удельная емкость первой линии [мФ/км]; 1уд1 — удельный ток первой линии [А/км]; 1Л1 — длина первой линии [км]) и суммарный емкостный ток сети

(4)

нетрудно найти разницу между суммарным емкостным током сети и током поврежденной линии

[се [зі Чсп +■■■+ ІС2 + ісі)

(1Сп +■■'+ [С2 + [сі.і) = [сі ісі.і

(5)

Так как ОЗЗ делит линию w1 на две части 1Л11 и 1Л12, а их емкости пропорциональны расстояниям, учитывая это

[Сі ісі.і + [Сі.2

перепишем (5):

[се [зі [Сі [Сі.і [Сі.2

(6)

(7)

Поделив полученный результат на 3 и СудІ 1ЛІ иф мы получим:

іСЇ.~ і31 _ іС1.2 _ 30 СусЦ • 1С1.2 'иФ

-------------------- _---------------------_-------------------------------- _ 1Л

30 • Суд1 * иф 30 • Суд1 • иф 30 • Суф. • иФ

(8)

или можно поделить на 1уд1, но при случае, что линия однородна, т.е. имеет одинаковые КЛЭП или ВЛЭП с одинаковыми сечениями вдоль всей линии:

&

в

в*

г /с4$£

1

тк _Г

Оп 1Сп ¥%

02

1С2

21 С1с1 ¥^

и’п 1п

=ч= Си =ч=

УИ2 12

4= С1

С2 Ц=

ЧУ1 11

т

л

Рис. 2. Сеть с ключом для искусственного 033

Рис. 3. Структурная схема устройства для определения поврежденного присоединения и места 033

С ~ 131

1у

С1.2

1у

1уд1 • 1С1.2

1у

= 1

Л1.2

(9)

1уд1 1уд1 1уд1

Таким образом по предложенному алгоритму [3] можно определить место повреждение или расстояние от конца линии w1 до места ОЗЗ.

Но при кажущейся простоте непонятно каким образом найдем собственный емкостной ток поврежденной линии, в данном случае w1 и суммарный емкостный ток сети. Предлагается два пути:

— если параметры сети не меняются, то можно как постоянные величины записать данные каждой линии;

— если параметры сети могут меняться в зависимости от режимов работы оборудования, времени года и т.д., то предлагается периодически делать измерения параметров сети и запоминать их на определенный период времени, до следующих измерений.

Для измерений параметров сети предлагается кратковременно периодически делать искусственное ОЗЗ (рис. 2) ключом К на шинах, тогда определение места повреждения может быть найдено согласно вы-ше приведенным математическим выводам.

Структурная схема устройства по данному алгоритму. Возможно построение устройства как с аппаратной реализацией (при использовании жесткой

логики, аналоговой и (или цифровой техники), так и с программной (при выполнении на контроллерах) реализацией. На рис. 3 представлена структурная схема устройства для определения поврежденного присоединения и места однофазного замыкания в сети с изолированной нейтралью при выполнении на жесткой логике [6]. На схеме 01, 02, ..., Оп, К — выключатели 1, 2, ..., п-го и к-го присоединений соответственно; ПТ1, ПТ2, ..., ПТп, ПТк — преобразователи тока 1, 2, ..., п-го присоединений соответственно; В1.1, В1.2, ... , В1.п и В2.1, В2.2, ... , В2.п первые и вторые вычитатели 1, 2, ..., п-го присоединений соответственно; П1.1, П1.2, ... , П1.п, П1.к и П2.1, П2.2, ... , П2.п —первые и вторые запоминающие устройства 1, 2, ..., п-го присоединений соответственно; К1, К2, ..., Кп — компараторы1, 2, ..., п-го присоединений соответственно, О1, О2, ..., Оп — определители расстояния 1, 2, ..., п-го присоединений соответственно; И1, И2, ., Ип — индикаторы 1, 2, ., п-го присоединений соответственно; ГПИ генератор периодических импульсов; ИЛИ — логический элемент «ИЛИ».

Устройство работает следующим образом. С определенным периодом ГПИ подает команду для замыкания выключателя К, который делает искусственное замыкание одной фазы (на схеме «А»). Периодичность зависит от частоты изменения параметров схемы. Если схема стабильна и меняется сезонно, то и замыкание выключателя К происходит раз в месяц или сезон. Замыкание происходит практически на шинах, в точке замыкания протекает суммарный ток сети 1СЕ, а в ТТНП каждого присоединения протекают соответствующие токи 1С1, 1С2 , ..., 1Сп.

При замыкании подается команда на запоминающие устройства П1.1, П1.2, ... , П1.п и П1.к запомнить соответствующие токи I , I , ..., 1Сп и 1СГ

В нормальном режиме (при отсутствии ОЗЗ) токов от преобразователей тока ПТ1, ПТ2, ..., ПТп, ПТк не поступает, поэтому на вычитателях В1.1, В1.2, ... , В1.п присутствует отрицательная величина и ни один из компараторов К1, К2, ..., Кп не срабатывает.

В режиме возникновения ОЗЗ на 1-ом присоединении. По неповрежденным линиям начинает протекать собственный емкостный ток 1С2 , ..., 1Сп, при этом на соответствующих выходах компараторов будут «нули». На поврежденном присоединении на выходе вычитателе В1.1 будет присутствовать величина

1ВИ 1З1 1С1 1Сп+"'+1С2+1С1.1 1С1»°1

(10)

что намного больше величины отстройки компаратора К1, поэтому он срабатывает, подает команду

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №1 (107) 2012 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №1 (107) 2012

запоминающему устройству П2.1, определителю расстояния 01 и индикатору И1. В запоминающем устройстве П2.1 сохраняется величина в соответствии с (7):

(11)

Определитель расстояния 01 масштабирует ток

1С12 в соответстви с удельным 1уд1 током данной линии:

(12)

и на индикаторе И1 поврежденной линии будет отображаться расстояние от конца линии до места повреждения.

Выводы. 1. Устройство по данному алгоритму определяет поврежденное присоединение.

2. Для сетей с изолированной нейтралью устройство вычисляет место 033.

Библиографический список

1. Шалыт, Г. М. Определение мест повреждения линий электропередачи по параметрам аварийного режима / Г. М. Шалыт, А. И. Айзенфельд, А. С. Малый. — М. : Энергоатомиздат, 1983. — 208 с.

2. Арцишевский, Я. Л. Определение мест повреждений линий электропередачи в сетях с изолированной нейтралью / Я. Л. Арцишевский. — М. : Высш. шк., 1989. — 87 с.

3. Пат. 2174690 Российская Федерация, МПК7 в0Ш 31/08, 3/38. Способ определения поврежденного присоединения и места однофазного замыкания в сети с изолированной нейтралью / Авданин В. В., Никитин К. И., Тупуреин В. Ю. ; заяви-

тель и патентообладатель Омский государственный технический университет. — № 99120522 ; заявл. 28.09.99 ; опубл. 10.10.2001, Бюл. № 28. - 4 с.

4. Федосеев, А. М. Релейная защита электрических систем : учеб. для вузов / А М. Федосеев. — М. : Энергия. 1976. — 560 с.

5. Шуин, В. А. Защиты от замыканий на землю в электрических сетях 6 — 10 кВ / В. А. Шуин, А В. Гусенков. — М. : Энергопрогресс, 2001. — 104 с.

6. Никитин, К. И. Определение поврежденного присоединения и места однофазного замыкания в сети с изолированной нейтралью / Современные направления развития систем релейной защиты и автоматики энергосистем : матер. III Межд. науч.-техн. конф. — Санкт-Петербург, 30 мая — 03 июня 2011. — С. 30 — 31.

НИКИТИН Константин Иванович, кандидат технических наук, доцент, профессор кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий». ВЛАДИМИРОВ Леонид Вячеславович, старший преподаватель кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий».

ЕРЁМИН Евгений Николаевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Оборудование и технология сварочного производства». ХАЦЕВСКИЙ Константин Владимирович, доктор технических наук, доцент секции «Промышленная электроника» кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий».

Адрес для переписки: [email protected].

Статья поступила в редакцию 21.12.2011 г.

© К. И. Никитин, Л. В. Владимиров, Е. Н. Ерёмин,

К. В. Хацевский

Книжная полка

620.9/Р64

Роза, А. В. Возобновляемые источники энергии. Физико-технические основы : учеб. пособие / А. В. Роза; пер. с англ. под ред. С. П. Малышенко, О. С. Попеля. - Долгопрудный : Интеллект; М. : Изд-во МЭИ, 2010. - 702 с. - 1БВЫ 978-5-91059-054-9. -978-5-383-00509-5.

Учебное пособие исчерпывающе излагает современную проблематику тепловых машин (включая двигатель Стирлинга, термоэлектричество и преобразователи энергии океана); водородную энергетику от производства и аккумулирования водорода до топливных элементов; прямое использование солнечной радиации и через биомассу; ветроэнергетику и использование океанских приливов и течений. Все главы книги снабжены большим количеством задач для самостоятельного решения, что делает ее уникальным в мировой литературе источником для самообразования.

620.9/0-72

Осадчий, Г. Б. Солнечная энергия, ее производные и технологии их использования (Введение в энергетику ВИЭ) : монография / Г. Б. Осадчий. - Омск, 2010. - 572 с. - 1БВЫ 978-5-904154-11-0.

Монография посвящена наиболее динамично развивающимся областям нетрадиционных и возобновляемых источников энергии. Излагаемые вопросы рассматриваются во взаимосвязи с природными ресурсами, экологией и экономикой. Показан широкий спектр существующих технических решений по использованию возобновляемых источников энергии. Из энергетики ВИЭ выделены не нашедшие еще в настоящее время широкого применения технологии использования солнечной энергии, например, производства биогаза, выработки механической и электрической энергии, технологии рекуперации тепловой энергии и энергосбережения.

На базе солнечного соляного пруда авторам предложены оригинальные системы как узкофункционального, так и комплексного использования солнечной энергии в средней полосе России не только в летний, но и в зимний периоды. Монография может быть полезна инженерно-техническим работникам, разрабатывающим различные установки и системы энергетики ВИЭ, а также может служить в качестве учебного пособия для студентов.