Способ определения поврежденного присоединения на секции шин трехфазной сети с изолированной нейтралью при однофазных замыканиях на землю



 


Владельцы патента RU 2484570:

Тигунцев Степан Георгиевич (RU)

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности. Способ определения поврежденного присоединения на секции шин трехфазной сети с изолированной нейтралью при однофазных замыканиях на землю, в котором для электрических сетей, в которых на присоединениях трансформаторы тока установлены только на двух фазах (обычно на фазах А и С), получают величины и углы псевдотоков нулевой последовательности путем цифрового преобразования аналоговых сигналов двух фазных токов каждого присоединения до повреждения и после повреждения, разница которых дает ток нулевой последовательности в каждом присоединении. Далее сравнивают комплексные величины токов нулевой последовательности, учитывая, что ток нулевой последовательности в поврежденном присоединении наибольший из токов всех присоединений секции и что угол тока нулевой последовательности в поврежденном присоединении отличается примерно на 180 градусов от углов токов нулевой последовательности в неповрежденных присоединениях.

 

Предлагаемое изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано при организации защиты от однофазного замыкания на землю присоединений подстанций электрических сетей с изолированной нейтралью.

Известен способ защиты от однофазного замыкания на землю присоединений подстанций электрических сетей с изолированной нейтралью (патент RU №2257653), в котором в каждом присоединении соединяют фазу с наибольшим значением напряжения относительно земли с землей через первое сопротивление, одновременно соединяют фазу с наименьшим значением напряжения относительно земли с землей через второе сопротивление, измеряют ток утечки на землю, измеряют фазные напряжения и определяют сопротивление изоляции сети относительно земли, сравнивают его с допустимым значением, и если оно оказывается меньше допустимого, то формируют сигнал на отключение поврежденного элемента сети.

Данный способ сложен для применения в практической эксплуатации, кроме того, здесь используются дополнительные элементы - сопротивления, соединяющие токоведущие части с землей, которые сами могут стать ненадежным элементом сети в режиме перенапряжений, которые возникают в сети достаточно часто.

Известен способ для селективной защиты при замыкании на землю в сетях с изолированной, резистивной, частично или полностью компенсированной нейтралью (патент RU №2097893), в котором организуют идентично выполненные высокочастотные каналы тока и напряжения нулевой последовательности. При возникновении замыкания выделяют первую полуволну тока и напряжения нулевой последовательности. Пороговыми элементами сравнивают амплитуды полуволн с эталонными значениями. Фазочувствительными элементами фиксируют фазовое соотношение между током и напряжением нулевой последовательности в момент прохождения через нуль тока нулевой последовательности. Фильтром нижних частот выделяют из напряжения нулевой последовательности составляющую, соответствующую рабочей частоте. Пороговый элемент сравнивает значение ее амплитуды с эталонным. При нахождении угла сдвига фаз в заданном интервале и наличии превышения значения амплитуды напряжения нулевой последовательности над эталонным контролируют результаты в течение интервала времени. При сохранении результатов формируют аварийный сигнал. Интервал времени устанавливают регулируемой схемой задержки в соответствии с продолжительностью переходных процессов или увеличивают его на величину времени компенсации емкостных токов при однофазном замыкании на землю.

Данный способ позволяет определить поврежденное присоединение при фиксированном количестве присоединений, однако в условиях реальной эксплуатации количество присоединений может изменяться, поэтому не обеспечивается надежность.

Известен способ защиты от однофазного замыкания на землю присоединений подстанций электрических сетей с изолированной нейтралью, в котором измеряют напряжение нулевой последовательности на сборных шинах секции электрической подстанции и токи нулевой последовательности в каждом присоединении этих шин, сравнивают величины этих токов и по их разности определяют поврежденное присоединение (Цапенко Е.Ф. Замыкания на землю в сетях 6-35 кВ. - М.: Энергоатомиздат, 1986, с.66-71). Этот способ взят за прототип. Способ находит применение в тех случаях, когда собственные емкостные токи отдельных присоединений соизмеримы с полным емкостным током электрической сети. Однако с учетом возможных изменений при переключениях в сети или у потребителей этот способ не может обеспечить надежность защиты.

Кроме того, как правило, в электрических сетях устанавливают по два трансформатора тока на присоединение (более 90% присоединений распределительных сетей 6-35 кВ оснащены двумя трансформаторами тока), что не позволяет известными способами выделить составляющие токов нулевой последовательности в каждом присоединении.

Техническая задача изобретения состоит в формировании и выдаче сигнала о поврежденном присоединении при двух датчиках на каждом присоединении секции шин.

Указанный технический результат достигается тем, что для электрических сетей с изолированной нейтралью, в которых на присоединениях трансформаторы тока установлены только на двух фазах (обычно на фазах А и С), измеряют с помощью цифровых измерительных преобразователей на каждом присоединении комплексные величины фазных токов ( I ˙ A ( д о ) , I ˙ C ( д о ) ) до повреждения и ( I ˙ A ( п о с л е ) , I ˙ C ( п о с л е ) ) после повреждения, которые преобразуют в комплексные величины псевдотоков нулевой последовательности ( I ˙ 0 ' ) каждого присоединения до повреждения по выражению:

I ˙ 0 ( д о ) ' = I ˙ A ( д о ) + I ˙ C ( д о ) * e j 60 ,

после повреждения по выражению:

I ˙ 0 ( п о с л е ) ' = I ˙ A ( п о с л е ) + I ˙ C ( п о с л е ) * e j 60

и получают токи нулевой последовательности для каждого присоединения по выражению:

I ˙ 0 = I ˙ 0 ( п о с л е ) ' I ˙ 0 ( д о ) '

Далее, отображают цифровые значения величин и углов токов нулевой последовательности на мониторе, где указывают на мнемосхеме поврежденное присоединение, учитывая, что ток нулевой последовательности в поврежденном присоединении наибольший из токов нулевой последовательности всех присоединений секции и что угол тока нулевой последовательности в поврежденном присоединении отличается примерно на 180 градусов от углов токов нулевой последовательности в неповрежденных присоединениях.

Отличие от прототипа заключается в новой форме выделения аварийного сигнала. Это обуславливает соответствие технического решения критерию новизна.

С точки зрения защиты трехфазной сети с изолированной нейтралью от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) можно выделить следующие проблемы.

Причины возникновения замыканий в воздушных и кабельных сетях многообразны - механические и электрическое нарушения изоляции, дефекты в изоляторах и изоляционных конструкциях, загрязнение и увлажнение изоляции, обрыв проводов и тросов, разрушение изоляции из-за грозовых и внутренних перенапряжений. Причем от указанных причин трудно застраховаться.

Эффективным средством устранения режима замыкания на землю является быстрое автоматическое отключение поврежденного участка сети. В настоящее время предложено много различных принципов селективной защиты от ОЗЗ, однако нельзя выделить какой-либо метод, который обеспечивал бы надежное функционирование в условиях эксплуатации.

Среди используемых защит применяются чаще всего защиты, реагирующие на напряжение нулевой последовательности (НП); на токи НП; реагирующие на напряжение и токи НП. Выбор вида защиты определяется в зависимости от числа присоединений на шинах подстанции.

Если на шинах имеется одно присоединение, то используется защита, реагирующая на напряжение НП. При числе присоединений более восьми-десяти, применяется простая токовая защита, в которой в качестве датчиков используются трансформаторы тока (ТТ) нулевой последовательности. На поврежденном присоединении ток НП имеет наибольшее значение. На практике такие защиты применяются при числе присоединений не мене пяти. Недостатком этой системы защиты является трудность выбора уставки тока срабатывания, так как количество одновременно работающих присоединений в процессе эксплуатации сети меняется, а следовательно, изменяется и полный ток замыкания на землю.

Значительно сложнее решается задача создания селективной защиты в сетях с малыми токами замыкания, когда число присоединений не превышает пяти-шести. Для таких случаев предложено много различных схем защиты, однако ни одна из них не нашла практического применения. Как правило, защиты используют принцип сравнения фаз и амплитуд токов и напряжений НП, однако, аналитические зависимости этих величин от параметров изоляции сети относительно земли в настоящее время не установлены.

Кроме того, в настоящее время никак не решена задача создания селективной защиты в сетях с малыми токами замыкания, когда в каждом присоединении включено только по два трансформатора тока, обычно в фазах А и С. В большинстве распределительных сетей 6-35 кВ энергосистем существует именно такая схема включения ТТ. Подобная схема включения ТТ не позволяет известными способами выделить токи НП.

Предлагается способ устранения режима замыкания на землю с помощью современной телемеханики, построенной на цифровых измерительных преобразователях (ЦИП).

Особенностью ЦИПов является то, что они имеют прямое подключение к трансформаторам тока и напряжения, при этом точность измерения обычно в классе 0.5 или выше.

Так как в ЦИПе измеряют практически мгновенные значения (более ста точек на период) величин (обычно измеряют три комплексных фазных тока и три комплексных напряжения), т.е. получают кривые измеряемых величин в цифровом виде, то имеется возможность преобразовать измеряемые величины и выделить нужные величины по предлагаемой формуле непосредственно в ЦИПе.

Для случая двух ТТ на присоединение предлагается реализовать в ЦИПе следующее преобразование по выделению тока НП для электрических сетей, в которых на присоединениях ТТ установлены только на двух фазах (обычно на фазах А и С), для чего измеряют с помощью ЦИП на каждом присоединении комплексные величины фазных токов I ˙ A , I ˙ C , которые преобразуют в комплексные величины псевдотоков нулевой последовательности ( I ˙ 0 ' ) путем цифрового преобразования измеренных фазных токов ( I ˙ A , I ˙ C ) каждого присоединения по выражению I ˙ 0 ' = I ˙ A + I ˙ C * e j 60 , до повреждения ( I ˙ 0 ( д о ) ' ) и после повреждения ( I ˙ 0 ( п о с л е ) ' ) , и получают токи НП для каждого присоединения по выражению I ˙ 0 = I ˙ 0 ( п о с л е ) ' I ˙ 0 ( д о ) ' .

Пояснения: так как I ˙ A = ( I ˙ 1 + I ˙ 2 + I ˙ 0 ) / 3 и I ˙ C = ( a * I ˙ 1 + a 2 * I ˙ 2 + I ˙ 0 ) / 3, где a = e j 120 ° , то получаем I ˙ 0 ' = I ˙ 2 * ( 1 + e j 60 ) + I ˙ 0 * ( 1 + e j 60 ) .

Т.е. в нормальном режиме работы сети в ЦИПе каждого присоединения получаем ток обратной последовательности (ОП) I ˙ 2 , обусловленный нагрузкой, так как ток НП I ˙ 0 отсутствует. В аварийном режиме однофазного замыкания на землю к току ОП I ˙ 2 добавляется ток НП I ˙ 0 , обусловленный током замыкания. Т.е. в аварийном режиме в ЦИПе измеряем ток I ˙ 0 ' . Вычитая из измеренного в аварийном режиме тока I ˙ 0 ' измеренный доаварийный ток I ˙ 0 ' , получаем «чистый» ток НП I ˙ 0 .

Реализация

В настоящее время в большинстве распределительных электрических сетей с изолированной нейтралью 6-35 кВ отключение поврежденных присоединений производится оперативно-выездными бригадами (ОВБ), которые при появлении сигнала релейной защиты «земля» (появление напряжения нулевой последовательности) на шинах подстанции выезжают на объект и поочередно отключают/включают все присоединения, до тех пор пока сигнал «земля» не исчезнет.

Новая телемеханика позволяет вывести на экран монитора диспетчера района электрических сетей (РЭС) сигналы релейной защиты и показания I ˙ 0 каждого присоединения каждой подстанции и указывает поврежденное присоединение на мнемосхеме секции шин. При возникновении сигнала «земля» на какой-либо подстанции на мониторе диспетчера формируется таблица векторов токов I ˙ 0 этой подстанции, на основании которой формируется указание на поврежденное присоединение. Диспетчер отключает (учитывая направление векторов токов НП - ток НП в поврежденном присоединении находится в противофазе с токами НП в неповрежденных линиях) поврежденное присоединение. Телемеханика «Знак+» предоставляет диспетчеру возможность измерить токи НП и дистанционно отключить присоединение коммутационным аппаратом подстанции.

Таким же способом можно выделять ток НП при наличии трех ТТ на присоединениях и на основании их величин, а также углов диспетчер примет решение.

Если на присоединениях включены ТТ НП, то измерения токов НП в форме модуль - угол также могут быть выведены на монитор диспетчера для принятия решения.

В настоящее время распределительные электрические сети многих электросетевых компаний оснащаются телемеханикой последнего поколения, в которой в качестве датчиков используются ЦИПы. Поэтому реализация способа может осуществиться достаточно просто, путем добавления в набор функций ЦИПов функции измерения токов НП как для двух, так и для трех ТТ на присоединении.

Способ определения поврежденного присоединения на секции шин трехфазной сети с изолированной нейтралью при однофазных замыканиях на землю, в котором измеряют напряжение нулевой последовательности на секции сборных шин электрической подстанции и токи нулевой последовательности I ˙ 0 в каждом присоединении этой секции, сравнивают параметры этих токов и по их соотношению определяют поврежденное присоединение, отличающийся тем, что для электрических сетей с изолированной нейтралью, в которых на присоединениях трансформаторы тока установлены только на двух фазах (обычно на фазах А и С), измеряют с помощью цифровых измерительных преобразователей на каждом присоединении комплексные величины фазных токов ( I ˙ A ( д о ) , I ˙ C ( д о ) ) до повреждения и ( I ˙ A ( п о с л е ) , I ˙ C ( п о с л е ) ) после повреждения, которые преобразуют в комплексные величины псевдотоков нулевой последовательности ( I ˙ 0 ' ) каждого присоединения до повреждения по выражению:
I ˙ 0 ( д о ) ' = I ˙ A ( д о ) + I ˙ C ( д о ) e j 60 0 ,
после повреждения по выражению:
I ˙ 0 ( п о с л е ) ' = I ˙ A ( п о с л е ) + I ˙ C ( п о с л е ) e j 60 0
и получают токи нулевой последовательности для каждого присоединения по выражению:
I ˙ 0 = I ˙ 0 ( п о с л е ) ' I ˙ 0 ( д о ) ' .



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области релейной защиты и может быть использовано для защиты от замыканий на землю линий, подключенных к сетям с компенсированной нейтралью.

Изобретение относится к устройствам контроля сопротивления изоляции и защитного отключения в электрических сетях с изолированной нейтралью. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты энергетической системы. .

Изобретение относится к прикладной электротехнике. .

Изобретение относится к устройству для контроля процессов утечки в проводнике системы среднего или высокого напряжения, которое содержит, по меньшей мере, один преобразователь, который предназначен для определения протекающего в проводнике тока, причем упомянутый, по меньшей мере, один преобразователь соединен с контролирующим устройством для контроля процесса утечки.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электрических генераторных системах для ограничения тока генератора. .

Изобретение относится к электрическим сетям и предназначено для дистанционной идентификации опоры с замыканием на землю (ЗНЗ) в сетях с изолированной нейтралью посредством спутниковой навигации.

Изобретение относится к релейной защите и автоматике сельских электрических сетей и может быть использовано для регистрации величины тока замыкания на землю (ЗНЗ) по заземляющему устройству железобетонной опоры линии электропередачи (ЛЭП) и отчетливого визуального отображения данного факта на безопасное расстоянии от опоры.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для сигнализации о ненормальных режимах работы в системах электроснабжения с изолированной нейтралью (системы IT), питающих потребители, не допускающие перерыва питания.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к защитно-отключающим устройствам, предназначенным для обеспечения безопасности людей при пробое изоляции или прикосновении человека к токоведущим частям электроустановок.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат - повышение быстродействия и надежности. В предлагаемом изобретении в качестве выходного сигнала обрабатываются значения напряжений, снимаемых с емкостно-резистивных делителей, включенных между каждой фазой защищаемой сети и землей. Учитывая то, что напряжение имеет синусоидальную форму, то к его фильтрации необходимы RC фильтры с небольшой постоянной времени, что позволяет значительно повысить быстродействие устройства, а отсутствие гармонических составляющих снижает вероятность ошибочных срабатываний. Введенный узел блокировки допускает включение только одного исполнительного реле и блокирует включение двух других. Этим достигается высокая надежность устройства, так как исключается одновременное включение двух или трех исполнительных реле, т.е. режим межфазного короткого замыкания. 1 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат - снижение максимального значения тока в аварийном присоединении, уменьшение времени существования короткого замыкания и, как следствие, ограничение переходных восстанавливающихся напряжений. Согласно способу фиксируют возрастание тока, протекающего через выключатель присоединения, до значения, превышающего коммутирующую способность выключателя, шунтируют присоединение, затем отключают выключатель, после чего дешунтируют присоединение. После указанной фиксации блокируют действие релейной защиты на выключатель, а его отключение и дешунтирование присоединения производят после проверки наличия шунтирующего тока и проверки отсутствия тока через выключатель соответственно. 1 ил.

Использование - в области электротехники. Технический результат - повышение надежности работы ППТ. Способ заключается в регистрации формы кривой напряжения поврежденного полюса передачи, определении временного интервала снижения напряжения полюса ниже уставки Uyст до 0, сравнении этого временного интервала с заданной уставкой tкл, при превышении которой происходит формирование выходного сигнала первого канала защиты о выявлении повреждения на воздушном участке, а при значении временного интервала, меньше либо равного tкл, - формирование выходного сигнала первого канала защиты о выявлении повреждения на кабельном участке линии постоянного тока; вычислении частотной составляющей изменения напряжения с наибольшей амплитудой по первым точкам перехода кривой напряжения через 0, сравнении этой частотной составляющей с заданной уставкой fminКЛ, при превышении которой формируется сигнал второго канала защиты о выявлении повреждения на кабельном участке, при значениях частотной составляющей, меньшей либо равной fminКЛ, но большей, чем fminВЛ, происходит формирование сигнала второго канала защиты о выявлении повреждения на воздушном участке линии постоянного тока. Формирование выходного сигнала защиты на отключение соответствующей полуцепи без АПВ производится при одновременном появлении сигналов первого и второго каналов, фиксирующих выявление повреждений на кабельном участке линии. Формирование сигнала на отключение полуцепи с АПВ происходит при одновременном появлении сигналов первого и второго каналов, фиксирующих повреждение на воздушном участке линии. 5 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении селективности и надежности защиты. В способе в качестве контролируемой электрической величины используют ток обратной последовательности защищаемых линий, который выделяют путем измерения или вычисления, как симметричную составляющую трехфазной системы токов линии. Измерения или вычисления тока обратной последовательности ведут непрерывно до и после возникновения замыкания на землю для всех защищаемых линий. В качестве входного параметра на срабатывание защиты используют приращение тока обратной последовательности, которое определяют сразу же после возникновения замыкания путем вычитания из текущего значения тока обратной последовательности запомненного ранее до замыкания на землю аналогичного значения тока обратной последовательности. 1 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение точности и чувствительности защиты. Способ включает: выявление замыкания в трехфазной электрической сети; определение значения величины направленного фазора в точке измерения в трехфазной электрической сети и сравнение определенного значения величины направленного фазора с заранее заданными границами на комплексной плоскости. Согласно изобретению определяют, на основе вышеуказанного сравнения, нейтральное состояние заземления электрической сети и применяют одну или более настроек системы защиты от замыкания на землю на основе вышеуказанного определенного нейтрального состояния заземления электрической сети. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение чувствительности и надежности функционирования устройства защиты. Устройство содержит кольцеобразный магнитопровод, охватывающий проводники сети и реле тока. При этом кольцеобразный магнитопровод имеет поперечный воздушный зазор с перпендикулярным ему тангенциальным сквозным отверстием и радиальное несквозное отверстие, ось вращения которого проходит через середину этого зазора, а реле тока выполнено в виде геркона и постоянного магнита в тангенциальном сквозном и радиальном несквозном отверстиях соответственно, при этом постоянный магнит может поворачиваться вокруг оси радиального отверстия, а контакты геркона подключены к отключающей цепи выключателя или сигнализации. 2 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности. Согласно способу измеряются токи нулевой последовательности всех отходящих присоединений, выбираются токи присоединений, превышающие минимальный установленный уровень, определяются фазовые сдвиги токов нулевой последовательности всех отходящих присоединений относительно базового сигнала, выявляется сигнал с минимальным фазовым сдвигом относительно базового сигнала, принимается решение о том, что фидер, в котором ток имеет минимальный фазовый сдвиг, является поврежденным, при этом суммируются мгновенные значения токов нулевой последовательности всех присоединений, и из этой суммы формируется базовый сигнал. При наличии в сети заземляющего реактора, резистора или их комбинации измеряется ток в заземляющей цепи, и этот ток в заземляющей цепи, принимается в качестве базового сигнала. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат: повышение устойчивости функционирования в условиях воздействия шумов и помех. Согласно способу измеряют мгновенные значения тока нулевой последовательности и скорости нарастания мгновенных значений напряжения нулевой последовательности переходного процесса в момент нарушения изоляции фазы сети на землю. Вычисляют интегральную величину, рассчитанную в интервале времени срабатывания защиты. Выдают командное воздействие на исполнительные органы защиты при превышении интегральной величиной заданного значения. Формируют взаимную корреляционную функцию совокупностей мгновенных значений тока нулевой последовательности и скорости нарастания напряжения нулевой последовательности. Состояние изоляции диагностируют при неустойчивых однофазных замыканиях на землю по числу нарушений изоляции, фиксируемых при превышении интегральной величиной заданного значения. В течение интервала времени срабатывания защиты накапливают сформированные значения взаимной корреляционной функции совокупностей мгновенных значений тока нулевой последовательности и скорости нарастания напряжения нулевой последовательности, а в качестве интегральной величины выбирают накопленные значения взаимной корреляционной функции совокупностей мгновенных значений тока нулевой последовательности и скорости нарастания напряжения нулевой последовательности. 3 ил.

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к релейной защите электрических сетей напряжением 6-35 кВ с компенсированной нейтралью, и предназначено для селективного определения поврежденной линии среди других линий сети при возникновении однофазного замыкания на землю (ОЗЗ). Согласно способу одновременно измеряют токи нулевой последовательности защищаемых линий сети и ток компенсирующего реактора с помощью датчиков тока с идентичными амплитудно-частотными характеристиками. Затем из результатов измерений отфильтровывают первую гармонику, получают амплитудно-частотные спектры гармоник измеренных токов и амплитудно-частотный спектр тока компенсирующего реактора. Сравнивают амплитудно-частотные спектры токов всех линий со спектром тока реактора и при совпадении амплитудно-частотного спектра тока одной из защищаемых линий сети с амплитудно-частотным спектром тока компенсирующего реактора по группе гармоник, принадлежащих току реактора, фиксируют поврежденную линию. Техническим результатом является селективная защита электрических сетей от ОЗЗ и достоверное определение поврежденной линии среди других линий сети. 1 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении надежности электроснабжения потребителей. Способ заключается в контроле напряжения на шинах распределительного устройства, и установке на опорах ВЛЭП регистраторов для сигнализации протекания тока ОЗЗ, при этом контролируют фазное напряжение на шинах распределительного устройства, регистраторы оснащают блоком контроля и сигнализации (БКС), токоограничивающим сопротивлением и высоковольтным тиристором, управляемым сигналами, сформированными БКС, индивидуальными для каждой опоры ВЛЭП, при этом, факт протекания тока ОЗЗ по опоре ВЛЭП сигнализируют дистанционно по характеру изменения фазного напряжения на шинах распределительного устройства, обусловленному индивидуальным повторно-кратковременным шунтированием токоограничивающего сопротивления посредством управляемого высоковольтного тиристора. 2 ил.
Наверх