Способ селективного определения отходящей линии с однофазным замыканием на землю в распределительных сетях напряжением 6-35 кв

Использование: в области электротехники. Технический результат - достоверное определение поврежденной линии среди других линий сети, позволяющее создать селективную защиту электрических сетей от однофазного замыкания на землю в распределительных сетях напряжением 6-35 кВ с изолированной или резонансно компенсированной нейтралью. Способ заключается в фиксации момента замыкания на землю, подключении дополнительно источника синусоидального напряжения переменной частоты выше 50 Гц на шины распределительного устройства питающего линии электропередач, изменении частоты дополнительного источника синусоидального напряжения до момента резонанса напряжения, измерении значения тока с использованием датчиков тока высокой частоты в момент резонанса напряжения, сравнении значений измеренных высокочастотных токов отходящих линий и определении отходящей линии с однофазным замыканием на землю. При этом значение тока на резонансной частоте в поврежденной отходящей линии электропередачи на несколько порядков больше, чем ток на отходящей линии электропередачи без замыкания на землю. Способ может быть реализован на базе известных микропроцессорных устройств. 4 ил.

 

Изобретение относится к области релейной защиты и может быть использовано для определения отходящей линии при замыкании одной из фаз на землю в распределительных сетях 6-35 кВ с компенсированной или изолированной нейтралью. Наиболее распространенными повреждениями в этих сетях являются однофазные замыкания на землю (ОЗЗ). Они составляют 70-80% всех повреждений на линии.

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к релейной защите электрических сетей напряжением 6-35 кВ с изолированной и компенсированной нейтралью, и предназначено для селективного определения поврежденной линии среди других линий сети при возникновении ОЗЗ.

Известен способ определения места однофазного повреждения в электрической сети 6-35 кВ с компенсацией тока замыкания на землю, при котором две секции сигнальной обмотки компенсирующего реактора последовательно поочередно закорачивают коммутаторами через дополнительные сопротивления с целью обеспечения модуляции в токе ОЗЗ, и далее защита поврежденной линии реагирует на частоту модуляции (см. патент РФ №2160953, кл. Н02Н 3/16, опубл. 20.12.2000 г.).

Недостатками известного способа являются возможность неселективной работы защиты при перемежающихся дуговых замыканиях; сложность в его технической реализации.

Известен способ определения поврежденной линии в компенсированной трехфазной сети при однофазном замыкании на землю (см. патент РФ №2535298, кл. Н02Н 3/16, опубл. 10.12.2014 г.). Данный способ основан на измерении токов нулевой последовательности защищаемых линий сети с последующей фильтрацией первой гармоники из результатов измерений. В результате получения и сравнения амплитудно-частотных спектров гармоник измеренных токов 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.

Недостатками известного способа являются: возможность неселективной работы защиты при больших значениях переходного сопротивления в месте возникновения ОЗЗ, а также при перемежающихся дуговых замыканиях; трудность отстройки от естественных гармонических составляющих тока нулевой последовательности; возможные неселективные срабатывания защиты при феррорезонансных процессах; необходимость установки дополнительного силового оборудования.

Наиболее близким по технической сущности заявляемого технического решения является способ, реализованный в устройстве для защиты от замыканий на землю в сетях с компенсированной нейтралью (см. патент №177958, кл. H01H 83/02, опубл. 01.01.1966 г.), а именно (см. статья Вайнштейн Р.А. Защита от замыканий на землю в компенсированных сетях 6-10 кВ / Р.А. Вайнштейн, С.И. Головко, B.C. Григорьев, Коберник Е.Д., Максимов В.Н., Юдин С.М. // Электрические станции. 1998, №7. - С. 26-30), основанный на использовании дополнительного «наложенного» тока непромышленной частоты. Данный способ контролирует ток нулевой последовательности защищаемых линий, содержащий помимо тока основной частоты дополнительную составляющую, получаемую при помощи дополнительного источника с частотой 25 Гц. Выделяют составляющую «наложенного» тока, по которой определяют поврежденную линию. Дополнительная составляющая частотой 25 Гц присутствует только на поврежденной линии и является признаком возникновения режима ОЗЗ на этой линии.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого способа, заключаются в том, что для определения поврежденного присоединения на основной ток промышленной частоты «накладывают» дополнительный ток непромышленной частоты.

Недостатками прототипа являются: возможность неселективной работы защиты при больших значениях переходного сопротивления в месте возникновения ОЗЗ, а также при перемежающихся дуговых замыканиях; трудность отстройки от естественных гармонических составляющих тока нулевой последовательности; возможные неселективные срабатывания защиты при феррорезонансных процессах; необходимость установки дополнительного силового оборудования.

Предлагаемый способ предназначен для распределительных сетей среднего напряжения 6/10/35 кВ с изолированной или скомпенсированной нейтралью. Такие сети характеризуются большой разветвленностью. От шин одной подстанции могут исходить большое число линий электропередачи до нескольких десятков линий на одну секцию шин, что создает большие трудности при обнаружении места повреждения. Одним из существенных недостатков режима изолированной нейтрали 6-35 кВ является сложность определения отходящей линии с замкнутой на землю фазой и координаты места повреждения. Это связано с тем, что при замыкании на землю токи в фазах изменяются незначительно и чувствительность современных защит не позволяет селективно отключить поврежденную линию. В случае с компенсированной нейтралью задача еще больше усложняется тем, что сразу после замыкания реактор стремится скомпенсировать емкостный ток замыкания на землю.

Способ селективного определения отходящей линии с замыканием на землю в сети с изолированной или резонансно компенсированной нейтралью заключается в фиксации момента замыкания на землю, определении поврежденного присоединения (фазы) по результатам измерениям токов с частотой резонанса напряжения на защищаемых линиях, подаче на шины распределительного устройства, питающего защищаемые линии электропередачи, синусоидального напряжения с переменной частой, согласно предложенному техническому решению аварийный режим и поврежденная фаза определяют путем сравнения измеренного действующего значения высокочастотного тока при достижении резонанса напряжения, при этом поврежденная отходящая линия с замкнутой на землю фазой будет отличаться существенно большим действующим значением тока на резонансной частоте в сравнении с действующим значением тока на отходящей линии без замыкания на землю.

Сущность технического решения поясняется чертежами.

На Фиг. 1 изображена упрощенная схема распределительного устройства с указанием места замыкания на землю, которая состоит из распределительного устройства 1 с коммутационными аппаратами 2, с шины 3 которого питаются линии 4. Одна из линий с замкнутой на землю фазой 5.

На Фиг. 2 представлена схема подключения генератора непромышленной частоты 7 через согласующий трансформатор 6 к шинам 3 распределительного устройства 1, а также расположение датчиков тока 8 на каждой фазе отходящих линий, с помощью которых измеряется действующее значение тока непромышленной частоты, где А - обозначение рассматриваемой фазы А.

На Фиг. 3 рассмотрена схема замещения при замыкании на землю фазы А в первой линии.

На Фиг. 4 показаны результаты моделирования работы рассматриваемого способа, где i - мгновенное значение тока, A; t - время, с.

Схема замещения при замыкании на землю фазы А в первой отходящей линии (фиг. 3) состоит из следующих элементов: RC - приведенное активное сопротивление короткого замыкания системы; XC - индуктивное сопротивление короткого замыкания, учитывающая эдс, индуктируемая потоками рассеивания; ВЛ1 и ВЛ2 - емкостная проводимость первой и второй отходящей линий соответственно; ЕВЧ - электродвижущая сила источника высокочастотного сигнала непромышленной частоты; RЗ - активное сопротивление земли; - суммарный ток в фазе А; и - ток в фазе А на первой и второй отходящей линии соответственно; , , , и - потенциал в соответствующем узле.

Кривые зависимости мгновенного значения тока (Фиг. 4) от времени на целой фазе (выноска Тн) и поврежденной (выноска Ст) были получены в результате расчетов режима однофазного замыкания на землю фазы С по схеме замещения на фиг. 3.

Технический результат достигается следующим образом: распределительное устройство 1 (фиг. 1), с шин 3 которого питаются защищенные линии 4. На шины 3 распределительного устройства 1, через согласующий трансформатор 6 (фиг. 2), с генератора 7 подают синусоидальное напряжение с переменной частотой. Частота на генераторе 7 изменяется до момента возникновения резонанса напряжения и ток в защищаемых линиях 4 достигает максимального значения, величина которого ограничена активными сопротивлениями RC (фиг. 3). Резонансная частота для схемы, представленной на фиг. 3, определяется следующим образом: где ω - резонансная угловая частота, СΣ - суммарная эквивалентная емкость отходящих линий электропередачи, LC - приведенная индуктивность рассеяния системы.

Ток на резонансной частоте в защищаемых линиях 4 измеряется датчиками тока 8 (фиг. 2). На фиг. 4 показаны результаты моделирования работы рассматриваемого способа, где на выноске «Тн» представлен ток нагрузки промышленной частоты 50 Гц на неповрежденном присоединении, а на выноске «Ст» - суммарный ток в поврежденном присоединении. На фиг. 4 видно, что высокочастотная составляющая тока на отходящей линии 5 с замкнутой на землю фазой А будет существенно больше высокочастотного тока в отходящей линии без замыкания фазы на землю (теоретически равен нулю), что позволяет определить с высокой достоверностью поврежденное присоединение.

Представляем конкретный пример реализации предложенного способа селективного определения отходящей линии с замыканием на землю в распределительных сетях.

Рассмотрена схема распределительного устройства (фиг. 2) с двумя отходящими линиями длиной 10 км, схема замещения которой представлена на фиг. 3. Для упрощения расчетов из схемы исключены активные и реактивные сопротивления линий, т.к. они не оказывают влияния на данный способ определения поврежденного присоединения. Исходные данные для расчета:

Активное сопротивление системы: RC=0,1 Ом.

Индуктивность системы: LC=0,01 Гн.

Емкость между землей и фазой линии длиной 10 км: СЛ1Л2=0,06 мкФ.

Активное сопротивление земли: RЗ=10 Ом.

Электродвижущая сила высокочастотного генератора: ЕВЧ=1 В.

На первоначальном этапе определим угловую частоту резонанса для рассматриваемой схемы (фиг. 2) замещения по формуле

Далее найдем частоту резонанса:

Рассчитаем параметры схемы замещения для частоты 2,65 кГц. Индуктивное сопротивление системы ХС равно:

ХС = ωLC = 1,67⋅104⋅0,01=166,5 Ом.

Емкостная проводимость линии на частоте 2,65 кГц:

ВЛ1 = ВЛ2 = ωВЧСЛ1 = 1,67⋅104⋅0,06⋅10-6=0,001 См.

Для схемы замещения (фиг. 3) составим систему уравнений по методу узловых потенциалов [Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: учеб. / Л.А. Бессонов. - 10-е изд. - М.: Гардарики, 2000. - 638 с, с. 56]:

где - проводимость системы, определяется по формуле

- емкостная проводимость линии между фазой и землей, определяется по формуле

- проводимость земли, определяется по формуле

Решив данную систему уравнений, найдем значения потенциалов в каждом узле:

; ; ; .

В соответствии с законом Ома для участка цепи ток IA равен:

Аналогично определяем ток I2:

По первому закону Кирхгофа ток I1:

Определим амплитудное значение тока I1 и I2:

Найдем действующее значение тока I1 и I2:

Из полученных значений действующего тока видно, что действующее значение тока на резонансной частоте в поврежденной линии на несколько порядков больше, чем в не поврежденной.

Применение высокочастотного тока:

- не мешает работе силового оборудования распределительной сети;

- не изменяет режим работы сети (сети с изолированной или скомпенсированной нейтралью);

- не мешает работе защит, основанных на измерении токов и напряжений промышленной частоты 50 Гц;

- источник высокочастотного напряжения (индуктор) легко присоединяется к сети.

Предлагаемый способ может быть реализован на базе известных микропроцессорных устройств.

Преимущество изобретения состоит в том, что оно обеспечивает достоверное определение поврежденной линии среди других линий сети, что позволяет создать селективную защиту электрических сетей от ОЗЗ.

Способ селективного определения отходящей линии с однофазным замыканием на землю в распределительных сетях напряжением 6-35 кВ с изолированной или резонансно компенсированной нейтралью, заключающийся в фиксации момента замыкания на землю, подаче на шины распределительного устройства, питающего защищаемые линии электропередачи, синусоидального напряжения с переменной частой, определении поврежденного присоединения по результатам измерения токов с частотой резонанса напряжения на защищаемых линиях, отличающийся тем, что поврежденная отходящая линия электропередачи определяется путем сравнения измеренных высокочастотных токов отходящих линий при достижении резонанса напряжения, при этом значение тока на резонансной частоте в поврежденной отходящей линии электропередачи на несколько порядков больше, чем ток на отходящей линии электропередачи без замыкания фазы на землю.



 

Похожие патенты:

Использование: в области электротехники и электроэнергетики. Технический результат - повышение селективности и устойчивости функционирования защиты электрических сетей среднего напряжения 6-35 кВ от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ).

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении чувствительности и расширении области применения токовой защиты нулевой последовательности с двумя подведенными величинами при устойчивых и дуговых перемежающихся замыканиях на землю в электрических сетях среднего напряжения, работающих с изолированной нейтралью или с компенсацией емкостных токов замыкания на землю.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение чувствительности токовой защиты нулевой последовательности от однофазных замыканий на землю электрических сетей среднего напряжения, работающих с изолированной нейтралью.

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении чувствительности токовой защиты нулевой последовательности от однофазных замыканий на землю электрических сетей среднего напряжения, работающих с изолированной нейтралью как при устойчивых, так и при наиболее опасных для сети дуговых перемежающихся замыканиях на землю.

Использование: в области электротехники для защиты электрооборудования. Технический результат: ограничение токов короткого замыкания, коммутируемых высоковольтным вакуумным выключателем в операциях включения и отключения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для автоматической настройки компенсации емкостных токов замыкания на землю в электрических сетях 6-35 кВ.

Использование – в области электротехники. Технический результат – расширение арсенала технических средств.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение отказоустойчивости электросети.

Использование: в области электротехники. Технический результат - ускорение восстановления сверхпроводящих свойств сверхпроводящего ограничителя тока (СОТ) после токоограничения за счет увеличения открытости сверхпроводящей ленты для жидкого азота с обеспечением жесткости предлагаемой конструкции и ее устойчивости к действию пондеромоторных сил.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат заключается в повышении эффективности действия токовой защиты от однофазных замыканий на землю, происходящих через переходное сопротивление, за счет коррекции ее алгоритма работы в соответствии с величиной асимметрии проводимостей фаз линий относительно земли.

Изобретение относится к обнаружению коротких замыканий в системе распределения энергии. Сущность: устройство (10) для обнаружения направления короткого замыкания (7) на землю в многофазной энергосистеме содержит средства (14), (14’) для приема сигналов, представляющих собой ток каждой из фаз и ток нулевой последовательности (I0), средство (30) обработки сигналов тока, содержащее средство (34) для вычисления нормализованных коэффициентов корреляции и средство (36) для вычисления среднего значения (μ) и среднеквадратичного отклонения (σ) между вычисленными коэффициентами корреляции, средство для интерпретации результатов обработки сигналов, содержащее средство для сравнения среднего значения (μ) и среднеквадратичного отклонения (σ) для определения, расположено ли короткое замыкание со стороны линии или со стороны нагрузки от устройства (10).

Группа изобретений относится к линиям электроснабжения транспортных средств на электротяге. Способ определения расстояния до места короткого замыкания контактной сети заключается в том, что в момент короткого замыкания измеряют на смежных подстанциях значение токов (), напряжений () и фазовых углов () между ними.

Техническое решение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики для контроля рельсовых цепей. Способ основан на создании замкнутого через потенциал «Земля» электрического контура постоянного тока, в который включены пары жил кабеля рельсовых цепей, в контуре формируют постоянный ток определенной величины и осуществляют контроль за уменьшением величины тока, протекающего через элементы, соединяющие пары жил кабеля или пару жил кабеля и потенциал «Земля» ниже допустимого значения.

Изобретение относится к измерениям в электротехнике и может быть использовано для определения места короткого замыкания на длинных многоцепных воздушных линиях электропередачи с распределенными параметрами напряжением 220 кВ и выше.

Использование: в области электротехники. Технический результат – обеспечение автоматической локализации неисправных светильников без их отключения и сокращение времени на проведение диагностики.

Изобретение относится к измерениям в электроэнергетике и может быть использовано для определения места короткого замыкания на длинных воздушных линиях электропередачи с распределенными параметрами напряжением 220 кВ и выше на основе измерения параметров аварийного режима с двух концов линии.

Группа изобретение относится к линиям электроснабжения транспортных средств на электротяге. Способ определения удаленности короткого замыкания контактной сети заключается в том, что в момент короткого замыкания измеряют на смежных подстанциях значение токов (), напряжений () и фазовых углов () между ними.

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для определения места короткого замыкания на длинных многоцепных воздушных линиях электропередачи с распределенными параметрами напряжения 110 кВ и выше с грозозащитными тросами, заземленными на анкерных опорах, на основе измерения параметров аварийного режима с двух концов линии.

Использование – в области электротехники. Технический результат – расширение арсенала технических средств.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - расширение функциональных возможностей способа.

Изобретение относится к контролю электрической сети. Сущность: устройство содержит средства (51a-52b) обнаружения электрических сигналов (S1a, S1b) и дополнительных сигналов (S2a, S2b), создаваемых в электрической сети (3). Дополнительные сигналы (S2a, S2b) имеют физическую природу, отличную от электрических сигналов (S1a, S1b). Устройство содержит также средства (7) обработки упомянутых электрических сигналов для определения первого временного ориентира (t1), представляющего момент обнаружения электрических сигналов, испускаемых, когда событие неисправности (E1, E2) произошло в электрической сети, - средства (7) обработки упомянутых дополнительных сигналов (S2) для определения второго временного ориентира (t2), представляющего момент обнаружения дополнительных сигналов, испускаемых, когда упомянутое событие неисправности произошло в электрической сети, и средства обработки для определения пространственной локализации упомянутого события неисправности в электрической сети в зависимости от первого и второго временных ориентиров (t1, t2). Технический результат: возможность просто, быстро и надежно обнаружить и локализовать повреждения в электрической сети любого типа без введения сигналов в упомянутую сеть. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат - достоверное определение поврежденной линии среди других линий сети, позволяющее создать селективную защиту электрических сетей от однофазного замыкания на землю в распределительных сетях напряжением 6-35 кВ с изолированной или резонансно компенсированной нейтралью. Способ заключается в фиксации момента замыкания на землю, подключении дополнительно источника синусоидального напряжения переменной частоты выше 50 Гц на шины распределительного устройства питающего линии электропередач, изменении частоты дополнительного источника синусоидального напряжения до момента резонанса напряжения, измерении значения тока с использованием датчиков тока высокой частоты в момент резонанса напряжения, сравнении значений измеренных высокочастотных токов отходящих линий и определении отходящей линии с однофазным замыканием на землю. При этом значение тока на резонансной частоте в поврежденной отходящей линии электропередачи на несколько порядков больше, чем ток на отходящей линии электропередачи без замыкания на землю. Способ может быть реализован на базе известных микропроцессорных устройств. 4 ил.

Наверх