LV13922B - Attāluma noteikšanas metode līdz vienfāzes zemesslēgumam sadales tīklos - Google Patents

Description

ATTĀLUMA NOTEIKŠANAS METODE LĪDZ VIENFĀZES ZEMESSLĒGUMAM SADALES TĪKLOS

Izgudrojuma apraksts

Izgudrojums attiecās uz elektriskiem sadales tīkliem, kuru neitrāles nav tieši iezemētas, t.i., uz tīkliem ar izolētu, kompensētu vai rezistīvzemētu neitrāli. Šādi tīkli var ilgstoši strādāt ar vienas fāzes zemesslēgumu (ZS), taču ja kādā no tīklu izolācijas vājākām vietām ZS laika izolācija tiek caursista, tīklā rodas divkāršais ZS ar lielām strāvām, kas nav pieļaujams. Tāpēc radies pirmais zemesslēgums ir ātrāk jāatrod un jāatslēdz zemesslēgums.

Ir zināmi vairāki analogi attāluma noteikšanas metodei līdz vienfāzes zemesslēguma vietai sadales tīklos:

1.Bojājuma vietas noteikšanas indikatoru, piemēram, Linetroll 3500 tipa [1], izmantošana, ko novieto uz gaisvadu līniju balstiem zemesslēguma strāvas caurplūdes faktora uzrādīšanai gaisvadu līnijās ar jebkuru neitrāles režīmu - ar izolētu, kompensētu vai rezistīvzemētu neitrāli. Par sensoriem šiem indikatoriem zemesslēguma strāvas fiksēšanai kalpo horizontāli novietota spole (reaģē uz līnijas magnētlauka indukcijas horizontālās komponentes izmaiņu, kas atbilst līnijas nullsecības strāvai) un elektriskā lauka devējs (reaģē uz līnijas elektriskā lauka intensitātes izmaiņu, kas atbilst tīkla nullsecības spriegumam). Indikators nosaka leņķi starp nullsecības strāvu un spriegumu un atbilstoši tam nostrādā, ja zemesslēgums ir aiz indikatora no barošanas puses, bet nenostrādā, ja tas ir pirms indikatora. Šīs metodes trūkums ir lielais nepieciešamo indikatoru skaits, tos parasti uzstāda uz katra otrā balsta, un neprecizitāte metode ļauj noteikt nevis attālumu līdz bojājumam, bet tikai zemesslēguma virzienu attiecībā pret indikatoru;

2.Virzītas nullsecības strāvas relej aizsardzības izmantošana pret vienfāzes zemesslēgumiem, piemēram, 7SJ62 digitālā komplektā ievietota [2] vai firmas ARCUS ELEKTRONIKA izstrādātā ARCZEM-3F tipa zemesslēguma signalizācijas releja [3] izmantošana, ko uzstāda uz katras atejošas vidsprieguma līnijas. Releja nostrāde liecina, ka bojājums ir uz šīs līnijas. Šīs metodes trūkums ir nullsecības strāvas un sprieguma devēju nepieciešamība katram relejam, digitālo releju augstās cenas un pat lielāka neprecizitāte kā pirmajam analogam.

.Zemesslēguma strāvas uz līnijas paaugstinātā augstāko hannoniku satura izmantošana, piemēram, ar aparātu Zond [4], kas strādā, reaģējot uz 11. harmoniku, un ar zemesslēguma meklētāju “Tungiloc” [5], kas strādā, reaģējot uz 5. hannoniku. Minētie aparāti dod maksimālo rādījumu uz bojāto līniju līdz bojājumam. Šīs metodes galvenais trūkums ir nepieciešamība operatīvai brigādei manuāli veikt mērījumus uz visām līnijām, bet uz bojātās līnijas, pārvietojoties līdz zemesslēgumam. Aprakstīti analogi nedod iespēju noteikt attālumu līdz bojājuma vietai.

Šādu iespēju dod klasiskās distantaizsardzības paņēmiens no vienfāzes īsslēgumiem [6 -8], kurš strādā saskaņā ar izteiksmi (1) kur Ž_a - redzama pilnā pretestība līdz vienfāzes īsslegumam ar zemi; Ļ/, - bojātās fāzes strāva; l_g - zemes strāva, kura plūst caur zemi no bojājuma vietas uz transformatora neitrāli; K_Nkompensācijas koeficients, ar kuru tiek ievērota nullsecības pretestības Žo un tiešās secības pretestības Žj līdz bojājuma vietai (vai to īpatnējo lielumu - indekss “sp”) atšķirība:

-7 & Kf — '

3Z (2) lsp

Attālums l līdz bojājumā vietai tiek aprēķināts pec formulas:

'=T“' 0)

-\sp kur Xi_Sp - līnijas īpatnēja tiešās secības reaktīvā pretestība, X_a - redzamā reaktīvā pretestība JĶj=Im(Ž_a). Šī metode šādā veidā nav piemērota attāluma noteikšanai līdz vienfāzes zemesslēgumiem sadales tīklos, jo slodzes strāva ir liela salīdzinājumā ar bojājuma strāvu, fāzes spriegums Ū _h ir salīdzināms ar sprieguma kritumu uz bojājuma pretestības un mazs salīdzinājumā ar līnijas nominālo spriegumu. Šādos apstākļos redzamā reaktīvā pretestība X_a nepieļaujami atšķiras no tiešās secības pretestības Žj līdz bojājuma vietai un attālums / pēc formulas (3) neatbilst ne tuvu nepieciešamai precizitātei. Šo apgalvojumu paskaidrojumam pārveidosim izteiksmi (1), pielīdzinot redzamo pretestību 7_a tiešās secības pretestībai 7; līdz bojājuma vietai, ko var izdarīt tad, ja zemesslēgums ir bez bojājuma pretestības (metālisks zemesslēgums):

ū_pb =žAip_h ⁺W· (4)

Ja zemesslegums notiek caur bojājumā pretestību Rf, tad bojātās fāzes spriegums bus: Ū_ph-7_}{i_{ph +} K_Nī_g) ₊ R_fī_f, (5) kur 7?/un Ķ- bojājuma pretestība un bojājuma strāva.

Pēc klasiskā paņēmiena aprēķināta pretestība Ž_a (redzamā pretestība) būs:

Žļ G_Ph + ) + ^Rfh _ _| Rf¹/

I ph + 1g I pli R-NIg I ph + g

No (6) var redzēt, ka redzamā pretestība Ž_a atšķīrās to tiešās secības pretestības Ž_}, tāpēc arī tiešās secības redzamā reaktīvā pretestība X_a atšķīrās no tiešās secības pretestības līdz bojājuma vietai Xļ. Šī kļūda ir jo lielākā, jo lielāka ir bojājuma pretestība Rf. Situācija vēl vairāk pasliktinās ar to, ka fāzes vada precīzā īpatnējā aktīvā pretestība R_csp bojājuma laikā nav zināma, nav ņemta vērā bojātās līnijas tīkla kapacitatīvā strāva, spriegums Ū_ph formulā (1) pilnība neatbilst vajadzīgai vērtībai, jo tā noteikšanai netiek ņemti vērā līniju kapacitatīvas strāvas. Ja šos trūkumus novērstu, tad varētu izmantot klasisko paņēmienu sadales tīklos.

Paņēmiens, kas aprakstīts informācijas avota [6] 311. lappusē izteiksmes (11-38) veidā, ir ņemts par izgudrojuma prototipu.

Izgudrojuma mērķis ir padarīt iespējamu klasiskā algoritma redzamās pretestības izmantošanu attāluma līdz vienfāzes zemesslēgumam noteikšanai apstākļos, kad fāzes spriegums Ū_ph ir salīdzināms ar sprieguma kritumu uz bojājuma pretestības un mazs salīdzinājumā ar līnijas nominālo spriegumu, fāzes vada precīzā īpatnējā aktīvā pretestība R_csp bojājuma laikā nav zināma. Tas ir panākts, formulā (3) redzamās pretestības X_a vietā izmantojot tiešās secības reaktīvā pretestība līdz bojājuma vietai Xj, kuras noteikšanai tiek izmantoti redzamās pretestības Ž_a reālais Ā_a=Re(Ž_a) un imaginārais Χ_α=ΙΐΏ.(Ζα) komponents un apriori zināmie līnijas parametri: Xļ_sp ~ īpatnējā tiešās secības reaktīvā pretestība, Xo_sp - īpatnējā nullsecības reaktīvā pretestība, R_csp - fāzes vada īpatnējā aktīvā pretestība, R_gsp - zemes īpatnējā aktīvā pretestība. Lai novērstu fāzes vada aktīvās pretestības mainīguma ietekmi, tīkla neitrāle tiek zemēta tā, lai vienfāzes zemesslēguma strāva būtu ne mazāka par pietiekamo daļu (piemēram, pusi) no maksimālās slodzes strāvas. Lai precizētu attālumu līdz bojājuma vietai, tiek mērīta bojātās fāzes vada temperatūra bojājuma laikā un pēc tās tiek aprēķināta precīza bojātās fāzes vada īpatnējā aktīvā pretestība kompensācijas koeficienta K_N aprēķināšanai. Par bojājuma strāvu tiek ņemta strāvas īp_e, mērītas ar nullsecības strāvas mērmaini (piemēram ar Ferranti mērmaini) vai citādi, un bojātās līnijas tīkla i_ci_in strāvas summa. Tālākai precizitātes paaugstināšanai izteiksmē (1) tiek izmantots spriegums Ū_ph sprieguma Ū_ph vietā saskaņā ar sakarību ū_p;=ū_ph-Mj_ph (7) un AU_ph noteikšanai tiek izmantoti papildus apriori zināmie lielumi - īpatnējā kapacitativa strāvā faze-zeme ī_csp un īpatnējā faze-faze kapacitatīvā strāva ī_cssp - un Δί/γ- tiek noteikts ar iteratīvu aprēķinu.

Izgudrojums ir paskaidrots ar zīmējumu. Sadales tīkls sastāv no transformatora 1 ar zemēto vispārējā gadījumā caur komplekso pretestību 2 neitrāli, kopnēm 3, nebojātām līnijām 4, attēlotām ar vienu līniju, bojātās līnijas tīklu, kas satur bojāto līniju 5 ar tās gala sadales punktā pievienotām atejošām līnijām 6. Ierīce 7, kas realizē metodi, slēdzis 8 un Ferranti strāvmainis 9 ir izvietoti līnijas sākumā. Vispārēja gadījumā vienfāzes zemesslēgums notiek caur bojājuma pretestību 10.

Kad viena no fāzēm savienojas ar zemi punktā F⁽¹\ no tās zemē sāk plūst bojājuma strāva ij. Strāva Ij sastāv no zemes strāvas I_g, kuru izmēra Ferranti strāvmainis 9, un bojātās līnijas kapacitatīvās strāvas ī_ci_in. Strāva L sastāv no nebojātā tīkla 4 kapacitatīvās strāvas ī_csg un no strāvas I_er caur zemēšanas pretestību 2, kura var būt induktīva no Petersena spoles, saturēt arī aktīvo komponenti vai tīri aktīva. Izkliedētā faze-zeme kapacitatīvā strāva I_c posmā no līnijas sākuma līdz bojājuma vietai summējās ar izkliedēto kapacitatīvo strāvu ī_Cbf un veido bojātās līnijas tīkla kapacitatīvo strāvu ī_cn„. Izkliedētā strāva i_cbf rodas, pateicoties bojātās līnijas izkliedētai kapacitātei posmā no bojājuma vietas pa labi un pievienoto līniju 6 izkliedētām kapacitātēm. Izkliedētā strāva ī_c[_in ir iepriekš zināma. Bojātās fāzes strāva ī_ph tiek mērīta ar fāzes strāvmaini. Bojātas fāzes spriegummainis izmēra fāzes spriegumu ύ _ph.

Tātad pirms aprēķinu sākuma ierīces atmiņā ir ierakstīti īpatnējās tiešās un nullsecības reaktīvās pretestības Xi_sp unX_Osp, īpatnējā fāzes vada aktīvā pretestība R_CSp⁰⁾ un īpatnējā aktīvā zemes pretestība Rgsp. Bojājuma laikā tiek mērīta bojātās fāzes strāva īph, zemes strāva Ļ, bojātās fāzes spriegums Ūph un bojātās fāzes temperatūra Tc. Aizsardzības ierīce, izmantojot pretestību Rcsp⁰⁾ un izmērīto temperatūru, aprēķina īsto bojātās fāzes vada aktīvo pretestību Rcsp^(c)· Kompensācijas koeficienta K_N noteikšanai pēc formulas (2) tiek aprēķināti lielumi:

(8)

Talak pec formulas (1) tiek apreķinata redzama pilna pretestība Ž_a un tās reala R_a un imaginara X_a komponente:

A_fl=Re(Ž_o); V_o=Im(ŽJ.

(9)

Uz šo lielumu pamata tiek apreķinata tiešas secības reaktīva pretestība līdz bojājumā vietai Xg {f'+f't_S9_f)x_a-{ftg9_f-nR_a f'(\-atg<p_f) +f''(tg<p_f+a)

Parejie lielumi, kas ietilpst formula (10), tiek aprēķināti pec formulu kopas:

(10)

Z,p Rcsp + jX\sp ’ ^Osp X'Sp ^Rgsp L j-JfjSp 5 η _ n (c) , n . y _ \sp ⁺ ^Oip . ^ssp ^Λαρ T ^agsp ’ ^Λ ssp ’

R ^(c) R csp , .S'OT

--; o - — ·

Isp

X.

\sp cssp

Isp k = ļx- U=Re(A); U’=Im(Ž); k_dRJ^csp+kRgsp- k_dR'=^(k_dry, * ph &ssp (3-k')X_]sp+kX_Osp

3X

^.’=Re(^); ^=Im(^); (11) ssp

I j- < . „ ks if ^=IFe^+Iciin* ^kf =y— ^kf = Re(k_f); k_f =\m(k_f)‘, tg<p _f =— * ph k y f - abk_dR'-ack_dx'’+bk^'+ck^'; /= abk_dRλ-ack^ '-bk_dRXck_dx.

Ja ir nepieciešami precīzāki rezultāti, tad jāievēro izkliedēto kapacitatīvo strāvu ietekme intervālā līdz bojājuma vietai. Lai ievērotu izkliedēto kapacitatīvo strāvu faze-zeme ī_c un kapacitatīvo strāvu faze-faze I_cs (simetrisko kapacitatīvo strāvu), ir jāizmanto iepriekš zināmas šo strāvu īpatnējas vērtības I_csp un I_cssp attiecīgi. Tiek aprēķināta pirmā iterācija bojātās līnijas kapacitatīvai strāvai ī_c līdz bojājuma vietai, simetriskai kapacitatīvai strāvai l_cs līdz bojājuma vietai, strāvām ri/;_c/un J/o_cyar nullto pieņemto attālumu l⁽⁰⁾ līdz bojājuma vietai, piemēram, pusi no līnijas garuma, lai iegūtu aprēķināmā papildsprieguma pirmo iterāciju Δύ_ρΙ,^υ):

ļ u) 3 i_c ^{(1) 2}=jicJ^m; U^I} - jicsspi^m; Δ/,

- -(—/ ^v’+0 5/ ^σ))· Λ/ ^V) = ——/ ' csp” ’ CS J-’-cssp* ’ V Λ ‘c ' ’ ^Oc/ „ -*C ’ ž,⁽⁷⁾ = Ž l⁽ⁿ Žo^(/) = ŽOs ; AŪ „^(/) = '}sp^l » ^0 ^^rjsp^l 5 ph

Tiek aprēķināta arī sprieguma Ū . * pirmā iterācija:

¹ \cf 1 ‘0e/ 0 (12)

Ph ^=ū_ph(B) un talak tiek aprēķināti lielumi Ž_a; i_cr,_n', 1/ ; kg; ; k_dR-, k, f-, f”·, tgq> j-; Xg lj . Otrai iterācijai ir jāpieņem Z^ = lj un tā tālāk. Praktiskie aprēķini parādīja, ka iterācijas process ātri savirzās.

Izmantota literatūra:

1. Intelligent directional fault-current indicator LINETROLL 3500. User guide / Nortroll. 2000.

2. SIPROTEC Numerical Protection Relays. SIEMENS / Catalog SIP. 2002.

3. ARCZEM-3F. Signalizācijas relejs zemesslēgumam 6...35 kV elektrotīklos ar izolētu vai kompensētu neitrāli. Tehniskais apraksts. ARCUS ELEKTRONIKA, Rīga. 2000.

4. Rīgas eksperimentālā rūpnīca “Energoautomātika”. Ustroistvo ZOND, Rīga. 1980.

5. Zemesslēguma meklētājs “TUNGILOC”, Seba dynatronic. 1998.

6. ΚερΗοβροΒΟΒ H.B. PejieīiHaa saipuTa. M., “OHeprua”, §11-9, c. 311.1971.

7. d>a6pm<aHT B.JI. /ji-icTaHUHOHHaa 3amHTa. M., “Bticmaa niKOJia”, §3-1, c. 68. 1978.

8. Protective relays. Application guide. GEC ALSTOM T&D, Printed London & Peterborough, §11.22, p. 198. 1995.

Claims (4)

1. Attāluma noteikšanas metode līdz vienfāzes zemesslēgumam sadales tīklos, kura izmanto klasisko distantaizsardzības formulu redzamās pilnās pretestības Ž_a līdz bojājuma vietai noteikšanai ž ^ūph pie kam formulā izmantotie bojātās fāzes spriegums Ū_ph un strāva ī_ph, kā arī zemes strāva ī_g tiek mērīti bojājuma laikā ar nullsecības strāvas mērmaini vai citādi, un kompensācijas koeficients K_N tiek aprēķināts no apriori zināmiem elektropārvades līnijas parametriem īpatnējās nullsecības pretestības Žo_sp un īpatnējās tiešās secības pretestības Ž]_Sp - saskaņā ar izteiksmi

Ž -Ž r> ^Osp ^\sp un uz to bāzes tiek aprēķināts attālums 1 līdz bojājuma vietai saskaņā ar izteiksmi ^_SP ’ kur X_a un Xi_sp - tiešās secības redzamā reaktīvā pretestība līdz bojājuma vietai un šīs līnijas īpatnējā tiešās secības pretestība, kas raksturīga ar to, ka, lai precīzāk noteiktu attālumu līdz bojājuma vietai vidsprieguma līnijā, tiešās secības reaktīvās pretestības Xi noteikšanai līdz bojājuma vietai, ar ko tiek aizvietota X_a, tiek izmantoti redzamās pretestības Ž_a reālais R_a=Re(Ž_a) komponents un imaginārais X_a=Im(Ž_a) komponents un apriori zināmie līnijas parametri: X]_Sp - īpatnējā tiešās secības reaktīvā pretestība, Xo_sp - īpatnējā nullsecības reaktīvā pretestība, Rc_Sp - fāzes vada īpatnējā tiešās secības aktīvā pretestība, R_gsp - zemes īpatnējā aktīvā pretestība.

2. Metode saskaņā ar 1. pretenziju, kas raksturīga ar to, ka, lai bojātās fāzes vada īpatnējās aktīvās pretestības mainīgums mazāk ietekmētu mērķfunkcijas precizitāti, tīkla neitrāle tiek iezemēta caur pretestību, kas nodrošina zemesslēguma strāvu, ne mazāku par pietiekamu daļu no maksimālās slodzes strāvas.

3. Metode saskaņā ar 1. pretenziju, kas raksturīga ar to, ka, lai paaugstinātu mērķfunkcijas precizitāti, tiek mērīta bojātās fāzes vada temperatūra bojājuma laikā un, pamatojoties uz to, tiek aprēķināta precizēta fāzes vada īpatnējā aktīvā pretestība Rc_Sp, kas tiek izmantota, aprēķinot kompensācijas koeficientu K_N.

4. Metode saskaņā ar 1 .pretenziju, kas raksturīga ar to, ka, lai paaugstinātu mērķfunkcijas precizitāti, ir jāņem vērā bojātās līnijas tīkla kapacitatīvā strāva faze-zeme l_cii_n5. Metode saskaņā ar 1.pretenziju, kas raksturīga ar to, ka, lai paaugstinātu mērķfunkcijas precizitāti, redzamās pilnas pretestības Ž_a aprēķinam sprieguma Ū_ph vietā tiek lietots spriegums . · #

U _ph saskaņā ar sakarību u_P;=ū_ph-M)_ph un AUph noteikšanai tiek izmantoti papildus apriori zināmie īpatnējā kapacitatīvā strāva fazezeme i_csp, īpatnējā kapacitatīvā strāva faze-faze i_CSs_P; Δί/χ vērtība tiek noteikta ar iteratīvu aprēķinu.