RU2571629C1 - Способ и устройство для оценки угла напряжения нулевой последовательности при однофазном замыкании на землю - Google Patents

Abstract

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - повышение точности. Способ оценки угла напряжения нулевой последовательности включает в себя определение углов соответствующих фазных напряжений среди трех фазных напряжений, определение типа заземления нейтрали распределительной сети и оценку угла напряжения нулевой последовательности при возникновении однофазного замыкания на землю в распределительной сети с помощью определенных углов соответствующих фазных напряжений в соответствии с типом заземления нейтрали распределительной сети. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 17 ил., 1 табл.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к локализации однофазного замыкания на землю в распределительной сети с Децентрализованными генераторами (DG) и, в частности, к способу и устройству для оценки угла напряжения нулевой последовательности при возникновении однофазного замыкания на землю в распределительной сети.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Однофазное замыкание на землю представляет собой неисправность, вызываемую коротким замыканием между одной фазой и землей через полное сопротивление короткого замыкания. В настоящее время разработан индикатор замыкания для сети, в которой энергия протекает в одном направлении, и он может размещаться в любом месте сети и указывать на положение замыкания в соответствии с направлением потока энергии. Например, в индикаторе замыкания загорается красный сигнал (сигналы), когда замыкание возникает в направлении после индикатора замыкания, и загорается зеленый сигнал (сигналы) или не загорается никакой сигнал, когда замыкание возникает в направлении до индикатора замыкания.

Однако с популяризацией децентрализованных генераторов энергия может протекать двунаправленно, поскольку замыкание возникает после того, как в электрическую сеть вводится децентрализованный генератор. С точки зрения заданной линии или кабеля, возможно, обе стороны являются источниками питания, и в этом случае вышеописанный индикатор замыкания не может точно указывать на положение замыкания на землю в соответствии с направлением потока энергии.

В настоящее время предложен метод локализации однофазного замыкания на землю путем введения датчика напряжения в устройство обнаружения замыкания на землю, при этом предложен Трансформатор напряжения малой мощности (LPVT), выполняющий функцию датчика напряжения, который может выдавать величину напряжения и угол напряжения - и то, и другое с очень большой точностью. Однако коэффициент использования этого метода в настоящее время низок, поскольку датчик напряжения является дорогостоящим и не находит широкого применения в существующих электрических сетях.

В существующих распределительных сетях для индикации состояния наличия напряжения широко применяется Система индикации наличия напряжения (VPIS). Система индикации наличия напряжения (VPIS) является недорогой, очень широко применяется и способна очень точно выдавать угол напряжения, но может не дать точную величину напряжения, например, ее погрешность по величине напряжения может достигать приблизительно 30% или даже выше. Поэтому прямое сложение трех фазных напряжений, выдаваемых VPIS, для получения остаточного напряжения (VR) (или напряжения нулевой последовательности) породит неприемлемую угловую погрешность (в предельных случаях может достигать 180°).

Следовательно, необходимы способ и устройство, способные оценивать угол напряжения нулевой последовательности при известных углах напряжения соответствующих фаз при возникновении однофазного замыкания на землю в распределительной сети.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В вариантах осуществления настоящего изобретения предлагаются способ и устройство для оценки угла напряжения нулевой последовательности при возникновении однофазного замыкания на землю в распределительной сети, которые позволяют оценивать угол напряжения нулевой последовательности при известных углах напряжения соответствующих фаз и исключать необходимость в датчике напряжения, который является дорогостоящим.

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, предлагается способ оценки угла напряжения нулевой последовательности при возникновении однофазного замыкания на землю в распределительной сети, включающий в себя: определение углов соответствующих фазных напряжений среди трех фазных напряжений; определение типа заземления нейтрали распределительной сети; и оценку угла напряжения нулевой последовательности при возникновении однофазного замыкания на землю в распределительной сети на основе определенных углов соответствующих фазных напряжений в соответствии с типом заземления нейтрали распределительной сети.

Предпочтительно упомянутая оценка угла напряжения нулевой последовательности в тех случаях, когда однофазное замыкание на землю возникает на фазе А, включает в себя: установку величины напряжения фазы В в качестве предварительно заданной опорной величины FB; оценку напряжения фазы А и напряжения фазы С с помощью величины напряжения фазы В и углов напряжения фазы А, напряжения фазы В и напряжения фазы С; и вычисление угла напряжения нулевой последовательности с помощью напряжения фазы В, расчетного напряжения фазы А и расчетного напряжения фазы С.

Предпочтительно в случае, если типом заземления нейтрали распределительной сети является заземление нейтрали через дугогасящий реактор или изолированное заземление нейтрали, действительные части и мнимые части фазы В, фазы С и фазы А вычисляются с помощью следующих уравнений:

$$\begin{array}{l}\mathrm{Re}Vb=FB\cdot \cos {\varphi }_B,\mathrm{Im}Vb=FB\cdot \sin {\varphi }_B,\\ \mathrm{Re}Vc=\frac{k3}{k4},\mathrm{Im}Vc=\mathrm{Re}Vc\cdot \tan ({\varphi }_C),\\ \mathrm{Re}Va=k1\cdot \mathrm{Re}Vc+k\mathrm{2,}\mathrm{Im}Va=\mathrm{Re}Va\cdot \tan ({\varphi }_A).\end{array}$$

где ReVa - действительная часть напряжения фазы А, ImVa - мнимая часть напряжения фазы А, ReVb - действительная часть напряжения фазы B, ImVb - мнимая часть напряжения фазы B, ReVc - действительная часть напряжения фазы C, ImVc - мнимая часть напряжения фазы C, φ_A - угол напряжения фазы А, φ_В - угол напряжения фазы В, а φ_С - угол напряжения фазы С, и

$$\{\begin{array}{l}k1=\frac{-\frac{\sqrt{3}}{2}+\mathrm{0,5}\cdot \tan ({\varphi }_C)}{\tan ({\varphi }_A)}\\ k2=\frac{\frac{\sqrt{3}}{2}\cdot \cos {\varphi }_B+\mathrm{0,5}\cdot \sin {\varphi }_B}{\tan ({\varphi }_A)}FB\\ k3=FB\sin {\varphi }_B+\frac{\sqrt{3}}{2}\cdot k2-\mathrm{0,5}\cdot k2\cdot \tan ({\varphi }_A)\\ k4=\tan ({\varphi }_C)+\frac{\sqrt{3}}{2}-k1\cdot \frac{\sqrt{3}}{2}-\mathrm{0,5}\cdot \tan ({\varphi }_C)+\mathrm{0,5}\cdot k1\cdot \tan ({\varphi }_A).\end{array}$$

Предпочтительно в случае, если типом заземления нейтрали распределительной сети является глухое заземление нейтрали, величина FC напряжения фазы С определяется как предварительно определенное кратное величине FB напряжения фазы В, оценивается угол полного сопротивления обратной последовательности в устройстве обнаружения замыкания на землю, и оцениваются действительная часть и мнимая часть напряжения фазы А в соответствии со следующими уравнениями:

$$\begin{array}{l}\mathrm{Re}Va=\frac{-\mathrm{Im}Vsum+\tan ({\varphi }_{V2})\cdot \mathrm{Re}Vsum}{\tan ({\varphi }_A)-\tan ({\varphi }_{V2})},\\ \mathrm{Im}Va=\mathrm{Re}Va\cdot \tan ({\varphi }_A),\end{array}$$

где ReVsum - действительная часть $${\dot{V}}_{sum}$$

, ImVsum - мнимая часть $${\dot{V}}_{sum}$$

, $${\dot{V}}_{sum}={\alpha }^2\cdot FB\cdot e^{j{\varphi }_B}+\alpha \cdot FC\cdot e^{j{\varphi }_C}$$

, $$\alpha =-\mathrm{0,5}+j\frac{\sqrt{3}}{2}$$

; φ_А - угол напряжения фазы А, φ_В - угол напряжения фазы В, а φ_С - угол напряжения фазы С; φ_V2=φ_I2+180°+φ_Z2, φ_I2 - угол тока обратной последовательности, φ_Z2 - угол полного сопротивления обратной последовательности, а φ_V2 - угол напряжения обратной последовательности.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, предлагается устройство для оценки угла напряжения нулевой последовательности при возникновении однофазного замыкания на землю в распределительной сети, включающее в себя: детектор угла для напряжения фазы А, детектор угла для напряжения фазы В и детектор угла для напряжения фазы С; и блок оценки угла напряжения нулевой последовательности для оценки угла напряжения нулевой последовательности при возникновении однофазного замыкания на землю в распределительной сети на основе углов соответствующих фазных напряжений, определяемых детектором углов для напряжения фазы А, детектором углов для напряжения фазы В и детектором углов для напряжения фазы С, в соответствии с типом заземления нейтрали распределительной сети.

Предпочтительно устройство для оценки угла напряжения нулевой последовательности дополнительно содержит трансформатор тока фазы А, трансформатор тока фазы В и трансформатор тока фазы С.

При использовании способа и устройства для оценки угла напряжения нулевой последовательности при возникновении однофазного замыкания на землю в распределительной сети в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения угол напряжения нулевой последовательности может оцениваться на основе углов трех фазных напряжений, выдаваемых существующей системой VPIS, без использования точных величин трех фазных напряжений, поэтому обнаружение однофазного замыкания на землю при этом проще и легче, а стоимость устройства обнаружения замыкания на землю снижается.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Описание будет легко понять с помощью нижеследующего подробного описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одна и та же ссылочная позиция относится к блокам или элементам с одинаковой конструкцией и на которых:

на фиг. 1 схематически иллюстрируется принципиальная схема распределительной сети с Децентрализованными генераторами;

на фиг. 2А иллюстрируется принципиальная схема прямой зоны, в которой обнаруживается прямое замыкание на землю, и обратной зоны, в которой обнаруживается обратное замыкание на землю, в режиме фазового угла;

на фиг. 2В иллюстрируется принципиальная схема прямой зоны, в которой обнаруживается прямое замыкание на землю, и обратной зоны, в которой обнаруживается обратное замыкание на землю, в режиме активной составляющей тока;

на фиг. 2С иллюстрируется принципиальная схема прямой зоны, в которой обнаруживается прямое замыкание на землю, и обратной зоны, в которой обнаруживается обратное замыкание на землю, в режиме реактивной составляющей тока;

на фиг. 3 иллюстрируется блок-схема способа оценки угла напряжения нулевой последовательности при возникновении однофазного замыкания на землю в распределительной сети в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 4 иллюстрируется блок-схема процесса оценки угла напряжения нулевой последовательности на основе определенных углов соответствующих фазных напряжений в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 5 иллюстрируется блок-схема этапов оценки напряжения фазы А и напряжения фазы С в Режиме 2;

на фиг. 6 схематически иллюстрируется соотношение между величиной CR и отношением величины напряжения фазы В к величине напряжения фазы С;

на фиг. 7 схематически иллюстрируется схема электрических соединений устройства обнаружения замыкания на землю в распределительной сети;

на фиг. 8 схематически иллюстрируется схема электрических соединений устройства D1 обнаружения замыкания на землю, которое находится вдали от децентрализованного генератора и нагрузок и вместе с тем расположено на стороне среднего напряжения в распределительной сети, и устройства D2 обнаружения замыкания на землю, которое находится вблизи децентрализованного генератора и вместе с тем расположено на стороне среднего напряжения в распределительной сети;

на фиг. 9 схематически иллюстрируется эквивалентное графическое представление схемы обратной последовательности устройства D1 обнаружения замыкания на землю, которое находится вдали от децентрализованного генератора и нагрузок и вместе с тем расположено на стороне среднего напряжения в распределительной сети, и устройства D2 обнаружения замыкания на землю, которое находится вблизи децентрализованного генератора и вместе с тем расположено на стороне среднего напряжения в распределительной сети;

на фиг. 10 схематически иллюстрируется схема электрических соединений устройства D3 обнаружения замыкания на землю, которое находится вблизи нагрузок и вместе с тем расположено на стороне среднего напряжения в распределительной сети;

на фиг. 11 схематически иллюстрируется эквивалентное графическое представление схемы обратной последовательности устройства D3 обнаружения замыкания на землю, которое находится вблизи нагрузок и вместе с тем расположено на стороне среднего напряжения в распределительной сети;

на фиг. 12 иллюстрируется величина напряжения фазы А, оцениваемая с помощью устройства D1 обнаружения замыкания на землю;

на фиг. 13 иллюстрируется величина напряжения фазы А, оцениваемая с помощью устройства D2 обнаружения замыкания на землю;

на фиг. 14 иллюстрируется величина напряжения фазы А, оцениваемая с помощью устройства D3 обнаружения замыкания на землю; и

на фиг. 15 иллюстрируется структурная схема устройства для оценки угла напряжения нулевой последовательности при возникновении однофазного замыкания на землю в распределительной сети в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Нижеследующие описания приведены со ссылкой на прилагаемые чертежи, чтобы помочь специалистам полностью понять примеры осуществления настоящего изобретения, определяемые формулой изобретения и ее эквивалентами. Нижеследующие описания могут включать в себя различные подробности, способствующие пониманию, и эти подробности должны рассматриваться как пояснительные. Поэтому специалистам должно быть ясно, что в примерах осуществления возможны различные изменения в форме и деталях в пределах сущности или объема настоящего изобретения. Аналогичным образом, для краткости и ясности описания хорошо известных функций и конструкций не приводятся.

Используемая в настоящем документе терминология предназначена лишь для описания конкретных вариантов осуществления и не предполагает ограничения настоящего изобретения. Используемые в настоящем документе формы единственного числа включают в себя также формы множественного числа, если контекст однозначно не требует иного толкования. Понятно также, что термины «включает в себя» и/или «включающий в себя», либо «содержит» и/или «содержащий» при использовании в данном описании указывают на наличие заявляемых признаков, областей, целочисленных переменных, этапов, операций, элементов и/или компонентов, но не исключают наличия или добавления одного или более иных признаков, областей, целочисленных переменных, этапов, операций, элементов, компонентов и/или их групп.

Если не будет указано иное, все термины (включая технические и научные термины), используемые в настоящем документе, имеют то же значение, что и обычно понимается специалистом, которому принадлежит настоящее изобретение. Понятно также, что такие термины, как определенные в общеупотребительных словарях, должны толковаться как имеющие значение, согласующееся с их значением в рамках релевантного уровня техники и настоящего изобретения, и не будут толковаться в идеализированном или чрезмерно формальном смысле, если в настоящем документе не будет прямо указано иное.

Применения вариантов осуществления настоящего изобретения не ограничиваются какой-либо конкретной системой, а могут использоваться в любой трехфазной системе. Например, питающие линии могут представлять собой воздушные линии, подземные кабели или комбинацию воздушных линий и подземных кабелей.

Ниже варианты осуществления настоящего изобретения описываются на примере распределительной сети, но специалисты должны понимать, что электроэнергетическая система, в которой могут применяться варианты осуществления настоящего изобретения, может представлять собой сеть электропередач, распределительную сеть или элементы в сети электропередач или распределительной сети и может содержать одну или более питающих линий. Кроме того, варианты осуществления настоящего изобретения не ограничиваются использованием в системах, в которых применяется основная частота 50 Гц или 60 Гц, и не ограничиваются каким-либо конкретным уровнем напряжения.

На фиг. 1 схематически иллюстрируется принципиальная схема распределительной сети с Децентрализованными генераторами. В распределительную сеть входят магистральная сеть S, децентрализованные генераторы DG и нагрузки. На фиг. 1 РСС представляет собой точку соединения между децентрализованным генератором DG и магистральной сетью S. Как правило, устройство обнаружения замыкания на землю устанавливается на стороне магистральной сети S РСС и не устанавливается на стороне децентрализованного генератора DG. Кроме того, F1 на фиг. 1 представляет собой однофазное замыкание на землю, и для упрощения описания нижеследующее описание осуществляется на примере замыкания на землю фазы А.

На фиг. 1 заданные опорные направления токов, протекающих через датчики тока, обозначены тонкими пунктирными линиями, при этом направление однофазного замыкания на землю в распределительной сети определяется в соответствии с заданными опорными направлениями токов. Например, устройство обнаружения замыкания на землю может обнаруживать прямое замыкание, если однофазное замыкание на землю расположено в направлении после устройства обнаружения замыкания на землю в распределительной сети, то есть, в направлении после устройства обнаружения замыкания на землю вдоль опорного направления тока; в иных случаях устройство обнаружения замыкания на землю может обнаруживать обратное замыкание, если однофазное замыкание на землю расположено в направлении до устройства обнаружения замыкания на землю в распределительной сети, то есть, в направлении до устройства обнаружения замыкания на землю противоположном опорному направлению тока. Следовательно, на фиг. 1 устройства обнаружения замыкания на землю, установленные на жирных сплошных линиях, могут обнаруживать прямые замыкания, в то время как устройства обнаружения замыкания на землю, установленные на жирных пунктирных линиях, могут обнаруживать обратные замыкания. Кроме того, устройства обнаружения замыкания на землю, установленные на жирных пунктирных линиях, могут также не указывать на любые замыкания, поскольку такое устройство обнаружения замыкания на землю может находиться вдали от места, в котором возникает однофазное замыкание на землю, и остаточный ток (или ток нулевой последовательности) в таком устройстве обнаружения замыкания на землю довольно мал.

В настоящее время считается, что однофазное замыкание на землю обнаруживается в том случае, если ток нулевой последовательности превышает предварительно заданное пороговое значение тока, а его длительность превышает предварительно заданную длительность (например, 100 мс), при этом выявление направления однофазного замыкания на землю основывается на величине и угле тока нулевой последовательности и на величине и угле напряжения нулевой последовательности.

В трехфазной распределительной сети имеется несколько различных способов выявления направления однофазного замыкания на землю в соответствии с различными типами заземления нейтрали в распределительной сети. Несколько традиционных типов заземления нейтрали в распределительной сети включают в себя: глухое заземление нейтрали, изолированное заземление нейтрали, заземление нейтрали через сопротивление и заземление нейтрали через дугогасящий реактор (или компенсированное заземление).

При выявлении направления однофазного замыкания на землю, описываемом ниже, угол, опережающий угол напряжения нулевой последовательности для 180 (т.е., угол отрицательного напряжения нулевой последовательности) считается опорной осью, при этом прямое направление является направлением против часовой стрелки. Угловое соотношение между напряжением нулевой последовательности и током нулевой последовательности зависит от полного сопротивления нулевой последовательности сети в месте обнаружения, например, типа заземления нейтрали, сопротивления заземления при замыкании на землю, относительного положения замыкания на землю по отношению к устройству обнаружения замыкания на землю и т.п.

Режим фазового угла

В этом режиме направление однофазного замыкания на землю может быть определено только на основе углов напряжения нулевой последовательности и тока нулевой последовательности.

В частности, направление однофазного замыкания на землю может быть определено на основе следующих критериев.

Прямое замыкание на землю:

-90°<φ(I₀)-φ(V₀+180°)-RCA<90° (1)

Обратное замыкание на землю:

90°<φ(I₀)-φ(V₀+180°)-RCA<270° (2)

где φ(V₀+180°) представляет собой угол, опережающий угол напряжения нулевой последовательности для 180° (т.е., угол отрицательного напряжения нулевой последовательности), φ(I₀) представляет собой угол тока нулевой последовательности, RCA представляет собой угол максимальной чувствительности и используется для компенсации сдвига фаз, вызываемого полным сопротивлением контура замыкания на землю. RCA задается положительным значением, если ток нулевой последовательности опережает напряжение нулевой последовательности, и задается отрицательным значением, если ток нулевой последовательности отстает от напряжения нулевой последовательности.

На фиг. 2А иллюстрируется принципиальная схема прямой зоны, в которой обнаруживается прямое замыкание на землю, и обратной зоны, в которой обнаруживается обратное замыкание на землю, в режиме фазового угла, причем направление отрицательного напряжения -V₀ нулевой последовательности считается опорной осью, а прямая зона, и обратная зона имеют 180° в плоскости соответственно. Кроме того, зона отсутствия индикации на фиг. 2А представляет собой случай, в котором величина напряжения нулевой последовательности меньше порога Is, и в связи с этим замыкание на землю не обнаруживается.

На фиг. 2А I₀ и I₀′ представляют собой два граничных условия в том случае, когда напряжение нулевой последовательности опережает отрицательное напряжение -V₀ нулевой последовательности соответственно, а RCA представляет собой средний угол между углом I₀ и углом I₀′.

Режим активной составляющей тока

В случае, если тип заземления нейтрали в распределительной сети представляет собой заземление нейтрали через дугогасящий реактор или заземление нейтрали через сопротивление, активная составляющая тока нулевой последовательности может быть вычислена на основе угла напряжения нулевой последовательности вместе с углом и величиной тока нулевой последовательности, при этом направление однофазного замыкания на землю может быть обнаружено с помощью активной составляющей тока нулевой последовательности. На фиг. 2В иллюстрируется принципиальная схема прямой зоны, в которой обнаруживается прямое замыкание на землю, и обратной зоны, в которой обнаруживается обратное замыкание на землю, в режиме активной составляющей тока.

В частности, направление однофазного замыкания на землю определяется на основе следующих критериев.

Прямое замыкание на землю:

I₀×cosφ>I_ACT (3)

Обратное замыкание на землю:

I₀×cosφ≤I_ACT (4)

где I₀ представляет собой величину тока нулевой последовательности, φ представляет собой прилежащий угол между током нулевой последовательности и напряжением нулевой последовательности, а I_ACT представляет собой пороговое значение положительной активной составляющей тока для прямого однофазного замыкания на землю и, например, может быть установлен равным 2 А.

Режим реактивной составляющей тока

В случае, если тип заземления нейтрали в распределительной сети представляет собой изолированное заземление нейтрали, реактивная составляющая тока нулевой последовательности может быть вычислена с помощью угла напряжения нулевой последовательности вместе с углом и величиной тока нулевой последовательности, при этом направление однофазного замыкания на землю может быть обнаружено на основе реактивной составляющей тока нулевой последовательности. На фиг. 2С иллюстрируется принципиальная схема прямой зоны, в которой обнаруживается прямое замыкание на землю, и обратной зоны, в которой обнаруживается обратное замыкание на землю, в режиме реактивной составляющей тока.

В случае изолированного заземления нейтрали ток нулевой последовательности, в основном, является реактивной составляющей тока, при этом ток нулевой последовательности может опережать отрицательное напряжение нулевой последовательности на 90° во время прямого однофазного замыкания на землю, в то время как ток нулевой последовательности может отставать от отрицательного напряжения нулевой последовательности на 90° во время обратного однофазного замыкания на землю. Такой режим очень близок к режиму фазового угла, в котором RCA устанавливается равным 90°, а разность между ними состоит в том, что зона отсутствия индикации выбирается посредством порогового значения реактивной составляющей тока I_REACT.

В частности, направление однофазного замыкания на землю определяется на основе следующих критериев.

Прямое замыкание на землю:

I₀×sinφ>+I_REACT (5)

Обратное замыкание на землю:

I₀×sinφ≤-I_REACT (6)

где I₀ представляет собой величину тока нулевой последовательности, φ представляет собой прилежащий угол между током нулевой последовательности и напряжением нулевой последовательности, а I_REACT представляет собой пороговое значение положительной реактивной составляющей тока для прямого однофазного замыкания на землю и, например, может быть установлен равным 2 А.

Как описывалось выше, во всех трех различных способах для выявления направления сначала требуется определить угол напряжения нулевой последовательности. В настоящее время предложено использовать Трансформатор напряжения малой мощности (LPVT) в качестве датчика напряжения для получения величин и углов соответствующих фазных напряжений, при этом угол напряжения нулевой последовательности, в свою очередь, может быть получен вычислением. Однако коэффициент использования Трансформатора напряжения малой мощности (LPVT) в распределительной сети в настоящее время низок ввиду его высокой цены, хотя он может очень точно выдавать угол напряжения и очень точно - величину напряжения.

С другой стороны, как описано выше, Система индикации наличия напряжения (VPIS) широко применяется для индикации состояния наличия напряжения в распределительной сети. Система индикации наличия напряжения (VPIS) имеет низкую стоимость, очень широко применяется и может очень точно выдавать угол напряжения, но может не дать точную величину напряжения.

Целью настоящего изобретения является оценка угла напряжения нулевой последовательности на основе углов трех фазных напряжений, выдаваемых существующей системой VPIS. Способ и устройство для оценки угла напряжения нулевой последовательности, предлагаемые в настоящем изобретении, могут быть описаны ниже применительно к фиг. 3-14.

Как правило, могут иметься следующие комбинации типа заземления нейтрали в распределительной сети и типа заземления нейтрали в децентрализованном генераторе.

Таблица 1
Случай	Тип заземления нейтрали в распределительной сети	Тип заземления нейтрали в децентрализованном генераторе
1	Глухое	Глухое
2	Глухое	Через сопротивление
3	Глухое	Изолированное
4	Через дугогасящий реактор	Изолированное
5	Изолированное	Изолированное

На фиг. 3 иллюстрируется блок-схема способа оценки угла напряжения нулевой последовательности при возникновении однофазного замыкания на землю в распределительной сети в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Поскольку остаточное напряжение в три раза больше напряжения нулевой последовательности, то есть, амплитуда остаточного напряжения в три раза больше амплитуды напряжения нулевой последовательности, а угол остаточного напряжения равен углу напряжения нулевой последовательности, в нижеследующем описании в рамках вычисления угла напряжение нулевой последовательности и остаточное напряжение все без исключения могут меняться местами.

На этапе S310 определяются углы соответствующих фазных напряжений в трех фазных напряжениях. Как указано выше, углы соответствующих фазных напряжений могут выдаваться при использовании существующей системы VPIS. Однако настоящее изобретение этим не ограничивается, и углы соответствующих фазных напряжений могут выдаваться иным устройством определения угла напряжения. Следует понимать, что целью настоящего изобретения является выполнение оценки угла напряжения нулевой последовательности без получения точной информации о величинах напряжения, поэтому в данном случае критерий получения лишь информации об углах напряжения без получения точной информации о величинах напряжения может включать в себя любые критерии определения для углов напряжения, способные реализовать эту цель, которая существует или может, конечно, быть выработана в будущем вместо того, чтобы ограничиваться существующей системой VPIS.

На этапе S320 определяется тип заземления нейтрали распределительной сети. Как показано в Таблице 1, нижеследующее описание может предполагать следующие случаи глухого заземления нейтрали в распределительной сети, заземления нейтрали через дугогасящий реактор в распределительной сети и изолированного заземления нейтрали в распределительной сети.

На этапе S330 угол напряжения нулевой последовательности при возникновении однофазного замыкания на землю в распределительной сети оценивается с помощью определенных углов соответствующих фазных напряжений в соответствии с типом заземления нейтрали распределительной сети.

На фиг. 4 иллюстрируется блок-схема процесса оценки угла напряжения нулевой последовательности на основе определенных углов соответствующих фазных напряжений в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. В нижеследующем описании во всех случаях предполагается, что однофазное замыкание на землю происходит на фазе А, а фаза В и фаза С являются нормальными.

На этапе S410 величина FB напряжения фазы В устанавливается в качестве предварительно заданной опорной величины. Предварительно заданная опорная величина может представлять собой нормированное значение, например, 1, либо может представлять собой номинальное напряжение распределительной сети, либо даже представлять собой любое предварительно установленное значение.

На этапе S420 напряжение фазы А и напряжение фазы С оцениваются с помощью величины напряжения фазы В и углов напряжения фазы А, напряжения фазы В и напряжения фазы С.

На этапе S430 угол напряжения нулевой последовательности вычисляется с помощью напряжения фазы В, расчетного напряжения фазы А и расчетного напряжения фазы С.

Например, угол напряжения нулевой последовательности (или остаточного напряжения) может быть вычислен на основе действительной части и мнимой части напряжения фазы А, действительной части и мнимой части напряжения фазы В и действительной части и мнимой части напряжения фазы С:

$$\varphi {}_{VR}=a\tan \left(\frac{\mathrm{Im}Va+\mathrm{Im}Vb+\mathrm{Im}Vc}{\mathrm{Re}Va+\mathrm{Re}Vb+\mathrm{Re}Vc}\right)$$

(7)

где ReVa представляет собой действительную часть напряжения фазы А, ImVa представляет собой мнимую часть напряжения фазы А, ReVb представляет собой действительную часть напряжения фазы B, ImVb представляет собой мнимую часть напряжения фазы B, ReVc представляет собой действительную часть напряжения фазы C, а ImVc представляет собой мнимую часть напряжения фазы C.

Имеются два различных режима оценки угла напряжения нулевой последовательности в соответствии с различными случаями типа заземления нейтрали в распределительной сети: 1. Режим 1 предназначен для случаев заземления нейтрали через дугогасящий реактор и изолированного заземления нейтрали; 2. Режим 2 предназначен для остальных случаев типов заземления нейтрали (т.е., глухого заземления нейтрали и заземления нейтрали через сопротивление).

Для упрощения выражения ниже приводятся обозначения для нижеследующего описания:

$$\{\begin{array}{l}\left|{\dot{V}}_A\right|=FA\\ \left|{\dot{V}}_B\right|=FB\\ \left|{\dot{V}}_C\right|=FC,и\end{array}$$

$$\begin{array}{l}\mathrm{Re}\left\{{\dot{V}}_A\right\}=\mathrm{Re}Va\\ \mathrm{Im}\left\{{\dot{V}}_A\right\}=\mathrm{Im}Va\end{array}$$

где $${\dot{V}}_A$$

, $${\dot{V}}_B$$

и $${\dot{V}}_C$$

представляют собой фазовые векторы напряжения фазы А, напряжения фазы В и напряжения фазы С соответственно, а FA, FB и FC представляют собой величины напряжения фазы А, напряжения фазы В и напряжения фазы С соответственно.

Режим 1

Что касается комбинации вышеуказанных Случая 4 и Случая 5 в Таблице 1, то есть, в том случае, когда имеется заземление нейтрали через дугогасящий реактор или изолированное заземление нейтрали в распределительной сети, в то время как имеется изолированное заземление нейтрали в децентрализованных генераторах, междуфазные напряжения во время однофазного замыкания на землю почти уравновешиваются, а именно:

$$\{\begin{array}{l}{\dot{V}}_A-{\dot{V}}_B=\alpha ({\dot{V}}_B-{\dot{V}}_C)\\ {\dot{V}}_B-{\dot{V}}_C=\alpha ({\dot{V}}_C-{\dot{V}}_A)\end{array}$$

, при $$\alpha =-\mathrm{0,5}+j\frac{\sqrt{3}}{2}$$

.

Выразим приведенное выше уравнение, разбив комплексные фазовые векторы напряжения на действительную и мнимую части с помощью упрощенных выражений:

$$\{\begin{array}{l}\mathrm{Re}Va-\mathrm{Re}Vb+j\cdot \mathrm{Im}Va-j\cdot \mathrm{Im}Vb=(-\mathrm{0,5}+j\frac{\sqrt{3}}{2})\cdot (\mathrm{Re}Vb-\mathrm{Re}Vc+j\cdot \mathrm{Im}Vb-j\cdot \mathrm{Im}Vc)\\ \mathrm{Re}Vb-\mathrm{Re}Vc+j\cdot \mathrm{Im}Vb-j\cdot \mathrm{Im}Vc=(-\mathrm{0,5}+j\frac{\sqrt{3}}{2})\cdot (\mathrm{Re}Vc-\mathrm{Re}Va+j\cdot \mathrm{Im}Vc-j\cdot \mathrm{Im}Va)\end{array}$$

.

Каждое из приведенных выше уравнений можно разбить на два уравнения для действительных частей и мнимых частей:

$$\{\begin{array}{l}\mathrm{Re}Va-\mathrm{Re}Vb=-\mathrm{0,5}\cdot (\mathrm{Re}Vb-\mathrm{Re}Vc)-\frac{\sqrt{3}}{2}\cdot (\mathrm{Im}Vb-j\cdot \mathrm{Im}Vc)\\ \mathrm{Im}Va-\mathrm{Im}Vb=\frac{\sqrt{3}}{2}\cdot (\mathrm{Re}Vb-\mathrm{Re}Vc)-\mathrm{0,5}\cdot (\mathrm{Im}Vb-\mathrm{Im}Vc)\\ \mathrm{Re}Vb-\mathrm{Re}Vc=-\mathrm{0,5}\cdot (\mathrm{Re}Vc-\mathrm{Re}Va)-\frac{\sqrt{3}}{2}\cdot (\mathrm{Im}Vc-j\cdot \mathrm{Im}Va)\\ \mathrm{Im}Vb-\mathrm{Im}Vc=\frac{\sqrt{3}}{2}\cdot (\mathrm{Re}Vc-\mathrm{Re}Va)-\mathrm{0,5}\cdot (\mathrm{Im}Vc-\mathrm{Im}Va)\end{array}$$

.

В приведенных выше 4 уравнениях имеются 6 неизвестных переменных.

Как указано выше, принимая во внимание, что величина FB напряжения фазы В является предварительно заданной опорной величиной, действительная часть и мнимая часть напряжения фазы В, соответственно, могут быть выражены следующим образом:

$$\begin{array}{l}\mathrm{Re}Vb=FB\cdot \cos {\varphi }_B\\ \mathrm{Im}Vb=FB\cdot \sin {\varphi }_B\end{array}$$

,

где φ_В - угол напряжения фазы В, который может быть определен непосредственно с помощью VPIS.

После решения приведенных выше 4 уравнений имеем:

$$\begin{array}{l}\mathrm{Re}Vc=\frac{k3}{k4},\mathrm{Im}Vc=\mathrm{Re}Vc\cdot \tan ({\phi }_C),и\\ \mathrm{Re}Va=k1\cdot \mathrm{Re}Vc+k\mathrm{2,}\mathrm{Im}Va=\mathrm{Re}Va\cdot \tan ({\phi }_A),при\\ \{\begin{array}{l}k1=\frac{-\frac{\sqrt{3}}{2}+\mathrm{0,5}\cdot \tan ({\phi }_C)}{\tan ({\phi }_A)}\\ k2=\frac{\frac{\sqrt{3}}{2}\cdot \cos {\phi }_B+\mathrm{0,5}\cdot \sin ({\phi }_B)}{\tan ({\phi }_A)}FB\\ k3=FB\sin {\phi }_B+\frac{\sqrt{3}}{2}\cdot k2-\mathrm{0,5}\cdot k2\cdot \tan ({\phi }_A)\\ k4=\tan ({\phi }_C)+\frac{\sqrt{3}}{2}-k1\cdot \frac{\sqrt{3}}{2}-\mathrm{0,5}\tan ({\phi }_C)+\mathrm{0,5}\cdot k1\cdot \tan ({\phi }_A),\end{array}\end{array}$$

где φ_А - угол напряжения фазы А, φ_В - угол напряжения фазы В, а φ_С - угол напряжения фазы С.

Например, можно предположить, что величина FB напряжения фазы В составляет 1,0, а именно, $$FB=\sqrt{\mathrm{Re}V{b}^2+\mathrm{Im}V{b}^2}=1$$

.

Следовательно, можно получить:

$$\{\begin{array}{l}k1=\frac{-\frac{\sqrt{3}}{2}+\mathrm{0,5}\cdot \tan ({\phi }_C)}{\tan ({\phi }_A)}\\ k2=\frac{\frac{\sqrt{3}}{2}\cdot \cos {\phi }_B+\mathrm{0,5}\cdot \sin ({\phi }_B)}{\tan ({\phi }_A)}\\ k3=\sin {\phi }_B+\frac{\sqrt{3}}{2}\cdot k2-\mathrm{0,5}\cdot k2\cdot \tan ({\phi }_A)\\ k4=\tan ({\phi }_C)+\frac{\sqrt{3}}{2}-k1\cdot \frac{\sqrt{3}}{2}-\mathrm{0,5}\tan ({\phi }_C)+\mathrm{0,5}\cdot k1\cdot \tan ({\phi }_A).\end{array}$$

Поэтому угол остаточного напряжения может быть вычислен с помощью приведенного выше уравнения (7), а, в свою очередь, направление однофазного замыкания на землю может быть определено с помощью, по меньшей мере, одного из приведенных выше уравнений (1)-(6) в соответствии со своим типом заземления нейтрали в распределительной сети.

Режим 2

Что касается комбинации вышеуказанных Случаев 1-3 в Таблице 1, то есть, в том случае, когда имеется глухое заземление нейтрали в распределительной сети, междуфазные напряжения больше не уравновешиваются. Предполагается также, что однофазное замыкание на землю происходит на фазе А, а величина FB напряжения фазы В является предварительно заданной опорной величиной.

Поскольку углы трех фазных напряжений, включая напряжение фазы А, напряжение фазы В и напряжение фазы С, могут определяться непосредственно, требуется определять величины напряжения фазы А и напряжения фазы С с целью получения угла остаточного напряжения, принимая во внимание, что величина FB напряжения фазы В является предварительно заданной опорной величиной.

На фиг. 5 иллюстрируется блок-схема этапа оценки напряжения фазы А и напряжения фазы С в Режиме 2.

На этапе S510 величина FC напряжения фазы С оценивается на основе величины FB напряжения фазы В.

На этапе S520 оценивается полное сопротивление обратной последовательности в устройстве обнаружения замыкания на землю.

На этапе S530 напряжение фазы А оценивается на основе углов напряжения фазы А, напряжения фазы В и напряжения фазы С, величин напряжения фазы В и напряжения фазы С и на основе расчетного полного сопротивления обратной последовательности в устройстве обнаружения замыкания на землю.

Далее сначала описывается процесс оценки величины напряжения фазы С на этапе S510.

Определим CR как отношение величин напряжения фазы В и напряжения фазы С:

$$CR=\frac{\left|{\dot{V}}_B\right|}{\left|{\dot{V}}_C\right|}=\frac{V_B}{V_C}$$

.

Обнаружено, что составляющая $${\dot{I}}_{f1}$$

тока прямой последовательности и составляющая $${\dot{I}}_{f2}$$

тока обратной последовательности равны составляющей $${\dot{I}}_{f0}$$

тока нулевой последовательности в случае, если в распределительной сети возникает однофазное замыкание на землю, и могут быть выражены следующим образом:

$${\dot{I}}_{f1}={\dot{I}}_{f2}={\dot{I}}_{f0}=\frac{{\dot{V}}_{fa[0]}}{Z_1+Z_2+Z_0+3R_f}=\frac{{\dot{V}}_{fa[0]}}{2Z_1++Z_0+3R_f}$$

,

где $${\dot{V}}_{fa[0]}$$

- напряжение фазы А в месте замыкания перед возникновением замыкания на землю фазы А, Z₁ - эквивалентное полное сопротивление прямой последовательности, Z₂ - эквивалентное полное сопротивление обратной последовательности, приблизительно равное Z₁, Z₀ - эквивалентное полное сопротивление нулевой последовательности, а R_f - сопротивление заземления при замыкании на землю.

Следовательно, компонента $${\dot{V}}_{f1}$$

напряжения прямой последовательности, компонента $${\dot{V}}_{f2}$$

напряжения обратной последовательности и компонента $${\dot{V}}_{f0}$$

напряжения нулевой последовательности, соответственно, принимают следующий вид:

$$\begin{array}{l}{\dot{V}}_{f1}={\dot{V}}_{fa[0]}-Z_1\cdot {\dot{I}}_{f1}\\ {\dot{V}}_{f2}=-Z_1\cdot {\dot{I}}_{f2}\\ {\dot{V}}_{f0}=-Z_0\cdot {\dot{I}}_{f0}\end{array}$$

.

Следовательно, напряжения (напряжения двух неповрежденных фаз) на фазе В и фазе С, на которых не происходит замыкания на землю, соответственно, могут быть выражены следующим образом:

$${\dot{V}}_B={\alpha }^2{\dot{V}}_{f1}+\alpha {\dot{V}}_{f2}+{\dot{V}}_{f0}={\alpha }^2({\dot{V}}_{fa[0]}-Z_1{\dot{I}}_{f1})-\alpha Z_1{\dot{I}}_{f1}-Z_0{\dot{I}}_{f1}={\dot{V}}_{fb[0]}-{\dot{V}}_{fa[0]}\frac{Z_0-Z_1}{2Z_1+Z_0+3R_f}$$

, и

$${\dot{V}}_C=\alpha {\dot{V}}_{f1}+{\alpha }^2{\dot{V}}_{f2}+{\dot{V}}_{f0}={\dot{V}}_{fc[0]}-{\dot{V}}_{fa[0]}\frac{Z_0-Z_1}{2Z_1+Z_0+3R_f}$$

.

Далее, CR можно выразить следующим образом:

$$CR=\left|\frac{{\dot{V}}_{fb[0]}-{\dot{V}}_{fa[0]}\frac{Z_0-Z_1}{2Z_1+Z_0+3R_f}}{{\dot{V}}_{fc[0]}-{\dot{V}}_{fa[0]}\frac{Z_0-Z_1}{2Z_1+Z_0+3R_f}}\right|=f(Z_1,Z_2,R_f)$$

.

Хотя ни один из параметров Z₁, Z₀ и R_f в приведенном выше уравнении не известен, соотношение между величиной CR и отношением величин напряжения фазы В и напряжения фазы С по опыту соответствует графику, изображенному на фиг. 6, то есть, величина CR находится в диапазоне [0,67, 1,05]. В результате в этом случае CR может считаться фиксированной величиной в диапазоне [0,67, 1,05]. Тогда мы можем получить FC=CR×FB.

Например, можно предположить, что величина CR зафиксирована на уровне 1,0, и, следовательно, FC=FB. Кроме того, FC=1 при допущении FB=1.

Далее ниже описывается процесс оценки полного сопротивления обратной последовательности в устройстве обнаружения замыкания на землю на этапе S520.

Исследования показывают, что полное сопротивление Z₂ обратной последовательности определяется самой распределительной сетью и почти не подвержено влиянию шунтирующей емкости, сопротивления заземления при замыкании на землю и типов заземления нейтрали. Следовательно, имеется устойчивое соотношение между током обратной последовательности и напряжением обратной последовательности.

Соотношение между током обратной последовательности и напряжением обратной последовательности зависит от полного сопротивления Z2 контура обратной последовательности позади устройства обнаружения замыкания на землю. Полное сопротивление обратной последовательности вычисляется в трех различных местах устройства обнаружения замыкания на землю: сетевом устройстве, децентрализованных генераторах и нагрузочных устройствах.

Поэтому на этапе S520 сначала необходимо определить точное положение устройства обнаружения замыкания на землю в распределительной сети, в этом случае полное сопротивление обратной последовательности в устройстве обнаружения замыкания на землю различается в соответствии с точным положением устройства обнаружения замыкания на землю.

Как показано на фиг. 7, F1 является замыканием на землю на фазе А, имеются различные устройства с функцией обнаружения замыкания на землю, а именно, такие устройства обнаружения замыкания на землю, как D1, D2 и D3, обычно более двух децентрализованных генераторов соединяются друг с другом в каждой питающей линии распределительной сети, при этом на фиг. 7 показаны лишь два децентрализованных генератора DG, которые представляют собой самый ближний и самый дальний генераторы относительно подстанции (высоковольтного-средневольтного понижающего трансформатора) в распределительной сети соответственно.

Во время замыкания F1 D1 обнаруживает прямое замыкание, при этом полное сопротивление Z₂ обратной последовательности, определяемое D1, определяется внутренним полным сопротивлением сети; D2 обнаруживает обратное замыкание, при этом полное сопротивление Z₂ обратной последовательности, определяемое D2, определяется внутренним полным сопротивлением DG; а D3 обнаруживает обратное замыкание, при этом полное сопротивление Z₂ обратной последовательности, определяемое D1, определяется полным сопротивлением нагрузки.

На фиг. 8 схематически иллюстрируется схема электрических соединений устройства D1 обнаружения замыкания на землю, которое находится вдали от децентрализованного генератора и нагрузок и вместе с тем расположено на стороне среднего напряжения в распределительной сети, и устройства D2 обнаружения замыкания на землю, которое находится вблизи децентрализованного генератора и вместе с тем расположено на стороне среднего напряжения в распределительной сети.

На фиг. 9 схематически иллюстрируется сеть обратной последовательности для устройства D1 обнаружения замыкания на землю, которое находится вдали от децентрализованного генератора и нагрузок и вместе с тем расположено на стороне среднего напряжения в распределительной сети, и устройства D2 обнаружения замыкания на землю, которое находится вблизи децентрализованного генератора и вместе с тем расположено на стороне среднего напряжения в распределительной сети.

Z_2SM является полным сопротивлением источника обратной последовательности на стороне сети, включающим в себя полное сопротивление области (суб)передачи (то есть, полное сопротивление энергосистемы до понижающего трансформатора) и полное сопротивление утечки понижающего трансформатора; Z_2LM является полным сопротивлением обратной последовательности линий или кабелей между понижающим трансформатором и устройством D1; I_2M является током обратной последовательности, измеряемым устройством D1; V_2M является напряжением обратной последовательности, измеряемым устройством D1; V2 является источником напряжения обратной последовательности в месте замыкания; Z_2SN является полным сопротивлением источника обратной последовательности на стороне распределительного генератора, включающим в себя полное сопротивление генератора и полное сопротивление утечки повышающего трансформатора; Z_2LN является полным сопротивлением обратной последовательности линий или кабелей между повышающим трансформатором и устройством D2; I_2N является током обратной последовательности, измеряемым устройством D2; V_2N является напряжением обратной последовательности, измеряемым устройством D2.

1. Устройство D1 обнаружения замыкания на землю

Для устройства D1 обнаружения замыкания на землю процесс оценки полного сопротивления обратной последовательности в устройстве обнаружения замыкания на землю может включать в себя: оценку полного сопротивления энергосистемы на стороне высокого напряжения распределительной сети; оценку полного сопротивления понижающего трансформатора между стороной высокого напряжения и стороной среднего напряжения в распределительной сети; приведение расчетного полного сопротивления энергосистемы и полного сопротивления трансформатора к стороне среднего напряжения для получения полного сопротивления обратной последовательности сети; оценку полного сопротивления обратной последовательности кабеля от понижающего трансформатора до устройства обнаружения замыкания на землю; и суммирование полного сопротивления обратной последовательности сети и полного сопротивления обратной последовательности кабеля.

Для устройства D1 обнаружения замыкания на землю измеряемые им ток обратной последовательности и напряжение обратной последовательности удовлетворяют следующему соотношению:

$${\dot{V}}_{2M}=-{\dot{I}}_{2M}\cdot Z_{2M}=-{\dot{I}}_{2M}\cdot (Z_{2SM}+Z_{2LM})=-{\dot{I}}_{2M}\cdot Z_{2M}$$

.

Как указано выше, Z_2SM включает в себя полное сопротивление области (суб)передачи (то есть, полное сопротивление энергосистемы до понижающего трансформатора) и полное сопротивление утечки понижающего трансформатора, поэтому полное сопротивление на стороне высокого напряжения (HV) может быть вычислено следующим образом:

$$Z_{2SM\_HV}=\frac{{(V_K)}^2}{S_k}+\frac{{(V_N)}^2}{S_N}\times Z_K$$

,

где V_K - напряжение на стороне высокого напряжения в распределительной сети перед понижающим трансформатором; S_k - мощность короткого замыкания стороны высокого напряжения в распределительной сети перед понижающим трансформатором; S_N - номинальная мощность понижающего трансформатора; а Z_K - доля полного сопротивления короткого замыкания понижающего трансформатора.

Кроме того, полное сопротивление на стороне высокого напряжения (HV) может быть сведено к полному сопротивлению на стороне среднего напряжения (MV) следующим образом:

$$Z_{2SMV}=\frac{Z_{2SM\_HV}}{{(V_K/V_N)}^2}$$

,

где V_N - напряжение на стороне среднего напряжения в распределительной сети после понижающего трансформатора.

При допущении, что: напряжение на стороне высокого напряжения в распределительной сети перед понижающим трансформатором составляет 63 кВ, а мощность короткого замыкания составляет 250 МВА, напряжение на стороне среднего напряжения в распределительной сети после понижающего трансформатора составляет 21 кВ, номинальная мощность понижающего трансформатора составляет 63 МВА, а доля полного сопротивления короткого замыкания понижающего трансформатора составляет 16%. Следовательно, полное сопротивление стороны высокого напряжения (HV) и полное сопротивление стороны среднего напряжения (MV) могут быть вычислены следующим образом:

$$Z_{2SM\_HV}=\frac{{(63кВ)}^2}{250МВА}+\frac{{(63кВ)}^2}{63МВА}\times 16\%=\mathrm{25,956}Ом\stackrel{X/R=10}{\to }(\mathrm{2,57}+\mathrm{25,7}j)Ом$$

,и

$$Z_{2SM}=\frac{(\mathrm{2,57}+\mathrm{25,7}j)Ом}{{(63кВ/21кВ)}^2}=(\mathrm{0,29}+\mathrm{2,86}j)Ом$$

,

где X/R представляет собой отношение «реактивное сопротивление/активное сопротивление» и, например, по опыту может выбираться как X/R=10.

Полное сопротивление Z_2LM обратной последовательности линий или кабелей между понижающим трансформатором и устройством D1 может быть вычислено по формуле Z_2LM=z_l2·L, где z_l2 - полное сопротивление обратной последовательности на километр, например, сопротивление 0,2 Ом на километр при индуктивности 0,766 мГн на километр.

Если устройство D1 обнаружения замыкания на землю на стороне сети установлено непосредственно после подстанции, то полное сопротивление обратной последовательности в устройстве D1 обнаружения замыкания на землю может быть вычислено по формуле Z_2M=Z_2SM+Z_2LM=Z_2SM. Если исходить из вышеуказанных допущений, то

$${\varphi }_{Z2M}=a\tan \left(\frac{\mathrm{2,86}}{\mathrm{0,29}}\right)=84°$$

.

С другой стороны, если устройство D1 обнаружения замыкания на землю на стороне сети установлено очень далеко от подстанции, поскольку экономически целесообразное наибольшее расстояние от подстанции до нагрузки обычно не превышает 30 км, для такого устройства D1 обнаружения замыкания на землю на стороне сети, установленного на предельно большом расстоянии, его полное сопротивление обратной последовательности может быть вычислено по формуле:

Z_2M = Z_2SM + Z_2LM = Z_2SM + z_l2·30.

Если исходить из приведенных выше допущений, то

Z_2M=Z_2SM+Z_2LM=Z_2SM+z_l2·30=0,29+2,86j+(0,2+0,24j)×30=(6,29+10,06j) Ом

$${\varphi }_{Z2M}=a\tan \left(\frac{\mathrm{10,06}}{\mathrm{6,29}}\right)=58°$$

.

Среднее значение между указанными выше двумя предельными случаями может быть выбрано в качестве угла полного сопротивления обратной последовательности устройства D1 обнаружения замыкания на землю на стороне сети. Например, угол полного сопротивления обратной последовательности в устройстве обнаружения замыкания на землю может оцениваться как первый предварительно заданный угол, такой как 70°.

2. Устройство D2 обнаружения замыкания на землю

Для устройства D2 обнаружения замыкания на землю его полное сопротивление обратной последовательности также вычисляется на основе эквивалентного графического представления, изображенного на фиг. 9, при этом процесс оценки полного сопротивления обратной последовательности в устройстве D2 обнаружения замыкания на землю может включать в себя: оценку полного сопротивления децентрализованного генератора; оценку полного сопротивления повышающего трансформатора между децентрализованным генератором и стороной среднего напряжения в распределительной сети; приведение расчетного полного сопротивления генератора и полного сопротивления трансформатора к стороне среднего напряжения для получения полного сопротивления обратной последовательности генератора; оценку полного сопротивления обратной последовательности кабеля от повышающего трансформатора до устройства обнаружения замыкания на землю; и суммирование полного сопротивления обратной последовательности генератора и полного сопротивления обратной последовательности кабеля.

Напряжение обратной последовательности и ток обратной последовательности, измеряемые устройством D2 обнаружения замыкания на землю, удовлетворяют следующему соотношению:

$${\dot{V}}_{2N}={\dot{I}}_{2N}\cdot Z_{2N}={\dot{I}}_{2N}\cdot (Z_{2SN}+Z_{2LN})={\dot{I}}_{2N}\cdot Z_{2N}$$

.

Полное сопротивление Z_2N в устройстве D2 обнаружения замыкания на землю может оцениваться аналогичным образом. В частности,

$$Z_{2SN\_DG}=\frac{{(V_{DG})}^2}{S_{DG}}+\frac{{(V_N)}^2}{S_N}\times Z_K$$

,

где V_DG - напряжение децентрализованного генератора; S_DG - мощность короткого замыкания децентрализованного генератора; S_N - номинальная мощность повышающего трансформатора; а Z_K - доля полного сопротивления короткого замыкания повышающего трансформатора.

Кроме того, полное сопротивление децентрализованного генератора может быть сведено к полному сопротивлению стороны среднего напряжения (MV) следующим образом:

$$Z_{2SN}=\frac{Z_{2SN\_DG}}{{(V_{DG}/V_N)}^2}$$

.

Кроме того, полное сопротивление Z_2LN обратной последовательности кабелей между повышающим трансформатором и устройством D2 обнаружения замыкания на землю может быть вычислено аналогично Z_2LM. Далее, угол полного сопротивления Z_2N в устройстве D2 обнаружения замыкания на землю может оцениваться соответствующим образом.

Например, угол полного сопротивления Z_2N обратной последовательности в устройстве D2 обнаружения замыкания на землю может также находиться в диапазоне [58°, 84°]. В соответствии с еще одним примером, угол полного сопротивления Z_2N обратной последовательности в устройстве D2 обнаружения замыкания на землю может оцениваться как второй предварительно заданный угол, например, также 70°.

На фиг. 10 схематически иллюстрируется схема электрических соединений устройства D3 обнаружения замыкания на землю, которое находится вблизи нагрузок и вместе с тем расположено на стороне среднего напряжения в распределительной сети.

На фиг. 11 схематически иллюстрируется эквивалентное графическое представление схемы обратной последовательности устройства D3 обнаружения замыкания на землю, которое находится вблизи нагрузок и вместе с тем расположено на стороне среднего напряжения в распределительной сети.

Z_2LN представляет собой полное сопротивление обратной последовательности кабелей между устройством D3 обнаружения замыкания на землю и нагрузкой; Z_{2_Load} представляет собой полное сопротивление обратной последовательности нагрузки; I_2N представляет собой ток обратной последовательности, измеряемый устройством D3 обнаружения замыкания на землю; а V_2N представляет собой напряжение обратной последовательности, измеряемое устройством D3 обнаружения замыкания на землю.

3. Устройство D3 обнаружения замыкания на землю

Напряжение обратной последовательности и ток обратной последовательности, измеряемые устройством D3 обнаружения замыкания на землю, удовлетворяют следующему соотношению:

$${\dot{V}}_{2N}={\dot{I}}_{2N}\cdot Z_{2N}={\dot{I}}_{2N}\cdot (Z_{2\_Load}+Z_{2LN})$$

.

В случае, если устройство D3 обнаружения замыкания на землю установлено в непосредственной близости от нагрузки, $${\dot{V}}_{2N}={\dot{I}}_{2N}\cdot Z_{2\_Load}$$

.

С другой стороны, в случае, если устройство D3 обнаружения замыкания на землю находится вдали от нагрузки, полное сопротивление обратной последовательности кабелей между устройством D3 обнаружения замыкания на землю и нагрузкой может быть вычислено аналогично приведенному выше.

Кроме того, полное сопротивление обратной последовательности в устройстве D3 обнаружения замыкания на землю может оцениваться в соответствии с номинальным коэффициентом мощности нагрузки. Например, угол полного сопротивления обратной последовательности в устройстве D3 обнаружения замыкания на землю может оцениваться как третий предварительно заданный угол, например, 26°.

Далее описывается оценка напряжения фазы А на этапе S530.

Оценка напряжения фазы А

Напряжения фазы А в устройстве D1 обнаружения замыкания на землю, устройстве D2 обнаружения замыкания на землю и устройстве D3 обнаружения замыкания на землю оцениваются по полным сопротивлениям обратной последовательности, вычисленным выше.

1. Устройство D1 обнаружения замыкания на землю

Как описано выше, напряжение обратной последовательности в D1 может быть выражено в виде:

$${\dot{V}}_{2M}=-{\dot{I}}_{2M}\cdot Z_{2M}$$

. (8)

В связи с этим, угол напряжения обратной последовательности в D1 может быть выражен в виде: φ_V2M=φ_I2M+180°+φ_Z2M.

Ток обратной последовательности в D1 может быть выражен с помощью трех фазных токов:

$${\dot{I}}_{2M}=({\dot{I}}_A+{\alpha }^2\cdot {\dot{I}}_B+\alpha \cdot {\dot{I}}_C)/3.$$

Кроме того, напряжение обратной последовательности в D1 может быть выражено с помощью трех фазных напряжений:

$$3\cdot {\dot{V}}_{2M}={\dot{V}}_A+{\alpha }^2\cdot {\dot{V}}_B+\alpha \cdot {\dot{V}}_C$$

.

Для упрощения выражения допустим, что $${\dot{V}}_{sum}={\alpha }^2\cdot {\dot{V}}_B+\alpha \cdot {\dot{V}}_C$$

.

Поскольку VPIS может выдавать точные углы напряжения фазы А, напряжения фазы В и напряжения фазы С, $${\dot{V}}_{sum}={\alpha }^2\cdot FB\cdot e^{j{\varphi }_B}+\alpha \cdot FC\cdot e^{j{\varphi }_C}$$

.

Угол $${\dot{V}}_{2M}$$

известен, известны также величина и угол $${\dot{V}}_{sum}$$

, поэтому можно получить следующее выражение:

$$\tan (\varphi {}_{V2M})=\frac{\mathrm{Im}Vsum+\mathrm{Im}Va}{\mathrm{Re}Vsum+\mathrm{Re}Va}=\frac{\mathrm{Im}Vsum+\mathrm{Re}Va\cdot \tan ({\varphi }_A)}{\mathrm{Re}Vsum+\mathrm{Re}Va}$$

.

В связи с этим, действительная часть и мнимая часть напряжения $${\dot{V}}_A$$

фазы А могут быть вычислены следующим образом:

$$\mathrm{Re}Va=\frac{-\mathrm{Im}Vsum+\tan (\varphi {}_{V2M})\cdot \mathrm{Re}Vsum}{\tan (\varphi {}_A)-\tan (\varphi {}_{V2M})}$$

, и

ImVa=ReVa·tan(φ_A) соответственно.

На фиг. 12 иллюстрируется величина расчетного напряжения фазы А. На фиг. 12 в направлении $${\dot{V}}_A$$

может быть прочерчено продолжение, начинающееся от конечной точки $${\dot{V}}_{sum}$$

, до тех пор, пока это продолжение не пересечет продолжение $${\dot{V}}_{2M}$$

, при этом длина продолжения, прочерченного в направлении $${\dot{V}}_A$$

, является величиной FA напряжения фазы А.

2. Устройство D2 обнаружения замыкания на землю

Как описано выше, напряжение обратной последовательности в D2 может быть выражено в виде: $${\dot{V}}_{2N}={\dot{I}}_{2N}\cdot Z_{2N}$$

.

В связи с этим, угол напряжения обратной последовательности в D2 может быть выражен в виде: φ_V2N__actual=φ_I2N+φ_Z2N.

Напряжение обратной последовательности, тем не менее, может быть выражено с помощью приведенного выше уравнения (8), поскольку положение замыкания не может быть определено до того, как произойдет замыкание, поэтому угол напряжения обратной последовательности может быть выражен в виде:

φ_V2N__calculated=φ_I2N+φ_Z2N+180°.

Аналогичным образом, ток обратной последовательности в D2 может быть выражен с помощью трех фазных токов:

$${\dot{I}}_{2N}=({\dot{I}}_A+{\alpha }^2\cdot {\dot{I}}_B+\alpha \cdot {\dot{I}}_C)/3.$$

Кроме того, напряжение обратной последовательности в D2 может быть выражено с помощью трех фазных напряжений:

$$3\cdot {\dot{V}}_{2N}={\dot{V}}_A+{\alpha }^2\cdot {\dot{V}}_B+\alpha \cdot {\dot{V}}_C$$

.

Для упрощения выражения допустим, что $${\dot{V}}_{sum}={\alpha }^2\cdot {\dot{V}}_B+\alpha \cdot {\dot{V}}_C$$

.

Аналогичным образом, можно получить следующее выражение:

$$\tan (\varphi {}_{V2N})=\frac{\mathrm{Im}Vsum+\mathrm{Im}Va}{\mathrm{Re}Vsum+\mathrm{Re}Va}=\frac{\mathrm{Im}Vsum+\mathrm{Re}Va\cdot \tan ({\varphi }_A)}{\mathrm{Re}Vsum+\mathrm{Re}Va}$$

.

В связи с этим, действительная часть и мнимая часть напряжения $${\dot{V}}_A$$

фазы А могут быть вычислены следующим образом:

$$\mathrm{Re}Va=\frac{-\mathrm{Im}Vsum+\tan (\varphi {}_{V2N})\cdot \mathrm{Re}Vsum}{\tan (\varphi {}_A)-\tan (\varphi {}_{V2N})}$$

, и

ImVa=ReVa·tan(φ_A) соответственно.

На фиг. 13 иллюстрируется величина расчетного напряжения фазы А. На фиг. 13 в направлении $${\dot{V}}_A$$

может быть прочерчено продолжение, начинающееся от конечной точки $${\dot{V}}_{sum}$$

, до тех пор, пока это продолжение не пересечет продолжение $${\dot{V}}_{2N}$$

, при этом длина продолжения, прочерченного в направлении $${\dot{V}}_A$$

, является величиной FA напряжения фазы А.

3. Устройство D3 обнаружения замыкания на землю

Поскольку угол полного сопротивления обратной последовательности в устройстве D3 обнаружения замыкания на землю обычно определяется коэффициентом мощности системы и, как правило, составляет менее 30°, если по-прежнему используется уравнение (8), расчетный угол -V_2N может составлять около 40°.

Поскольку величина V_2N обычно является небольшой по сравнению с фазным напряжением во время однофазного замыкания на землю, это приводит к тому, что $${\dot{V}}_{sum}$$

и $${\dot{V}}_A$$

сдвинуты по фазе почти на 180°. Поэтому угловой сдвиг 40° приведет лишь к незначительной погрешности в оценке FA.

Следовательно, аналогичным образом можно получить следующее выражение:

$$\tan (\varphi {}_{V2N})=\frac{\mathrm{Im}Vsum+\mathrm{Im}Va}{\mathrm{Re}Vsum+\mathrm{Re}Va}=\frac{\mathrm{Im}Vsum+\mathrm{Re}Va\cdot \tan ({\varphi }_A)}{\mathrm{Re}Vsum+\mathrm{Re}Va}$$

.

В связи с этим, действительная часть и мнимая часть напряжения $${\dot{V}}_A$$

фазы А могут быть вычислены следующим образом:

$$\mathrm{Re}Va=\frac{-\mathrm{Im}Vsum+\tan (\varphi {}_{V2N})\cdot \mathrm{Re}Vsum}{\tan (\varphi {}_A)-\tan (\varphi {}_{V2N})}$$

, и

ImVa=ReVa·tan(φ_A) соответственно.

На фиг. 14 иллюстрируется величина расчетного напряжения фазы А. На фиг. 14 в направлении $${\dot{V}}_A$$

может быть прочерчено продолжение, начинающееся от конечной точки $${\dot{V}}_{sum}$$

, до тех пор, пока это продолжение не пересечет продолжение $${\dot{V}}_{2N}$$

, при этом длина продолжения, прочерченного в направлении $${\dot{V}}_A$$

, является величиной FA напряжения фазы А.

В заключение необходимо отметить, что в Режиме 2 могут использоваться следующие уравнения:

$$\begin{array}{l}\mathrm{Re}Vb=FB\cdot \cos {\varphi }_B,\mathrm{Im}Vb=FB\cdot \sin {\varphi }_B,\\ \mathrm{Re}Vc=CR\cdot FB\cdot \cos {\varphi }_C,\mathrm{Im}Vc=CR\cdot FB\cdot \sin {\varphi }_C,\\ {\dot{V}}_{sum}={\alpha }^2\cdot {\dot{V}}_B+\alpha \cdot {\dot{V}}_C,\\ \mathrm{Re}Va=\frac{-\mathrm{Im}Vsum+\tan ({\varphi }_{V2})\cdot \mathrm{Re}Vsum}{\tan ({\varphi }_A)-\tan ({\varphi }_{V2})},и\\ \mathrm{Im}Va=\mathrm{Re}Va\cdot \tan ({\varphi }_A),\end{array}$$

где $${\varphi }_{V2}={\varphi }_{I2}+180°+{\varphi }_{Z2}.$$

Таким образом, угол остаточного напряжения может быть вычислен следующим образом:

$$\varphi {}_{VR}=a\tan \left(\frac{\mathrm{Im}Va+\mathrm{Im}Vb+\mathrm{Im}Vc}{\mathrm{Re}Va+\mathrm{Re}Vb+\mathrm{Re}Vc}\right)$$

.

После того, как вычислен угол остаточного напряжения, направление однофазного замыкания на землю может быть определено, по меньшей мере, на основе одного из приведенных выше уравнений (1)-(6) в соответствии со своим типом заземления нейтрали в распределительной сети.

На фиг. 15 иллюстрируется устройство для оценки угла напряжения нулевой последовательности при возникновении однофазного замыкания на землю в распределительной сети в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, которое может быть включено в состав устройств D1-D3 обнаружения замыкания на землю.

Устройство для оценки угла напряжения нулевой последовательности в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения включает в себя: детектор угла напряжения фазы А, детектор угла напряжения фазы В и детектор угла напряжения фазы С; и блок оценки угла напряжения нулевой последовательности для оценки угла напряжения нулевой последовательности при возникновении однофазного замыкания на землю в распределительной сети на основе углов соответствующих фазных напряжений, определяемых детектором углов напряжения фазы А, детектором углов напряжения фазы В и детектором углов напряжения фазы С, в соответствии с типом заземления нейтрали распределительной сети.

Как указано выше, блок оценки угла напряжения нулевой последовательности может устанавливать величину напряжения фазы В в качестве предварительно заданной опорной величины; оценивать напряжение фазы А и напряжение фазы С с помощью величины напряжения фазы В и углов напряжения фазы А, напряжения фазы В и напряжения фазы С; и вычислять угол напряжения нулевой последовательности с помощью напряжения фазы В, расчетного напряжения фазы А и расчетного напряжения фазы С.

В случае, если тип заземления нейтрали в распределительной сети представляет собой заземление нейтрали через дугогасящий реактор или изолированное заземление нейтрали, блок оценки угла напряжения нулевой последовательности вычисляет действительные части и мнимые части фазы А, фазы В и фазы С c помощью следующих уравнений:

$$\mathrm{Re}Vb=FB\cdot \cos {\varphi }_B,\mathrm{Im}Vb=FB\cdot \sin {\varphi }_B,$$

$$\begin{array}{l}\mathrm{Re}Vc=\frac{k3}{k4},\mathrm{Im}Vc=\mathrm{Re}Vc\cdot \tan ({\varphi }_C),\\ \mathrm{Re}Va=k1\cdot \mathrm{Re}Vc+k\mathrm{2,}\mathrm{Im}Va=\mathrm{Re}Va\cdot \tan ({\varphi }_A).\end{array}$$

Кроме того, устройство для оценки угла напряжения нулевой последовательности в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения может дополнительно содержать трансформатор тока фазы А, трансформатор тока фазы В и трансформатор тока фазы С.

В случае, если типом заземления нейтрали распределительной сети является глухое заземление нейтрали, блок оценки угла напряжения нулевой последовательности определяет величину FC напряжения фазы С как предварительно заданное кратное величине FB напряжения фазы В, оценивает угол полного сопротивления обратной последовательности в устройстве обнаружения замыкания на землю, и оценивает действительные части и мнимые части напряжения фазы В, напряжения фазы С и напряжения фазы А в соответствии со следующими уравнениями:

$$\begin{array}{l}\mathrm{Re}Vb=FB\cdot \cos {\varphi }_B,\mathrm{Im}Vb=FB\cdot \sin {\varphi }_B,\\ \mathrm{Re}Vc=CR\cdot FB\cdot \cos {\varphi }_C,\mathrm{Im}Vc=CR\cdot FB\cdot \sin {\varphi }_C,\\ {\dot{V}}_{sum}={\alpha }^2\cdot {\dot{V}}_B+\alpha \cdot {\dot{V}}_C,\\ \mathrm{Re}Va=\frac{-\mathrm{Im}Vsum+\tan ({\varphi }_{V2})\cdot \mathrm{Re}Vsum}{\tan ({\varphi }_A)-\tan ({\varphi }_{V2})},и\\ \mathrm{Im}Va=\mathrm{Re}Va\cdot \tan ({\varphi }_A).\end{array}$$

Таким образом, блок оценки угла напряжения нулевой последовательности может вычислять угол остаточного напряжения следующим образом:

$$\varphi {}_{VR}=a\tan \left(\frac{\mathrm{Im}Va+\mathrm{Im}Vb+\mathrm{Im}Vc}{\mathrm{Re}Va+\mathrm{Re}Vb+\mathrm{Re}Vc}\right)$$

.

Предпочтительно устройство обнаружения замыкания на землю дополнительно содержит трансформатор тока нулевой последовательности для непосредственного измерения тока нулевой последовательности в трехфазной распределительной сети, который может устранять разностный ток, вызываемый незначительным рассогласованием между тремя отдельными трансформаторами тока, особенно, в энергосистеме, в которой возникает короткое замыкание на землю с большим сопротивлением или нейтраль не является глухозаземленной. При этом выявление направления короткого замыкания на землю является более точным.

При использовании способа и устройства для оценки угла напряжения нулевой последовательности при возникновении однофазного замыкания на землю в распределительной сети в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения угол напряжения нулевой последовательности может оцениваться на основе углов трех фазных напряжений, выдаваемых существующей системой VPIS, что исключает требования оснащения дорогими трансформаторами напряжения, поэтому обнаружение однофазного замыкания на землю при этом проще и легче, а стоимость устройства обнаружения замыкания на землю снижается.

Необходимо отметить, что для краткости и ясности на отдельных чертежах показаны лишь детали, относящиеся к вариантам осуществления настоящего изобретения, но специалистам должно быть понятно, что устройство и установка, изображенные на чертежах, могут содержать иные необходимые блоки.

Выше приведены лишь конкретные варианты осуществления настоящего изобретения, и объем настоящего изобретения этим не ограничивается. Любой специалист может без труда вносить различные изменения и исправления, при этом предполагается, что все эти изменения и исправления должны быть охвачены прилагаемой формулой изобретения. Следовательно, объем настоящего изобретения должен определяться прилагаемой формулой изобретения.

Claims (16)

1. Способ оценки угла напряжения нулевой последовательности при возникновении однофазного замыкания на землю в распределительной сети, включающий в себя:
определение углов соответствующих фазных напряжений среди трех фазных напряжений;
определение типа заземления нейтрали распределительной сети; и
оценку угла напряжения нулевой последовательности при возникновении однофазного замыкания на землю в распределительной сети с помощью определенных углов соответствующих фазных напряжений в соответствии с типом заземления нейтрали распределительной сети.

2. Способ оценки угла напряжения нулевой последовательности по п. 1, причем, когда однофазное замыкание на землю возникает на фазе А, упомянутая оценка угла напряжения нулевой последовательности с помощью определенных углов соответствующих фазных напряжений включает в себя:
установку величины FB напряжения фазы В в качестве предварительно заданной опорной величины;
оценку напряжения фазы А и напряжения фазы С с помощью величины напряжения фазы В и углов напряжения фазы А, напряжения фазы В и напряжения фазы С; и
вычисление угла напряжения нулевой последовательности с помощью напряжения фазы В, расчетного напряжения фазы А и расчетного напряжения фазы С.

3. Способ оценки угла напряжения нулевой последовательности по п. 2, причем в случае, если типом заземления нейтрали распределительной сети является заземление нейтрали через дугогасящий реактор или изолированное заземление нейтрали, три фазных напряжения удовлетворяют следующим уравнениям:

где ReVa - действительная часть напряжения фазы А, ImVa - мнимая часть напряжения фазы А, ReVb - действительная часть напряжения фазы B, ImVb - мнимая часть напряжения фазы B, ReVc - действительная часть напряжения фазы C, ImVc - мнимая часть напряжения фазы C.

4. Способ оценки угла напряжения нулевой последовательности по п. 3, причем действительная часть и мнимая часть напряжения фазы В представляют собой:

а действительные части и мнимые части напряжения фазы А и напряжения фазы С оцениваются с помощью величины напряжения фазы В, угла напряжения фазы В, угла напряжения фазы А и угла напряжения фазы С:

где φ_А - угол напряжения фазы А, φ_В - угол напряжения фазы В, а φ_С - угол напряжения фазы С.

5. Способ оценки угла напряжения нулевой последовательности по п. 2, причем в случае, если типом заземления нейтрали распределительной сети является глухое заземление нейтрали, упомянутая оценка напряжения фазы А и напряжения фазы С с помощью величины напряжения фазы В, угла напряжения фазы В, угла напряжения фазы А и угла напряжения фазы С включает в себя:
оценку величины FC напряжения фазы С с помощью величины FB напряжения фазы В;
оценку полного сопротивления обратной последовательности в устройстве обнаружения замыкания на землю; и
оценку напряжения фазы А с помощью углов напряжения фазы А, напряжения фазы В и напряжения фазы С, величин напряжения фазы В и напряжения фазы С и с помощью расчетного полного сопротивления обратной последовательности в устройстве обнаружения замыкания на землю.

6. Способ оценки угла напряжения нулевой последовательности по п. 5, причем упомянутая оценка величины напряжения фазы С включает в себя:
оценку соотношения долей величины напряжения фазы В и величины напряжения фазы С; и
вычисление величины напряжения фазы С на основе величины напряжения фазы В и соотношения долей.

7. Способ оценки угла напряжения нулевой последовательности по п. 5, причем упомянутая оценка полного сопротивления обратной последовательности в устройстве обнаружения замыкания на землю включает в себя:
определение точного положения устройства обнаружения замыкания на землю в распределительной сети; и
оценку полного сопротивления обратной последовательности в устройстве обнаружения замыкания на землю разными способами в соответствии с точным положением устройства обнаружения замыкания на землю.

8. Способ оценки угла напряжения нулевой последовательности по п. 7, причем в случае, если устройство обнаружения замыкания на землю находится вдали от децентрализованного генератора и нагрузок и расположено на стороне среднего напряжения в распределительной сети, упомянутая оценка полного сопротивления обратной последовательности в устройстве обнаружения замыкания на землю включает в себя:
оценку полного сопротивления энергосистемы на стороне высокого напряжения распределительной сети;
оценку полного сопротивления понижающего трансформатора между стороной высокого напряжения и стороной среднего напряжения в распределительной сети;
приведение расчетного полного сопротивления энергосистемы и полного сопротивления трансформатора к стороне среднего напряжения для получения полного сопротивления обратной последовательности сети;
оценку полного сопротивления обратной последовательности кабеля от понижающего трансформатора до устройства обнаружения замыкания на землю; и
суммирование полного сопротивления обратной последовательности сети и полного сопротивления обратной последовательности кабеля.

9. Способ оценки угла напряжения нулевой последовательности по п. 7, причем в случае, если устройство обнаружения замыкания на землю находится вблизи децентрализованного генератора и расположено на стороне среднего напряжения в распределительной сети, упомянутая оценка полного сопротивления обратной последовательности в устройстве обнаружения замыкания на землю включает в себя:
оценку полного сопротивления децентрализованного генератора;
оценку полного сопротивления повышающего трансформатора между децентрализованным генератором и стороной среднего напряжения в распределительной сети;
приведение расчетного полного сопротивления генератора и полного сопротивления трансформатора к стороне среднего напряжения для получения полного сопротивления обратной последовательности генератора;
оценку полного сопротивления обратной последовательности кабеля от повышающего трансформатора до устройства обнаружения замыкания на землю; и
суммирование полного сопротивления обратной последовательности генератора и полного сопротивления обратной последовательности кабеля.

10. Способ оценки угла напряжения нулевой последовательности по п. 5, причем упомянутая оценка напряжения фазы А с помощью углов напряжения фазы А, напряжения фазы В и напряжения фазы С, величин напряжения фазы В и напряжения фазы С и с помощью расчетного полного сопротивления обратной последовательности в устройстве обнаружения замыкания на землю включает в себя:
вычисление угла напряжения обратной последовательности с помощью расчетного угла полного сопротивления обратной последовательности в устройстве обнаружения замыкания на землю и угла тока обратной последовательности; и
оценку действительной части и мнимой части напряжения фазы А с помощью углов напряжения фазы А, напряжения фазы В и напряжения фазы С, величин напряжения фазы В и напряжения фазы С и угла напряжения обратной последовательности.

11. Способ оценки угла напряжения нулевой последовательности по п. 10, причем действительная часть и мнимая часть напряжения фазы А представляют собой:

где ReVsum - действительная часть

, ImVsum - мнимая часть

,

,

;
φ_А - угол напряжения фазы А, φ_В - угол напряжения фазы В, а φ_С - угол напряжения фазы С;
φ_V2=φ_I2+180˚+φ_Z2, φ_I2 - угол тока обратной последовательности, φ_Z2 - угол полного сопротивления обратной последовательности, а φ_V2 - угол напряжения обратной последовательности.

12. Устройство для оценки угла напряжения нулевой последовательности при возникновении однофазного замыкания на землю в распределительной сети, включающее в себя:
детектор угла для напряжения фазы А, детектор угла для напряжения фазы В и детектор угла для напряжения фазы С; и
блок оценки угла напряжения нулевой последовательности для оценки угла напряжения нулевой последовательности при возникновении однофазного замыкания на землю в распределительной сети с помощью углов соответствующих фазных напряжений, определяемых детектором угла для напряжения фазы А, детектором угла для напряжения фазы В и детектором угла для напряжения фазы С, в соответствии с типом заземления нейтрали распределительной сети.

13. Устройство для оценки угла напряжения нулевой последовательности по п. 12, причем блок оценки угла напряжения нулевой последовательности устанавливает величину FB напряжения фазы В в качестве предварительно заданной опорной величины, оценивает напряжение фазы А и напряжение фазы С с помощью величины напряжения фазы В и углов напряжения фазы А, напряжения фазы В и напряжения фазы С и вычисляет угол напряжения нулевой последовательности с помощью напряжения фазы В, расчетного напряжения фазы А и расчетного напряжения фазы С.

14. Устройство для оценки угла напряжения нулевой последовательности по п. 13, причем в случае, если тип заземления нейтрали в распределительной сети представляет собой заземление нейтрали через дугогасящий реактор или изолированное заземление нейтрали, блок оценки угла напряжения нулевой последовательности вычисляет действительные части и мнимые части фазы В, фазы С и фазы А c помощью следующих уравнений:

где ReVa - действительная часть напряжения фазы А, ImVa - мнимая часть напряжения фазы А, ReVb - действительная часть напряжения фазы B, ImVb - мнимая часть напряжения фазы B, ReVc - действительная часть напряжения фазы C, ImVc - мнимая часть напряжения фазы C, φ_A - угол напряжения фазы А, φ_В - угол напряжения фазы В, а φ_С - угол напряжения фазы С, и

15. Устройство для оценки угла напряжения нулевой последовательности по п. 13, дополнительно содержащее трансформатор тока фазы А, трансформатор тока фазы В и трансформатор тока фазы С,
причем в случае, если типом заземления нейтрали распределительной сети является глухое заземление нейтрали, блок оценки угла напряжения нулевой последовательности определяет величину FC напряжения фазы С как предварительно заданное кратное величине FB напряжения фазы В, оценивает угол полного сопротивления обратной последовательности в устройстве обнаружения замыкания на землю, вычисляет угол тока обратной последовательности в соответствии с тремя фазными токами, выдаваемыми трансформатором тока фазы А, трансформатором тока фазы В и трансформатором тока фазы С, и оценивает действительную часть и мнимую часть напряжения фазы А в соответствии со следующими уравнениями:

где ReVsum - действительная часть

, ImVsum - мнимая часть

,

,

;
φ_А - угол напряжения фазы А, φ_В - угол напряжения фазы В, а φ_С - угол напряжения фазы С;
φ_V2=φ_I2+180˚+φ_Z2, φ_I2 - угол тока обратной последовательности, φ_Z2 - угол полного сопротивления обратной последовательности, а φ_V2 - угол напряжения обратной последовательности.

16. Устройство для оценки угла напряжения нулевой последовательности по п. 15, причем угол полного сопротивления обратной последовательности в устройстве обнаружения замыкания на землю оценивается как первый предварительно заданный угол в том случае, если устройство обнаружения замыкания на землю находится вдали от децентрализованного генератора и нагрузок и расположено на стороне среднего напряжения в распределительной сети;
угол полного сопротивления обратной последовательности в устройстве обнаружения замыкания на землю оценивается как второй предварительно заданный угол в том случае, если устройство обнаружения замыкания на землю находится вблизи децентрализованного генератора и расположено на стороне среднего напряжения в распределительной сети; и
угол полного сопротивления обратной последовательности в устройстве обнаружения замыкания на землю оценивается как третий предварительно заданный угол в том случае, если устройство обнаружения замыкания на землю находится вблизи нагрузок и расположено на стороне среднего напряжения в распределительной сети.

Images