RU2675623C1 - Устройство защиты от однофазных замыканий на землю в компенсированных электрических сетях среднего напряжения - Google Patents

Устройство защиты от однофазных замыканий на землю в компенсированных электрических сетях среднего напряжения Download PDF

Info

Publication number
RU2675623C1
RU2675623C1 RU2017141907A RU2017141907A RU2675623C1 RU 2675623 C1 RU2675623 C1 RU 2675623C1 RU 2017141907 A RU2017141907 A RU 2017141907A RU 2017141907 A RU2017141907 A RU 2017141907A RU 2675623 C1 RU2675623 C1 RU 2675623C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
zero
current
sequence
Prior art date
Application number
RU2017141907A
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Александрович Шуин
Татьяна Юрьевна Шадрикова
Ольга Александровна Добрягина
Елена Сергеевна Шагурина
Екатерина Андреевна Воробьева
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина" (ИГЭУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина" (ИГЭУ) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина" (ИГЭУ)
Priority to RU2017141907A priority Critical patent/RU2675623C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2675623C1 publication Critical patent/RU2675623C1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/16—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to fault current to earth, frame or mass
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/26—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

Использование: в области электротехники и электроэнергетики. Технический результат: повышение селективности и чувствительности защиты от однофазных замыканий на землю и расширение области применения в компенсированных электрических сетях среднего напряжения. Устройство защиты от однофазных замыканий на землю в компенсированных электрических сетях среднего напряжения содержит датчик тока нулевой последовательности, подключенный к первому полосовому частотному фильтру, измерительный трансформатор напряжения нулевой последовательности, подключенный к второму полосовому частотному фильтру, дифференциатор, первый и второй блоки вычисления среднеквадратичного значения, дополнительно содержит пусковой орган по уровню высших гармоник в токе нулевой последовательности, блок вычисления отношения двух величин, схему сравнения с уставкой, пусковой орган по напряжению нулевой последовательности, логический элемент И. При этом выход первого полосового частотного фильтра подключен к входу первого блока вычисления среднеквадратичного значения, выход которого подключен к входу пускового органа по уровню высших гармоник в токе нулевой последовательности и к первому входу блока вычисления отношения двух величин, выход второго полосового частотного фильтра подключен через дифференциатор к входу второго блока вычисления среднеквадратичного значения, выход которого соединен с вторым входом блока вычисления отношения двух величин, выходом подключенного к входу схемы сравнения с уставкой, выход пускового органа по уровню высших гармоник в токе нулевой последовательности соединен с первым входом логического элемента И, выход схемы сравнения с уставкой соединен с вторым входом логического элемента И, третий вход которого подключен к выходу пускового органа по напряжению нулевой последовательности, вход которого присоединен к выходу измерительного трансформатора напряжения нулевой последовательности. 6 ил.

Description

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано для защиты от однофазных замыканий на землю (далее ОЗЗ) кабельных, воздушных и кабельно-воздушных линий электрических сетей среднего напряжения, работающих с резонансным заземлением нейтрали через дугогасящий реактор (компенсацией емкостных токов ОЗЗ). Задачей изобретения является повышение селективности и чувствительности защиты от ОЗЗ и расширение области ее возможного применения.
В компенсированных сетях для защиты от ОЗЗ наиболее широкое применение получили устройства максимальной токовой защиты абсолютного замера высших гармоник (далее ВГ) в токе нулевой последовательности 3i0 защищаемого присоединения (Кискачи В.М., Назаров Ю.Г. Сигнализация однофазных замыканий на землю в компенсированных кабельных сетях 6-10 кВ / Труды ВНИИЭ. Вып. 16. - М.: Госэнергоиздат. - 1963. - С. 219-251). Указанные устройства защиты выполняются, как правило, на электронной или микроэлектронной базе, например, типа УС3-2/2 (Кискачи В.М., Сурцева С.Е., Горшенина Н.М. и др. Устройства сигнализации замыканий на землю в кабельных сетях 6-10 кВ // Электрические станции. - 1972. - №4. - С. 69-72), а также на микропроцессорной базе в терминалах релейной защиты и автоматики для линий электропередачи среднего напряжения некоторых фирм-производителей, например, SPAC810, REF615 фирмы ABB (http://new.abb.com/medium-voltage/ru/reshenia-dlva-avtomatizatsii-raspred-seti/tsifroviye-rele/upravleniye-i-zaschita-fidera).
Для обеспечения селективности и требуемой чувствительности в условиях нестабильности спектра гармонических составляющих тока ОЗЗ, зависящего от состава комплексной нагрузки центров питания (ЦП) компенсированных сетей и режимов ее работы, данные устройства токовой защиты выполняются реагирующими на сумму ВГ тока 3i0- Известно, что в токе ОЗЗ электрических сетей среднего напряжения преобладают гармоники в диапазоне от 150 Гц до 1-1,5 кГц, которые и рекомендуется использовать для действия токовых защит на основе ВГ (Вайнштейн В.Л. Исследование высших гармоник тока замыкания на землю // Промышленная энергетика. - №1. - 1986. - С. 39-40). Условие применимости (условие селективности при внешних и чувствительности при внутренних ОЗЗ) токовых защит абсолютного замера суммы ВГ в токе 3i0 защищаемого присоединения имеет вид (Винокурова Т.Ю., Шуин В.А., Шагурина Е.С. Применение имитационного моделирования для оценки уровня нестабильности высших гармоник в токе однофазного замыкания на землю в компенсированных кабельных сетях 6-10 кВ // Вестник ИГЭУ. Вып. 6. - Иваново: Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина. - 2014. - С. 31-38):
Figure 00000001
где IC собс*= IC собс/ICΣ - относительное значение собственного емкостного тока защищаемого присоединения; C0 собс = 3ωC0 собсUф.ном - собственный емкостный ток защищаемого присоединения; C0 собс - собственная емкость фазы на землю защищаемого присоединения; Uф.ном - номинальное фазное напряжение сети; ICΣ = 3ωC0ΣUф.ном - суммарный емкостный ток сети; ω - угловая частота рабочего напряжения сети; C0Σ - суммарная емкость фазы сети на землю; Z - параметр, характеризующий степень нестабильности (колебаний) общего уровня ВГ в токе ОЗЗ в защищаемой сети в различных режимах ее работы; Котс=1,3-1,5 - коэффициент отстройки, учитывающий погрешности измерительного органа тока, расчета IС собс и др.; Кч. мин = 1,5 - минимально допустимый коэффициент чувствительности для токовых защит на основе ВГ.
Из (1) можно видеть, что на условие применимости токовых защит абсолютного замера ВГ значительное влияние оказывает нестабильность уровня гармоник в токе ОЗЗ защищаемой сети, характеризуемая параметром Z. По данным, приведенным в известных источниках (Кискачи В.М. Селективность сигнализации замыканий на землю с использованием высших гармоник токов нулевой последовательности // Электричество. - 1967. - №9. - С. 24-30; Винокурова Т.Ю., Шуин В.А., Шагурина Е.С. Применение имитационного моделирования для оценки уровня нестабильности высших гармоник в токе однофазного замыкания на землю в компенсированных кабельных сетях 6-10 кВ // Вестник ИГЭУ. Вып. 6. - Иваново: Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина. - 2014. - С. 31-38), в электрических сетях среднего напряжения параметр Z может достигать значений 4-6 и более. При Z=6, Котс = 1,5, Кч.мин = 1,5 из (1) получим, что применение устройств токовой защиты абсолютного замера ВГ возможно только при условии IC собс*≤1/(1+6⋅1,5⋅1,5)≈0,07.
При указанных ограничениях по величине IC собс* обеспечить селективность и чувствительность токовых защит абсолютного замера ВГ на большинстве присоединений, подключенных к шинам центров питания компенсированных электрических сетей среднего напряжения, нельзя.
Недостатком известных устройств токовой защиты абсолютного замера ВГ является также то, что при всех дуговых прерывистых замыканиях, являющихся основным видом повреждений в компенсированных электрических сетях, действие таких защит требуется блокировать для обеспечения селективности несрабатываний при внешних замыканиях из-за значительного (в несколько раз) возрастания содержания высших гармонических составляющих в токе ОЗЗ. В то же время известно, что при больших расстройках компенсации, возможных в реальных условиях эксплуатации, в компенсированных сетях, как и в сетях с изолированной нейтралью, могут возникать не фиксируемые защитами данного типа дуговые перемежающиеся ОЗЗ (далее ДПОЗЗ), сопровождаемые опасными для всей электрической сети перенапряжениями (Халилов Ф.Х., Евдокунин Г.А., Поляков B.C. и др. Защита сетей 6-35 кВ от перенапряжений / под ред. Ф.Х. Халилова, Г.А. Евдокунина, А.И. Таджибаева. - СПб.: Энергоатомиздат, 2002. - 268 с).
Известно устройство защиты от ОЗЗ на основе контроля проводимости нулевой последовательности защищаемого присоединения в режиме замыкания на землю (Патент РФ 2491563 G01R 31/08. Способ и устройство для определения замыкания на землю // Валроос Ари (FI), Алтонен Янне (FI). - Опубл. 27.08.2013). Устройства указанного типа выпускаются на микропроцессорной базе некоторыми фирмами-производителями (http://www.schneider-electric.ru/ru/product-range/935-sepam-serii-80/?filter=business-6-raspredelenie-elektroenergii-srednego-naprazenia-i-avtomatizacia-elektro-snabzenia&parent-category-id=4600; http://www.mupasz.ru/fileadmin/user_upload/documents/Instrukcje/ mu_2000_sts_rts_ru.pdf; Wahlroos A., Altonen J. “Multifrequency admittance protection”,
Figure 00000002
Elektrotechniczne, 12/2016; J. Lorenc et. al, Admittance criteria for earth fault detection in substation automation systems in Polish distribution power networks, CIRED 1997 Birmingham и др.).
Данное устройство защиты, называемой также адмитансной, измеряет отношение тока
Figure 00000003
защищаемого присоединения и напряжения
Figure 00000004
установившегося режима ОЗЗ
Figure 00000005
где
Figure 00000006
- полная проводимость нулевой последовательности; G0 и В0 - соответственно активная и реактивная составляющие проводимости нулевой последовательности.
При внешних устойчивых ОЗЗ в компенсированной сети проводимость на зажимах защиты
Figure 00000007
определяется собственной проводимостью фаз на землю защищаемого присоединения
Figure 00000008
где С0 сщбс и G0 co6c - соответственно собственные емкость и активная проводимость фазы на землю защищаемого присоединения; со - угловая частота рабочего напряжения сети.
При внутренних ОЗЗ проводимость на зажимах защиты в компенсированной сети с заземлением нейтрали через индуктивность дугогасящего реактора LN определяется взятой с обратным знаком суммой проводимостей нулевой последовательности всех неповрежденных присоединений (проводимостью внешней сети) и индуктивностью LN
Figure 00000009
Из (4) можно видеть, что при возможных в реальных условиях эксплуатации расстройках компенсации (3ωС0∑ ≠ 1/ωLN) может изменяться знак, а также в значительных пределах значение полной проводимости нулевой последовательности на зажимах защиты и ее реактивной составляющей. Потому выполнение селективной (ненаправленной максимальной или направленной) защиты от ОЗЗ в компенсированных сетях в общем случае возможно только на основе контроля активной составляющей проводимости G0. Однако активная составляющая проводимости в компенсированных электрических сетях среднего напряжения, как правило, не превышает нескольких процентов от емкостной проводимости, а ее значение существенно зависит от текущего состояния изоляции защищаемого присоединения и сети в целом. Поскольку обеспечить селективность и высокую устойчивость функционирования при малых уровнях и нестабильности воздействующей величины практически трудно, защиты от ОЗЗ, основанные на контроле активной проводимости нулевой последовательности, получили в компенсированных сетях весьма ограниченное применение.
Известны устройства защиты от ОЗЗ в компенсированных сетях, основанные на использовании искусственно создаваемых при ОЗЗ токов непромышленной частоты (т.н. «наложенных токов»). Практическое применение в компенсированных сетях получили устройства максимальной токовой защиты, основанные на использовании «наложенных токов» с частотой 25 Гц (Патент РФ 2402130 Н02Н 3/16. Устройство для защиты от замыканий на землю в сетях с компенсацией емкостного тока // Вайнштейн Р.А., Шестакова В.В., Юдин СМ., Пашковский С.Н., Панамарев Е.А.. - Опубл. 20.10.2010, Бюл. №29; Патент РФ 2481687 Н02Н 3/16. Устройство защиты от замыкания на землю в сети с компенсированной нейтралью // Головко С.И. (RU). - Опубл. 10.05.2013, Бюл. №13). Основными недостатками указанных устройств защиты от ОЗЗ является необходимость в специальном источнике «наложенного тока», приводящая к усложнению схемы защиты и ее эксплуатации, ограничения области применения по величине относительного собственного емкостного тока защищаемого присоединения IC собс*, трудности обеспечения селективности и устойчивости функционирования при ДПОЗЗ, невозможности селективной фиксации кратковременных самоустраняющихся пробоев изоляции и использования информации о них в целях диагностирования состояния изоляции элементов сети. Потому защиты от ОЗЗ на основе «наложенных токов» получили ограниченное применение в компенсированных сетях.
Наиболее близким аналогом к предполагаемому изобретению (прототипом) является устройство адаптивной защиты от ОЗЗ (Патент РФ 2629375 C1 Н02Н 3/16. Устройство адаптивной защиты от однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов // Шуин В.А., Шадрикова Т.Ю., Добрягина О.А., Шагурина Е.С, Пашковский СН. - Опубл. 29.08.2017), содержащее на каждой линии датчик тока нулевой последовательности, измерительный трансформатор напряжения нулевой последовательности, полосовые частотные фильтры для выделения в компенсированных сетях высших гармонических составляющих в полосе частот от 150 Гц до 1-2 кГц, дифференциатор, первый и второй блоки вычисления среднеквадратичного значения, релейный измерительный орган тока с задаваемой уставкой на срабатывание, модуль автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание, элемент временной задержки на срабатывание, при этом выход датчика тока нулевой последовательности подключен к входу первого из упомянутых полосовых частотных фильтров, выход измерительного трансформатора напряжения нулевой последовательности - к входу второго из упомянутых полосовых частотных фильтров, выход первого полосового частотного фильтра присоединен к входу первого блока вычисления среднеквадратичного значения, выходом подключенного к первому входу релейного измерительного органа тока с задаваемой уставкой на срабатывание, выход второго полосового частотного фильтра через дифференциатор присоединен к входу второго блока вычисления среднеквадратичного значения, выходом подключенного к входу модуля автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание, связанного выходом с вторым входом релейного измерительного органа тока с задаваемой уставкой на срабатывание, выход которого подключен к входу элемента временной задержки на срабатывание.
Условие применимости - селективности при внешних ОЗЗ и чувствительности при внутренних ОЗЗ - устройства адаптивной максимальной токовой защиты на основе ВГ определяется выражением (1), в котором параметр Z, характеризующий нестабильность общего уровня ВГ в токе ОЗЗ, принимается равным 1,
Figure 00000010
т.е. существенно больше, чем упомянутой выше максимальной токовой защиты абсолютного замера ВГ, т.к. не зависит от значения Z.
Недостатком указанного устройства защиты от ОЗЗ является возможность ложных срабатываний от ВГ токов небаланса датчика тока нулевой последовательности в режимах без ОЗЗ, когда напряжение нулевой последовательности в контролируемой сети отсутствует. Ток небаланса на выходе датчика тока нулевой последовательности достигает максимальных значений в режимах пуска или самозапуска электродвигателей нагрузки или при внешних коротких замыканиях за трансформаторами приемных подстанций, питаемых от защищаемой линии. Для обеспечения несрабатываний адаптивной токовой защиты в указанных режимах без ОЗЗ минимальная уставка по току срабатывания должна обеспечивать отстройку от максимальных токов небаланса, что ограничивает ее чувствительность в режимах, характеризуемых минимальным уровнем ВГ в токе ОЗЗ и при замыканиях через переходное сопротивление.
Таким образом, известные устройства защиты от ОЗЗ в электрических сетях среднего напряжения, работающих с компенсацией емкостных токов, не всегда обеспечивают селективность и требуемую чувствительность и имеют ограничения на область возможного применения.
Технический результат, на достижение которого направлено предполагаемое изобретение, заключается в повышении селективности и чувствительности защиты от ОЗЗ и расширении области ее возможного применения в компенсированных электрических сетях среднего напряжения.
Технический результат достигается тем, что устройство защиты от однофазных замыканий на землю в компенсированных электрических сетях среднего напряжения, содержащее датчик тока нулевой последовательности подключенный к первому полосовому частотному фильтру, измерительный трансформатор напряжения нулевой последовательности, подключенный к второму полосовому частотному фильтру, дифференциатор, первый и второй блоки вычисления среднеквадратичного значения, дополнительно содержит пусковой орган по уровню высших гармоник в токе нулевой последовательности, блок вычисления отношения двух величин, схему сравнения с уставкой, пусковой орган по напряжению нулевой последовательности, логический элемент И, при этом выход первого полосового частотного фильтра подключен к входу первого блока вычисления среднеквадратичного значения, выход которого подключен к входу пускового органа по уровню высших гармоник в токе нулевой последовательности и к первому входу блока вычисления отношения двух величин, выход второго полосового частотного фильтра подключен через дифференциатор к входу второго блока вычисления среднеквадратичного значения, выход которого соединен со вторым входом блока вычисления отношения двух величин, выходом подключенного к входу схемы сравнения с уставкой, выход пускового органа по уровню высших гармоник в токе нулевой последовательности соединен с первым входом логического элемента И, выход схемы сравнения с уставкой соединен со вторым входом логического элемента И, третий вход которого подключен к выходу пускового органа по напряжению нулевой последовательности, вход которого присоединен к выходу измерительного трансформатора напряжения нулевой последовательности.
Заявляемое устройство решает задачу повышения технического совершенства защиты от ОЗЗ - селективности и чувствительности как при устойчивых, так и при дуговых замыканиях и расширения области возможного применения в электрических сетях с компенсацией емкостных токов.
Сущность предполагаемого изобретения поясняется рисунками, приведенными на фиг. 1-3.
На фиг. 1 приведена схема компенсированной электрической сети среднего напряжения для пояснения принципа действия предлагаемого изобретения, где приняты следующие обозначения:
LN - индуктивность дугогасящего реактора;
Figure 00000011
- внешнее ОЗЗ (вне защищаемой зоны);
Figure 00000012
- внутреннее ОЗЗ (в защищаемой зоне).
На фиг. 2 представлена схема предлагаемого устройства защиты от ОЗЗ компенсированных электрических сетей среднего напряжения, где приняты следующие обозначения:
1 - датчик тока нулевой последовательности;
2 - измерительный трансформатор напряжения нулевой последовательности;
3 - первый полосовой частотный фильтр;
4 - второй полосовой частотный фильтр;
5 - дифференциатор;
6 - первый блок вычисления среднеквадратичного значения;
7 - второй блок вычисления среднеквадратичного значения;
8 - пусковой орган по уровню ВГ в токе нулевой последовательности;
9 - блок вычисления отношения двух величин;
10 - схема сравнения с уставкой;
11 - пусковой орган по напряжению нулевой последовательности;
12 - логический элемент И.
На фиг. 3 и 4 приведены осциллограммы, иллюстрирующие работу предлагаемого устройства защиты при внутреннем (фиг. 3) и внешнем (фиг. 4) дуговом перемежающемся ОЗЗ, переходящем в устойчивое, в компенсированной сети, где u1 … u12 - сигналы на выходах блоков 1 … 12 (фиг. 2) соответственно.
Сущность предполагаемого изобретения заключается в следующем.
В электрических сетях, работающих с заземлением нейтрали через дугогасящий реактор (LN, фиг. 1), для выполнения селективной защиты от ОЗЗ, как правило, используют ВГ тока нулевой последовательности 3i0, которые не компенсируются дугогасящим реактором.
В таких сетях для высших гармонических составляющих тока 3i0 в защищаемом присоединении и высших гармонических составляющих напряжения нулевой последовательности 3u0 при внешних ОЗЗ (т.
Figure 00000013
, фиг. 1) в диапазоне частот до 1,5-2 кГц (Кискачи В.М. Селективность сигнализации замыканий на землю с использованием высших гармоник токов нулевой последовательности // Электричество. - 1967. - №9. - С. 24-30; Шадрикова Т.Ю. Разработка комплексной многофункциональной защиты от однофазных замыканий на землю кабельных сетей 6-10 кВ: дис … канд. техн. наук: защищена 13.05.2016: утв. 25.07.2016 / Шадрикова Татьяна Юрьевна. - Иваново, 2016. - 204 с.) справедливо соотношение
Figure 00000014
где С0 собс - собственная емкость фазы на землю защищаемого присоединения.
Из (6) следует, что при внешних ОЗЗ для среднеквадратичных значений ВГ тока нулевой последовательности в неповрежденном присоединении 3I0 ВГ неп и производной напряжения нулевой последовательности
Figure 00000015
справедливо соотношение
Figure 00000016
При внутреннем ОЗЗ (т.
Figure 00000017
, фиг. 1) с учетом тока iL в дугогасящем реакторе LN, протекающего только через место повреждения и в поврежденном присоединении, высшие гармонические составляющие в токе 3i0 защищаемого присоединения связаны с высшими гармоническими составляющими напряжения u0 уравнением
Figure 00000018
В диапазоне частот до 1,-2 кГц для всех частотных составляющих индуктивный ток iL ВГ противоположен по фазе емкостному току iС ВГ и уменьшает значение тока 3iо ВГ пов в поврежденном присоединении. Соотношение емкостной и индуктивной составляющих в токе 3iо ВГ пов для составляющей с частотой νω (ν - номер гармоники, ω - основная частота рабочего напряжения сети) определяется соотношением индуктивного сопротивления дугогасящего реактора XνL - νωLN и емкостного сопротивления внешней сети XνC = 1/[3νω(C0∑ - С0 собс)], которое увеличивается пропорционально квадрату номера гармоники ν2. В защитах от ОЗЗ на основе ВГ, как правило, используются высшие гармонические составляющие с частотой от 150 Гц (ν2=9) до 1,5-2 кГц (ν2=900-1600). При таких значениях ν2 и соответствующих им соотношениях между индуктивным сопротивлением XνL дугогасящего реактора и емкостным сопротивлением внешней сети XνC индуктивная составляющая iL ВГ не превышает нескольких процентов от емкостной составляющей iC ВГ и ее влиянием на значение тока 3iо ВГ пов в (8) можно пренебречь.
С учетом изложенного из (8) получим, что для среднеквадратичных значений ВГ тока нулевой последовательности в поврежденном присоединении 3I0 ВГ пов овгпов и производной напряжения нулевой последовательности
Figure 00000019
справедливо соотношение
Figure 00000020
Из (7) и (9) следует, что на основе замера соотношений среднеквадратичных значений ВГ тока нулевой последовательности 3I0 ВГ и производной напряжения нулевой последовательности
Figure 00000019
можно выполнить селективную максимальную защиту от ОЗЗ. Для обеспечения селективности несрабатываний при внешних замыканиях на землю предлагаемой максимальной защиты, реагирующей на отношение
Figure 00000021
, уставка срабатывания должна выбираться из условия отстройки от собственной емкости фаз на землю защищаемого присоединения
Figure 00000022
где Котс - коэффициент отстройки, учитывающий погрешности датчика тока нулевой последовательности, измерительного трансформатора напряжения нулевой последовательности, измерительного органа защиты, расчета 3С0 собс и др.
Условие чувствительности при внутренних ОЗЗ максимальной защиты, основанной на замере отношения
Figure 00000023
Figure 00000024
где Кч.мин - минимальный коэффициент чувствительности, принимаемый для защиты на основе ВГ порядка 1,5.
Из (11) можно получить условие применимости - селективности и чувствительности максимальной защиты, основанной на контроле отношения
Figure 00000025
Figure 00000026
т.е. имеет такой же вид, что и условие применимости адаптивной максимальной токовой защиты на основе ВГ (5).
Из (12) при Котс = = 1,5 и Кч.мин = 1,5 для предлагаемой защиты получим IС собс*.≤ 1/(1+1,5⋅1,5,)≈0,31. Доля присоединений на ЦП компенсированных сетей среднего напряжения, для которых выполняется условие IС собс*.≤ 0,31, составляет до 90 и более процентов, для распределительных и трансформаторных подстанций (РП и ТП) - практически равна 100% (Шуин В.А., Добрягина О.А., Шагурина Е.С. Влияние переходных процессов при замыканиях на землю в электроустановках среднего напряжения на функционирование защит от замыканий на землю на основе высших гармоник // Релейная защита и автоматизация. - 2012, №2. - С. 26-30). В предлагаемой защите в отличие от адаптивной токовой защиты на основе ВГ отстройка от ВГ токов небаланса датчика тока нулевой последовательности в режимах без ОЗЗ, когда напряжение нулевой последовательности в контролируемой сети отсутствует, осуществляется с помощью введенного пускового органа напряжения нулевой последовательности, что позволяет увеличить чувствительность в режимах, характеризуемых минимальным уровнем ВГ в токе ОЗЗ и при замыканиях через переходное сопротивление. Применение дополнительно к пуску по напряжению нулевой последовательности также пуска по уровню ВГ в токе нулевой последовательности обеспечивает быстрый возврат защиты в исходное состояние после отключения ОЗЗ, исключая возможность ложных срабатываний защиты на неповрежденных присоединениях от переходных процессов, связанных со стеканием с емкостей фаз дополнительного заряда и возвратом сети в нормальное состояние.
В отличие от упомянутой выше адмитансной защиты, реагирующей на отношение тока нулевой последовательности к напряжению нулевой последовательности Y0=3I0/U0, воздействующей величиной в предлагаемой защите является отношение
Figure 00000027
, которое в диапазоне частот до 1,5-2 кГц определяется только значениями емкостей фаз на землю защищаемого присоединений сети и не зависит от частоты переходных токов, обеспечивая высокую устойчивость функционирования, как в установившихся, так и в переходных режимах ОЗЗ.
Предлагаемое устройство защиты от однофазных замыканий на землю в компенсированных электрических сетях среднего напряжения (фиг. 2) содержит датчик тока нулевой последовательности 1 подключенный к первому полосовому частотному фильтру 3, измерительный трансформатор напряжения нулевой последовательности 2 подключенный ко второму полосовому частотному фильтру 4. Выход первого полосового частотного фильтра 3 подключен к входу первого блока вычисления среднеквадратичного значения 6, выход которого подключен к входу пускового органа по уровню высших гармоник в токе нулевой последовательности 8 и к первому входу блока вычисления отношения двух величин 9. Выход второго полосового частотного фильтра 4 подключен через дифференциатор 5 к входу второго блока вычисления среднеквадратичного значения 7, выход которого соединен со вторым входом блока вычисления отношения двух величин 9. Выход блока вычисления отношения двух величин 9 подключен к входу схемы сравнения с уставкой 10. Выход пускового органа по уровню высших гармоник в токе нулевой последовательности 8 соединен с первым входом логического элемента И 12. Выход схемы сравнения с уставкой 10 соединен с вторым входом логического элемента И 12. Третий вход логического элемента И 12 подключен к выходу пускового органа по напряжению нулевой последовательности 11, вход которого присоединен к выходу измерительного трансформатора напряжения нулевой последовательности 2.
Предлагаемое устройство защиты работает следующим образом.
При возникновении ОЗЗ в компенсированной сети в поврежденном и неповрежденных присоединениях появляются токи нулевой последовательности 3i0, а в электрической сети - напряжение нулевой последовательности 3u0. С выхода датчика тока нулевой последовательности 1 ток 3i0 подается на вход первого полосового частотного фильтра 3, обеспечивающего подавление составляющей основной частоты и выделение высших гармонических составляющих тока 3i0 в полосе частот до 1,5-2 кГц. С выхода измерительного трансформатора напряжения нулевой последовательности 2 напряжение 3u0 подается на вход второго полосового частотного фильтра 4, обеспечивающего подавление составляющей основной частоты и выделение высших гармонических составляющих напряжения нулевой последовательности в полосе частот до 1,5-2 кГц, и на вход пускового органа по напряжению нулевой последовательности 11. Выходной сигнал первого полосового частотного фильтра 3 подается на вход первого блока вычисления среднеквадратичного значения 6. Выходной сигнал второго полосового частотного фильтра 4 через дифференциатор 5 подается на вход второго блока вычисления среднеквадратичного значения 7. Выходной сигнал 31овг первого блока вычисления среднеквадратичного значения 6 подается на вход пускового органа по уровню ВГ в токе нулевой последовательности 8 и первый вход блока вычисления отношения двух величин 9. Выходной сигнал
Figure 00000028
второго блока вычисления среднеквадратичного значения 7 подается на второй вход блока вычисления отношения двух величин 9. Полученное на выходе блока вычисления отношения двух величин 9 значение воздействующей величины
Figure 00000029
в схеме сравнения с уставкой 10 сравнивается с заданной уставкой срабатывания С0 уст, выбираемой из условия отстройки от внешних ОЗЗ по выражению (10). Если значение выходной величины блока вычисления отношения двух величин 9
Figure 00000029
больше заданной уставки срабатывания, на выходе схемы сравнения с уставкой 10 появляется логический сигнал "1", если значение выходной величины блока вычисления отношения двух величин 9
Figure 00000030
меньше заданной уставки, логический сигнал на выходе схемы сравнения с уставкой 10 равен "0". При срабатывании пускового органа по уровню ВГ в токе нулевой последовательности 8 и пускового органа по напряжению нулевой последовательности 11 на их выходах появляется логический сигнал "1".
При внутренних ОЗЗ в компенсированной сети замер защиты - сигнал на выходе блока вычисления отношения двух величин 9 в соответствии с (9) и в установившемся режиме ОЗЗ, и в переходных режимах при дуговых замыканиях на землю имеет значение, равное 3(С0 ∑ - С0 собс). Если замер защиты превышает заданную уставку срабатывания С0 уст (т.е. обеспечивается требуемая чувствительность), на выходе схемы сравнения с уставкой 10 появляется логический сигнал "1" и при условии срабатывания пускового органа 8 по уровню высших гармоник в токе 3i0 и пускового органа по напряжению нулевой последовательности появляется также сигнал "1" на выходе логического элемента И 12, являющийся сигналом срабатывания защиты.
Осциллограммы на фиг. 3, а и 6 иллюстрируют работу основных функциональных блоков и элементов схемы устройства защиты в переходных и установившемся режимах внутреннего дугового прерывистого ОЗЗ, переходящего в устойчивое замыкание.
При внешних ОЗЗ замер защиты - сигнал на выходе блока вычисления отношения двух величин 9 - в соответствии с (7) как в установившемся режиме ОЗЗ, так и в переходных режимах при дуговых замыканиях на землю имеет значение, равное 3С0 собс, что меньше уставки срабатывания С0 уст. Сигнал на выходе схемы сравнения с уставкой 10 равен "0", при этом равен "0" и сигнал на выходе элемента логического элемента И 12 независимо от срабатывания или несрабатывания пускового органа по уровню ВГ в токе нулевой последовательности 8 и пускового органа по напряжения нулевой последовательности 11, т.е. защита не срабатывает.
Осциллограммы на фиг. 4, а и 6 иллюстрируют работу основных функциональных блоков и элементов схемы устройства защиты переходных и установившемся режимах внешнего дугового прерывистого ОЗЗ, переходящего в устойчивое замыкание.
В режимах без ОЗЗ несрабатывания защиты от токов небаланса датчика тока нулевой последовательности обеспечиваются с помощью пускового органа по напряжению нулевой последовательности 11. Применение пуска по уровню ВГ в токе нулевой последовательности обеспечивает быстрый возврат защиты в исходное состояние после отключения ОЗЗ, исключая возможность ложных срабатываний защиты от переходных процессов, связанных возвратом сети в нормальное состояние.

Claims (1)

  1. Устройство защиты от однофазных замыканий на землю в компенсированных электрических сетях среднего напряжения, содержащее датчик тока нулевой последовательности, подключенный к первому полосовому частотному фильтру, измерительный трансформатор напряжения нулевой последовательности, подключенный к второму полосовому частотному фильтру, дифференциатор, первый и второй блоки вычисления среднеквадратичного значения, отличающееся тем, что дополнительно содержит пусковой орган по уровню высших гармоник в токе нулевой последовательности, блок вычисления отношения двух величин, схему сравнения с уставкой, пусковой орган по напряжению нулевой последовательности, логический элемент И, при этом выход первого полосового частотного фильтра подключен к входу первого блока вычисления среднеквадратичного значения, выход которого подключен к входу пускового органа по уровню высших гармоник в токе нулевой последовательности и к первому входу блока вычисления отношения двух величин, выход второго полосового частотного фильтра подключен через дифференциатор к входу второго блока вычисления среднеквадратичного значения, выход которого соединен с вторым входом блока вычисления отношения двух величин, выходом подключенного к входу схемы сравнения с уставкой, выход пускового органа по уровню высших гармоник в токе нулевой последовательности соединен с первым входом логического элемента И, выход схемы сравнения с уставкой соединен со вторым входом логического элемента И, третий вход которого подключен к выходу пускового органа по напряжению нулевой последовательности, вход которого присоединен к выходу измерительного трансформатора напряжения нулевой последовательности.
RU2017141907A 2017-11-30 2017-11-30 Устройство защиты от однофазных замыканий на землю в компенсированных электрических сетях среднего напряжения RU2675623C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017141907A RU2675623C1 (ru) 2017-11-30 2017-11-30 Устройство защиты от однофазных замыканий на землю в компенсированных электрических сетях среднего напряжения

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017141907A RU2675623C1 (ru) 2017-11-30 2017-11-30 Устройство защиты от однофазных замыканий на землю в компенсированных электрических сетях среднего напряжения

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2675623C1 true RU2675623C1 (ru) 2018-12-21

Family

ID=64753562

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017141907A RU2675623C1 (ru) 2017-11-30 2017-11-30 Устройство защиты от однофазных замыканий на землю в компенсированных электрических сетях среднего напряжения

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2675623C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110912103A (zh) * 2019-12-02 2020-03-24 国网湖南省电力有限公司 配电网单相接地故障导纳补偿电压消弧方法及装置
RU203458U1 (ru) * 2021-01-11 2021-04-06 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина" (ИГЭУ) Устройство адаптивной токовой защиты от однофазных замыканий на землю

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4566053A (en) * 1984-07-10 1986-01-21 Westinghouse Electric Corp. Ground-fault protective relay
RU2402130C1 (ru) * 2009-07-27 2010-10-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический университет" Устройство для защиты от замыканий на землю в сетях с компенсацией емкостного тока
RU2629375C1 (ru) * 2016-08-17 2017-08-29 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ЭКРА" Устройство адаптивной защиты от однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4566053A (en) * 1984-07-10 1986-01-21 Westinghouse Electric Corp. Ground-fault protective relay
RU2402130C1 (ru) * 2009-07-27 2010-10-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический университет" Устройство для защиты от замыканий на землю в сетях с компенсацией емкостного тока
RU2629375C1 (ru) * 2016-08-17 2017-08-29 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ЭКРА" Устройство адаптивной защиты от однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110912103A (zh) * 2019-12-02 2020-03-24 国网湖南省电力有限公司 配电网单相接地故障导纳补偿电压消弧方法及装置
CN110912103B (zh) * 2019-12-02 2022-03-01 国网湖南省电力有限公司 配电网单相接地故障导纳补偿电压消弧方法及装置
RU203458U1 (ru) * 2021-01-11 2021-04-06 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина" (ИГЭУ) Устройство адаптивной токовой защиты от однофазных замыканий на землю

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Brunello et al. Shunt capacitor bank fundamentals and protection
Haleem et al. Local measurement based ultra-fast directional ROCOV scheme for protecting Bi-pole HVDC grids with a metallic return conductor
RU2629375C1 (ru) Устройство адаптивной защиты от однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов
WO2012171694A1 (en) A method for detecting earth faults
US20150124358A1 (en) Feeder power source providing open feeder detection for a network protector by shifted neutral
Ohrstrom et al. Fast protection of strong power systems with fault current limiters and PLL-aided fault detection
RU2675623C1 (ru) Устройство защиты от однофазных замыканий на землю в компенсированных электрических сетях среднего напряжения
Santiago et al. Analysis of half-wavelength transmission line under critical balanced faults: Voltage response and overvoltage mitigation procedure
Bishop et al. A primer on capacitor bank protection
Torres-García et al. Ferroresonance Modeling and Analysis in Underground Distribution Feeders
Pattanapakdee et al. Failure of riser pole arrester due to station service transformer ferroresonance
Solak et al. Modeling of Ferroresonance Phenomena in MV Networks
Soldatov et al. Informational fundamentals of the multiparameter differential protection of busbar generators against single line-to-ground faults
RU2629374C1 (ru) Способ защиты от однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью и устройство для его осуществления
Kuznetsov et al. The resonant overvoltage in non-sinusoidal mode of main electric network
RU2672663C1 (ru) Способ защиты от однофазных замыканий на землю в электрических сетях среднего напряжения
Shuin et al. Complex of technical solutions for protection and selective signaling of single-phase earth faults in 6-10 kV distribution cable networks
Shuin et al. Universal earth fault protection of compensated and uncompensated cable networks of medium voltage
Al-Nujaimi et al. Digital signal processing effect on power system overcurrent protection relay behavior and operation time
RU203458U1 (ru) Устройство адаптивной токовой защиты от однофазных замыканий на землю
Blánquez et al. Consideration of multi-phase criterion in the differential protection algorithm for high-impedance grounded synchronous generators
Kozhemyakin et al. Single-Phase Short Circuit Determining Algorithm at Hydroelectric Power Plant Auxiliaries Network
RU2629373C1 (ru) Устройство защиты от однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью
Liu et al. A novel protection scheme for inverter-dominated microgrid
Shuin et al. Method to Increase Dynamic Stability of Adaptive Current Protection Against Earth Faults in 6–10 kV Cable Networks

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190605

Effective date: 20190605