RU2739824C1

RU2739824C1 - Безопасный операционный способ снижения активного напряжения фазы замыкания на землю выключенной системы заземления

Info

Publication number: RU2739824C1
Application number: RU2019136388A
Authority: RU
Inventors: Ксянгджун ЖЕНГ
Original assignee: Чанша Юниверсити Оф Сайенс Энд Текнолоджи
Priority date: 2017-07-06
Filing date: 2018-07-04
Publication date: 2020-12-28
Also published as: EP3605768A4; EP3605768A1; US10892616B2; AU2018295936A1; CN107147096A; US20200083702A1; AU2018295936B2; CN107147096B; EP3605768B1; WO2019007348A1

Abstract

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат – обеспечение возможности устранения мгновенного однофазного замыкания на землю, гашение длительного тока однофазного замыкания на землю, ограничение растущей амплитуды напряжения фазы без замыкания и риска пробоя изоляции этой фазы, снижение рисков для безопасности людей и оборудования, эффективное предотвращение аварий при перебоях электроснабжения и усовершенствование надежности и безопасности электроснабжения. Согласно способу обмотки трансформатора со стороны системы неэффективного заземления оснащены несколькими шунтирующими ступенями; при возникновении однофазного замыкания на землю выбирается шунтирующая ступень обмотки фазы возникновения замыкания для замыкания накоротко непосредственно на землю или через полное сопротивление для снижения напряжения фазы возникновения замыкания с целью обеспечения значения напряжения в точке замыкания ниже напряжения электротермотренировки дуги заземления для соответствия требованиям долгосрочной непрерывной безопасной эксплуатации. 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Область техники изобретения

Настоящее изобретение относится к области техники гашения замыкания на землю силовых систем, в частности, к способу безопасной обработки для снижения активного напряжения фазы возникновения замыкания на землю системы заземления, вышедшей из строя.

Предшествующий уровень техники

В генераторных установках местного и зарубежного производства, а также в распределительных сетях, как правило, используются способы неэффективного заземления нейтральной точки; система неэффективного заземления используется более чем в 95% электрических сетей 6 кВ и с более высоким уровнем напряжения в Китае. Около 70% перебоев в электроснабжении вызваны замыканием системы. Ежегодные потери в результате перебоев в электроснабжении достигают сотни миллиардов китайских юаней. Система неэффективного заземления отличается от системы передачи мощности, а сопротивление в месте замыкания на землю составляет десятки килоом, что сложно определить и предотвратить. Длительная эксплуатация в условиях возникновения замыканий ставит под угрозу личную безопасность и безопасность оборудования, а также приводит к серьезным социальным издержкам и экономическим потерям. При замыкании на землю существует предрасположенность поражений электрическим током и количество смертей за год достигает тысяч случаев, находясь на втором месте после дорожных аварий. При замыканиях на землю существует предрасположенность к дуговым перенапряжениям, что приводит к прекращению работы оборудования и даже к авариям с «распространением пожара». Невозможно вовремя устранить замыкания на землю установок большого размера. Токи дугового разряда легко приводят к перегоранию железных сердечников и обмоток, в результате чего происходит распространение аварии, в том числе, с летальным исходом. Аварийное отключение, вызванное замыканием на землю, приводит к перебоям в электроснабжении, что снижает надежность электроснабжения и оказывает прямое негативное воздействие на промышленное производство и уровень жизни населения. Безопасная эксплуатация при замыкании на землю системы неэффективного заземления является критичным для защиты сети и даже национальной безопасности.

Известные режимы обработки замыкания на землю и эксплуатации системы неэффективного заземления в основном включают гашение замыкания и его устранение.

Гашение замыкания на землю в основном реализуется в системе неэффективного заземления посредством повторного формирования или контроля режима заземления нейтральной точки первичной системы электрической сети, регулируя полное сопротивление заземления нейтральной точки и подавляя напряжение и ток точки замыкания, но только в течение 1-2 часов из-за подверженности к перенапряжению и наличия рисков для безопасности.

Устранение замыкания на землю в основном заключается в выборе линии с замыканием и отключении точки замыкания в максимально короткий срок после возникновения замыкания на землю в системе, чтобы обеспечить безопасную эксплуатацию системы. Например, от известного ручного «пробного аварийного отключения» от лини к линии до выбора линии с использованием устройства выбора линии с замыканием и индикатора замыканий, а затем к быстрой изоляции замыкания с помощью технологии автоматики питающих линий; вся технология устранения замыканий ведет к длительному времени перебоев в электроснабжении, высоким капитальным затратам и значительному снижению надежности электроснабжения системы распределения электропитания.

С этой целью, методы гашения активной дуги для тока и напряжения в точках замыкания изучались внутри страны и за ее пределами. Например, в статье «Дутогасительная катушка с полной компенсацией. Технология и применение», опубликованной корпорацией Swedish Neutral в 2015 г, где раскрывался метод гашения дуги активного тока: При возникновении замыкания на землю остаточный ток заземления принимается как объект управления; ток вводится в нейтральную точку через компенсатор остаточного тока для компенсации полного тока замыкания на землю (включая остаточный ток реактивного элемента и остаточный ток активного элемента); напряжение точки замыкания одновременно снижается до нуля, тем самым достигая цели полной компенсации тока замыкания на землю. Данный способ сложно применить на практике из-за того, что остаточный ток замыкания нельзя измерить напрямую и элемент активного тока нулевой последовательности на линии трудно измерить точно.

Автор изобретения предложил способ защиты и гашения дуги замыкания на землю распределительной сети (заявка на патент №201110006701.2) в 2011 году, в котором определенный ток вводится в распределительную сеть для принудительного снижения напряжения фазы возникновения замыкания и тока замыкания на землю до нуля, тем самым получая 100% гашения дуги текущих замыканий и быструю изоляцию постоянных замыканий, а также решая технические проблемы ненадлежащего эффекта гашения дуги по текущему методу и низкой надежности известного метода защиты. Тем не менее, метод может привести к увеличению напряжения фазы без замыкания в

раза, а длительная эксплуатация представляет угрозу для электрической изоляции и приводит к пробою мест со слабой изоляцией фазы без замыкания, что в дальнейшем перерастает в межфазное короткое замыкание, оказывая негативное воздействие на надежность электроснабжения.

Кратко говоря, на предыдущем уровне техники невозможно сбалансировать надежность электроснабжения и безопасности системы неэффективного заземления.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Чтобы устранить вышеуказанные недостатки предыдущего уровня техники и эффективно решить проблему, заключающуюся в том, что на предыдущем уровне техники невозможно обеспечить баланс надежного электроснабжения и безопасности, настоящее изобретение предусматривает способ безопасной обработки для снижения активного напряжения фазы возникновения замыкания на землю системы неэффективного заземления, по которому напряжение фазы возникновения заземления снижается для достижения цели продолжительной, безопасной и стабильной эксплуатации системы. Цель настоящего изобретения может быть реализована за счет следующего технического решения.

Способ безопасной обработки для снижения активного напряжения фазы возникновения замыкания на землю системы неэффективного заземления для использования в целях обработки замыкания на землю нейтральной точки генератора с неэффективным заземлением или распределительной сети, отличающийся тем, что:

Обмотки со стороны системы неэффективного заземления трансформатора предусматривается с множеством шунтирующих ступеней; порядковые номера шунтирующих ступеней каждой фазы заданы в порядке последовательного возрастания от нейтральной точки до выхода; любая шунтирующая ступень X замыкается накоротко на землю для принудительного обеспечения значения выходного напряжения фазы, равного U_X=E⋅(N-Ν_X)/Ν; и выходное напряжение соответствующей фазы возникновения замыкания будет ниже, если порядковый номер шунтирующей ступени, замкнутой накоротко на землю, является большим; при возникновении однофазного замыкания на землю шунтирующая ступень трансформатора выбирается по целевому значению U₂ снижения напряжения фазы возникновения замыкания на землю. Шунтирующая ступень с наименьшим порядковым номером, выбранная по тому факту, что количество витков катушек от нейтральной точки до шунтирующей ступени больше чем N-N⋅U₂/E, замыкается накоротко на землю для реализации безопасной обработки снижения активного напряжения; где Ε - напряжение фазы электропитания, Νi - общее количество витков катушек каждой фазы обмотки, Ν_X - количество витков катушек от шунтирующей ступени X до нейтральной точки в обмотке фазы возникновения замыкания, целевое значение U₂ снижения напряжения фазы возникновения замыкания на землю составляет (0, U₁), и U₁ - напряжение фазы возникновения замыкания перед замыканием шунтирующей ступени накоротко на землю.

Чтобы улучшить достижение целей по настоящему изобретению, в нем дополнительно могут применяться следующие технические средства.

Во время снижения напряжения распределительной сети измеряется ток нулевой последовательности линии с замыканием на землю; если ток нулевой последовательности лини с замыканием на землю превышает пороговое значение, шунтирующая ступень последовательно повышается и замыкается накоротко на землю так, чтобы напряжение фазы возникновения замыкания дополнительно понижалось для гашения тока замыкания до тех пор, пока значение тока нулевой последовательности линии замыкания на землю не станет меньше или равным пороговому значению и не будет обеспечена безопасная эксплуатация с понижением активного напряжения фазы возникновения замыкания на землю.

Кроме того, при снижении напряжения измеряется и вычисляется выходной ток i обмоток со стороны системы неэффективного заземления, а шунтирующая ступень последовательно повышается и переводится на короткое замыкание на землю для получения формулы

так, чтобы гасилась дуга точки замыкания, где

- полная проводимость нулевой последовательности по отношению к земле при нормальной эксплуатации системы неэффективного заземления.

Кроме того, в процессе снижения напряжения

измеряется и рассчитывается коэффициент демпфирования системы неэффективного заземления или лини с замыканием на землю; если коэффициент демпфирования d выше порогового значения, шунтирующая ступень последовательно повышается и переводится на короткое замыкание на землю так, чтобы напряжение фазы возникновения замыкания дополнительно понижалось для гашения дуги замыкания до тех пор, пока значение d не станет меньшим или равным пороговому значению, то есть, определяется задувание дуги замыкания и достигается безопасность эксплуатации при понижении активного напряжения; где g - трехфазная проводимость по отношению к земле, ω - циклическая частота системы, С - трехфазная электрическая емкость по отношению к земле, a U₀ - напряжение нулевой последовательности; I_0R - активный ток нулевой последовательности, I_0C - емкостный ток нулевой последовательности; Р₀ - активная мощность нулевой последовательности, Q₀ -реактивная мощность нулевой последовательности, а α₀ - угол полной проводимости нулевой последовательности.

Кроме того, при замыкании шунтирующей ступени на землю с целью предотвращения возникновения избыточного броска пускового тока шунтирующую ступень сначала замыкают накоротко на землю посредством полного сопротивления Z. Если ток короткого замыкания меньше порогового значения, полное сопротивление замыкается накоротко так, чтобы шунтирующая ступень X замыкалась накоротко непосредственно на землю; в противном случае определяется погрешность избирательности фазы возникновения замыкания, а полное сопротивление отключается.

Кроме того, устройство защиты устанавливается между шунтирующей ступенью X и заземлением, чтобы избежать повреждения оборудования из-за сильного тока в петле короткого замыкания.

Кроме того, трансформатор представляет собой трансформатор заземления с обмоткой типа Ζ или типа Υ/Δ или Υ/Υ/Δ.

Кроме того, количество шунтирующих ступеней каждой фазы обмотки на стороне системы неэффективного заземления устанавливается в диапазоне 1-30.

Кроме того, пороговое значение тока нулевой последовательности выбирается в соответствии с током замыкания, допустимым по длительной безопасной эксплуатации линии с однофазным замыканием на землю, и составляет [1А, 30А], или выбирается в соответствии со скоростью гашения тока замыкания на землю и составляет [0,001I₀, Ι₀), где I₀- ток нулевой последовательности лини с замыканием перед замыканием шунтирующей ступени накоротко на землю.

Кроме того, значение полного сопротивления Ζ составляет [10, 500] Ом; пороговое значение тока короткого замыкания составляет K₁U₀/Z₀, где U₀ используется для измерения напряжения нулевой последовательности, Z₀ - полное сопротивление нулевой последовательности системы неэффективного заземления во время нормальной эксплуатации, K₁ - коэффициент безопасности, который составляет [1, 3].

Следует отметить, что в процессе разработки настоящего изобретения автор изобретения обнаружил, что повторное зажигание дуги напрямую зависит от амплитуды между напряжением восстановления фазы возникновения замыкания и напряжения повторного зажигания дуги после того, как значение тока пересечет нулевую отметку. Таким образом, ток нулевой последовательности вводится для принудительного снижения напряжения фазы возникновения замыкания. Когда напряжение падает ниже напряжения повторного зажигания дуги нейтральной точки, дуга не может зажечься повторно и ток в точке замыкания гасится до нуля, таким образом, обеспечивается устранение тока замыкания. Напряжение фазы возникновения замыкания не должно опускаться до нуля, таким образом, можно снизить повышающуюся амплитуды напряжения фазы без замыкания и риск пробоя изоляции фаз без замыкания, а также продлить время относительно безопасной и стабильной эксплуатации с однофазным замыканием на землю. Кроме того, в техническом руководстве указано, что длительная, безопасная и стабильная эксплуатация может быть реализована сразу после того, как обеспечивается контроль напряжения замыкания или тока нулевой последовательности или напряжения фазы возникновения замыкания или напряжения нулевой последовательности генератора или лини с замыканием на землю системы неэффективного заземления в допустимом диапазоне.

Кроме того, автор изобретения впервые изложил теорию снижения напряжения фазы возникновения замыкания в системе неэффективного заземления. На основании этой теории настоящее изобретение впервые предлагает техническое решение в отношении короткого замыкания на землю на обмотке шунтирующей ступени трансформатора. Данное техническое решение значительно упрощает метод контроля гашения замыкания.

Настоящее изобретение имеет следующие положительные эффекты:

(1) Короткое замыкание на землю на обмотке шунтирующей ступени предлагается впервые для реализации гибкого контроля напряжения фазы возникновения замыкания и снижения этого напряжения; (2) снижается повышающаяся амплитуда напряжения фазы без замыкания, риск пробоя изоляции фаз без замыкания, а также обеспечивается возможность эффективного предотвращения повреждения изоляционных слоев фаз без замыкания; (3) значительно улучшается надежность и безопасность электроснабжения, эффективно предотвращаются аварии с перебоем электроснабжения, снижаются риски для безопасности персонала и оборудования; и (4) обеспечивается возможность реализации длительной, безопасной и стабильной эксплуатации с помощью заземления за землю.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На ФИГ. 1 представлена принципиальная схема способа безопасной обработки для снижения активного напряжения фазы возникновения замыкания на землю системы неэффективного заземления распределительной сети с помощью трансформатора с обмоткой типа Υ/Δ.

На ФИГ. 2 представлена эквивалентная схема нулевой последовательности системы неэффективного заземления при возникновении замыкания на землю.

На ФИГ. 3 представлена фазорная схема рабочего диапазона гашения дуги при снижении напряжения фазы возникновения замыкания на землю системы неэффективного заземления.

На ФИГ. 4 представлена принципиальная схема измерения коэффициента демпфирования неэффективной системы или линии.

На ФИГ. 5 представлена принципиальная схема способа безопасной обработки для снижения активного напряжения фазы возникновения замыкания на землю системы неэффективного заземления распределительной сети с помощью трансформатора заземления с обмоткой типа Z.

На ФИГ. 6 представлена принципиальная схема способа безопасной обработки для снижения активного напряжения фазы возникновения замыкания на землю генератора с неэффективным заземлением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Далее представлено дополнительное описание и толкование настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Как показано на ФИГ. 1, в распределительной сети с неэффективным заземлением E_A E_B и E_C - три фазы электродвижущей силы системы, С₀ - емкость системы на землю, r₀ - опротивление утечки на землю, A_s, B_s и C_s обмотки со стороны системы неэффективного заземления трансфокатора с обмоткой типа Υ/Δ, S - выключатель, Ρ - устройство защиты (устройство защиты от перегрузки по току или предохранитель), линии вывода на соответствующих концах обмоток со стороны системы неэффективного заземления трансформатора подключаются непосредственно к фазам А, В и С системы неэффективного заземления, а обмотки со стороны системы неэффективного заземления трансформатора соединяются звездой с выводами нейтральной точки N и затем заземляются через полное сопротивление Z₁; a_s, b_s и c_s обмотки со стороны низкого напряжения, которые соединяются треугольником; обмотки трансформатора со стороны системы неэффективного заземления оснащены несколькими шунтирующими ступенями (несколько шунтирующих ступеней означает в общем три или более ступеней на трех фазах обмоток А, В и С), количество шунтирующих ступеней каждой фазы обмоток составляет от 1 до 30, порядковые номера шунтирующих ступеней каждой фазы заданы в порядке последовательного возрастания от нейтральной точки до клеммы, и любая шунтирующая ступень X замыкается накоротко на землю для принудительного обеспечения значения выходного напряжения фазы, равного U_X=E⋅(N-Ν_X)/Ν, где Ε напряжения фазы электропитания, - количество витков катушек каждой фазы обмотки, и Ν_X - количество витков катушек от шунтирующей ступени X до нейтральной точки в фазы возникновения замыкания. В то же время, для того, чтобы избежать повреждения оборудования из-за сильного тока в петле короткого замыкания устанавливается устройство защиты Ρ между шунтирующей ступенью X и заземлением. При возникновении однофазного замыкания на землю сопротивление замыкания на землю составляет

шунтирующая ступень трансформатора выбирается по целевому значению U₂ снижения напряжения фазы возникновения замыкания на землю. Шунтирующая ступень с наименьшим порядковым номером, выбранная по тому факту, что количество витков катушек от нейтральной точки до шунтирующей ступени больше чем N-N⋅U₂/E, замыкается накоротко на землю для реализации безопасной обработки снижения активного напряжения; где целевое значение U₂ снижения напряжения фазы возникновения замыкания на землю составляет (0, U₁), и U₁ - напряжение фазы возникновения замыкания перед замыканием шунтирующей ступени накоротко на землю.

Эквивалентная схема нулевой последовательности системы неэффективного заземления по ФИГ. 1, т.е. эквивалентная схема нулевой последовательности системы неэффективного заземления при возникновении замыкания на землю, как приведено на ФИГ. 2. Согласно уравнению тока Кирхгофа I выходной ток обмоток трансформатора со стороны системы неэффективного заземления составляет:

В уравнении (1) полная проводимость нулевой последовательности на землю распределительной сети составляет

полная проводимость заземления нейтральной точки составляет

, трехфазная проводимость на землю составляет

трехфазная электрическая емкость по отношению к земле составляет С=3С₀, проводимость при замыкании на землю составляет

и

- напряжение нулевой последовательности.

С учетом воздействия напряжения нулевой последовательности, вызванного несимметрией параметров трехфазного заземления при нормальной эксплуатации системы неэффективного заземления напряжение нулевой последовательности U₀ в уравнении (1) заменяется на перепад напряжения нулевой последовательности

а с учетом полной проводимости заземления Υ⋅=0 точки замыкания после гашения дуги замыкания уравнение (1) может быть упрощено следующим образом:

Таким образом, при снижении напряжения измеряется и вычисляется выходной ток i обмоток со стороны системы неэффективного заземления, а шунтирующая ступень последовательно повышается и переводится на короткое замыкание на землю для получения формулы

В настоящем варианте осуществления при коротком замыкании шунтирующей ступени на землю с целью предотвращения возникновения избыточного броска пускового тока шунтирующую ступень сначала замыкают накоротко на землю посредством полного сопротивления Z. Если ток короткого замыкания меньше порогового значения, полное сопротивление замыкается накоротко так, чтобы шунтирующая ступень X замыкалась накоротко непосредственно на землю. В противном случае определяется погрешность избирательности фазы возникновения замыкания, а полное сопротивление отключается.

Далее описывается диапазон действий по снижению напряжения фазы возникновения короткого замыкания при гашении дуги замыкания. Как показано на ФИГ. 3, при нормальной эксплуатации системы напряжение нейтральной точки равняется нулю, вектор напряжение фазы А составляет

вектор напряжения фазы В -

а вектор напряжения фазы С -

при использовании замыкания на землю фазы С в качестве примера, если максимальная амплитуда рабочего напряжения фазы возникновения замыкания, обеспечивающая гашение дуги фазы возникновения замыкания, равняется СС'', условие гашения дуги фазы возникновения замыкания следующее: точка нулевого потенциала находится в круге, охватывающем С, и имеет радиус СС''; в дополнение к этому, для предотвращения пробоя изоляции вследствие избыточного напряжения на фазе без замыкания напряжение этой фазы должно быть ниже напряжения в линии, то есть, точка нулевого потенциала должна находиться в круге, охватывающем точку А, и иметь радиус АС, а также в круге, охватывающем точку В, и иметь радиус ВС. Таким образом, для обеспечения долгосрочной безопасной эксплуатации системы неэффективного заземления после понижения напряжения фазы возникновения замыкания, точка нулевого потенциала после понижения напряжения фазы возникновения замыкания находится на пересечении трех кругов.

Далее описывается способ оценки гашения дуги замыкания путем измерения коэффициента демпфирования. Как показано на ФИГ. 4, во время гашения дуги для понижения напряжения вычисляется коэффициент демпфирования путем измерения тока нулевой последовательности I_0S, напряжение нулевой последовательности системы, или же вычисляется коэффициент демпфирования линии с замыканием m путем измерения тока и напряжения нулевой последовательности линии с замыканием m. Формула расчетов коэффициента демпфирования системы неэффективного заземления или линии:

и пороговое значение коэффициента демпфирования d устанавливается так, чтобы быть выше коэффициента демпфирования системы или линии при нормальной эксплуатации в K₃ раз; коэффициент K₃ находится в диапазоне (1,5]; если коэффициент демпфирования d выше порогового значения, шунтирующая ступень последовательно повышается и переводится на короткое замыкание на землю так, чтобы напряжение фазы возникновения замыкания дополнительно понижалось для гашения дуги замыкания до тех пор, пока значение d не станет меньшим или равным пороговому значению, то есть, определяется задувание дуги замыкания и достигается безопасность эксплуатации при понижении активного напряжения фазы возникновения замыкания на землю; где

- трехфазная проводимость по отношению к земле, ω - циклическая частота системы, С=3С₀- трехфазная электрическая емкость по отношению к земле, а U₀ - напряжение нулевой последовательности; I_0r - активный ток нулевой последовательности, I_0C - емкостный ток нулевой последовательности; Р₀ - активная мощность нулевой последовательности, Q₀ -реактивная мощность нулевой последовательности, а α₀ - угол полной проводимости нулевой последовательности.

Как показано на ФИГ. 5, трансформатор с обмоткой с соединением типа Υ/Δ в настоящем варианте осуществления может быть заменен на трансформатор заземления с обмоткой типа Z. Аналогичным образом трансформатор с обмоткой с соединением типа Υ/Δ в настоящем варианте осуществления может быть заменен на трансформатор с обмоткой типа Υ/Υ/Δ.

Выше приведено подробное описание технического принципа работы настоящего изобретения, применяемого к распределительной сети с неэффективным заземлением. Этот технический принцип работы также применим в случае использования настоящего изобретения с генератором с неэффективным заземлением. Далее приводится дополнительное описание способа применения настоящего изобретения к распределительной сети и генератору с неэффективным заземлением:

В первом случае, как показано на ФИГ. 1, в распределительной сети с неэффективным заземлением

сопротивление утечки на заземлении линии r₀ составляет 4,7 кОм, электрическая емкость на заземлении линии С₀ составляет 8,36 мкФ, Ρ -защитное устройство (устройство защиты от перегрузки по току или предохранитель), целевое значение U₂ операции понижения напряжения фазы возникновения замыкания на землю задано как 2,4 кВ, предельное значение тока нулевой последовательности линии с замыканием на землю составляет 10 А, полное сопротивление заземления Z₁ нейтральной точки N составляет j121 Ом, A_s, B_s и C_s - обмотки трансформатора со стороны системы неэффективного заземления типа Υ/Δ, выходящие линии A_s, B_s и C_s соответствующим образом соединены с тремя фазами шин А, В и С, общее количество (N) витков катушек обмоток A_s, B_s и C_s соответствует 150, в обмотках A_s, B_s и C_s всего имеются 15 шунтирующих ступеней, то есть, обмотки A_s, B_s и C_s соответственно оснащены 5 шунтирующими ступенями, а порядковые номера этих ступеней на каждой фазе заданы в порядке последовательного возрастания от нейтральной точки до клеммы соответственно как шунтирующие ступени 1, 2, 3, 4 и 5; количество витков катушек от шунтирующей ступени 1 до нейтральной точки равно 30, количество витков катушек от шунтирующей ступени 2 до нейтральной точки равно 60, количество витков катушек от шунтирующей ступени 3 до нейтральной точки равно 90, количество витков катушек от шунтирующей ступени 4 до нейтральной точки равно 120, и количество витков катушек от ступени 5 до нейтральной точки - 150. До возникновения однофазного замыкания на землю в фазе С и до момента короткого замыкания шунтирующих ступеней устанавливается, что напряжение U₁ фазы возникновения замыкания составляет 2,6 кВ, а сопротивление замыкания на землю R⋅ 1 кОм. В этот момент напряжение U₁ фазы возникновения замыкания С подлежит понижению для безопасной обработки, и шунтирующую ступень 3 с наименьшим порядковым номером, выбранную по факту того, что количество витков катушек от нейтральной точки до этой шунтирующей ступени превышает N-N⋅U₂/E=88,5, замыкают накоротко на землю. Количество витков N₃ катушек от шунтирующей ступени 3 до нейтральной точки равно 90, и напряжение фазы возникновения замыкания, следовательно, понижается до значения U₃=E_C⋅(N-N₃)/N=2,3 кВ, что соответствует рабочему диапазону напряжения [0, 2,60 кВ) фазы возникновения замыкания. В этот момент напряжение фазы без замыкания составляет 7,2 кВ, что ниже напряжения в линии, равного 10 кВ. Таким образом, обеспечивается гашение дуги фазы возникновения замыкания на землю. Тем временем, напряжение фазы без замыкания также не повышается до напряжения в линии, чтобы обеспечивалась безопасная обработка понижения активного напряжения.

При безопасной обработке с понижением напряжения измеряется ток нулевой последовательности замыкания на землю. Если он превышает пороговое значение 10 А, шунтирующая ступень последовательно повышается и замыкается накоротко на землю так, чтобы напряжение фазы возникновения замыкания дополнительно понижалось для гашения тока замыкания до тех пор, пока значение тока нулевой последовательности линии замыкания на землю не станет меньше или равным пороговому значению 10 А, и не будет обеспечена безопасная обработка с понижением активного напряжения фазы возникновения замыкания на землю.

С целью предотвращения возникновения избыточного броска пускового тока шунтирующую ступень сначала замыкают накоротко на землю посредством полного сопротивления Z. Если ток короткого замыкания меньше порогового значения, полное сопротивление замыкается накоротко так, чтобы шунтирующая ступень X замыкалась накоротко непосредственно на землю. В противном случае определяется погрешность избирательности фазы возникновения замыкания, а полное сопротивление отключается. Значение полного сопротивления Ζ составляет 10 Ом.

Во втором случае, как показано на ФИГ. 6, в генераторе с неэффективным заземлением

сопротивление утечки на заземлении статора генератора r₀составляет 20 кОм, электрическая емкость на заземлении статора генератора Со составляет 1,81 мкФ, Ρ - защитное устройство (устройство защиты от перегрузки по току или предохранитель), целевое значение U₂ операции понижения напряжения фазы возникновения замыкания на землю задано как 2,6 кВ, предельное значение коэффициента демпфирования d в K₃ раз больше коэффициента демпфирования системы или линии при нормальной эксплуатации, а коэффициент K₃ равен 3, коэффициент демпфирования при нормальной эксплуатации равен 8,8%, полное сопротивление заземления Z₂ нейтральной точки N составляет j600 Ом, A_s, B_s и C_s - обмотки трансформатора со стороны системы неэффективного заземления типа Υ/Δ, выходящие линии A_s, B_s и C_s соответствующим образом соединены с тремя фазами шин А, В и С, общее количество (N) витков катушек обмоток A_s, B_s и C_s соответствует 150, в обмотках A_s, B_s и C_s всего имеются 15 шунтирующих ступеней, то есть, обмотки A_s, B_s и C_s соответственно оснащены 5 шунтирующими ступенями, а порядковые номера этих ступеней на каждой фазе заданы в порядке последовательного возрастания от нейтральной точки до выхода соответственно как шунтирующие ступени 1, 2, 3, 4 и 5; количество витков катушек от шунтирующей ступени 1 до нейтральной точки равно 30, количество витков катушек от шунтирующей ступени 2 до нейтральной точки равно 60, количество витков катушек от шунтирующей ступени 3 до нейтральной точки равно 90, количество витков катушек от шунтирующей ступени 4 до нейтральной точки равно 120, и количество витков катушек от ступени 5 до нейтральной точки - 150.

До возникновения однофазного замыкания на землю в фазе С и до момента короткого замыкания шунтирующих ступеней устанавливается, что напряжение U₁ фазы возникновения замыкания составляет 2,76 кВ, а сопротивление замыкания на землю

- 2 кОм. В этот момент напряжение

фазы возникновения замыкания С понижается для безопасной обработки, и шунтирующую ступень 4 с наименьшим порядковым номером, выбранную по факту того, что количество витков катушек от нейтральной точки до этой шунтирующей ступени превышает N-N⋅U₂/E=116,2, замыкают накоротко на землю. Количество витков 7V4 катушек от шунтирующей ступени 4 до нейтральной точки равно 120, и напряжение фазы возникновения замыкания, следовательно, понижается до значения U₄=Ε_C⋅(Ν-Ν₄)/Ν=2,31 кВ, что соответствует рабочему диапазону напряжения [0, 2,76 кВ) фазы возникновения замыкания. В этот момент напряжение фазы без замыкания составляет 14,42 кВ, что ниже напряжения в линии, равного 20 кВ. Таким образом, обеспечивается гашение дуги фазы возникновения замыкания на землю. Тем временем, напряжение фазы без замыкания также не повышается до напряжения в линии, чтобы обеспечивалась безопасная обработка понижения активного напряжения.

Во время понижения напряжения при безопасной обработке измеряется коэффициент демпфирования генератора с неэффективным заземлением. Если коэффициент демпфирования d превышает пороговое значение 3×8,8%=26,4%, шунтирующая ступень последовательно повышается и замыкается накоротко на землю так, чтобы напряжение фазы возникновения замыкания дополнительно понижалось для гашения арки замыкания до тех пор, пока значение d не станет меньше или равным пороговому значению 3×8,8%=26,4%, то есть пока не будет установлено задувание дуги замыкания и не будет обеспечена безопасная обработка с понижением активного напряжения фазы возникновения замыкания на землю.

Claims

1. Способ безопасной обработки для снижения активного напряжения фазы возникновения замыкания на землю системы неэффективного заземления для применения в целях безопасной обработки замыкания на землю нейтральной точки генератора с неэффективным заземлением или распределительной сети, отличающийся тем, что обмотки трансформатора со стороны системы неэффективного заземления оснащены несколькими шунтирующими ступенями, а порядковые номера этих ступеней на каждой фазе заданы в порядке последовательного возрастания от нейтральной точки до выхода, причем каждая шунтирующая ступень X замкнута накоротко на землю для принудительного обеспечения значения выходного напряжения фаз, равного U_X=E⋅(N-Ν_X)/Ν, и выходящее напряжение соответствующей фазы возникновения замыкания тем ниже, чем выше порядковый номер шунтирующей ступени, замкнутой накоротко на землю; при возникновении однофазного замыкания на землю шунтирующая ступень трансформатора подбирается согласно целевому значению U₂ операции по снижению напряжения фазы возникновения замыкания на землю, и шунтирующую ступень с наименьшим порядковым номером, выбранную по факту того, что количество витков катушек от нейтральной точки до этой шунтирующей ступени превышает N-N⋅U₂/E, замыкается накоротко на землю для обеспечения снижения активного напряжения; также отличающийся тем, что Ε - напряжение фазы электропитания, N общее количество витков катушек каждой фазы обмотки, Ν_X - количество витков катушек от шунтирующей ступени X до нейтральной точки в обмотке фазы возникновения замыкания, целевое значение операции снижения напряжения фазы возникновения замыкания U₂составляет (0, U₁), a U₁ - напряжение фазы возникновения замыкания до момента замыкания шунтирующей ступени накоротко на землю.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при выполнении операции снижения напряжения распределительной сети измеряется ток нулевой последовательности линии замыкания на землю, и если он превышает пороговое значение, шунтирующая ступень последовательно повышается и замыкается накоротко на землю так, чтобы напряжение фазы возникновения замыкания дополнительно понижалось для гашения тока замыкания до тех пор, пока значение тока нулевой последовательности линии замыкания на землю не станет меньше или равным пороговому значению, и не будет обеспечена безопасность операции снижения активного напряжения фазы возникновения замыкания на землю.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при снижении напряжения измеряется и вычисляется выходной ток i обмоток со стороны системы неэффективного заземления, а шунтирующая ступень последовательно повышается и переводится на короткое замыкание на землю для получения формулы

полная проводимость нулевой последовательности по отношению к земле при нормальной эксплуатации системы неэффективного заземления.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при снижении активного напряжения измеряется и вычисляется значение коэффициента демпфирования; если коэффициент демпфирования d выше порогового значения, шунтирующая ступень последовательно повышается и переводится на короткое замыкание на землю так, чтобы напряжение фазы возникновения замыкания дополнительно понижалось для гашения дуги замыкания до тех пор, пока значение d не станет меньшим или равным пороговому значению, то есть определяется задувание дуги замыкания и достигается безопасность эксплуатации при понижении активного напряжения фазы возникновения замыкания на землю; где ω - трехфазная проводимость по отношению к земле, ω - циклическая частота системы, С - трехфазная электрическая емкость по отношению к земле, a U₀ - напряжение нулевой последовательности; I_OR - активный ток нулевой последовательности, I_0C - емкостный ток нулевой последовательности; Р₀ - активная мощность нулевой последовательности, Q₀ - реактивная мощность нулевой последовательности, а α₀ - угол полной проводимости нулевой последовательности.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при коротком замыкании шунтирующей ступени на землю с целью предотвращения возникновения избыточного броска пускового тока шунтирующую ступень сначала замыкают накоротко на землю посредством полного сопротивления Z; если ток короткого замыкания меньше порогового значения, полное сопротивление замыкается накоротко так, чтобы шунтирующая ступень X замыкалась накоротко непосредственно на землю; в противном случае определяется погрешность избирательности фазы возникновения замыкания, а полное сопротивление отключается.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что между шунтирующей ступенью X и заземлением расположено защитное устройство для защиты от прохождения сильного тока через петлю короткого замыкания и повреждения оборудования.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что трансформатор представляет собой трансформатор заземления с обмоткой типа Z, типа Υ/Δ или Υ/Υ/Δ.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что количество шунтирующих ступеней каждой фазы обмотки со стороны системы неэффективного заземления варьируется в диапазоне от 1 до 30.

9. Способ по п. 2, отличающийся тем, что пороговое значение тока нулевой последовательности выбирается в соответствии с током замыкания, допустимым по длительной безопасной эксплуатации линии с однофазным замыканием на землю, и составляет [1 A, 30 А], или выбирается в соответствии со скоростью гашения тока замыкания на землю и составляет [0,001I₀, I₀), где I₀ - ток нулевой последовательности линии с замыканием перед замыканием шунтирующей ступени накоротко на землю.

10. Способ по п. 5, отличающийся тем, что значение полного сопротивления Ζ составляет [10, 500] Ом; пороговое значение тока короткого замыкания составляет K₁U₀/Z₀, где U₀ - измеренное напряжение нулевой последовательности, Z₀ - полное сопротивление нулевой последовательности системы неэффективного заземления во время нормальной эксплуатации, K₁ - коэффициент безопасности, который составляет [1, 3].