UA76360C2 - Method for detecting single-phase ground short circuit in a cable multiwire line of an alternating-current isolated neutral system - Google Patents

Description

Опис винаходу

Запропонований винахід відноситься до галузі електропостачання і захисту багатокабельних ліній і може 2 бути застосований в електричних мережах змінного струму напругою 6-35КВ з ізольованою нейтраллю.

Добре відомий і застосовується у промисловості спосіб виявлення пошкодженої від однофазного замикання на землю (033) кабельної лінії, при якому вимірюється струм нульової послідовності кожного кабелю лінії. Якщо цей струм перевищує заздалегідь визначений поріг (уставку), то спрацьовує призначений для цього елемент, наприклад, реле струму, і подається сигнал про пошкодження кабелю і лінії в цілому. Цей сигнал також може 70 бути використаний для відключення пошкодженої кабельної лінії від електричної мережі. Цей спосіб багаторазово висвітлений в літературі, наприклад: 1. Кривенков В.В. Новелла В.Н. Релейная защита и автоматика систем злектроснабжения. 1981, М.,

Знергоиздат. 2. Шабад М. А. Расчетьї релейной защитьї и автоматики распределительньїх сетей. З-е изд., Л., 1985, 19 Знергоатомиздат.

Зазначимо, що багатокабельна лінія складається з двох і більше кабелів, котрі з'єднані паралельно, тобто жили однойменних фаз кабелів на початку кабельної лінії та на її кінці приєднані до спільного електричного контакту. Кожен кабель лінії має свій трансформатор струму нульової послідовності (ТСНП). Первинною обмоткою ТСНП є сам кабель, на який ТСНП "одягають", тобто кабель проходить через отвір ТСНП. Вторинні обмотки ТСНП кабелів лінії з'єднують послідовно або паралельно. Якщо одна лінія складається з чотирьох і більше кабелів, то вторинні обмотки їх ТСНП можуть бути з'єднані також паралельно-послідовно, скажімо, по дві обмотки з'єднують послідовно, а потім дві такі пари обмоток з'єднують паралельно. Отриманий з такого з'єднання вторинних обмоток ТСНП електричний сигнал використовують для сигналізації про 033 саме на цій кабельній лінії або також використовують і для вимкнення цієї пошкодженої лінії від електричної мережі. с

Головними недоліками розглянутого способу захисту від ОЗ є такі: Ге) 1. Поява хибного (неправильного) сигналу про 033 на багатокабельній лінії у тому випадку, коли ця лінія живить підстанцію нижчого рівня і 033 трапилося на лінії, що відходить від шин підстанції нижчого рівня. 2. Поява хибного сигналу про ОЗ3З на згадуваній лінії у випадку, коли шини підстанції живляться за допомогою багатокабельних ліній зв'язку від двох або більше підстанцій, кожна з яких має власне джерело о живлення - трансформатор (наприклад, 110/б6кВ) або генератор. В цьому випадку 033 на будь якій лінії, що Ге) відходить від шин 6-10кКВ згадуваних підстанцій, об'єднаних лініями зв'язку, призводить до появи хибного сигналу про 033 на одній, двох або навіть на всіх лініях зв'язку між підстанціями. Ше

З. Ненадійна робота, тобто недостатній рівень сигналу при ОЗ3З на багатокабельній лінії що живить «о кінцевий струмоприймач, у разі великої довжини лінії (0,5...0,7км). 3о 4. Низький-нижчий за необхідний-рівень сигналу про ОЗЗ при його появі у самому кінці багатокабельної в лінії, що живить потужний струмоприймач.

Отже, за прототип обираємо вищенаведений спосіб захисту від однофазного замикання на землю багатокабельної лінії в електричній мережі змінної напруги з ізольованою нейтраллю, при якому вимірюють « струми нульової послідовності кабелів лінії, яку захищають, і видають сигнал про 033, що сталося, тільки при З 70 перевищенні цим струмом заздалегідь визначеного порогу (уставки). с Основним недоліком відомого способу-прототипу - є те, що він базується на вимірюванні величини струму

Із» нульової послідовності, який тече по кабелю лінії, яку захищають від 033. Але, як можна бачити з наведених вище недоліків 1, 2, струм нульової послідовності підвищеної величини тече по кабелях багатокабельної лінії і в тому разі, коли жоден з її кабелів не пошкоджений, а 033 має місце взагалі за межею цієї лінії.

Також відомо, що сумарний ємнісний струм (нульової послідовності) району електропостачання (однієї секції це. шин 6-10КкВ підстанції або групи підстанцій) може коливатися від найменшого до найбільшого в діапазоні

Ге») приблизно 1:4. Це означає, що під час ОЗ3З в режимі найменшого струму нульової послідовності рівень сигналу вторинних обмоток ТСНП може бути меншим за визначений (за уставку) і система захисту не спрацює. о Що ж стосується недоліків 3,4, то тут дуже часто не задовольняється вимога до величини коефіцієнту

Ге»! 20 чутливості релейного захисту К, який має бути К 1,25. Це означає ненадійність , а іноді навіть неспроможність відомого способу захисту кабелів від ОЗ33. с Отже головний недолік відомого способу захисту від 033 - вимір величини струму нульової послідовності багатокабельної лінії - не забезпечує надійної та правильної його роботи по захисту кабелів від 033.

В основу винаходу покладена задача підвищення надійності захисту багатокабельних ліній від ОЗ3З3 шляхом 29 отримання вірогідної інформації про ОЗЗ на одному з кабелів багатокабельної лінії. Поставлена задача

ГФ) вирішується тим, що в способі захисту від ОЗЗ3 багатокабельної лінії, що базується на вимірюванні струмів нульової послідовності кабелів лінії, яку захищають, і видачі сигналу про 033, що сталося, згідно з винаходом о порівнюють струми нульової послідовності кожного кабеля багатокабельної лінії і по тому струму, який найбільше відрізняється від інших струмів, визначають як пошкоджений кабель, на якому сталося однофазне 60 замикання на землю, так і пошкоджену лінію в цілому.

Сутність способу, що заявляється, пояснюється кресленням, де на Фіг. зображена трифазна схема заміщення електричної мережі 6кВ з ізольованою нейтраллю згідно способу, що заявляється.

На Фіг. зображені шини 1 бкВ головної підстанції (ГП) з фазами А, В, С та такі ж шини 2 підстанції нижчого рівня (ПНР). Шини 1 ГП живляться від вторинної обмотки З трансформатора значної потужності бо (наприклад, 31 МВА, 110/бкВ). Від шин 71 ГП відходять кабельні лінії 4.1, 4.2,... 4.п, а від шин 2 ПНР відходять кабельні лінії 5.1, 5.2,.., 5.п. Кожна фаза А, В, С ліній 4 та 5 має ємність С відносно землі 6.

Ця ємність існує фізично, але не матеріально. Відходящі лінії 4 шин 1 ГП в основному живлять підстанції нижчого рівня, а частково - власні струмоприймачі. Відходящі лінії 5 шин 2 ПНР живлять здебільшого струмоприймачі і лише частково - підстанції ще нижчого рівня та розподільчі пункти (ці струмоприймачі та шини згаданих підстанцій і пунктів на Фіг. не зображені).

Лінії, які живлять підстанції, є як правило багатокабельними, тобто складаються з двох і більше кабелів, включених паралельно. Одна така лінія 4.т зображена на Фіг. Це лінія зв'язку, вона складається з чотирьох кабелів 4.т.1, 4.т.2, 4.т.3, 4.т.4, включених паралельно через шини 1 і 2 ГП та ПНР. Для спрощення ємності 70 фаз кабелів 4.т відносно землі 6 на Фіг. не показані.

Кожна фаза кабелів 4.т характеризується електричним опором 7 - 7.1, 7.2, 7.3, 7.4 для кабелів 4.т.1,..., 4.т.4. Цей опір має активно-індуктивний характер. На кожен кабель відходящої лінії - однокабельної чи багатокабельної - "одягнено" трансформатор струму нульової послідовності ТСНП 8. На Фіг. такі ТОСНП 8.1... 8.4 показані лише на лінії зв'язку 4.т, на інших лініях вони для спрощення не показані (нестача місця на 75 Фіг.). Трансформатори 8 з позначкою "в" ("верхній") встановлені на кабелях, що відходять від шин 1 верхнього рівня, а з позначкою "н" (" нижній") - на кабелях, що відходять від шин 2 нижчого рівня. До вторинної обмотки кожного ТСНП підключений резистор 9.

Сигнал 10 про появу струму нульової послідовності, що свідчить про появу ОЗЗ в мережі бкВ, знімають з частини опору резисторів 9 і подають на вхід блоків порівняння 11 шин 1 та 12 шин 2 Для шин 1 ГП це сигнали 10.1.в, 10.2.в, 10.3.в. 10.4.в6, що беруться з резисторів відповідно 9.1.8. 9.2.в, 9.3.в, 9.4.6 і подаються на блок порівняння 11. Для шин 2 ПНР це сигнали 10.і.н,..., 10.4.н. що беруться з резисторів 9.1.Н.,..., 9.4.н і подаються на т блок 12. Вихідний сигнал 13 блоку 11 та вихідний сигнал 14 блоку 12 з'являються у разі виникнення 033 в одному з кабелів саме цієї лінії, тобто в одному з кабелів 4.т.1...4.тп.4.

Розглянемо два варіанти 033: 15 на кабелі лінії 5.п шин 2 та 16 на кабелі 4.ГП.4 лінії зв'язку 4.т між сч ов Підстанціями (шинами) 1 і 2.

У разі виникнення 033 15 на фазі С кабеля 5.п підстанції (шин) 2 струми нульової послідовності протікають і) через ємності жил фаз А і В всіх кабельних ліній 5.1...5.п. Ємнісний струм сумується на шинах 2 6бкВ і по жилах фаз А і В лінії зв'язку 4.т тече до вторинної обмотки З трансформатора шин 1 (фази А і В). Далі по фазі

С (на якій виникло 033 в мережі) цієї обмотки і по жилах фази С лінії 4.т струм ОЗ3З3 тече до фази С шин 2, о зо потім до жили фази С пошкодженої лінії 5.п і нарешті в місце замикання - в точку ОЗЗ 15. Частина ємнісного струму від місця О3З 15 тече по ємностях жил фаз А і В ліній 4.1...4.п, що живляться від шин 1, до обмотки ісе) трансформатора 3, потім по фазі С обмотки З і лінії зв'язку 4.т до фази С лінії 5.п і до місця ОЗ3З 15. Цими ж с шляхами тече і власний ємнісний струм лінії 4.т.

Зауважимо, що переважна більшість багатокабельних ліній складається з кабелів, що мають однаковий ре) зв перетин жил, скажімо, з кабелів перетином 315Окв.мм. Довжина всіх кабелів однієї лінії однакова, тому і опір ї- 7 однієї жили одноїменної фази кожного кабелю лінії між шинами 1 і 2 однаковий. З цієї причини і ємнісний струм нульової послідовності (струм 033) розподіляється рівномірно по жилах одноіїменної фази кабелів 4.т.1, 4.т.2, 4.т.3, 4.т.4. Якщо, наприклад, сумарний струм ОЗ3З однієї фази на шинах 2 має значення 40А, то по кожній жилі фази А кабелів 4.т.1...4.т1.4 тече струм 10А. Струм фази С (пошкодженої) буде більшим за 40А, бо « до нього додається струм ОЗЗ ліній 4.1...4.2 шин 1, скажімо, 20А. Таким чином, по фазі С лінії 4.т з с протікатиме струм 1,73"60А до місця ОЗ33З 15, а через кожну жилу фази С кабелів 4.т.1...4.т1.4 протікатиме струм 1,783715А. ;» Через отвір трансформаторів ТСНП 8.1...8.4 кабелів лінії 4.т тече різниця струмів фаз А, В - один напрямок - і фази С - протилежний напрямок - в кожну мить часу. Відповідно до наведених цифр 40 і 20А результативний струм нульової послідовності через кожен ТСНП 8.1...8.4 має величину 1,73720:4-8,65А. -І Оскільки результативний струм нульової послідовності Через кожен ТСНП лінії зв'язку однаковий, то однаковими будуть і сигнали на опорах 9.1...93.4, а також однаковими будуть і сигнали 10.1...10.4 на входах ме) блоків порівняння 11,12. Сигнали 13, 14 на виході блоків 11, 12 дорівнюватимуть нулю, що свідчить про 2) відсутність ОЗЗ на кабелях 4.т. 1...4.т.4 лінії зв'язку. Наявність 033 на лінії 5.п має зафіксувати система 5р Захисту від ОЗЗ саме цієї лінії за допомогою сигналу вторинної обмотки ТСНП кабелю (кабелів) лінії 5.п.

Ме, Розглянемо тепер випадок 033 16 на кабелі 4.т.4 чотирьохкабельної лінії 4.т. Ємнісні струми від точки 33 о 16 - земля б течуть по ємностях фаз А і В всіх ліній як розглянуто вище, а потім сумуються на шині С підстанції (шинах) 1. Від цієї шини С більша частина струму замикання на землю тече через частину опору 7.4 ("верхню" на Фіг.) фази С лінії 4.т безпосередньо в землю 6 через місце ОЗ33З 16, а друга його частина через ов паралельно з'єднані опори 7.1, 7.2, 7.3 фази С кабелів 4.т.1, 4.т.2, 4.т.3 цієї ж лінії зв'язку 4.т тече до шини С шин 2, а потім через другу частину ("нижню" на Фіг.) опору 7.4 фази С пошкодженого кабелю 4.т.4 тече

Ф) до землі 6 через місце 033 16. Сигнал вторинних обмоток ТСНП 8 буде прямо пропорційним результативному ка струму нульової послідовності його первинної обмотки. Складові цього струму через отвори ТСНП 8 течуть у різних напрямках. Розглянемо цей аспект докладніше. во Ємнісні струми по непошкоджених фазах А і В течуть від шин 2 знизу вверх на Фіг. у якусь вибрану мить часу. У цьому ж напрямку течуть і власні ємнісні струми кабелів 4.т.1....4.т.4 по фазах А В. Результативний струм ОЗ3З3 пошкодженої фази С від шин 1 тече через "верхні" ТСНП 8 зверху вниз (на Фіг.). Як сказано вище, частина результативного струму фази С тече через частину опору 7.4 кабелю 4.т.4 (фаза С) прямо до землі 6.

Інша його частина рівномірно розподіляється між опорами фази С кабелів 4.т.1, 4.т.2, 4.т.3 і також тече 65 Зверху вниз (на Фіг.) до шини С шин 2, де ці струми знову сумуються і течуть знизу вверх через ТСНП 8.4.н і "нижню" частину опору 7.4 пошкодженої фази С кабелю 4.т.4 до землі 6 через місце пошкодження 16.

З цього розгляду видно, що результативні струми нульової послідовності Через ТСНП 8.1.в, 8.2.в ,8.3.8в однакові. Вони також однакові і для ТСНП 8.1.н, 8.2.н 8.3.н, хоч і мають дещо іншу величину. Результативний струм нульової послідовності через ТСНП 8.4.в відрізняється від інших "верхніх" ТСНП - він менший ніж у ТСНП 8.1.в...8.3.в. Ще більшою є ця різниця для ТСНП 8.4.н, бо тут струми нульової послідовності фаз як А, В, так і С течуть у одному напрямку (знизу вверх), у той час як для інших ТСНП струми нульової послідовності фаз А,

В з одного боку і фази С з іншого протікають у протилежних напрямках і тому результативний струм нульової послідовності в них значно менший, ніж у ТСНП 8.4.н. Отже, сигнал 10.4.в на резисторі 9.4.в (пошкоджений кабель 4.т.4) буде меншим , ніж сигнали 10.1.в...10.3.в. на резисторах 9.1.в...9.3.в (непошкоджені кабелі), а 7/0 бигнал 10.4.н на резисторі 9.4.н буде суттєво більшим від однакових сигналів 10.1.н...10.3.н на резисторах 9.1.н...9.3.н. Ця різниця фіксується на блоках порівняння 11 і 12, після чого на їх виходах 13 і 14 з'являється інформація про 033 саме на кабелі 4.т.4 лінії зв'язку 4.т.

Відзначимо, що вказана різниця збільшується у тому разі, якщо і шини 2 мають також своє власне джерело живлення: генератор або вторинну обмотку потужного трансформатора (110/6кВ, 220/6кВ тощо).

Зазначимо також, що неоднаковість опорів жил різних кабелів багатокабельної лінії можна легко компенсувати масштабуванням вихідних сигналів 10, які знімаються з резисторів 9, підключених до вторинних обмоток ТСНП 8.

Експериментальне випробування на реальному електрообладнанні описаного способу захисту повністю підтвердило позитивний ефект, що досягається за рахунок способу, що заявляється.

Claims (1)

1. Формула винаходу Спосіб визначення однофазного замикання на землю в багатокабельних лініях електричної мережі змінної сч ов напруги з ізольованою нейтраллю, що включає вимірювання струмів нульової послідовності кабелів лінії і видачу сигналу про однофазне замикання на землю, що сталося, який відрізняється тим, що порівнюють струми (о) нульової послідовності кожного кабелю багатокабельної лінії і за тим струмом, який найбільше відрізняється від інших струмів, визначають як пошкоджений кабель, на якому сталося однофазне замикання на землю, так і пошкоджену лінію в цілому. о (Се) (зе) (Се) -

   - . и? -і (о) (95) (о) (42) іме) 60 б5