Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор методов и средств защиты от замыканий на землю в резистивно-заземлённых сетях 6-35 кВ. Постановка задачи 13
1.1. Устройства, реагирующие на напряжения и токи промышленной частоты 13
1.2. Защиты, реагирующие на высшие гармоники установившегося тока замыкания на землю 30
1.3. Защиты, реагирующие на наложенный ток 33
1.4. Централизованные защиты 37
1.5. Токовые защиты от замыканий на землю с управляемыми характеристиками 46
Выводы 43
ГЛАВА 2. Разработка алгоритмов действия защит от замыканий на землю для сети с резистивным заземлением нейтрали 49
2.1. Общая концепция построения защиты от замыканий на землю 49
2.2. Разработка мероприятий по обеспечению работы защиты от 033 при обрыве провода ЛЭП, включенной на холостой ход 55
2.3. Направленная защита от 033, реагирующая на отношение токов..,, 58
Выводы 67
ГЛАВА 3. Исследование небалансов в защитах от однофазных замыканий на землю 69
3.1, Понятие небаланса в защите от однофазных замыканий на землю 69
3.2, Небалансы, вызванные погрешностями измерительной аппаратуры 70
3.3, Небалансы, связанные с процессами в сети 79
Выводы 98
ГЛАВА 4. Разработка методики расчёта уставок и проверки чувствительности защит от замыканий на землю в сетях с резидтивным заземлением нейтрали 100
4.1. Расчёт уставок и проверка чувствительности ненаправленных токовых защит нулевой последовательности от 033 103
4.2. Расчёт уставок и проверка чувствительности направленных токовых защит нулевой последовательности от 033 119
4.3. Расчёт уставок и проверка чувствительности защит от 033, реагирующих на напряжение нулевой последовательности 130
Выводы 130
ГЛАВА 5 Разработка устройства защиты от замыканий на земшо для пучков кабелей 132
5.1. Общие вопросы применения защит от 033 на пучках кабелей при различных схемах соединения вторичных обмоток ТТНП 132
5.2. Появление токов нулевой последовательности при нарушении контактных соединений фаз кабелей в месте их подключения 133
5.3. Характеристики срабатывания защиты при последовательном соединении вторичных обмоток ТТНП 136
5.4. Характеристики срабатывания защиты при параллельном соединении вторичных обмоток ТТНП 143
5.5. Влияние токов небаланса, возникающих при нарушении контактных соединений фаз кабелей, на чувствительность защиты от замыканий на землю 146
5.6. Разработка устройства защиты от 033, способного контролировать исправность контактных соединений фаз кабелей в месте их подключения : 150
Выводы 157
ГЛАВА 6. Разработка мероприятий, обеспечивающих эффективную защиту сети электроснабжения острова ольхон от замыканий на землю 159
6.1. Описание схемы сети , 159
6.2. Общая концепция построения защиты от замыканий на землю и
поиска места повреждения в сети 161
6.3. Выбор типов защит и устройств сигнализации от однофазных замыканий на землю 163
6.4. Расчёт уставок защит от замыканий на землю и проверка их чувствительности 170
Выводы 181
Заключение 182
Список использованных источников
- Устройства, реагирующие на напряжения и токи промышленной частоты
- Общая концепция построения защиты от замыканий на землю
- Понятие небаланса в защите от однофазных замыканий на землю
- Расчёт уставок и проверка чувствительности ненаправленных токовых защит нулевой последовательности от 033
Введение к работе
Актуальность работы. Надёжность работы электроустановок и потребителей электроэнергии в значительной степени зависит от уровня эксплуатации распределительных сетей напряжением 6-35 кВ. Наиболее частым видом повреждений в таких сетях являются однофазные замыкания на землю (033), которые составляют порядка 70-80% от общего числа повреждений [1].
В отличие от сети с глухозаземлённой нейтралью, 033 в рассматриваемых сетях не сопровождаются появлением больших токов, не искажают треугольник междуфазных напряжений, и работа сети с замкнувшейся на землю фазой допускается в течение времени, достаточного для выявления повреждённого элемента сети, перевода потребителей (если это требуется, например, по условиям конфигурации сети) иа другой источник питания и отключения.
Между тем длительное присутствие 033 в сети нередко служит причиной развития повреждения с последующим переходом в аварийное, которое требует немедленного отключения оборудования. При этом, как показывают статистические исследования ВНИИЭ, значительная часть 033 либо самоликвидируется через одну секунду после появления, либо в течение первой минуты переходит в междуфазные или двойные замыкания [2]. К числу аварийных последствий однофазных замыканий на землю относятся;
переход однофазного замыкания в междуфазное КЗ, вызванный повреждением изоляции между фазами на кабельных линиях в результате теплового воздействия тока 033 и электрической дуги в месте повреждения;
появление двойных замыканий на землю в разных точках сети из-за повреждения изоляции неповреждённых фаз, вызванного перенапряжениями;
возникновение феррорезонансных явлений;
появление второго замыкания на землю в статоре высоковольтного двигателя;
разрушение железобетонных опор;
возникновение пожаров в кабельных помещениях и т.д.
7 Однофазные замыкания в рассматриваемых сетях представляют также
большую опасность для жизни оказавшихся по близости людей, служат источником электротравматизма обслуживающего персонала и нередко являются причиной несчастных случаев.
Для уменьшения перечисленных последствий, вызванных однофазными замыканиями на землю, необходимо иметь надёжные и эффективные устройства защиты от них. При этом в ряде случаев, например, при падении на землю оборвавшегося провода воздушной линии, рассматриваемая защита от 033 является практически единственным средством, уменьшающим вероятность случайного попадания человека под напряжение прикосновения или шага.
Однако по статистике на 80% российских подстанций рассматриваемого класса напряжения вообще отсутствует селективная защита от 033 [3]* Есть только сигнализация по признаку появления напряжения нулевой последовательности на сборных шинах и повреждённое присоединение приходится выявлять путём поочерёдного отключения потребителей.
Эффективность тех защит, которые эксплуатируются на оставшихся 20% подстанций, низка [3-5], и по данным исследований ОРГРЭС не превышает трёх баллов по пятибалльной шкале [3]. Таким образом, в настоящее время задача совершенствования защит от однофазных замыканий на землю в рассматриваемых сетях является весьма актуальной.
Принципиально новые возможности с точки зрения повышения эффективности таких защит появляются при резистивном заземлении нейтрали сети, которое в последние годы всё чаще используется в энергосистемах. Наличие в нейтрали сети заземляющего резистора приводит к снижению уровня перенапряжений, практически исключает возникновение феррорсзонанса, а также даёт возможность построения селективной защиты от замыканий на землю.
Цель работы и задачи исследования. Целью работы является совершенствование защит от однофазных замыканий на землю в сетях 6-35 кВ с резистивным заземлением нейтрали.
8 Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:
анализ существующих методов и средств защиты от однофазных замыканий на землю, пригодных для сетей 6-35 кВ с резистивиым заземлением нейтрали;
разработка рекомендаций по применению различных типов защит в зависимости от вида сетей (кабельные, воздушные или смешанные), в которых они эксплуатируются;
разработка новых, более эффективных алгоритмов действия защит от однофазных замыканий на землю для сетей с резистивным заземлением нейтрали;
исследование небалансов в защитах от однофазных замыканий на землю;
разработка методики расчёта уставок защит от замыканий на землю и проверки их чувствительности применительно к сетям с резистивиым заземлением нейтрали;
исследование сигналов в защитах, эксплуатируемых на так называемых пучках кабелей (когда питание потребителей осуществляется через несколько параллельных кабелей).
Методы исследования: математическое моделирование на базе теории электрических цепей; лабораторные экспериментальные исследования; моделирование на ЭВМ; натурные испытания в условиях реальной эксплуатации.
Достоверность и обоснованность основных научных положений и выводов работы обеспечивается адекватным выбором методов исследований характеристик защит от замыканий на землю, подтверждается результатами проведённых лабораторных и производственных испытаний, и согласуется с опытом эксплуатации защит от однофазных замыканий на землю.
Научнаи новизна работы. В работе содержатся следующие новые научные результаты:
L Разработан алгоритм защиты от однофазных замыканий на землю в сети с резистивным заземлением нейтрали, который заключается а том, что защита реагирует на отношение тока нулевой последовательности в линии к току в цепи заземляющего резистора (или на обратное отношение этих токов), в результате чего замер защиты не зависит от значения переходного сопротивления в месте повреждения,
2. Исследования небалансов в защитах от замыканий на землю показали, что, во-первых, их можно поделить на следующие основные группы - небалансы, вызванные погрешностями измерительной аппаратуры и небалансы, связанные с различными процессами в сети, и, во-вторых, некоторые из этих небалансов следует выделять в отдельную группу экстремальных, от которых сложно или практически невозможно отстроиться по величине.
3- Установлено, что некоторые виды небалансов, в частности небаланс трёхтрансформаторного фильтра токов нулевой последовательности, небаланс кабельного трансформатора тока нулевой последовательности, а также небаланс токов нулевой последовательности в защитах, установленных на пучках кабелей, способны влиять на чувствительность защиты от замыканий на землю при внутреннем повреждении на защищаемом объекте.
Для сетей с резистивным заземлением нейтрали разработана методика расчёта уставок и проверки чувствительности направленных и ненаправленных токовых защит от замыканий на землю, учитывающая влияние различных небалансов, вид фазовой характеристики (для направленных защит), а также влияние активного тока заземляющего резистора.
Исследование сигналов, возникающих в схемах защит от замыканий на землю, установленных на пучках кабелей, при нарушении контактных соединений фаз кабелей в месте их подключения, показали, что параллельное соединение вторичных обмоток кабельных трансформаторов тока нулевой последовательности улучшает характеристики защиты по сравнению с их последовательным соединением и снижает риск неправильных действий защиты при нарушении контактных соединений.
10 Практическая ценность и реализация результатов
работы. Разработанная методика расчёта уставок и проверки чувствительности защит от однофазных замыканий на землю для сетей с резистивным заземлением нейтрали позволит проектным организациям правильно выбирать уставки защит в таких сетях и проводить проверку их чувствительности, что в целом повысит эффективность их работы в этой области. В частности разработанная методика по расчёту уставок и проверке чувствительности защит от 033, а также исследования небалансов в этих защитах были использованы в общем проекте по электрификации острова Ольхон, выполненном институтом «Востоксибсельэиергопроект» для ОАО «Иркутскэнерго». Проведённые производственные испытания подтвердили правильность расчётов.
Результаты исследований сигналов в защитах от замыканий на землю, эксплуатирующихся на пучках кабелей, во-первых, показали, что вторичные обмотки кабельных трансформаторов тока нулевой последовательности следует соединять параллельно, а не последовательно, как это часто делается на практике и, во-вторых, позволили разработать схему устройства защиты, способной контролировать исправность контактных соединений фаз кабелей в месте их подключения. Использование такого устройства позволит снизить риск неправильных действий защиты от 033, а также предотвратить выход кабелей из строя раньше расчётного срока. На разработанную схему устройства защиты подана заявка на изобретение.
Положения, выносимые па защиту,
Новый алгоритм направленной защиты от однофазных замыканий на землю в сети с резистивным заземлением нейтрали, заключающийся в том, что защита реагирует на отношение тока нулевой последовательности в линии к току в цепи заземляющего резистора (или на обратное отношение этих токов) позволяет повысить чувствительность защиты, так как её замер не зависит от значения переходного сопротивления в месте повреждения.
Небалансы в защитах от замыканий на землю можно, во-первых, поделить на следующие основные группы - небалансы, вызванные погрешностями
измерительной аппаратуры и небалансы, связанные с различными процессами в сети, и, во-вторых, некоторые из этих небалансов следует выделять в отдельную группу экстремальных, от которых сложно или практически невозможно отстроиться по величине,
Некоторые виды небалансов, в частности небаланс трёхтрансформа-торного фильтра токов нулевой последовательности (ФТНП), небаланс кабельного трансформатора тока нулевой последовательности (ТТНП), а также неба-ланс токов нулевой последовательности в защитах, установленных на пучках кабелей, способны влиять на чувствительность защиты от замыканий на землю при внутреннем повреждении на защищаемом объекте.
Методика расчёта уставок и проверки чувствительности направленных и ненаправленных токовых защит от замыканий на землю, работающих в сетях с резистивным заземлением нейтрали, должна учитывать влияние различных небалансов, вид фазовой характеристики (для направленных защит), а также влияние активного тока заземляющего резистора,
Параллельное соединение вторичных обмоток кабельных трансформаторов тока нулевой последовательности улучшает характеристики защиты, установленной на пучке кабелей, по сравнению с их последовательным соединением и снижает риск её неправильных действий при нарушении контактных соединений фаз кабелей в месте их подключения.
Эффективной защиты от замыканий на землю и поиска места повреждения в сети электроснабжения острова Ольхой можно добиться, установив на питающей подстанции два комплекта защиты от однофазных замыканий на землю (основной и резервный), реагирующей на напряжение нулевой последовательности и защиту от обрыва фаз ЛЭП, а также два комплекта селективной сигнализации на развилке кабелей.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры «Электрические станции» Новосибирского государственного технического университета; на 9-ой, 10-ой и 11-ой Всероссийской научно-технической конференции «Энергети-
12 ка: экология, надёжность, безопасность» (г. Томск, 2003, 2004 и 2005 гг.); на Всероссийской научной конференции молодых учёных «Наука» Технологии. Инновации» (г. Новосибирск, 2004 г.); на 3-ей Всероссийской научно-технической конференции «Ограничение перенапряжений и режимы заземления нейтрали сетей 6-35 кВ» (г. Новосибирск, 2004 г.); на Всероссийской научно-технической конференции «Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования» (г. Томск, 2006 г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 10 печатных работ: из них 1 статья в сборнике научных трудов, 9 -материалы докладов конференций.
Объём и структура работы-Основное содержание диссертации изложено на 199 страницах, содержит 48 рисунков и 1 таблицу. Работа состоит из введения, шести глав, заключения и приложений. Список использованных источников содержит 150 наименований.
Устройства, реагирующие на напряжения и токи промышленной частоты
В сетях простой конфигурации допускается применение общего устройства неселективной сигнализации, контролирующего состояние изоляции в системе данного напряжения, «Устройство для контроля изоляции сети на землю» описано, например, в [6]. Это устройство фиксирует возникновение однофазного замыкания на землю по признаку появления в контролируемой сети напряжения нулевой последовательности UQ. Для фиксации напряжения UQ в качестве фильтра напряжения нулевой последовательности (ФННП), как правило, используются трёхфазные пятистержневые трансформаторы напряжения с двумя вторичными обмотками, одна из которых соединена по схеме звезды, а вторая - по схеме разомкнутого треугольника. Вторичная обмотка, соединённая по схеме разомкнутого треугольника, реализует фильтр напряжений нулевой последовательности. Устройство контроля изоляции включает в себя также три вольтметра, включённые на фазные напряжения (в некоторых случаях применяется один вольтметр с переключателем), и максимальное реле напряжения, включенное на вторичное напряжение 3t/0. Обычно контроль изоляции выполняется с выдержкой времени порядка 9-10 секунд и более.
При появлении напряжения UQ в сети срабатывает реле напряжения, обеспечивая подачу сигнала о замыкании на землю в сети. Уставка реле напряжения обычно составляет около 20-30 вольт.
В некоторых случаях, вместо реле напряжения используются более чувствительные устройства [7, 8], которые позволяют выявлять замыкания па землю в сети при возникновении больших переходных сопротивлений в месте повреждения. Уставка такого устройства может быть выставлена на уровне двух вольт и выше.
При отсутствии на присоединениях селективных защит от замыканий на землю поиск повреждённого присоединения осуществляется поочерёдным отключением или соответствующими оперативными переключениями в сети без отключения потребителей. При отключении присоединения с замыканием на землю (или, например, при переводе его на другой источник питания) напряжение U0 на шинах исчезает.
Хотя рассматриваемый способ поиска повреждённого присоединения в настоящий момент широко распространён в российских энергосистемах, нельзя считать такой метод соответствующим современному уровню развития техники, поскольку он связан с большими затратами времени и труда оперативного персонала, а также наносит, как правило, определённый ущерб потребителю.
Токовые ненаправленные защиты нулевой последовательности могут применяться в сетях с изолированной или заземлённой через высокоомный резистор нейтралью. Среди них можно выделить защиты, выполненные на абсолютном и относительном замерах величин токов нулевой последовательности.
В защите, выполненной на абсолютном замере, происходит измерение тока нулевой последовательности в линии и сравнение его с уставкой этой защиты. При этом рабочим сигналом, на который защита реагирует при замыканиях на землю, является суммарный ток нулевой последовательности сети за вычетом ёмкостного тока повреждённой линии. При превышении током нуле вой последовательности 3/0 уставки происходит срабатывание защиты. Селективность защиты обеспечивается отстройкой её тока срабатывания от суммы тока небаланса нулевой последовательности и собственного ёмкостного тока линии [9-11].
При относительном замере измеряются токи во всех присоединениях, например, одной секции сборных шин и выявляется то присоединение, в котором ток максимальный. Это присоединение считается повреждённым. Зашиты, выполненные на относительном замере, относятся к централизованным и описаны ниже в соответствующем разделе»
В настоящее время существует большое количество ненаправленных токовых защит, выполненных на различной элементной базе: - электромеханические реле (например, РТ 40/0,2); - устройства защиты, выполненные на микросхемах среднего уровня интеграции (например, реле РТЗ-51); - микропроцессорные терминалы защиты.
Защиты нулевой последовательности, выполненные на электромеханических реле, в настоящее время считаются устаревшими. Следует также отметить, что эксплуатация защит, построенных на токовых реле устаревших конструкций, например серни РТ-40/0,2, может привести к излишним срабатываниям защиты (при внешних 033) из-за резкого увеличения токов нулевой последовательности при дуговых замыканиях за счёт высокочастотных составляющих.
Такие реле, как РТЗ-50, часто действуют неселективно, так как не только не имеют отстройки от токов высших гармоник, но наоборот, более чувствительны к ним [12], При таком реле защиту приходится сильно загрублять.
Серийно выпускаемые реле РТЗ-51 [6], пришедшие на замену РТЗ-50, являются более чувствительными и лучше отстроены от влияния свободных составляющих переходного процесса при дуговых перемежающихся 033, так как имеют входной фильтр высших гармонических. Однако и они не лишены недостатков - например, при питании от сети постоянного тока 110 или 220 вольт возможны ложные срабатывания этих реле в моменты коммутации в сети, возникающих по разным причинам [13].
Общая концепция построения защиты от замыканий на землю
В основе работы токовых защит от 033 с управляемыми характеристиками (ТУЗ), предложенных в НИИОГР, лежит принцип опережающего реагирования на наибольшую величину контролируемого сигнала [10]. Практическая реализация построения этих защит может быть осуществлена следующими основными способами: - соответствующим преобразованием воздействующих величин (входных сигналов); - автоматическим регулированием уставки срабатывания.
Эти защиты выявляют ту линию, присоединённую к рассматриваемой секции сборных шин, ток нулевой последовательности которой (или интеграл этого тока за определённый интервал времени) больше аналогичной величины для других линий. Защиты снабжены пусковыми органами (обычно по напряжению нулевой последовательности), которые разрешают им действовать только при 033 в сети, ТУЗ могут выполняться в виде централизованных или автономных устройств в сочетании с общими для всей подстанции элементами [10].
Управляемые защиты не требуют отстройки от бросков собственных ёмкостных токов. Защиты реагируют на переходные и установившиеся 033, обладают повторностью действия.
К недостаткам ТУЗ относятся низкая надёжность и сложность построения. Именно по причине низкой надёжности ТУЗ не нашли широкого практического применения,
В настоящее время в российских сетях 6-35 кВ с изолированной и компенсированной нейтралью эксплуатируются различные устройства селективной сигнализации и защиты от однофазных замыканий на землю. Однако, как показывает опыт их эксплуатации и ряд работ в этой области [см., например, 3," 129]" большинство из этих защит далеки от совершенства. Требуется разработка новых, более совершенных защит от 033.
Принципиально новые возможности появляются при резистивном заземлении нейтрали сети, которое в последние годы всё чаще используется в энергосистемах. Однако само появление резистора в нейтрали сети не решает задачи, - требуется разработка эффективных алгоритмов защит от 033, способных выявлять активный ток.
На практике часто бывает, что защиты от 033 работают неправильно не из-за их технического несовершенства, а из-за неверно выставленных уставок. Это относится прежде всего к наиболее распространенным токовым ненаправленным и направленным защитам нулевой последовательности от 033. Неправильная работа защит может наблюдаться, например, при появлении токов и напряжений небаланса, которые могут привести к ложным или излишним срабатываниям. Автору не удалось в литературе найти достаточно подробных исследований этих небалансов и их учёта при расчёте уставок защит от 033 В настоящее время не существует нормативных документов, которые позволили бы проектантам грамотно выбирать виды защит от 033, рассчитывать уставки и проверять чувствительность соответствующих устройств, что существенно затрудняет работу специалистов, занятых проектированием и эксплуатацией устройств защиты от 033, и заметно снижает качество этой работы. Применение резистивного заземления нейтрали требует также пересмотра методики расчёта уставок защит от 033 в таких сетях. Поэтому одной из задач настоящей работы является разработка методики расчёта уставок и проверки чувствительности защит от 033 в сети с резистивным заземлением нейтрали.
Некоторое время назад специалистами одной из энергосистем, были отмечены случаи отказов защит от 033, установленных на так называемых «пучках кабелей», идущих к потребителям [130]. Позже выяснилось, что эти отказы были связаны с нарушением контактных соединений фаз кабелей при их подсоединении в ячейке. Такие случаи неправильной работы защиты также требуют своего изучения. Необходимо разработать устройство, способное выявлять нарушения контактных соединений в пучке кабелей и информировать об этом обслуживающий персонал. Кроме повышения надёжности и эффективности защиты от 033, такое устройство позволит избавиться ещё от одной неприятности: при нарушении контактного соединения в одном кабеле соответствующая фаза второго кабеля может перегрузиться, повысится температура изоляции и ускорится её старение.
Выводы
1. Проведённый анализ показал, что большинство защит от замыканий на землю, которые эксплуатируются в настоящее время в сетях 6-35 кВ с изолированной и компенсированной нейтралью, но могут быть применены и в рези-стивно-заземлённых сетях, далеки от совершенства [3, 129]. Требуется разработка новых, более совершенных защит от 033.
2. В сетях с резистивным заземлением нейтрали из существующих защит наиболее целесообразно использовать ненаправленные токовые защиты нулевой последовательности и направленные токовые защиты (с соответствующим углом максимальной чувствительности).
3. Переход на резистивное заземление нейтрали требует пересмотра методики расчёта уставок и проверки чувствительности ненаправленных и направленных токовых защит от 033, которые могут успешно применяться в таких сетях. Это в свою очередь потребует проведения исследований небалансов в таких защитах, так как их необходимо учитывать при расчёте уставок.
4. При питании потребителей через «пучок кабелей» возможна неправильная работа установленных на них защит от 033 при нарушении контактных соединений фаз кабелей в месте их подключения. В связи с этим необходимо исследовать сигналы в таких защитах и разработать устройство, способное выявлять нарушения контактных соединений в пучке кабелей и информировать об этом обслуживающий персонал.
Понятие небаланса в защите от однофазных замыканий на землю
Под небалансом в релейной защите обычно понимают сигнал, который может привести к ложному срабатыванию защиты в нормальном режиме работы сети или к излишнему срабатыванию при внешнем повреждении.
Одной из особенностей небалансов в защитах от 033 является то, что некоторые из них могут" не только приводить к ложным или излишним срабатываниям защиты, но и влиять на её чувствительность при замыкании на защищаемом присоединении. Так, например, небаланс трёхтрансформаторного ФТНП, может присутствовать в защите как в нормальном режиме работы сети (то есть при отсутствии в ней коротких замыканий и ОЗЗ), так и в режиме внешнего замыкания на землю, поскольку токи нагрузки в фазах продолжают протекать. Поэтому, например, при расчёте уставки ненаправленной токовой защиты, подключенной к трёхтрансформаторному ФТНП, её ток срабатывания необходимо отстраивать не от одного собственного ёмкостного тока защищаемой ЛЭП, а от его суммы с током небаланса ФТНП. Однако если теперь на этой линии произойдет 033, а ток небаланса трёхтрансформаторного ФТНП окажется направленным противоположно току нулевой последовательности в защите, то он приведёт к ухудшению её чувствительности. То есть может получиться так, что этот ток небаланса дважды помешает защите сработать - сначала из-за дополнительного загрубления её уставки, а затем - уменьшив полезный сигнал при повреждении на защищаемом присоединении.
Ниже будет показано, что существуют и другие небалансы, способные влиять на чувствительность защиты при замыкании на защищаемом объекте.
По причинам, вызвавшим появление небалансов в защите, их можно ус ловно поделить на две основные группы: - небалансы, вызванные погрешностями измерительной аппаратуры, значения которых в большей или меньшей степени зависят от режима сети; - небалансы, связанные с различными процессами в сети, которые в свою очередь можно разделить иа длительно присутствующие в сети и кратковре менно появляющиеся и исчезающие.
Часть небалансов, которые могут относиться как к первой, так и ко второй группе, можно выделить в отдельную группу экстремальных небалансов, от которых трудно или практически невозможно отстроиться по величине.
Таким образом, применительно к защите от 033 понятие небаланса расширяется, и под небалансом в защите от замыканий на землю будем понимать рабочий сигнал (ток или напряжение нулевой последовательности)f «ощущаемый» защитой при отсутствии 033 на защищаемом присоединении или искажающий её поведение при 033 на защищаемом присоединении.
Для измерения напряжения U0, как правило, используются трёхфазные пятистержневые трансформаторы напряжения с двумя вторичными обмотками, одна из которых соединена по схеме звезды, а вторая - по схеме разомкнутого треугольника, реализующая фильтр напряжения нулевой последовательности. В некоторых случаях для измерения напряжения /0 в качестве ФННГЇ используется группа из трёх однофазных ТН,
При несимметрии параметров фильтров напряжения нулевой последовательности (трансформаторов напряжения) или его нагрузок, на выводах обмоток, соединённых в «разомкнутый треугольник», может появиться напряжение небаланса. Величину этого небаланса на разомкнутых зажимах нулевых обмо ток, приведённую к первичной обмотке, согласно [97] можно оценить по заданной допустимой погрешности измерения фазных напряжений по следующему выражению: где 1}ф - фазное напряжение сети; fa - погрешность ТН (или ФННП).
Если для измерения напряжения /0 в сети среднего напряжения установить однофазный ТН в нейтраль силового питающего трансформатора (или нейтралеобразующего трансформатора) параллельно заземляющему резистору, то можно исключить появление рассматриваемой составляющей небаланса в защите от 033.
LINK4 Расчёт уставок и проверка чувствительности ненаправленных токовых защит нулевой последовательности от 033 LINK4
Порядок выбора уставок и проверки чувствительности ненаправленных токовых защит для сетей с изолированной нейтралью описан, например, в [11, 141, 146]- С некоторыми изменениями эту методику можно применить и к сетям с резистивно-заземлённой нейтралью.
На рис.4.1 показана упрощенная схема сети, содержащей две подстанции (А и В) и пять ЛЭП, причём две из них (ЛЭП-4 и ЛЭП-5) присоединены к подстанции В. Питание на подстанцию А поступает через питающий трансформатор ТІ, через нейтралеобразующий трансформатор Т2 к сборным шинам этой подстанции подключен заземляющий резистор R , К шинам подстанции В присоединено несколько высоковольтных двигателей- Известны длины ЛЭП и их исполнение, ёмкостные токи двигателей, величина сопротивления заземляющего резистора. На рис.4.2 приведена схема замещения нулевой последовательности для рассматриваемой сети. Здесь С,- - ёмкость і-ой линии относительно земли; См -суммарная ёмкость всех двигателей относительно земли; RN - сопротивление заземляющего резистора; Rn - переходное сопротивление в месте 033; U& -напряжение в месте 033; lt - ток в соответствующей цепи.
Из рис.4.2 видно, что при 033 на линии ЛЭП-3 по неповреждённой ЛЭП-1 протекает сумма ёмкостных токов ЛЭП-1, ЛЭП-4, ЛЭП-5 и двигателей, присоединённых к подстанции В. Аналогично дело обстоит с защитой ЛЭП-2, по которой протекает ёмкостный ток своей линии и тех присоединений, которые от неё питаются. По защите повреждённой линии ЛЭП-3 протекает суммарный ёмкостный ток сети за вычетом своего собственного ёмкостного тока и ток резистора JR. Цель выбора уставок - обеспечить несрабатывание защит неповреждённых линий и срабатывание защиты от 033 повреждённой ЛЭП.
В соответствии с [11, 141, 146] ток срабатывания защиты 1а выбирается из следующего условия: 1а кн бр/сфймакс. где ки = 1,2-5-1,3 - коэффициент надёжности, учитывающий погрешность реле, ошибки расчёта 1сфп$макс и запас [6]; k6 =1,2-Ї-1,3 - коэффициент «броска», учитывающий бросок ёмкостного тока в момент возникновения 033, а также способность реле реагировать на него для любых типов защит от 033, установленных в сети с резистивно-заземлённой нейтралью [146]; 1сли$макс т максимальный ёмкостный ток защищаемого фидера. При использовании современных цифровых реле, например, защиты серии SPACOM в расчёте тока срабатывания в [141] рекомендуется принимать значение коэффициента броска равным kg =1,0-3-1,5 (уточняется по запросу у фирмы-изготовителя).
Токи небаланса кабельных трансформаторов тока нулевой последовательности, вызванные несимметричным расположением жил кабеля относительно вторичной обмотки ТТНП, как правило, намного меньше собственных ёмкостных токов кабелей и поэтому не учитываются в выражении (4.1).
Однако при установке защиты от 033 на пучке кабелей и возникновении нарушения контактного соединения фазы одного из кабелей в месте их подключения, в защите может появиться ток небаланса значительной величины, связанный с неидентичностью характеристик ТТНП Отстройка тока срабатывания защиты от суммы собственного ёмкостного тока линии при внешнем 033 и реально присутствующего в ней тока небаланса может сильно затрубить защиту. Поэтому в таких случаях необходимо предушатривать специальное устройство, контролирующее исправность контактных соединений фаз кабелей в месте их подключения и формирующее сигнал обслуживающему персоналу в случае нарушения контактов. Тогда обслуживающий персонал сможет при первой же возможности вывести в ремонт защищаемое присоединение и привести контактные соединения в порядок, прежде чем ток небаланса увеличится настолько, что приведёт к ложному срабатыванию защиты в нормальном режиме работы сети.
Очевидно, что защита от 033 не должна срабатывать при внешних междуфазных коротких замыканиях. Её срабатывание при КЗ на своей, защищае мой ЛЭП, также весьма нежелательно, так как это может затруднить последующий разбор аварии. Поэтому если выдержка времени защиты от 033 меньше времени срабатывания защит от междуфазных коротких замыканий, то рассчитывать её ток срабатывания по одному лишь условию 4.1) не достаточно. Необходимо дополнительно отстроиться от тока небаланса ТТНП при междуфазном КЗ: где кн = 1,5 -5- 2, 0 - коэффициент надёжности (по аналогии с [6]); I g ю - ток небаланса кабельного ТТНП при трёхфазном К3? величина которого может быть определена по выражению (3-5).
При наличии в схеме защиты от замыканий на землю блокировки, выводящей эту защиту из действия при определённом значении первичного тока If следует вместо отстройки тока срабатывания от небаланса ТТНП при междуфазном КЗ по выражению (4.2) отстроиться от небаланса при токе блокировки: где А =1,5 + 2,0 - коэффициент надёжности (по аналогии с [6]); 1нббл - ток небаланса кабельного ТТНП при токе блокировки, величина которого может быть определена по выражению (3.6), Из значений токов срабатывания, определённых по приведённым выше выражениям, необходимо выбрать большее.
