УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАССТОЯНИЯ ДО МЕСТА ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В СЕТЯХ 6 - 35 КВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ С ИЗОЛИРОВАННОЙ ИЛИ КОМПЕНСИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1997 года по МПК G01R31/08 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике релейной защиты? и может быть использовано в сетях 6 35 кВ с изолированной или компенсированной нейтралью всех ведомств.

Известно, что расстояние до места короткого замыкания при трехфазных и двухфазных коротких замыканиях в таких сетях легко определяется по параметрам аварийного режима короткого замыкания, для чего используют устройства, состоящие из стандартных ячеек 6 35 кВ, оборудованных аппаратурой для записи токов короткого замыкания и напряжения в сети [1, 2] Поскольку величина тока короткого замыкания при этих видах к.з. определяется расстоянием до места к. з. и напряжением в сети, обработкой записей тока и напряжения удается определить расстояние до места короткого замыкания.

Однако расстояние до места однофазного замыкания на землю в сетях 6 35 кВ по записям тока и напряжения аварийного режима определить невозможно, так как величина тока замыкания на землю любой из фаз на любой из линий сети, отходящих от источника питания, совершенно не зависит от расположения места замыкания по длине линии и определяется суммарной длиной всех включенных линий сети [2]
Известны и устройства для определения места однофазного замыкания на землю в электросетях, работающих с изолированной или компенсированной нейтралью, основанные на использовании переносных поисковых приборов типа "Поиск", "Волна", "Волна-М" или "Зонд", с которыми эксплуатационная бригада перемещается вдоль линии и которые фиксируют величину и направление емкостного тока нулевой последовательности (или его гармоник) или же напряжение нулевой последовательности [2] Если ток замыкания на землю недопустимо большой и после замыкания на землю линия должна быть отключена, то для отыскания места замыкания на отключенной линии дополнительно к указанным приборам используют специальный электромагнитный генератор (например, типа "ЭЧГ"), работающий на частоте 250 Гц. Этот генератор подключают между землей и фазой поврежденной отключенной линии и по создаваемому им току указанными выше приборами определяют место замыкания на землю, перемещаясь вдоль трассы.

Недостатком известных устройств является то, что их применение отнимает много времени. Согласно ПУЭ [3] место повреждения замыкания на землю должно быть обнаружено в течение двух часов. Однако практически даже при хорошей организации и доступности трассы удается обнаружить место замыкания на землю в линии длиной 10 20 км в течение 2 10 ч. Особые трудности отыскания места замыкания на землю проявляются на длинных линиях (50 70 км), принадлежащих электросети 10 кВ с изолированной нейтралью, питаемой от мощных трансформаторных подстанций (40 80 мВА). К таким линиям относятся, например, линии, питающие катодные станции магистральных трубопроводов. Подъезд к ним затруднен и определение места повреждений занимает, подчас, несколько суток, причем, вследствие значительных величин токов замыкания на землю и вызываемых замыканием смещений нейтрали, такие линии после замыкания на землю должны быть отключены и пребывать в отключенном положении до обнаружения и устранения на них места замыкания на землю. За относительно короткое время (8 10 ч), при наличии достаточного количества переносной аппаратуры, место замыкания на землю может быть определено лишь при одновременной работе нескольких бригад, обходящих по участкам всю линию сразу.

Время отыскания места повреждения и количество бригад, принимающих участие в поиске, можно было бы значительно сократить, если бы каким-либо образом с достаточно большой точностью удалось предварительно, до выезда бригады на линию, установить примерную зону, где находится место замыкания на землю. В этом случае бригада выезжала бы на линию в указанную зону и устанавливала точное место повреждения с помощью известных приборов за существенно меньшее время. Именно такой технический результат достигается применением предлагаемого изобретения.

За прототип предлагаемого изобретения принято устройство для определения расстояния до места трехфазного и двухфазного короткого замыкания [1, 2] о котором сказано выше.

Сущность изобретения состоит в том, что предлагается устройство для определения расстояния до места однофазного замыкания на землю в сетях 6 35 кВ электрических систем с изолированной или компенсированной нейтралью, состоящее из стандартной ячейки РУ 6 35 кВ, оборудованной блоком автоматического отключения выключателя после его включения, образующие коммутирующую ячейку устройства, которое дополнительно укомплектовано измерительной ячейкой, переносным кабелем со струбцинами на выходе (или воздушной, или кабельной обходной системой), последовательно соединенными со стандартной ячейкой, причем измерительная ячейка устройства содержит бэтеловый или металлический токоограничивающий резистор и два трехфазных разъединителя с двумя нормально-открытыми и одним нормально-закрытым ножом каждый, соединенные следующим образом: нормально-закрытые ножи первого и второго разъединителей включены последовательно в цепь фазы C, первые нормально-открытые ножи первого разъединителя и второго разъединителя подключены между фазой C и одним полюсом токоограничивающего резистора, другой полюс которого присоединен к контуру заземления подстанции, второй нормально-открытый нож первого разъединителя подключен между фазой A и фазой C за нормально-закрытым ножом первого разъединителя, а второй нормально-открытый нож второго разъединителя подключен между фазой B и фазой C за нормально-закрытым ножом второго разъединителя, за разъединителями в цепи фаз измерительной ячейки включены трансформаторы тока, вторичные обмотки которых присоединены к микропроцессорной системе записи или записи и обработки данных.

Предлагаемое устройство иллюстрируется соответственно фиг.1, фиг.2 и фиг.3, где показаны:
На фиг. 1 вариант предлагаемого устройства с переносным кабелем и струбцинами для присоединения к фазам отходящих питающих линий подстанции с одиночной секционированной выключателем системой сборных шин.

На фиг.2 вариант предлагаемого устройства с кабельной обходной системой токопроводов и обходными разъединителями на каждой питающей линии.

На фиг. 3 вариант схемы измерительной ячейки, используемой в устройстве фиг.1 и фиг.2.

На фиг.1, фиг.2 и фиг.3 обозначено:
1 предлагаемое устройство с переносным кабелем и струбцинами для присоединения к фазам отходящих питающих линий подстанций;
2 стандартная ячейка РУ 6 35 кВ коммутирующая ячейка устройства;
3 блок автоматического отключения выключателя коммутирующей ячейки устройства после его включения;
4 соединительный кабель;
5 измерительная ячейка;
6 переносный кабель;
7 струбцины;
8 места присоединения струбцин устройства;
9 предлагаемое устройство с кабельной обходной системой токопроводов и обходными разъединителями на каждой питающей линии;
10, 11 отрезки кабелей;
12 обходные трехфазные разъединители;
13, 14 трехфазные разъединители;
15, 16, 18, 19 нормально-открытые ножи разъединителя;
17, 20 нормально-закрытые ножи разъединителя;
21, 22, 23 трансформаторы тока измерительной ячейки;
24 микропроцессорная система записи или же записи и обработки данных;
25 токоограничивающий резистор.

Для определения расстояния до места повреждения на любой из отходящих питающих линий устройство по фиг.1 используется следующим образом.

В нормальном положении выключатель коммутирующей ячейки 2 отключен, однако его схема собрана.

После того, как соответствующая аппаратура защиты определила конкретную отходящую питающую линию, на которой произошло замыкание фазы на землю, и саму эту фазу:
по согласованию с диспетчером отключают выключатель этой линии, разматывают переносный кабель 6 и, соблюдая правила техники безопасности, присоединяют струбцины 7 к фазам отходящей линии в точках 8 (показаны на одной из отходящих линий);
производят переключение одного из двух разъединителей измерительной ячейки 5 (см. фиг.3), а именно того, который необходим для производства измерений на заземленной фазе. Так при замыкании на землю фазы А переключают разъединитель 11, фазы B 12, фазы C 11 или 12. Благодаря этому подготавливают цепь для протекания ограниченного тока короткого замыкания через землю, бэтеловый резистор и две параллельно соединенных фазы питающей линии, из которых одна та, на которой зафиксировано соединение с землей, и другая одна из двух других фаз;
у потребителя включают один из двух специально смонтированных разъединителей между фазами A и C (при переключении разъединителя 11 на питающей подстанции) или B C (при переключении разъединителя 12);
включают выключатель коммутирующей ячейки устройства.

В результате всего совершенного через место замыкания на землю по двум фазам линии потекут ограниченные по величине токи однофазного короткого замыкания, которые будут зафиксированы микропроцессорной системой записи или записи и обработки информации. После выдержки времени в 0,2 0,5 с, задаваемой блоком автоматического отключения выключателя 3, выключатель коммутирующей ячейки устройства будет отключен.

Расстояние до места замыкания на землю определяется в результате обработки информации о величинах токов, протекавших по фазам линии, записанной в микропроцессорной системе, или же автоматически обрабатывается в самой этой системе и выдается в виде вычисленного расстояния на индикаторе системы. Расстояние L₁ до места замыкания фазы линии на землю определяется по формуле:
,
где L вся длина линии;
I₁, I₂ токи короткого замыкания соответственно неповрежденной и поврежденной фаз линии (мгновенное, среднее или эффективное значения).

К достоинствам схемы устройства по фиг. 1 следует отнести ее простоту и дешевизну, к недостаткам неудобство в использовании переносного кабеля со струбцинами, не позволяющее автоматизировать процесс отыскания замыкания на любой из отходящих линий. Недостаток устраняется использованием варианта схемы устройства по фиг.2, в котором вместо переносного кабеля со струбцинами имеется кабельная (или воздушная) обходная система токопроводов с обходными разъединителями, с помощью которых устройство может быть подключено к любой питающей линии. Вследствие ограниченного по величине и времени действия тока короткого замыкания через землю (≅ 100 А, 0,2 0,5 с) обходная кабельная линия получается относительно простой и дешевой, так как она может быть выполнена отрезками кабелей сечением 10 25 кв.мм, а в качестве разъединителей могут быть использованы разъединители на минимальный по использованию ток (100 200 А).

По сравнению со схемой фиг. 1 схема фиг.2, даже при использовании с ручными приводами разъединителей, выигрывает во времени подготовки операции по организации измерений. При моторных же или линейных приводах разъединителей все процессы измерения в схеме фиг.2 могут быть автоматизированы, что еще на порядок сократит время определения расстояния до места замыкания на землю.2 Измерительная ячейка (см.фиг.3) устройства работает следующим образом.

После определения фазы, на которой зафиксировано замыкание на землю, при подготовке к измерениям производят переключение одного из двух разъединителей ячейки.

При замыкании на землю фазы A переключают разъединитель 13. Благодаря этому производят подключение резистора 25, присоединенного к земле с одной стороны, с другой стороны к фазе C с помощью ножа разъединителя 15. Одновременно с этим с помощью ножа разъединителя 16 через нормально-замкнутый нож 20 разъединителя 14 соединяются между собой фазы отходящей линии A и C и подают на них напряжение фазы A.

При замыкании на землю фазы B переключают разъединитель 14. Благодаря этому производят подключение резистора 25, присоединенного к земле с одной стороны, с другой стороны к фазе C с помощью ножа разъединителя 18. Одновременно с этим с помощью ножа разъединителя 19 через нормально-замкнутый нож 17 разъединителя 13 соединяют между собой фазы отходящей линии B и C и подают на них напряжение фазы B.

При замыкании на землю фазы C очевидно можно воспользоваться разъединителем 13 или 14.

Величины токов по фазам отходящей линии трансформируются трансформаторами тока 21, 22, 23 и фиксируются микропроцессорной системой записи или же записи и обработки данных 24.

Технический эффект достигается за счет сокращения времени определения мест повреждения однофазного замыкания на землю и устранение, благодаря этому, возможных коротких замыканий через землю.

Использование: в технике релейной защиты и предназначено для быстрого определения места замыкания на землю в ЛЭП-6, 10, 35 кВ переменного тока промышленной частоты в системах с изолированной или компенсированной нейтралью. Устройство образовано последовательным соединением стандартной ячейки 6 - 35 кВ, оборудованной блоком автоматического отключения выключателя (после его включения) и специальной измерительной ячейкой с переносным кабелем и струбцинами на выходе. Измерительная ячейка позволяет путем переключений в ней собрать схему, при которой через две фазы линии, из которых на одной зафиксировано замыкание на землю, пропустить ограниченный резистором ток однофазного короткого замыкания и записать значения этого тока по фазам. По записям значений тока определяется расстояние до места замыкания на землю. С помощью кабеля со струбцинами устройство может быть подключено к любой отходящей питающей линии. В вариантах рассматриваются устройства с обходной системой токопроводов и обходными разъединителями. 3 с.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для определения расстояния до места однофазного замыкания на землю в сетях 6 35 кВ электрических систем с изолированной или компенсированной нейтралью, состоящее из последовательно соединенных стандартной ячейки РУ 6 35 кВ, оборудованной блоком автоматического отключения выключателя после его включения, образующих коммутирующую ячейку устройства, отличающееся тем, что в него дополнительно введена измерительная ячейка, переносной кабель со струбцинами на выходе, которые последовательно соединены со стандартной ячейкой, причем измерительная ячейка устройства содержит бэтеловый или металлический токоограничивающий резистор и два трехфазных разъединителя с двумя нормально открытыми и одним нормально закрытым ножом каждый, соединенные следующим образом: нормально закрытые ножи первого и второго разъединителей включены последовательно в цепь фазы С, первые нормально открытые ножи первого разъединителя и второго разъединителя подключены между фазой С и одним полюсом токоограничивающего резистора, другой полюс которого присоединен к контуру заземления подстанции, второй нормально открытый нож первого разъединителя подключен между фазой А и фазой С за нормально закрытым ножом первого разъединителя, а второй нормально открытый нож второго разъединителя подключен между фазой В и фазой С за нормально закрытым ножом второго разъединителя, за разъединителями в цепи фаз измерительной ячейки включены трансформаторы тока, вторичные обмотки которых присоединены к микропроцессорной системе записи или же записи и обработки данных. 2. Устройство для определения расстояния до места однофазного замыкания на землю в сетях 6 35 кВ электрических систем с изолированной или компенсированной нейтралью, состоящее из последовательно соединенных стандартной ячейки РУ 6 35 кВ и оборудованной блоком автоматического отключения выключателя после его включения, образующих коммутирующую ячейку устройства, отличающееся тем, что в него дополнительно введена измерительная ячейка, смонтирована кабельная обходная система токопроводов с обходными разъединителями, которые последовательно соединены со стандартной ячейкой, причем измерительная ячейка устройства содержит бэтеловый или металлический токоограничивающий резистор и два трехфазных разъединителя с двумя нормально открытыми и одним нормально закрытым ножом каждый, соединенные следующим образом: нормально закрытые ножи первого и второго разъединителей включены последовательно в цепь фазы С, первые нормально открытые ножи первого разъединителя и второго разъединителя подключены между фазой С и одним полюсом токоограничивающего резистора, другой полюс которого присоединен к контуру заземления подстанции, второй нормально открытый нож первого разъединителя подключен между фазой А и фазой С за нормально закрытым ножом первого разъединителя, а второй нормально открытый нож второго разъединителя подключен между фазой В и фазой С за нормально закрытым ножом второго разъединителя, за разъединителями в цепи фаз измерительной ячейки включены трансформаторы тока, вторичные обмотки которых присоединены к микропроцессорной системе записи или же записи и обработки данных. 3. Устройство для определения расстояния до места однофазного замыкания на землю в сетях 6 35 кВ электрических систем с изолированной или компенсированной нейтралью, состоящее из последовательно соединенных стандартной ячейки РУ 6 35 кВ и оборудованной блоком автоматического отключения выключателя после его включения, образующих коммутирующую ячейку устройства, отличающееся тем, что в него дополнительно введена измерительная ячейка, смонтирована воздушная обходная система токопроводов с обходными разъединителями, которые последовательно соединены со стандартной ячейкой, причем измерительная ячейка устройства содержит бэтеловый или металлический токоограничивающий резистор и два трехфазных разъединителя с двумя нормально открытыми и одним нормально закрытым ножом каждый, соединенные следующим образом: нормально закрытые ножи первого и второго разъединителей включены последовательно в цепь фазы С, первые нормально открытые ножи первого разъединителя и второго разъединителя подключены между фазой С и одним полюсом токоограничивающего резистора, другой полюс которого присоединен к контуру заземления подстанции, второй нормально открытый нож первого разъединителя подключен между фазой А и фазой С за нормально закрытым ножом первого разъединителя, а второй нормально открытый нож второго разъединителя подключен между фазой В и фазой С за нормально закрытым ножом второго разъединителя, за разъединителями в цепи фаз измерительной ячейки включены трансформаторы тока, вторичные обмотки которых присоединены к микропроцессорной системе записи или же записи и обработки данных.