СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕННОГО ПРИСОЕДИНЕНИЯ И МЕСТА ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ В СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ Российский патент 2001 года по МПК G01R31/08 

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к контрольно-измерительной технике и релейной защите, и может найти применение для одновременного определения поврежденной линии, расстояния до места однофазного замыкания на землю в воздушных трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью 6-35 кВ и последующего отключения.

Известен способ определения поврежденной линии [1], суть которого заключается в том, что поочередно производят отключение каждой линии подстанции и следят за исчезновением повреждения. При исчезновении замыкания делается вывод, что отключенная линия является поврежденной. Однако этот способ имеет серьезный недостаток - срабатывается ресурс коммутационной аппаратуры. Вследствие этого необходимо часто проводить профилактические и ремонтные работы. К тому же для взрыво- и пожароопасных производств замыкание на землю необходимо отключать без выдержки времени (или с очень малым временем) и нельзя включать линию и подстанцию без его устранения. Поэтому на подстанции порой трудно установить поврежденное присоединение и необходимо осматривать всю сеть.

Наиболее близким по технической сущности, реализованным в устройстве [2] , является способ, основанный на контролировании сигнала напряжения нулевой последовательности (ННП) шин подстанции. При возникновении ННП контролируют значение тока нулевой последовательности каждой линии путем поочередного подключения трансформаторов тока нулевой последовательности (ТНП) контролируемых линий, определяют наибольшее значение ТНП, запоминают последнее и номер контролируемой линии, одновременно суммируют ТНП от всех линий, производят деление вычисленного сигнала на определенный коэффициент, несколько превышающий два, и от него вычитают найденный наибольший сигнал. Если полученная разность отрицательна, то делают вывод о том, что замыкание произошло на линии с наибольшим ТНП, если положительна - то на шинах подстанции. Однако данный способ медленный и по нему нельзя определить место повреждения.

Задача изобретения состоит в уменьшении времени определения поврежденной линии, одновременном определении расстояния до места замыкания на землю и последующем отключении поврежденной линии.

Поставленная задача может быть решена за счет того, что запоминают ток нулевой последовательности предшествующего режима каждой линии, определяют изменение тока нулевой последовательности каждой линии в течение периода промышленной частоты и сравнивают его с соответствующей уставкой для каждой линии, если на одном из присоединений ток не изменил направление в течение периода промышленной частоты и он больше уставки, то делают вывод о повреждении линии и отключают ее, а место повреждения линии определяют по формуле:

где I_ЗП - аварийный ток нулевой последовательности поврежденной линии; Σ I_НП - суммарный ток нулевой последовательности неповрежденных линии; I_ЗД - доаварийный ток нулевой последовательности поврежденной линии; I_З2, ..., I_Зn емкостный ток линий 2, ..., n подстанции; C₀ - удельная емкость линии; U - напряжение сети; l_1.1 длина поврежденной линии от подстанции до места повреждения; l_1.2 - длина поврежденной линии от места повреждения до конца.

В нормальном режиме работы емкостные токи сети невелики. Емкостные токи I_C1, I_C2, . . ., I_Cn1 (фиг. 1) каждой ЛЭП пропорциональны их длинам и направлены от шин в линию:
I_C1 = C₀•l₁•U;
I_C2 = C₀•l₂•U;
....................................; (1)
I_Cn = C₀•l_n•U;
где C₀ - удельная емкость линии; l₁, l₂, ..., l_n - длины первой, второй, ..., n-й линий.

Через распределенную емкость каждой линии соответствующий ток втекает в землю.

При замыкании (фиг. 2) одной из фаз на землю любой линии в точке 3, место повреждения делит линию на два участка с длинами l_1.1 и l_1.2
l₁ = l_1.1 + l_1.2 (2)
Токи нулевой последовательности I_З2, ..., I_Зn неповрежденных линий в аварийном режиме не изменят свои величины:
I_C2 = I_З2; ... ; I_Cn = I_Зn, (3)
а поменяют направление (фаза токов изменится на 180^o) и будут протекать от линии к шинам, а в поврежденной линии они сложатся с тем емкостным током, который будет вызван емкостью неповрежденной части линии и результирующий ток I_З1 будет направлен от шин в линию (фаза тока не изменится):
I_З1 = (I_З2 + ... + I_Зn) + C₀•l_1.1•U. (4)
Таким образом, определяя изменение тока нулевой последовательности каждой линии в течение периода промышленной частоты и сравнивая его с соответствующей уставкой для каждой линии, определяют поврежденную линию, в данном примере это - N 1. Находят суммарный аварийный ТНП неповрежденных линий:
I_Σ = I_З2 + ... + I_Зn. (5)
Вычисляют разницу между аварийным ТНП поврежденной линии и суммарного аварийного ТНП неповрежденных линий
I_З1 = (I_З2 + ... + I_Зn) + C₀•l_1.1•U - (I_З2 + ... + I_Зn) = C₀•l_1.1•U. (6)
Зная предварительно запомненное значение доаварийного ТНП поврежденного присоединения:
I_C1 = (C₀•l_1.1 + C₀•l_1.2)•U, (7)
найдем частное от деления разницы между аварийным ТНП поврежденной линии и суммарным аварийным ТНП неповрежденных линий (6) на значение доаварийного ТНП поврежденного присоединения (7):
l^* = [C₀•l_1.1•U]/[(C₀•l_1.1 + C₀•l_1.2)•U] = (l_1.1)/(l_1.1 + l_1.2), (8)
которое равно доли до места повреждения от всей длины линии доаварийного режима.

Таким образом, по предлагаемому способу можно определить поврежденную линию, расстояние до места повреждения и произвести отключение поврежденной линии с временем, соизмеримым с временем нескольких периодов промышленной частоты.

Источники информации
1. А. М. Федосеев. Релейная защита электрических систем. М.: Энергия, 1976.

2. А. с. СССР N 1370630, G 01 R 31/08. Устройство для определения поврежденного участка электросети при однофазном замыкании на землю. /В.Л.Вайнштейн, В.Н.Мохов.

Изобретение может найти применения для одновременного определения поврежденной линии, расстояния до места однофазного замыкания на землю в воздушных трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью 6-35 кВ и последующего отключения. Технический результат состоит в уменьшении времени определения поврежденной линии, одновременном определении расстояния до места замыкания на землю и последующем отключении поврежденной линии. Для определения поврежденной линии и места повреждения в сети с изолированной нейтралью запоминают ток нулевой последовательности предшествующего режима каждой линии, определяют изменение тока нулевой последовательности каждой линии в течение периода промышленной частоты и сравнивают его с соответствующей уставкой для каждой линии, если на одном из присоединений ток не изменил направление в течение периода промышленной частоты и он больше уставки, то делают вывод о повреждении линии и отключают ее, а место повреждения линии определяют по формуле

где I_ЗП - аварийный ток нулевой последовательности поврежденной линии; ΣI_НП - суммарный ток нулевой последовательности неповрежденных линий; I_ЗД - доаварийный ток нулевой последовательности поврежденной линии; I_З2, ..., I_Зn - емкостный ток линий 2, ..., n подстанции; C₀ - удельная емкость линии; U - напряжение сети; l_1.1 - длина поврежденной линии от подстанции до места повреждения; l_1.2 - длина поврежденной линии от места повреждения до конца. 2 ил.

Способ определения поврежденного присоединения в сети с изолированной нейтралью, заключающийся в том, контролируют значение тока нулевой последовательности каждой линии, запоминают ток нулевой последовательности, суммируют токи нулевой последовательности линий, отличающийся тем, что запоминают ток нулевой последовательности предшествующего режима каждой линии, определяют изменение тока нулевой последовательности каждой линии в течение периода промышленной частоты и сравнивают его с соответствующей уставкой для каждой линии, и если на одном из присоединений ток не изменил направление в течение периода промышленной частоты и он больше уставки, то делают вывод о повреждении линии и отключают ее, а место повреждения линии определяют по формуле

где I_ЗП - аварийный ток нулевой последовательности поврежденной линии;
ΣI_НП - суммарный ток нулевой последовательности неповрежденных линий;
I_ЗД - доаварийный ток нулевой последовательности поврежденной линии;
I_З2, ..., I_Зn - емкостный ток линий 2, ..., n подстанции;
C₀ - удельная емкость линии;
U - напряжение сети;
l_1.1 - длина поврежденной линии от подстанции до места повреждения;
l_1.2 - длина поврежденной линии от места повреждения до конца.