СПОСОБ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОЙ СЕЛЕКТИВНОЙ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ Российский патент 2015 года по МПК H02H3/16 

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики, в частности к релейной защите, обеспечивающей выявление элементов с однофазным замыканием на землю в электрической сети с изолированной или заземленной через индуктивное, активное или комбинированное сопротивление.

В релейной защите используется способ определения поврежденного присоединения при однофазных замыканиях на землю в сетях с изолированной нейтралью или нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор или резистор, основанный на сравнении величин токов нулевой последовательности в каждом фидере [1]. Но токи, возникающие при замыкании на землю на поврежденных и неповрежденных элементах, особенно в компенсированной сети, обладают недостаточно четкими и устойчивыми различиями.

Также известен способ направленной защиты от однофазных замыканий на землю в распределительных сетях переменного тока, который реализован в устройстве для направленной защиты нулевой последовательности от однофазных замыканий на землю [2]. В соответствие со способом измеряют разность фаз между сигналами тока и напряжения нулевой последовательности на рабочей частоте сети, сравнивают результаты измерений с заданным интервалом углов сдвига фаз. Указанный способ имеет такой недостаток, как низкая надежность цепей напряжения, при неисправности которых метод теряет свойство направленности.

Наиболее близким техническим решением является способ быстродействующей селективной защиты от однофазных замыканий на землю [3], использующий только направления токов нулевой последовательности присоединений относительно тока питающего фидера, при этом отсутствует необходимость в непосредственном измерении величины токов и выборе соответствующих уставок, как это принято в других защитах. Суть алгоритма заключается в том, что направления тока нулевой последовательности в отходящих присоединениях по отношению к направлению тока питающего фидера, кодируются как логическая единица при синфазности сравниваемых токов или как логический ноль при их противофазности или малом уровне токов присоединений. Мгновенные значения сигналов от датчиков тока нулевой последовательности отходящих линий перемножаются с мгновенным значением от датчика тока нулевой последовательности питающей узел линии. Время интегрирования выбирается из условия отстройки от помех, например вызванных коммутациями сети. Положительный сигнал на выходе указывает на синфазность токов, отрицательный - на противофазность. Кодирование сигналов осуществляется путем сравнения каждого с уставкой небаланса тока нулевой последовательности, выбранной в зависимости от типа датчиков и параметров защищаемой распределительной сети. Если значение сигнала меньше или равно уставке, то он принимается равным нулю, если больше, то сигнал нормируется до значения 1. Поврежденным считается отходящий фидер, кодирование результата произведения которого дает единицу при условии, что кодирование остальных дает нуль.

Однако известный способ не позволяет выявить поврежденный элемент при однофазном замыкании на шинах или в обмотке питающего трансформатора, соединенной с шиной. При этом условия выбора поврежденного присоединения не выполняются ни для одного из отходящих присоединений, и защита может работать некорректно, т.к. возникает неопределенность: однофазное замыкание на землю в сети есть, а поврежденное присоединение не определено.

Целью предложенного способа является повышение надежности и степени селективности защиты от замыканий на землю.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе централизованной селективной защиты от замыканий на землю в распределительной электрической сети, при котором измеряются токи нулевой последовательности всех отходящих присоединений, выбираются токи присоединений, превышающие минимальный установленный уровень, формируется базовый сигнал, измеренные токи нулевой последовательности всех отходящих присоединений сравниваются с базовым сигналом, определяется поврежденное отходящее присоединение, при определении элемента электрической сети с однофазным замыканием на землю, выполняется новая операция: если условия выбора поврежденного присоединения не выполняются ни для одного из отходящих присоединений, то принимается решение, что замыкание на землю произошло на шинах или в обмотке питающего трансформатора.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показал, что заявленный способ отличается от известного тем, что в случае замыкания на землю на шинах или в обмотке питающего трансформатора, условия выбора поврежденного присоединения не выполняются ни для одного из отходящих присоединений, и принимается решение, что замыкание на землю произошло на шинах или в обмотке питающего трансформатора. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию «новизна».

На фиг.1 представлена функциональная схема способа определения поврежденного присоединения.

На фиг.2 приведена векторная диаграмма токов нулевой последовательности присоединений при повреждении на первом отходящем присоединении. На векторных диаграммах приняты следующие обозначения: I_w1, I_w2, I_wn - векторы токов нулевой последовательности первого, второго и n-го присоединений, соответственно, I_Б - вектор базового сигнала.

На фиг.3 приведена векторная диаграмма токов нулевой последовательности при повреждении на шинах.

Способ централизованной селективной защиты от замыканий на землю в распределительной электрической сети может быть реализован цифровым устройством в соответствии с функциональной схемой, показанной на фиг.1. Токи нулевой последовательности всех фидеров измеряются цифровым измерительным преобразователем (блок 1). При этом цифровой измерительный преобразователь может быть реализован как с индивидуальными измерительными модулями, расположенными в ячейках фидеров, так и с измерительными модулями, расположенными в самом блоке 1.

В блоке 2 выбираются токи присоединений, превышающие установленный уровень. Блок 2 является пусковым органом. При превышении хотя бы одним из контролируемых токов установленного уровня, начинают выполняться операции определения поврежденного присоединения.

В блоке 3 формируется базовый сигнал.

В блоке 4 измеренные токи нулевой последовательности всех отходящих присоединений сравниваются с базовым сигналом, и определяется номер поврежденного отходящего присоединения.

Если однофазное замыкание на землю произошло в одном из отходящих присоединений, например на линии W1 (точка К1), то в блоке 4 определяется номер поврежденного отходящего присоединения и формируется соответствующий этому номеру сигнал. При этом, например, направление вектора тока нулевой последовательности поврежденного присоединения W1 I_w1 будет близко к направлению вектора базового сигнала I_Б (фиг.2).

Если же однофазное замыкание на землю произошло на шинах подстанции (в точке К2) или в обмотке трансформатора Т (точка К3), соединенной с этой шиной, то номер поврежденного отходящего присоединения не будет определен в блоке 4, и на его выходе не будет сформирован сигнал. Направления векторов тока нулевой последовательности всех присоединений при этом будет близки к направлению вектора базового сигнала I_Б (фиг.3). В этом случае в блоке 5 принимается решение, что однофазное замыкание на землю произошло на шинах или в обмотке трансформатора, и формируется соответствующий сигнал.

Использование предлагаемого способа определения поврежденного фидера при однофазном замыкании на землю позволяет повысить надежность функционирования защиты в условиях, когда возможны повреждения на шинах питающей подстанции и в обмотке питающего трансформатора, связанной с шиной.

Источники информации

1. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учеб. Для вузов - 3-е изд. - М.: Высш. Шк., 1991, с.213.

2. Авторское свидетельство СССР №792421, Н02Н 3/16, 1980.

3. Патент РФ №2410812, Н02Н 3/16, 10.03.2009.

Использование: в области электротехники и электроэнергетики. Технический результат - повышение надежности и степени селективности защиты от замыканий на землю. Согласно способу измеряются токи нулевой последовательности всех отходящих присоединений, выбираются токи присоединений, превышающие минимальный установленный уровень, формируется базовый сигнал. Измеренные токи нулевой последовательности всех отходящих присоединений сравниваются по направлению с базовым сигналом, если направление тока одного присоединения близко к направлению базового сигнала, то формируется сигнал о повреждении этого присоединения. Если направления токов всех присоединений близки к направлению базового сигнала, то формируется сигнал о повреждении на шинах или в обмотке питающего трансформатора. 3 ил.

Способ централизованной селективной защиты от замыканий на землю в распределительной электрической сети, при котором измеряются токи нулевой последовательности всех отходящих присоединений, выбираются токи присоединений, превышающие минимальный установленный уровень, формируется базовый сигнал, измеренные токи нулевой последовательности всех отходящих присоединений сравниваются по направлению с базовым сигналом, если направление тока одного присоединения близко к направлению базового сигнала, то формируется сигнал о повреждении этого отходящего присоединения, отличающийся тем, что если направления токов всех присоединений близки к направлению базового сигнала, то формируется сигнал о повреждении на шинах или в обмотке питающего трансформатора.