Способ корреляционной защиты трехфазной сети с изолированной нейтралью от однофазных замыканий на землю Российский патент 2020 года по МПК H02H3/16 

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для защиты электрических сетей 6-35 кВ с изолированной нейтралью от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ).

Известны способы, предусматривающие в случае возникновения ОЗЗ принудительное создание в сети режима двойного замыкания на землю путем кратковременного соединения с землей через токоограничивающий резистор одной из неповрежденных фаз общих шин (патент на изобретение SU 1478168 А1, МПК G01R 31/08, опубликован 07.05.1989; патент на изобретение RU 2294585 С1, МПК H02H 3/16, опубликован 27.02.2007). Недостатком такого технического решение являются ограниченные функциональные возможности.

Известен способ, который реализуется в устройстве защиты от однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов, содержащем на каждой линии датчик тока нулевой последовательности, измерительный трансформатор напряжения нулевой последовательности, полосовые частотные фильтры, блоки переключения, дифференциатор, элемент временной задержки на срабатывание, блок линейного преобразования, корреляторы, блок деления, блок вычисления абсолютного значения, элементы сравнения (RU 2688210 С1, МПК Н02Н 3/16, опубликован 21.05.2019). Недостатком этого технического решения является низкая чувствительность в условиях малой суммарной протяженности внешней сети.

Наиболее близким к предложенному является способ защиты трехфазной сети с изолированной нейтралью от ОЗЗ, согласно которому измеряют напряжение нулевой последовательности на шинах, общих для присоединений, а также токи нулевой последовательности в присоединениях и напряжения их фаз, возникновение ОЗЗ фиксируют по увеличению напряжения нулевой последовательности на общих шинах выше заданного значения, а поврежденную фазу выявляют по уменьшению напряжения фазы присоединений ниже заданного значения, при возникновении ОЗЗ формируют цепь для кратковременного протекания тока двойного замыкания на землю путем принудительного замыкания на землю через токоограничивающий резистор одной из двух неповрежденных фаз общих шин и измеряют ток в резисторе, с учетом значений токов нулевой последовательности в присоединениях в принудительном режиме кратковременного протекания тока двойного замыкания на землю определяют отходящую линию с ОЗЗ и отключают ее (патент RU 2304334 С1, МПК Н02Н 3/16, опубликован 10.08.2007).

Недостатком данного технического решения является ограниченность обработки информационных данных и, как следствие, низкая селективность защиты.

Технической задачей изобретения является повышение селективности действия защиты при ОЗЗ и повышение чувствительности в условиях малой суммарной протяженности внешней сети.

Технический результат заключается в повышении технического совершенства функционирования защиты от однофазных замыканий на землю.

Это достигается способом корреляционной защиты трехфазной сети с изолированной нейтралью от ОЗЗ, в котором измеряют напряжение нулевой последовательности на шинах общих для присоединений, а также токи нулевой последовательности в присоединениях и напряжения их фаз, фиксируют возникновение ОЗЗ по увеличению напряжения нулевой последовательности на общих шинах выше заданного значения, выявляют поврежденную фазу по уменьшению напряжения фазы общих шин ниже заданного значения, формируют цепь для кратковременного протекания тока двойного замыкания на землю принудительным замыканием на землю через токоограничивающий резистор одной из двух неповрежденных фаз общих шин и измеряют ток в резисторе, контролируют отсутствие в сети режима двойного короткого замыкания на землю при увеличении напряжения нулевой последовательности на общих шинах, формируют сигнал на отключение присоединения с ОЗЗ по корреляционному соотношению значений аварийных составляющих токов нулевой последовательности, формируемых в электрических цепях трехфазной группы трансформаторов тока каждого из присоединений с током в резисторе, при этом в токах нулевой последовательности присоединений и токе в резисторе выделяют аварийные составляющие путем вычитания из текущего значения тока его одномоментного значения на предыдущем периоде промышленной частоты, попарно перемножают выборки аварийных составляющих токов нулевой последовательности каждого из присоединений с соответствующими выборками аварийной составляющей тока в резисторе, накапливают абсолютные значения полученных произведений и суммируют на интервале одного периода промышленной частоты, фиксируют среди найденных сумм максимальное значение, по которому определяют присоединение с ОЗЗ.

Вариантом указанного изобретения является случай, когда формируют сигнал на отключение присоединения с ОЗЗ по корреляционному соотношению значений аварийных составляющих токов нулевой последовательности, определяемых путем суммирования радиосигналов трехфазной группы радиомодемных измерителей тока каждого из присоединений с током в резисторе.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана структурная схема защищаемой сети и функциональных узлов корреляционной защиты от ОЗЗ. На фиг. 2 приведена используемая в способе схема корреляционной обработки значений токов нулевой последовательности при принудительном (искусственном) замыкании на землю.

Структурная схема (см. фиг. 1) содержит: энергосистему 1, общие шины 2, присоединения (отходящие линии) 3.1-3.n, трехфазные группы трансформаторов тока 4.1-4.n, установленные в фазах соответствующих присоединений, устройства 5.1-5.n релейной защиты и автоматики (РЗА), трехобмоточный трансформатор напряжения 6, подключенный к общим шинам 2 и выполненный по схеме звезда с нулем/звезда с нулем/разомкнутый треугольник, высокоомный резистор 7, связанный с землей, трансформатор тока 8, установленный в контуре протекания тока через высокоомный резистор 7, вспомогательные выключатели 9 и 10, терминал 11 управления, терминал защиты от ОЗЗ 12, связанный входами с выходами устройств 5.1-5.n РЗА, трансформатором напряжения 6 и трансформатором тока 8, а выходами - с входами терминала управления 11 и с силовыми выключателями 13.1-13.n присоединений 3.1-3.n соответственно.

Схема корреляционной обработки значений токов нулевой последовательности содержит: блоки 14.1-14.n и 15 задержки сигналов на один период промышленной частоты (фиг. 2), например, на один период промышленной частоты (20 мс), сигналов, отображающих соответственно токи 3I₀ присоединений 3.1-3.n, и сигнала, отображающего ток I₇ через высокоомный резистор 7, блоки 16.1-16.n и 17 вычитания сигналов, блоки умножения сигналов 18.1-18.n, блоки накопления и суммирования абсолютных значений сигналов на интервале одного периода промышленной частоты 19.1-19.n и блок 20 определения максимального значения или по факту превышения заданного уровня суммы в блоках 19.1-19.n.

Предложенный способ реализуют следующим образом.

Терминал защиты от ОЗЗ 12 через трансформатор напряжения 6 постоянно измеряет напряжение нулевой последовательности 3U₀ и фазные напряжения U_A, U_B, U_C на общих шинах 2, а через трансформаторы тока 4.1-4.n - токи нулевой последовательности I₀ в присоединениях 3.1-3.n. Данные о напряжении 3U₀ передают в терминал защиты от ОЗЗ 12 непосредственно, а данные о токах I₀ через устройства 5.1-5.n РЗА.

Для передачи данных через устройства 5.1-5.n РЗА может быть использована трехфазная группа подвесных радиомодемных измерителей тока, данные от которых в этом случае передают по радиоканалу внутриобъектовой связи. В нормальном режиме радиомодемные измерители тока находятся в режиме ожидания, а при возникновении ОЗЗ по радиосигналу пуска от терминал защиты от ОЗЗ 12 синхронно запускают запись данных о токах в фазах, на которые они установлены.

Возникновение ОЗЗ фиксируют но увеличению напряжения нулевой последовательности 3U₀ на общих шинах 2 выше заданного значения, а поврежденную фазу выявляют по уменьшению напряжения фазы присоединений 3.1-3.n ниже заданного значения. При этом с увеличением напряжения нулевой последовательности 3U₀ на общих шинах 2 контролируют отсутствие в сети режима двойного замыкания на землю. Если в сети имеет место ОЗЗ, с помощью трансформатора напряжения 6 осуществляют пуск защиты но напряжению нулевой последовательности 3U₀.

Вспомогательные выключатели 9 и 10 обеспечивают кратковременное подключение высокоомного резистора 7 к фазам В или С общих шин 2. Терминал 11 управления предназначен для включения и выключения вспомогательных выключателей 9 или 10. С возникновением ОЗЗ формируют цепь для кратковременного (0,02-0,3 с) протекания тока двойного замыкания на землю путем принудительного замыкания на землю через выскоомный резистор 7 одной из двух неповрежденных фаз общих шин 2. В частности, при ОЗЗ в фазе А замыкают на землю фазу В или С, при ОЗЗ в фазе В - фазу С, а при ОЗЗ в фазе С - фазу В. Таким образом, возникает контур для протекания тока I₇, включающий в себя высокоомный резистор 7 и поврежденное присоединение. За счет высокого сопротивления выскоомного резистора 7 протекающий ток не представляет опасности для оборудования электрической сети и не нарушает треугольник междуфазных напряжений. Посредством трансформатора тока 8 измеряют ток I₇ в высокоомном резисторе 7.

Данные о токах I₀ присоединений 3.1-3.n и токе I₇ в высокоомном резисторе 7 передают в терминал защиты от ОЗЗ 12, коррелируют и по критерию максимума корреляционной функции определяют, а затем отключают присоединение с ОЗЗ.

Сигнал на отключение присоединения с ОЗЗ формируют по корреляционному соотношению значений аварийных составляющих токов I₀ нулевой последовательности каждого из присоединений 3.1-3.n с током I₇ в высокоомном резисторе 7. При этом выборки аварийных составляющих в токах нулевой последовательности I₀ присоединений 3.1-3.n и токе I₇ в высокоомном резисторе 7 выделяют путем вычитания из текущего значения тока его одномоментного значения на предыдущем периоде промышленной частоты.

Выборки аварийных составляющих токов нулевой последовательности I₀ каждого из присоединений 3.1-3.n попарно перемножают с соответствующими выборками аварийной составляющей тока I₇ в высокоомном резисторе 7. Абсолютные значения полученных произведений накапливают и суммируют на интервале одного периода промышленной частоты. Среди найденных сумм фиксируют максимальное значение, по которому и определяют присоединение с ОЗЗ.

При осуществлении корреляционной обработки сигналов для получения аварийных составляющих токов нулевой последовательности I₀ каждого из присоединений 3.1-3.n в блоках 16.1-16.n вычитания из текущих выборок сигналов 3I₀ вычитают сигналы выборок, задержанных на один период промышленной частоты блоками 14.1-14.n. Для получения аварийных составляющих тока I₇ в высокоомном резисторе 7 в блоке 17 из текущих выборок сигнала I₇ вычитают сигналы выборок, задержанных на один период промышленной частоты блоком 15.

Аварийные составляющие токов нулевой последовательности I₀ каждого из присоединений 3.1-3.n перемножают в блоках 18.1-18.n с аварийными составляющими тока I₇ в выскоомном резисторе 7. Абсолютные значения полученных произведений накапливают в блоках накопления и суммирования сигналов на интервале одного периода промышленной частоты 19.1-19.n, где рассчитывают их сумму на интервале одного периода.

В блоке 20 выполняют сравнение полученных сумм и для максимального значения формируют выходной сигнал о наличии ОЗЗ на соответствующем присоединении.

Благодаря применению в предложенном способе определения показателей взаимной корреляции сигналов достигается однозначное определение присоединения с ОЗЗ в условиях погрешностей трансформаторов тока и малых значений токов ОЗЗ. Это обеспечивает повышенную селективность и чувствительность действия защиты при ОЗЗ.

Использование: в области электроэнергетики для защиты электрических сетей 6-35 кВ с изолированной нейтралью от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ). Технический результат - повышение селективности и чувствительности действия защиты при ОЗЗ. Согласно способу корреляционной защиты трехфазной сети с изолированной нейтралью от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) измеряют напряжение нулевой последовательности на шинах, общих для присоединений, а также токи нулевой последовательности в присоединениях и напряжения их фаз, фиксируют возникновение ОЗЗ по увеличению напряжения нулевой последовательности на общих шинах выше заданного значения, выявляют поврежденную фазу по уменьшению напряжения фазы общих шин ниже заданного значения, формируют цепь для кратковременного протекания тока двойного замыкания на землю принудительным замыканием на землю через токоограничивающий резистор одной из двух неповрежденных фаз общих шин и измеряют ток в резисторе. При этом контролируют отсутствие в сети режима двойного короткого замыкания на землю при увеличении напряжения нулевой последовательности на общих шинах. Формируют сигнал на отключение присоединения с ОЗЗ по корреляционному соотношению значений аварийных составляющих токов нулевой последовательности, формируемых в электрических цепях трехфазной группы трансформаторов тока каждого из присоединений с током в резисторе. В токах нулевой последовательности присоединений и токе в резисторе выделяют аварийные составляющие путем вычитания из текущего значения тока его одномоментного значения на предыдущем периоде промышленной частоты, попарно перемножают выборки аварийных составляющих токов нулевой последовательности каждого из присоединений с соответствующими выборками аварийной составляющей тока в резисторе, накапливают абсолютные значения полученных произведений и суммируют на интервале одного периода промышленной частоты. Фиксируют среди найденных сумм максимальное значение, по которому определяют присоединение с ОЗЗ. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ корреляционной защиты трехфазной сети с изолированной нейтралью от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ), в котором измеряют напряжение нулевой последовательности на шинах, общих для присоединений, а также токи нулевой последовательности в присоединениях и напряжения их фаз, фиксируют возникновение ОЗЗ по увеличению напряжения нулевой последовательности на общих шинах выше заданного значения, выявляют поврежденную фазу по уменьшению напряжения фазы общих шин ниже заданного значения, формируют цепь для кратковременного протекания тока двойного замыкания на землю принудительным замыканием на землю через токоограничивающий резистор одной из двух неповрежденных фаз общих шин и измеряют ток в резисторе, отличающийся тем, что контролируют отсутствие в сети режима двойного короткого замыкания на землю при увеличении напряжения нулевой последовательности на общих шинах, формируют сигнал на отключение присоединения с ОЗЗ по корреляционному соотношению значений аварийных составляющих токов нулевой последовательности, формируемых в электрических цепях трехфазной группы трансформаторов тока каждого из присоединений с током в резисторе, при этом в токах нулевой последовательности присоединений и токе в резисторе выделяют аварийные составляющие путем вычитания из текущего значения тока его одномоментного значения на предыдущем периоде промышленной частоты, попарно перемножают выборки аварийных составляющих токов нулевой последовательности каждого из присоединений с соответствующими выборками аварийной составляющей тока в резисторе, накапливают абсолютные значения полученных произведений и суммируют на интервале одного периода промышленной частоты, фиксируют среди найденных сумм максимальное значение, по которому определяют присоединение с ОЗЗ.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формируют сигнал на отключение присоединения с ОЗЗ по корреляционному соотношению значений аварийных составляющих токов нулевой последовательности, определяемых путем суммирования радиосигналов трехфазной группы радиомодемных измерителей тока каждого из присоединений с током в резисторе.