Способ автоматического устранения перенапряжения при однофазном замыкании на землю в электрической сети с изолированной нейтралью Российский патент 2023 года по МПК H02H3/16 

Изобретение относится к релейной защите и автоматике электрических сетей и предназначено для автоматического устранения перенапряжения в электрической сети с изолированной нейтралью без отключения воздушных линий электропередачи (ВЛЭП) с однофазным замыканием на землю (ОЗНЗ).

Известен способ определения ВЛЭП с ОЗНЗ в электрических сетях с изолированной нейтралью, заключающийся в регистрации напряжения нулевой последовательности на шинах низковольтного напряжения силового трансформатора, при появлении которого включают на землю одну из фаз шин низковольтного напряжения через токоограничивающее сопротивление и, если в момент включения этой фазы через токоограничивающее сопротивление не протекает ток, то эту фазу отключают и включают на землю любую другую фазу через токоограничивающее сопротивление, при этом контролируют одновременно с этим появление тока двойного замыкания на землю (ДЗНЗ) в одной из отходящих ВЛЭП, а при его появлении делают вывод о том, что в этой линии произошло ОЗНЗ (Патент РФ №2294585, МПК Н02Н 3/16, публ. 2007 г.).

Недостатком известного способа является то, что при возникновении на ВЛЭП ОЗНЗ элементы электрически связанной сети испытывают на себе перенапряжение, обусловленное повышением напряжения на двух неповрежденных фазах относительно земли в корень из трех раз, что значительно снижает ресурс задействованных коммутационных аппаратов и линейной изоляции, при этом повышается вероятность возникновения более опасного аварийного режима - ДЗНЗ как в процессе определения ВЛЭП с ОЗНЗ, так и в дальнейшем, если ВЛЭП с ОЗНЗ оставляют в работе на время отыскания места повреждения, что в значительной степени снижает надежность и безопасность электроснабжения потребителей. При отключении ВЛЭП с ОЗНЗ оперативным персоналом или релейной защитой и автоматикой (при возникновении ДЗНЗ) персонал оперативно-выездной бригады зачастую испытывает трудности при отыскании места возникновения повреждения на ВЛЭП, что существенно увеличивает время перерыва в электроснабжении потребителей.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности работы электросетевого оборудования, а также повышение надежности и безопасности электроснабжения потребителей.

Техническая задача достигается благодаря тому, что в известном способе определения ВЛЭП с ОЗНЗ в электрических сетях с изолированной нейтралью, заключающемся в том, что при возникновении ОЗНЗ в любой из ВЛЭП, регистрируют появление напряжения нулевой последовательности на шинах низковольтного напряжения силового трансформатора, при этом включают на землю одну из двух фаз шин низковольтного напряжения через токоограничивающее сопротивление, обеспечивая протекание тока ДЗНЗ в отходящей ВЛЭП с ОЗНЗ, согласно изобретения, каждую из ВЛЭП, отходящих от источника питания подключают через разделительный трансформатор, для которого обеспечивают возможность синхронной коммутации первичной и вторичной обмоток по схеме "звезда", посредством первого коммутационного аппарата с дистанционным управлением, контакты которого в нормальном состоянии электрической сети разомкнуты, при этом обеспечивают пофазное шунтирование входных и выходных выводов разделительного трансформатора посредством нормально замкнутых контактов второго коммутационного аппарата с дистанционным управлением, размыкающихся при протекании тока ДЗНЗ в ВЛЭП с ОЗНЗ, во время кратковременного включения на землю одной из двух фаз шин низковольтного напряжения силового трансформатора через низкоомный заземляющий резистор, одновременно с этим, посредством нормально разомкнутых контактов "первого" коммутационного аппарата обеспечивают синхронную коммутацию первичной и вторичной обмоток трансформатора по схеме "звезда", а нормально разомкнутым контактом "второго" коммутационного аппарата обеспечивают включение на землю через высокоомный резистор нейтрали вторичной обмотки разделительного трансформатора, питающего ВЛЭП с ОЗНЗ, после устранения на ВЛЭП ОЗНЗ формируют команду на дистанционное возвращение контактов "первого" и "второго" коммутационных аппаратов в исходное положение, обеспечивая тем самым подключение восстановленной ВЛЭП к источнику питания в обход разделительного трансформатора.

Технический результат заключается в повышении надежности работы электросетевого оборудования, а также обеспечении высокой надежности и безопасности электроснабжения потребителей.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где представлена схема устранения перенапряжения в электрической сети с изолированной нейтралью без отключения ВЛЭП с ОЗНЗ, отходящей от источника питания.

Схема содержит источник питания с фазами А, В и С, являющийся силовым трансформатором 1, аппараты 2-4 автоматической защиты, шины 5 низковольтного напряжения, устройство 6 неселективного контроля изоляции, блок 7 автоматического управления, однофазные выключатели 8 и 9, датчики 10-13 тока, низкоомный заземляющий резистор 14, высокоомный заземляющий резистор 15, разделительные трансформаторы 16 и 17, первые дистанционно управляемые коммутационные аппараты 18 и 19, синхронно коммутирующие схему соединения "звезда" для первичной и вторичной обмоток разделительных трансформаторов 16 и 17, контакты которых в нормальном режиме электрической сети разомкнуты, вторые дистанционно управляемые коммутационные аппараты 20 и 21, обеспечивающие пофазное шунтирование входных и выходных выводов разделительных трансформаторов 16 и 17, посредством нормально замкнутых контактов, а также обеспечивающий включение на землю нейтрали вторичной обмотки разделительных трансформаторов 16 и 17 через высокоомный заземляющий резистор 15, ВЛЭП 22 и 23. На схеме обозначены путь 24 протекания тока однофазного замыкания на землю при высокоомном резистивном замыкании нейтрали высокоомного заземляющего резистора 15 и путь 25 кратковременного протекания тока при двойном замыкании на землю через низкоомный заземляющий резистор 14.

Фазы А, В и С низковольтного напряжения силового трансформатора 1 подключены к аппарату 2 автоматической защиты, к которому, в свою очередь, подключены шины 5 низковольтного напряжения. К шинам 5 низковольтного напряжения подключены аппараты 3 и 4 автоматической защиты, к каждому из которых параллельно подключены, соответственно, по два коммутационных аппарата 18 и 19 и 20 и 21, изменяющие порядок-чередования фаз А, В и С, подключенных, соответственно, к ВЛЭП 22 и 23, питающих потребителей. Аппараты 3 и 4 автоматической защиты подключены к фазам разделительных трансформаторов 16 и 17, при включении в работу которых отходящие от силового трансформатора 1 ВЛЭП 22 и 23 теряют гальваническую связь с другими элементами разветвленной электрически связанной сети. Цепи управления коммутационных аппаратов 18 - 21 подключены к блоку 7 автоматического управления. Устройство 6 неселективного контроля изоляции подключено к шинам 5 низковольтного напряжения, его сигнальная обмотка подключена к блоку 7 автоматического управления. Каждый из однофазных выключателей 8 и 9 подключен, соответственно, к разным фазам шин 5 низковольтного напряжения и низкоомному заземляющему резистору 14 и в результате кратковременного поочередного включения формирует путь 24 протекания тока однофазного замыкания на землю при высокоомном резистивном заземлении нейтрали резистора 15, и высокоомному заземляющему резистору 15 и в результате кратковременного поочередного включения формирует путь 25 кратковременного протекания тока двойного замыкания на землю через низкоомный резистор 14. Цепи управления однофазных выключателей 8 и 9 подключены к блоку 7 автоматического управления. Датчик 10 тока подключен в разрыв цепи между низкоомным заземляющим резистором 14 и каждым из однофазных выключателей 8 и 9, а его измерительная обмотка подключена к блоку 7 автоматического управления. Датчики 10-13 тока, подключены в разрыв цепи каждой из фаз ВЛЭП 22 и 23, их измерительные обмотки подключены к блоку 7 автоматического управления. Нейтрали вторичных обмоток разделительных трансформаторов 16 и 17 подключаются к высокоомному заземляющему резистору 15 через датчик 11 тока и нормально разомкнутые контакты вторых дистанционно управляемых коммутационных аппаратов 20 и 21, соответственно.

Способ осуществляется следующим образом.

При возникновении ОЗНЗ любой из фаз на одной из ВЛЭП, отходящих от силового трансформатора 1, например, в фазе А ВЛЭП 23 устройство 6 неселективного контроля изоляции, подключенное к шинам 5 низковольтного напряжения силового трансформатора 1, регистрирует появление напряжения нулевой последовательности и формирует сигнал. Сигнал поступает на блок 7 автоматического управления, который поочередно выдает команду однофазным выключателям 8 и 9 на однократное кратковременное включение на землю соответственно фаз А и С шин 5 низковольтного напряжения через низкоомный заземляющий резистор 14 и в результате кратковременного поочередного включения формирует путь 24 протекания тока однофазного замыкания на землю при высокоомном резистивном заземлении нейтрали резистора 15, и через высокоомный заземляющий резистор 15 и в результате кратковременного поочередного включения формирует путь 25 кратковременного протекания тока двойного замыкания на землю через низкоомный резистор 14. При кратковременном включении фазы С на землю через низкоомный заземляющий резистор 14 в отходящей от источника питания ВЛЭП 23 с ОЗНЗ, в фазе А, имеющей повреждение изоляции, будет кратковременно протекать ток ДЗНЗ по пути 25. При этом датчики 10 и 13 тока одновременно формируют достоверный сигнал блоку 7 автоматического управления о протекании в отходящей от силового трансформатора 1 ВЛЭП 23 тока ДЗНЗ по пути 25. Получив сигнал с датчиков 10 и 13 тока, блок 7 автоматического управления формирует сигнал первому дистанционно управляемому коммутационному аппарату 19 на коммутацию схемы соединения «звезда» для первичной и вторичной обмоток разделительного трансформатора 17. Одновременно с этим блок 7 автоматического управления формирует сигнал второму дистанционно управляемому коммутационному аппарату 21 на пофазное шунтирование входных и выходных выводов разделительного трансформатора 17, а также на включение на землю нейтрали вторичной обмотки разделительного трансформатора 17 через высокоомный заземляющий резистор 15. При включении в работу разделительного трансформатора 17 отходящая от силового трансформатора 1 ВЛЭП 23 с ОЗНЗ теряет гальваническую связь с другими элементами разветвленной электрически связанной сети, что приводит к устранению существующего аварийного режима, характеризующегося воздействием перенапряжения на ее элементы относительно земли.

Включение на землю нейтрали вторичной обмотки разделительного трансформатора 17 через высокоомный заземляющий резистор 15 существенно повышает надежность функционирования ВЛЭП 23 с ОЗНЗ, особенно если она характеризуется низким уровнем технического состояния, имеет большую протяженность и разветвленность, а также если процесс отыскания ОЗНЗ занимает достаточно длительный период времени, вследствие влияния особенностей рельефа местности, неблагоприятных погодно-климатических факторов или темного времени суток.

Сопротивление высокоомного заземляющего резистора 15 должно быть такой величины, чтобы свести к минимуму эффект накопления зарядов на неповрежденных фазах ВЛЭП 22 или 23 при возникновении на них дуговых перемежающихся ОЗНЗ. При этом перенапряжения на неповрежденных фазах В и С ВЛЭП 23 при повторных зажиганиях дуга не должны превышать значений (2,4 - 2,5) Uф.ном. (Л.Н. Паперный, В.П. Куличенков. Защита от атмосферных и внутренних перенапряжений в электроустановках напряжением 6 - 750 кВ: учебно-методическое пособие). Сопротивление низкоомного заземляющего резистора 14 должно быть такой величины, чтобы путь 25 кратковременного протекания тока при ДЗНЗ, протекающий по фазе с поврежденной изоляцией ВЛЭП 23, не приводил к срабатыванию ее аппарата 4 автоматической защиты, но в то же время был достаточным для его фиксации датчиком 13 тока. При устранении ОЗНЗ производят дистанционное возвращение контактов первого и второго коммутационных аппаратов в исходное положение, обеспечивая тем самым подключение восстановленной воздушной линии электропередачи к источнику питания в обход разделительного трансформатора.

Предлагаемый способ позволяет значительно повысить надежность работы электросетевого оборудования, а также обеспечивает высокую надежность и безопасность электроснабжения потребителей, т.к. при возникновении ОЗНЗ на любой из ВЛЭП электрически связанной сети с изолированной нейтралью устраняется возможность появления перенапряжения на элементах сети (коммутационных аппаратах и линейных изоляторах), а отходящая ВЛЭП, имеющая ОЗНЗ, не отключается от источника питания и надежно функционирует.

Изобретение относится электротехники, а именно к релейной защите и автоматике электрических сетей и предназначено для автоматического устранения перенапряжения в электрической сети с изолированной нейтралью без отключения воздушных линий (ВЛЭП) с однофазным замыканием на землю (ОЗНЗ). Технический результат заключается в повышении надежности работы электросетевого оборудования, а также обеспечении высокой надежности и безопасности электроснабжения потребителей. Технический результат достигается благодаря тому, что каждую из ВЛЭП, отходящих от источника питания подключают через разделительный трансформатор. Для разделительного трансформатора обеспечивают возможность синхронной коммутации первичной и вторичной обмоток по схеме "звезда", посредством первого коммутационного аппарата с дистанционным управлением. Контакты первого коммутационного аппарата в нормальном состоянии электрической сети разомкнуты. При этом обеспечивают пофазное шунтирование входных и выходных выводов разделительного трансформатора посредством нормально замкнутых контактов второго коммутационного аппарата с дистанционным управлением. Контакты второго коммутационного аппарата размыкаются при протекании тока двойного замыкания на землю (ДЗНЗ) в ВЛЭП с ОЗНЗ, во время кратковременного включения на землю одной из двух фаз шин низковольтного напряжения силового трансформатора через низкоомный заземляющий резистор. Одновременно с этим нормально разомкнутым контактом второго коммутационного аппарата обеспечивают включение на землю через высокоомный резистор нейтрали вторичной обмотки разделительного трансформатора, питающего ВЛЭП с ОЗНЗ. После устранения на ВЛЭП ОЗНЗ формируют команду на дистанционное возвращение контактов первого и второго коммутационных аппаратов в исходное положение, обеспечивая тем самым подключение восстановленной ВЛЭП к источнику питания в обход разделительного трансформатора. 1 ил.

Способ автоматического устранения перенапряжения при однофазном замыкании на землю в электрической сети с изолированной нейтралью, заключающийся в том, что при возникновении однофазного замыкания на землю в любой из воздушных линий электропередачи регистрируют появление напряжения нулевой последовательности на шинах низковольтного напряжения силового трансформатора, при этом включают на землю одну из двух фаз шин низковольтного напряжения через низкоомный заземляющий резистор, обеспечивая протекание тока двойного замыкания на землю в отходящей воздушной линии электропередачи с однофазным замыканием на землю, отличающийся тем, что каждую из воздушных линий электропередачи, отходящих от источника питания, подключают через разделительный трансформатор, для которого обеспечивают возможность синхронной коммутации первичной и вторичной обмоток по схеме «звезда» посредством первого коммутационного аппарата с дистанционным управлением, контакты которого в нормальном режиме электрической сети разомкнуты, при этом обеспечивают пофазное шунтирование входных и выходных выводов разделительного трансформатора посредством нормально замкнутых контактов второго коммутационного аппарата с дистанционным управлением, размыкающихся при протекании тока двойного замыкания на землю в воздушной линии электропередачи с однофазным замыканием на землю во время кратковременного включения на землю одной из двух фаз шин низковольтного напряжения силового трансформатора через низкоомный заземляющий резистор, одновременно с этим посредством нормально разомкнутых контактов первого коммутационного аппарата обеспечивают синхронную коммутацию первичной и вторичной обмоток трансформатора по схеме «звезда», а нормально разомкнутым контактом второго коммутационного аппарата обеспечивают включение на землю через высокоомный заземляющий резистор нейтрали вторичной обмотки разделительного трансформатора, питающего воздушную линию электропередачи с однофазным замыканием на землю, после устранения на воздушной линии электропередачи однофазного замыкания на землю формируют команду на дистанционное возвращение контактов первого и второго коммутационных аппаратов в исходное положение, обеспечивая тем самым подключение восстановленной воздушной линии электропередачи к источнику питания в обход разделительного трансформатора.