Режимы заземления нейтрали

Упрощенная принципиальная схема установки приведена на рис.2.1. Моделируется сеть, содержащая трехфазный источник питания с изолированной нейтралью и три присоединения. Эти присоединения имитируются тремя батареями конденсаторов С1, С2 и С3, которые подключается к шинам переменного напряжения соответственно через выключатели Q1, Q2, Q₃. Емкости батарей конденсаторов регулируются дискретно, независимо для каждой батареи, что позволяет регулировать емкостный ток в месте замыкания на землю I_з(с)=3I_0(с) при работе сети с изолированной нейтралью в диапазоне от 0,4 до 13А,

здесь I_0(с)=-jU_ф/х_с∑ , где U_ф - номинальное фазное напряжение сети;

Х_с∑=1/ω₀С_0∑-эквивалентное емкостное сопротивление сети;

Рис.2.1. Принципиальная схема стенда для физического моделирования однофазных замыканий на землю

Рис.2.2 Схема соединения конденсаторных батарей в стенде: (а) модель линии №1 и №2; (б) модель линии №3.

Контроль напряжения нулевой  последовательности 3U₀ осуществляется при помощи трех однофазных трансформаторов напряжения, вторичные обмотки которых соединены в разомкнутый треугольник (измерительный трансформатор TV). Место повреждения (фаза А) устанавливается ключом SA:на любом из трех присоединений или на шинах питания. Емкостный ток замыкания на землю в месте повреждения замеряется амперметром PA4, при имитации замыкания на землю выключаем SF2.Емкостный ток каждого присоединения контролируется через измерительные трансформаторы тока TA1-TA3 амперметрами PA1-PA3.При этом в нормальном режиме работы сети косвенно измеряется емкостный ток фазы А присоединения, а при замыкании на землю фазы А измеряется емкостный ток замыкания каждого присоединения. В цепи каждого присоединения также устанавливаются стандартные трансформаторы тока нулевой последовательности TAO различных типов (Т3, ТЗЛМ, ТЗР), что позволяет исследовать влияние различных датчиков тока нулевой последовательности на устройства защиты и сигнализации (реле КА1-КА3).

Последовательно в цепи замыкания  на землю вместо накладки ХВ1 может включаться дополнительный блок моделирования дуги MD.При этом можно создавать как реальную низковольтную дугу с помощью угольных электродов (как установившуюся, так и с кратковременным замыканием). С помощью специального управляющего ключа предусмотрена возможность производить замыкания в различные моменты времени, определенной длительности и полярности.

При моделировании процессов  в сетях с компенсированной нейтралью  к базовой модели подключается силовой  трансформатор Т мощностью 2кВА, нейтраль которого замыкается через дугогасящий реактор (линейный дроссель L).

Индуктивность дросселя регулируется изменением воздушного зазора в широких  пределах, что позволяет имитировать  режимы недокомпенсации емкостного тока, перекомпенсации и практически  идеальной компенсации.

В составе стенда имеется  стандартные реле защиты типов РТЗ-50; РТЗ-51; ЗЗП-1; УСЗ-2/2 и РТ-40/0,2, что позволяет  анализировать работу этих устройств  при различных режимах замыкания  и сравнивать их работу с вновь  разрабатываемыми устройствами на микропроцессорной  и микроэлектронной элементной базе.

Результаты экспериментальных  исследований, проведенных на физических моделях, хорошо совпадают с имеющимися данными авторов и с результатами реальных экспериментов при замыканиях на землю, проведенных сотрудниками кафедры на различных энергетических предприятиях.

 

2.2 Математическая модель  кабельной сети 6-10кВ.

Единственным, а порой  и непреодолимым препятствием на пути широкого применения математического  моделирования (вычислительный эксперимент) являлись ограниченные возможности  вычислительной техники, как основного  инструмента при моделировании. На сегодняшний уровень ее развития позволяет отнести эту проблему к разряду второстепенных для  большинства задач.

Применение математического  моделирования в электроэнергетике  позволяет преодолеть целый ряд  трудностей связанных с исследованием  процессов с помощью экспериментального метода (натурный эксперимент). Кроме  того, математическое моделирование  позволяет в широких пределах варьировать параметры исследуемой  модели, что невозможно сделать при  исследованиях на натурной модели.

Все исследования, проводимые в этой работе, и полученные в  ходе их результаты основаны на использовании  системы компьютерного моделирования MATLAB. Выбор сделан в пользу этой системы, как основного инструмента при исследованиях, по многим причинам: среди них открытость системы, возможность создания не только своих элементов, но и возможность создавать законченные приложения с помощью собственного языка программирования (MATLAB–язык), а так же с помощью более популярных языков, таких как С++ или Fortran.

 

 

Рис.2.3 Математическая модель сети с компенсированной нейтралью

 

Рис.2.4 Токи в линии 1

 

 

Рис.2.5 Токи в линии 2

 

Рис.2.6 Напряжения на выводах источника

 

 

Рис.2.7 (1) сумма токов в линии1, (2) сумма токов в линии2,

                       (3) 3U₀,  (4) N

 

 

3. Разработка защиты от  замыканий на землю в сетях  6-10кВ с воздушными и кабельными  линиями.

Старение оборудования обуславливает  необходимость оснащения воздушных  и кабельных линий 35 кВ устройствами защиты и сигнализации от замыканий  на землю и требует принятия ряда технических решений с учетом особенностей схем и режимов его  работы. При этом установка таких  устройств не должна быть связана  с существенной реконструкцией существующей электрической части подстанций и не требовать значительных дополнительных капитальных затрат.

В одном случае рассматривалась  возможность оснащения устройствами защиты воздушных линий 35 кВ в сети с изолированной нейтралью. Поскольку  одной из основных проблем при  этом является обеспечение достаточной  чувствительности при сравнительно малых величинах токов замыканий  на землю, было принято решение об установке чувствительных токовых  направленных защит нулевой последовательности. За основу было принято микропроцессорное  устройство защиты типа РНМ-03КИ, разработанное  в ЮРГТУ (НПИ). Принцип работы устройства основан на контроле модулей и  фазовых соотношений первых гармонических  составляющих токов и напряжений нулевой последовательности.

Для кабельных линий 35 кВ двухтрансформаторной подстанции защита выполнена на базе микропроцессорных устройств типа РЕНОМ-04, реализующую принцип относительного замера. Это позволяет выявить поврежденное присоединение по наибольшему значению высших гармонических составляющих тока нулевой последовательности. Однако данный принцип построения защит применим при наличии трех и более присоединений, что не всегда имеет место в рассматриваемом случае.

С учетом отмеченного выше модернизировано устройство РЕНОМ-04 введением канала сравнения знаков и длительностей сигналов высших гармонических составляющих (токов и напряжений нулевой последовательности), двух каналов дуговой защиты. В этом случае защита может быть выполнена на базе индивидуальных устройств. Проведенные испытания подтвердили реализуемость алгоритмов функционирования. Разработанное устройство предполагается установить на двухтрансформаторной подстанции, на стороне 35 кВ которой имеется два и три присоединения соответственно.

Микропроцессорное устройство релейной защиты от замыканий на землю  в электрических сетях 6-35 кВ типа РЕНОМ-04Л (в дальнейшем Устройство) предназначено для защиты воздушных  и кабельных линий, работающих с  изолированной, компенсированной или  резистивно-заземленной нейтралью, от однофазных замыканий на землю. Устройство предназначено для установки  в релейных отсеках КРУ и КРУН, на панелях и в шкафах РЗА.

Устройство  типа РЕНОМ-04Л предназначено для  эксплуатации в следующих условиях:

• температура окружающего воздуха - от минус 10 до 55 °С;
• относительная влажность при 25 °С - до 98  %;
• атмосферное давление - от 550 до 800 мм рт. ст.;
• окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая токопроводящей пыли, агрессивных паров и газов, разрушающих изоляцию и металлы;
• место установки должно быть защищено от попадания брызг, воды, масел, эмульсий, а также от прямого воздействия солнечной радиации;
• синусоидальная вибрация вдоль вертикальной оси частотой от 10 до 100 Гц с ускорением не более 1 g;
• многократные удары частотой от 40 до 80 ударов в минуту с ускорением не более 3 g, длительность ударного ускорения - от 15 до 20 мс.

Структурная схема РЕНОМ-04Л  приведена на рис. 3.1. На схеме приняты  следующие обозначения:

ДН, ДТ – датчики напряжения и тока нулевой последовательности,

Рис.3.1. Структурная схема устройства РЕТОМ-04Л

 

БП – блок питания,

ФПЗ – фазоповоротное звено,

ПФ – полосовой фильтр,

ФПИ – формирователь прямоугольных  импульсов,

ДЗ – дифференцирующее звено,

МУ – масштабный усилитель  напряжения нулевой последовательности,

ССФ – схема совпадения по фазе высших гармоник тока и напряжения нулевой последовательности,

ОНМ ВЧ – орган направления  мощности высших гармоник,

ФС – формирователь  сигнала 3I₀ высших гармоник,

БИЛ – блок измерений  и логики,

МП -  микропроцессор,

БИ – блок индикации,

БВР – блок выходных реле.

 

 ЛИТЕРАТУРА

 

1.Серов В. И., Шуцкий В. И., Ягудаев Б.М. Методы и средства борьбы с замыканиями на землю в высоковольтных системах горных предприятий. - М.: Наука. -1985. - 135 с.

2.А.с. 1026173 (СССР). Способ изготовления высоковольтного объемного резистора / Врублевский Л.Е., Жаворонков А.А., Захаров Г.А., Николаев И.В.; заявлено 03.07.1981, № 3313567/18-21; опубл. в Б. И., 1983, № 24.

3. Зильберман В.А., Эпштейн И.М., Петрищев Л. С., Рождественский Г. Г. Влияние способа заземления нейтрали сети собственных нужд блока 500 МВт на перенапряжения и работу релейной защиты // Электричество, № 12, 1987, стр. 52-56.

3. М.А. Шабад Защита от однофазных замыканий на землю в сетях 6-35 кВ. Конспект лекций. Издание Петербургского энергетического института повышения квалификации руководящих работников и специалистов Минэнерго РФ. С.Петербург 2001
4. В.А. Шуин, А.В. Гусенков Защиты от замыканий на землю в электрических сетях 6-10 кВ. Приложение к журналу Энергетик. М. НТФ «Энергопрогресс», «Энергетик» 2001
5. Н.В. Чернобровов, В.А. Семёнов Релейная защита энергетических систем. М. Энергоатомиздат 1998
6. Руководящие указания по релейной защите: Токовая защита нулевой последовательности от замыканий на землю линий 110-500кВ. Расчёты. М.: Энергия, 1980.
7. XVII научно-техническая конференция "Релейная защита и автоматика энергосистем 2006" Москва - 16-19 мая 2006г. Н.В.Гребченко, Донецкий национальный технический университет; А.А.Беликов, ЗАО «Донецксталь-металлургический завод».
8. С.И. Олейник, А.А. Сафарбаков Защита от замыканий на землю в сетях 6-35 кВ с компенсированной нейтралью, реагирующая на активную составляющую. Электрические станции. – 2002, № 3.
9. В.А. Семенов Мировая практика осуществления релейной защиты ВЛ и перспективы ее совершенствования. -Энергетик, 1997, №5.
10. Руководящие указания по релейной защите. Вып.12. Токовая защита нулевой последовательности от замыканий на землю линий 110-500 кВ. Расчеты. -М.: Энергия, 1980.
11. А.А. Рудман, О.А. Юркова Адаптивная релейная защита - Релейная защита и линейная автоматика электрических сетей 110-750 кВ. Сборник научных трудов Энергосетьпроект, 1986.
12. О повышении надежности сетей 6 кВ собственных нужд энергоблоков АЭС / Циркуляр Ц-01-97(Э). – М.: Росэнергоатом, 1997
13. А.И. Шалин Замыкания на землю в линиях электропередачи 6–35 кВ. Особенности возникновения и приборы защиты // Новости Электротехники. – № 1 (31), 2005.