УСТРОЙСТВО СИГНАЛИЗАЦИИ ПРИ ОБРЫВЕ ПРОВОДА СИП ВЛ-(6)10 кВ

Устройство сигнализации при обрыве провода СИП ВЛ-(6)10 кВ относится к устройствам для оповещения оперативного персонала о появлении ненормального режима на ВЛ-(6)10 кВ. Данное устройство устанавливается на стороне 0,4 кВ ТП, подключенной к защищаемой линии. Рассматриваемое устройство предназначено для контроля обрыва проводов без коротких замыканий и замыканий на землю на ВЛ-(6)10 кВ. Контроль обрыва фаз ВЛ-(6)10 кВ позволяет минимизировать опасность для жизни и здоровья людей при данном виде повреждения.
Известно устройство защиты от несимметричного режима работы электрической сети с изолированной или компенсированной нейтралью [А.с. СССР №815833, Кл. Н02Н 3/24; Н02Н 5/10, опубл. 23.03.1981, Бюл. №11], содержащее подключенные к каждой из фаз сети преобразователи переменного напряжения в логический сигнал с уставками по напряжению, логическую схему и исполнительный орган.
Недостатком данного устройства является то, что оно защищает только отдельный электроприемник.
Известно устройство для защиты участка воздушной линии электропередачи с изолированной нейтралью от несимметричных режимов [А. с. СССР №792439, Кл. Н02Н 3/16; Н02Н 5/10, опубл. 30.12.1980, Бюл. №48], содержащее установленные в начале защищаемого участка антенный фильтр напряжения нулевой последовательности, а в конце защищаемого участка фильтр обратной последовательности и логическую схему, выполненную на реле. При возникновении однофазного замыкания на землю на воздушной линии появляется сигнал на выходе антенного фильтра нулевой последовательности, а на выходе фильтра обратной последовательности сигнал отсутствует.
Недостатком данного устройства является сложность выполнения фильтров нулевой и обратной последовательности непосредственно на напряжении воздушной линии, т.е. на напряжении 6-10 кВ.
Известно устройство защиты трансформаторных подстанций напряжением 6-10/0,38 кВ от несимметричных режимов [Григорьев А.В., Селивахин А.И., Сукманов В.И. Защита сельских электрических сетей. - Алма-Ата: Кайнар, 1984. - С. 101-103], содержащее подключенный в конце воздушной линии напряжением 6-10 кВ перед силовым трансформатором антенный фильтр напряжения нулевой последовательности и подключенный со стороны нагрузки 0,38 кВ силового трансформатора фильтр обратной последовательности и логическую схему.
Недостатком указанного устройства является сложность исполнения фильтров нулевой и обратной последовательности.
Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому техническому результату является «Устройство защиты от обрывов проводов воздушной линии электропередачи с изолированной нейтралью» [3], содержащее микропроцессорный счетчик, последовательно соединенный с микропроцессорным счетчиком электрической энергии канал передачи аварийного сигнала на диспетчерский пункт электрических сетей. Микропроцессорный счетчик электрической энергии дополнительно содержит последовательно соединенные блок измерения среднеквадратичных линейных напряжений, блок вычисления напряжения обратной последовательности, преобразователь напряжения обратной последовательности в логический сигнал с минимальной уставкой по напряжению, блок исключения случайных срабатываний, блок преобразования логического сигнала в сигнал канала связи, передающий модем канала связи.
Недостатком указанного устройства является сложность его структуры, а также совмещение устройств учета электроэнергии с устройством защиты от не нормального режима работы сети, что при выводе из работы защиты приведет к прекращению учета и, наоборот, при выводе счетчика из работы - к потере защиты.
Предлагаемое устройство лишено недостатков аналогов: имеет простую структуру и является отдельным самостоятельным устройством.
Технической задачей полезной модели является повышение надежности работы электрических сетей напряжением 6-10 кВ и улучшение условий электробезопасности.
Технический результат достигается тем, что устройство сигнализации при обрыве провода СИП ВЛ-6(10) кВ предполагается выполнять как отдельное цельное устройство с возможностью установки на дин рейку.
Технические характеристики приведены в таблице 1.
Защищаемая электрическая сеть напряжением 6-10/0,4 кВ состоит из последовательно включенных трехпроводной воздушной линии электропередачи с изолированной нейтралью, понижающего трансформатора, четырехпроводной линии электропередачи с глухо заземленной нейтралью и потребителей электрической энергии. Предлагаемое устройство включается параллельно нагрузке на шины 0,4 кВ понижающего трансформатора. Питание внутренней схемы устройства осуществляется от каждой из 3-х фаз контролируемой сети 0,4 кВ. Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведена модульная схема устройства.
Устройство содержит:
1. модуль защиты, предназначенный для защиты устройства от внутренних повреждений. Параметры срабатывания рассчитываются исходя из состава применяемого оборудования;
2. модуль блока питания, предназначенный для питания цепей устройства в момент исчезновения питания от сети 0,4 кВ. Модуль блока питания должен содержать аккумулятор, емкости которого должно быть достаточно для отправки GSM-модулем сигнала об исчезновении оперативного питания;
3. модуль тестирования предназначен для проверки работоспособности устройства и прохождения сигнала до оператора АРМ. Данное устройство должно представлять собой кнопку, при нажатии на которую происходит перекрещивание двух фаз (смена порядка чередования);
4. фильтр обратной последовательности предназначен для контроля напряжения обратной последовательности в сети 0,4 кВ. Данному модулю необходим регулятор чувствительности исполнительного органа для выбора уставки. И регулятор задержки срабатывания для исключения ложных срабатываний.
5. GSM-модуль предназначен для передачи сигнала на АРМ оператора. Данный модуль должен работать с SIM-картами любых операторов сотовой связи и иметь возможность передавать четыре информационных сигнала:
Сигнал «Нормальная работа»
Сигнал «Авария»
Сигнал «Потеря опер, тока»
Сигнал «Внутренняя неисправность».
И два управляющих сигнала:
Ввести в работу
Вывести из работы,
а также иметь возможность настройки номеров, с которых доступно управление устройством и частоты отправки информационных сигналов по событиям;
6. модуль световой индикации предназначен для определения состояния устройства при осмотре. Физически представляет собой набор диодных лампочек:
Зеленая диодная лампочка «Нормальная работа устройства»
Красная диодная лампочка «Внутренняя неисправность»
Красная диодная лампочка «Авария»
Красная диодная лампочка «Аварийное отключение устройства»
Зеленая диодная лампочка «GSM связь установлена»
Красная диодная лампочка «GSM связь отсутствует»;
7. модуль сухих контактов предназначен для построения защит или индикации срабатывания устройства по средствам существующей телемеханики. Необходимый состав контактов:
HP и НЗ контакты срабатывание фильтра обратной последовательности
HP Внутренняя неисправность
HP Аварийное отключение устройства
HP Потеря опер. тока.
Исследования изменений напряжений нулевой и обратной последовательностей в различных точках электрической сети напряжением (6)10/0,4 кВ при обрыве фазного провода ВЛ-(6)10 кВ позволили определить, что напряжение обратной последовательности, достоверно указывает на обрыв провода ВЛ-(6)10кВ. [1] С учетом максимальных отклонений напряжения питающей сети в пределах ±10%, значение уставки устройства защиты по напряжению обратной последовательности можно определить в пределах 7-17% линейного напряжения. [2]. Установлено, что схема соединения обмоток трансформатора не влияет на величину уставки устройства защиты по напряжению обратной последовательности [1].
Устройство защиты работает следующим образом.
На входы устройства сигнализации при обрыве провода СИП ВЛ-(6)10 кВ, подключенные к трем фазным (А, В, С) и нулевому (N) выводам вторичной обмотки понижающего трансформатора, подаются три фазных напряжения. Структурная схема устройства приведена в файле «Чертежи Фиг. 1». Через блок защиты  напряжение поступает на фильтр напряжения обратной последовательности 4, сравнивается с напряжением уставки Uycт.
При нормальном режиме работы трехпроводной воздушной линии электропередачи электрической сети с изолированной нейтралью напряжение нулевой последовательности U2 меньше напряжения уставки Uycт и фильтр напряжения обратной последовательности не выдает сигнал на модуль GSM 5, модуль сухих контактов 7 и модуль световой индикации 6.
При обрыве провода трехпроводной воздушной линии электропередачи электрической сети с изолированной нейтралью, напряжение нулевой последовательности U2 становится больше напряжения уставки Uycт и фильтр напряжения обратной последовательности 4 выдает сигнал «Авария» на модуль GSM 5, модуль сухих контактов 7 и модуль световой индикации 6.
Для исключения случайных срабатываний, которые могут быть вызваны воздействием индустриальных или иных помех, а также кратковременных коротких замыканий, которые могут возникать как в электрической сети с изолированной нейтралью, так и в электрической сети с глухо заземленной нейтралью, в фильтре напряжения обратной последовательности 4 присутствует регулятор уставки срабатывания Uycт и регулятор задержки срабатывания. Выдержка времени устройства сигнализации при обрыве провода СИП ВЛ-(6)10 кВ, должна быть выбрана больше времени действия защит электрической сети с изолированной нейтралью и в электрической сети с глухо заземленной нейтралью.
При возникновении обрыва провода трехпроводной воздушной линии электропередачи электрической сети с изолированной нейтралью, когда на выходе фильтра напряжения обратной последовательности 4 появляется «устойчивый» сигнал о срабатывании, GSM-модуль 5 передает на АРМ в диспетчерский пункт электрических сетей сигнала «Авария».
При исчезновении питания по сети 0,4 кВ устройства сигнализации при обрыве провода ВЛ-(6)10 кВ, от модуля блока питания через GSM-модуль 5 на АРМ в диспетчерский пункт электрических сетей передается сигнал «Потеря опер. тока». Само устройство сигнализации после отправки сигнала отключается.
При внутренней неисправности модулем защиты 1 производится отключение устройства сигнализации при обрыве провода ВЛ-(6)10 кВ от сети 0,4 кВ. GSM-модуль 5 передает на АРМ в диспетчерский пункт электрических сетей сигнал «Внутренняя неисправность».
При нормальной работе устройства сигнализации при обрыве провода СИП ВЛ-(6)10 кВ через GSM-модуль 5 на АРМ в диспетчерский пункт электрических сетей передается сигнал «Нормальная работа».
Все сигналы от устройства сигнализации при обрыве провода СИП ВЛ-(6)10 кВ обрабатываются с помощью программного обеспечения и формируется команда для оперативного персонала. Оперативный персонал принимает дальнейшее решение о ликвидации аварийной ситуации на воздушной линии.
Литература
1. Ершов A.M., Хлопова А.В., Сидоров А.И. Моделирование системы обеспечения электробезопасности при обрыве одной из фаз. // Вестник инженерной школы ДВФУ. 2018. №3(36). С. 134-145.
2. Ершов A.M., Хлопова А.В., Сидоров А.И. Сигнализация о возникновении обрыва фазного провода воздушной линии напряжением 6-10 кВ // Электрические станции. 2017. №12. С. 34-40.
3. Устройство защиты от обрывов проводов воздушной линии электропередачи с изолированной нейтралью: пат. 2633803 Рос. Федерация: МПК Н02Н 5/10; Авторы: Ершов A.M., Хлопова А.В., Сидоров А.И., Филатов О.В., Запорожский А.В. Патентообладатели: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южно-Уральский государственный университет», ЗАО «Электротехнические заводы «Энергомера»»; Ершов A.M.; Хлопова А.В.; Валеев Р.Г.; Сидоров А.И., Филатов О.В., Запорожский А.В.
4. Устройство определения участка трехпроводной воздушной линии электропередачи с обрывом фазного провода: пат. 2703945 Рос. Федерация: G01R 31/08; Авторы: Ершов A.M.; Хлопова А.В.; Валеев Р.Г.; Сидоров А.И. Патентообладатели: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южно-Уральский государственный университет».