СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕННОЙ ЛИНИИ В КОМПЕНСИРОВАННОЙ ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ
DAMAGE DETECTION METHOD FOR LINE IN RESONANT GROUNDED THREE-PHASE NETWORK

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к релейной защите электрических сетей напряжением 6-35 кВ с компенсированной нейтралью, и предназначено для селективного определения поврежденной линии среди других линий сети при возникновении однофазного замыкания на землю (ОЗЗ).
Известен способ определения места однофазного повреждения в электрической сети 6-35 кВ с компенсацией тока замыкания на землю, при котором две секции сигнальной обмотки компенсирующего реактора последовательно поочередно закорачивают коммутаторами через дополнительные сопротивления с целью обеспечения модуляции в токе ОЗЗ, и далее защита поврежденной линии реагирует на частоту модуляции (см. патент РФ №2160953, кл. H02H 3/16, опубл. 20.12.2000).
Недостатками известного способа являются возможность неселективной работы защиты при перемежающихся дуговых замыканиях; сложность в его технической реализации.
Известен способ защиты компенсированных трехфазных сетей от ОЗЗ, реализованный в устройстве (см. авт. свид. СССР №177958, кл. H01H 83/02, опубл. 01.01.1966) и основанный на использовании дополнительного «наложенного» тока непромышленной частоты. Согласно способу контролируют ток нулевой последовательности защищаемых линий, содержащий помимо тока основной частоты дополнительную составляющую, получаемую при помощи дополнительного источника питания частотой 25 Гц. Из результатов контроля выделяют составляющую «наложенного» тока, по которой определяют поврежденную линию. Дополнительная составляющая частотой 25 Гц присутствует только на поврежденной линии и является признаком возникновения режима ОЗЗ на этой линии.
Недостатками известного способа являются: возможность неселективной работы защиты при больших значениях переходного сопротивления в месте возникновения ОЗЗ, а также при перемежающихся дуговых замыканиях; трудность отстройки от естественных гармонических составляющих тока нулевой последовательности; возможные неселективные срабатывания защиты при феррорезонансных процессах; необходимость установки дополнительного силового оборудования.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ определения поврежденной линии в компенсированной трехфазной сети при однофазном замыкании на землю, реализованный в устройстве (см. патент РФ №2402130, кл. H02H 3/16, опубл. 20.10.2010). Согласно способу измеряют токи нулевой последовательности защищаемых линий сети, из результатов измерений отфильтровывают первую гармонику, получают амплитудно-частотный спектр гармоник измеренных токов. Сравнивают амплитуды низкочастотных и высокочастотных гармоник токов нулевой последовательности защищаемых линий. В известном техническом решении учитывается, что в частотном спектре тока нулевой последовательности поврежденной линии амплитуды гармоник с частотами ниже 50 Гц больше, чем амплитуды гармоник с частотами выше 50 Гц, и наоборот, для неповрежденной линии. Данный способ принят за прототип.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого способа - измерение токов нулевой последовательности защищаемых линий сети; фильтрация первой гармоники из результатов измерений; получение и сравнение амплитудно-частотных спектров (АЧС) гармоник измеренных токов.
Недостатками известного способа, принятого за прототип, являются: возможность неселективной работы защиты при коммутациях в электрической сети; нестабильность и случайный характер состава гармоник в токах нулевой последовательности линий.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является селективная защита электрических сетей от ОЗЗ и достоверное определение поврежденной линии среди других линий сети.
Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе определения поврежденной линии в компенсированной трехфазной сети при однофазном замыкании на землю, основанном на измерении токов нулевой последовательности защищаемых линий сети, фильтрации первой гармоники из результатов измерений, получении и сравнении амплитудно-частотного спектра гармоник измеренных токов, согласно изобретению одновременно с измерением токов нулевой последовательности всех линий сети измеряют ток компенсирующего реактора, причем для измерений всех токов используют датчики тока с идентичными амплитудно-частотными характеристиками, отфильтровывают первую гармонику тока реактора, получают амплитудно-частотный спектр тока компенсирующего реактора, затем сравнивают амплитудно-частотные спектры токов всех линий со спектром тока реактора и при совпадении амплитудно-частотного спектра тока одной из защищаемых линий сети с амплитудно-частотным спектром тока компенсирующего реактора по группе гармоник, принадлежащих току реактора, фиксируют поврежденную линию.
Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа - измеряют ток компенсирующего реактора одновременно с измерением токов нулевой последовательности всех линий сети; используют для измерений всех токов датчики тока с идентичными амплитудно-частотными характеристиками; отфильтровывают первую гармонику тока реактора; получают амплитудно-частотный спектр тока компенсирующего реактора; сравнивают амплитудно-частотные спектры токов всех линий со спектром тока реактора; фиксируют поврежденную линию при совпадении амплитудно-частотного спектра тока одной из защищаемых линий сети с амплитудно-частотным спектром тока компенсирующего реактора по группе гармоник, принадлежащих току реактора.
Отличительные признаки в совокупности с известными обеспечивают достоверность определения поврежденной линии среди других линий сети, что позволяет создать селективную защиту электрических сетей от ОЗЗ.
Необходимость отфильтровывания основной гармоники промышленной частоты обусловлена тем фактом, что эта гармоника тока содержится в токах нулевой последовательности всех защищаемых линий и в токе реактора. Поэтому первую гармонику целесообразно считать как помеху.
Использование в качестве контролируемой величины АЧС тока по группе (набору) гармоник, принадлежащих току реактора, позволит достоверно определить поврежденную линию среди других линий сети благодаря следующим факторам:
1. несинусоидальность тока реактора зависит не только от несинусоидальности напряжения смещения нейтрали, а также и от нелинейности самого реактора.
2. ток реактора протекает через место ОЗЗ только через поврежденную линию.
Следовательно, АЧС тока реактора присутствует только в АЧС тока нулевой последовательности поврежденной линии, что, безусловно, позволит достоверно определять поврежденную линию среди других.
Предлагаемый способ поясняется структурно-функциональной схемой, представленной на чертеже.
На схеме показаны:
1 - фильтр, в котором из результатов измерений отфильтровывают первую гармонику токов;
2 - блок формирования АЧС;
3 - блок сравнения АЧС;
4 - исполнительный блок.
Способ определения поврежденной линии в компенсированной трехфазной сети при однофазном замыкании на землю осуществляется в следующей последовательности.
При возникновении режима ОЗЗ в сети 6-35 кВ на нейтрали сети появляется напряжение смещения нейтрали, что обуславливает появление тока реактора. Этот ток измеряется датчиком, установленным в нейтрали сети. Далее измеренный сигнал тока реактора поступает на вход фильтра 1, на выходе которого отсутствует только основная гармоника тока реактора. Затем сигнал с фильтра 1 поступает на блок формирования АЧС 2, в котором получают АЧС (гистограмму) тока реактора по группе гармоник. Полученный сигнал о АЧС (гистограмме) тока реактора поступает в блок сравнения 3. Аналогично с помощью фильтров 1 и блоков 2 формируются АЧС (гистограммы) токов нулевой последовательности всех защищаемых линий сети, сигналы о которых также поступают на входы блока 3. В блоке 3 все АЧС (гистограммы) токов нулевой последовательности линий сравниваются с АЧС (гистограммой) тока реактора, и по результату совпадения АЧС тока нулевой последовательности какой-либо линии с АЧС тока реактора исполнительный блок 4 выдает сигнал на фиксирование поврежденной линии.
Предлагаемый способ может быть реализован на базе известных микропроцессорных устройств.
Преимущество изобретения состоит в том, что оно обеспечивает достоверное определение поврежденной линии среди других линий сети, что позволяет создать селективную защиту электрических сетей от ОЗЗ.