СПОСОБ СЕЛЕКТИВНОЙ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ С МАЛЫМИ ТОКАМИ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ
METHOD OF SELECTIVE PROTECTION FROM EARTH-FAULTS IN ELECTRICAL NETWORK WITH SMALL EARTH-FAULT CURRENTS

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики, в частности, к релейной защите, обеспечивающей выявление присоединений с однофазным замыканием на землю в электрической сети с изолированной или заземленной через индуктивное, активное или активно-индуктивное сопротивление нейтралью.
В релейной защите используется способ определения поврежденного присоединения при однофазных замыканиях на землю в сетях с изолированной нейтралью или нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор или резистор, основанный на сравнении величин токов нулевой последовательности в каждом фидере [1]. Но токи, возникающие при замыкании на землю на поврежденных и неповрежденных элементах, особенно в компенсированной сети, обладают недостаточно четкими и устойчивыми различиями.
Также известен способ направленной защиты от однофазных замыканий на землю в распределительных сетях переменного тока, который реализован в устройстве для направленной защиты нулевой последовательности от однофазных замыканий на землю [2]. В соответствии со способом измеряют разность фаз между сигналами тока и напряжения нулевой последовательности на рабочей частоте сети, сравнивают результаты измерений с заданным интервалом углов сдвига фаз. Указанный способ имеет такой недостаток, как низкая надежность цепей напряжения, при неисправности которых метод теряет свойство направленности.
Наиболее близким техническим решением является способ быстродействующей селективной защиты от однофазных замыканий на землю [3], использующий только направления токов нулевой последовательности присоединений относительно тока питающего фидера. При этом отсутствует необходимость в непосредственном измерении величины токов и выборе соответствующих уставок, как это принято в других защитах. Суть алгоритма заключается в том, что знаки тока нулевой последовательности в отходящих присоединениях по отношению к знаку тока питающего фидера, кодируются как логическая единица при совпадении знаков сравниваемых токов или как логический ноль при их не совпадении или малом уровне токов присоединений.
Мгновенные значения сигналов от датчиков тока нулевой последовательности отходящих линий перемножаются с мгновенным значением от датчика тока нулевой последовательности, питающего узел линии. Время интегрирования выбирается из условия отстройки от помех, например, вызванных коммутациями сети. Положительный сигнал на выходе указывает на совпадение знаков токов, отрицательный - на их несовпадение. Кодирование сигналов осуществляется путем сравнения каждого с уставкой небаланса тока нулевой последовательности, выбранной в зависимости от типа датчиков, и параметров защищаемой распределительной сети. Если значение сигнала меньше или равно уставке, то он принимается равным нулю, если больше, то сигнал нормируется до значения 1. Поврежденным считается отходящий фидер, кодирование результата произведения которого дает единицу при условии, что кодирование остальных дает нуль.
Однако известный способ не позволяет выявить поврежденное присоединение при потере питания со стороны ввода, ток которого используется как базовый сигнал, или переводе питания на другой источник, устройство теряет свою функцию направленности. При потере направленности защита может некорректно сработать при замыкании на землю на одном из присоединений, т.к. токи, возникающие при замыкании на землю на поврежденных и неповрежденных элементах, особенно в компенсированной сети, обладают недостаточно четкими и устойчивыми различиями.
Целью предложенного способа является повышение надежности направленной защиты от замыканий на землю за счет использования независимого базового сигнала.
Поставленная цель достигается тем, что при определении присоединения с однофазным замыканием на землю для оценки фазовых сдвигов токов нулевой последовательности присоединений используется специальный базовый сигнал. Если сеть выполнена с изолированной нейтралью, то за специальный базовый сигнал принимается сумма мгновенных значений тонов нулевой последовательности всех отходящих присоединений данной секции. Если нейтраль заземлена через активное, индуктивное или активно-индуктивное сопротивление, то за базовый сигнал принимается ток цепи заземления.
Данный способ позволяет обходиться без введения в устройство дополнительного сигнала напряжения либо тока питающего фидера, относительно которого определяется фаза тока каждого фидера, что позволяет повысить надежность устройства.
0_1
0_n
0_1
0_ n
0_1
0_ n
На фиг.1 представлена функциональная схема способа определения поврежденного присоединения, состоящая из блока 1 аналого-цифрового преобразователя, который преобразует вторичные токи (i- i) трансформаторов тока {ТА1-ТАn) всех фидеров в цифровой сигнал, блока 2 определения действующих значений (l- l) и фаз сигналов (φ-φ), блока 3 пускового органа, блока 4 выбора сигналов с величиной выше минимального заданного уровня, блока 5 формирования виртуального базового сигнала, блока 6 определения сигнала с минимальным фазовым сдвигом относительно базового сигнала.
На фиг.2 изображена векторная диаграмма нахождения базового сигнала.
На фиг.3 приведена векторная диаграмма определения фазовых сдвигов токов фидеров относительно виртуального базового сигнала.
Токи всех фидеров в блоке 1 преобразуются в цифровые сигналы. В блоке 2 определяются действующие значения токов и фазы сигналов всех фидеров.
Блок 3 является пусковым органом. При превышении одним из токов уровня уставки, соизмеримой с током однофазного замыкания, на землю подается сигнал на определение поврежденного присоединения.
Σ
Далее в блоке 4 выделяются сигналы, уровень которых выше заданного минимального уровня. Из этих сигналов путем сложения их мгновенных значений в блоке 5 формируется виртуальный базовый сигнал I.
В блоке 6 определяется сигнал, фазовый сдвиг которого имеет минимальное значение относительно виртуального базового сигнала. Фидер с этим током считается поврежденным. Если значение фазового сдвига превышает 180°, то он не является минимальным и его значение заменяется на значение (360-φ)°. Фидер, фазовый сдвиг сигнала которого имеет наименьшее значение относительно базового сигнала, является поврежденным.
Использование предлагаемого способа определения поврежденного фидера при однофазном замыкании на землю позволяет повысить надежность функционирования защиты в условиях, когда возможны повреждения цепей напряжения и перевод питания контролируемых присоединений на другой источник. Кроме этого отсутствует необходимость в датчике тока нулевой последовательности и сигнального кабеля питающего фидера.
Источники информации
1. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учеб. Для вузов - 3-е изд. - М.: Высш.Шк., 1991, с.213.
2. Авторское свидетельство, СССР, №792421, H02H 3/16, 1980.
3. Патент РФ №2410812, Н02Н 3/16, 10.03.2009.