УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ОТ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В ТРЁХФАЗНОЙ СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ

Техническое решение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано для релейной защиты воздушных линий напряжением 6-35 кВ в сети с изолированной нейтралью.
Устройство предназначено для установки на панелях, в шкафах управления, расположенных в релейных залах и пультах управления. Устройство предназначено для применения в качестве защиты от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) в виде самостоятельного изделия или совместно с другими устройствами РЗА, выполненными на различной элементной базе (в т.ч. и на электромеханической элементной базе). Устройство обеспечивает взаимодействие с маломасляными, вакуумными, элегазовыми выключателями, оснащенными различными типами приводных механизмов.
Известно микропроцессорное устройство релейной защиты, применяющееся для защиты воздушных линий напряжением 35 кВ, содержащее трансформаторы тока (по числу фаз), трансформатор тока нулевой последовательности, трансформаторы напряжения (по числу фаз), трансформаторы напряжения разомкнутого треугольника, преобразователи ток-напряжение (по числу трансформаторов тока), преобразователи напряжение-напряжение (по числу трансформаторов напряжения), модуль питания, направленную максимальную токовую защиту от замыканий на землю с двумя выдержками времени, одна из которых выполнена с независимой, а другая - зависимой характеристикой срабатывания, схему «ИЛИ», блок сигнализации, блок отключения выключателя, причем трансформаторы тока и напряжения соединены с первыми входами преобразователей ток-напряжение и напряжение-напряжение соответственно, выходы этих преобразователей соединены с первыми входами направленной максимальной токовой защиты от замыканий на землю с двумя выдержками времени, а вторые входы - с первым выходом модуля питания, выход направленной максимальной токовой защиты от замыканий на землю с независимой выдержкой времени и выход направленной максимальной токовой защиты от замыканий на землю с зависимой выдержкой времени соединены с входами схемы «ИЛИ», выход схемы «ИЛИ» соединен с входом блока сигнализации и с входом блока отключения выключателя [Комплектные устройства защиты и автоматики линий 6-35 кВ «ТОР 200 Л 22». Руководство по эксплуатации АИПБ.656122.005 РЭ. ООО «Релематика». 2016].
Недостатком этого устройства является то, что оно не позволяет определять расстояние до места ОЗЗ.
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, является реализация системы определения места повреждения (ОМП) однофазных замыканий на землю.
Технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее трансформаторы тока (по числу фаз), трансформатор тока нулевой последовательности, трансформаторы напряжения (по числу фаз), трансформаторы напряжения разомкнутого треугольника, преобразователи ток-напряжение (по числу трансформаторов тока), преобразователи напряжение-напряжение (по числу трансформаторов напряжения), модуль питания, направленную максимальную токовую защиту от замыканий на землю с двумя выдержками времени, одна из которых выполнена с независимой, а другая - зависимой характеристикой срабатывания, схему «ИЛИ», блок сигнализации, блок отключения выключателя, причем трансформаторы тока и напряжения соединены с первыми входами преобразователей ток-напряжение и напряжение-напряжение соответственно, выходы этих преобразователей соединены с первыми входами направленной максимальной токовой защиты от замыканий на землю с двумя выдержками времени, а вторые входы - с первым выходом модуля питания, выход направленной максимальной токовой защиты от замыканий на землю с независимой выдержкой времени и выход направленной максимальной токовой защиты от замыканий на землю с зависимой выдержкой времени соединены с входами схемы «ИЛИ», вводятся блок определения поврежденной фазы, блок управления коммутационными аппаратами и блок определения места повреждения, на вход блока определения поврежденной фазы поступают дополнительные выходы преобразователя ток-напряжение и напряжение-напряжение, выход блока определения поврежденной фазы поступает на второй вход блока управления коммутационными аппаратами, выход схемы «ИЛИ» поступает не на вход блока отключения выключателя и сигнализации, а на первый вход блока управления коммутационными аппаратами, выход блока управления коммутационными аппаратами поступает на вход блока отключения выключателя и на вход блока сигнализации, а также на блок определения места повреждения.
ОМП ОЗЗ осуществляется благодаря операциям с коммутационным аппаратом - заземлителем, устанавливаемым на питающей подстанции. С помощью заземлителя ОЗЗ кратковременно переводится в двойное замыкание на землю или в однофазное короткое замыкание, после чего производится отключение поврежденного присоединения и заземлителя.
Сущность предложенного изобретения поясняется чертежом, где изображено микропроцессорное устройство защиты линий электропередачи от однофазных замыканий на землю в трехфазной сети с изолированной нейтралью напряжением 6-35 кВ.
Устройство по фиг. 1 содержит трансформаторы тока 1 (по числу фаз), трансформатор тока нулевой последовательности 2, трансформаторы напряжения (по числу фаз) 3, трансформаторы напряжения разомкнутого треугольника 4, преобразователи ток-напряжение (по числу трансформаторов тока) 5, преобразователи напряжение-напряжение (по числу трансформаторов напряжения) 6, модуль питания 7, направленную токовую защиту от замыканий на землю 8, схему «ИЛИ» 9, блок определения поврежденной фазы 10, блок управления коммутационными аппаратами 11, блок отключения выключателя 12, блок сигнализации 13, блок ОМП 14.
На фиг. 2-4 изображены схемы подключения заземлителей, с помощью которых осуществляется предлагаемый способ ОМП. Заземлители могут быть однофазные 15, двухфазные 16 или трехфазные 17. В качестве заземлителей могут быть применены выключатели с пофазным приводом. Для ограничения тока двойного замыкания или однофазного короткого замыкания в цепь заземлителя вводят токоограничивающий резистор.
Устройство работает следующим образом.
Ток от измерительных трансформаторов тока 1 и 2 (фиг. 1) подается на преобразователи ток-напряжение 5 и преобразуется до необходимого уровня. Аналогично, напряжение с трансформаторов напряжения 3, 4 подается на преобразователи напряжение-напряжение 6 и преобразуется до необходимого уровня. Блок питания 7 обеспечивает питание преобразователей ток-напряжение 5 и преобразователей напряжение-напряжение 6. Измерения токов производятся с учетом коэффициентов трансформации измерительных ТТ. Для правильной индикации токов и напряжений необходимо правильно задать коэффициент трансформации фазных токов, тока нулевой последовательности, фазных напряжений и напряжений с разомкнутого треугольника первичного трансформатора напряжения.
Преобразованные до необходимых уровней сигналы тока нулевой последовательности и напряжения нулевой последовательности подаются на входы блока направленной максимальной токовой защиты от замыканий на землю 8. Выходами блока являются сигналы срабатывания направленной максимальной токовой защиты от замыканий на землю с независимой и зависимой выдержками времени. Эти сигналы срабатывания объединяются с помощью схемы «ИЛИ» 9.
Реализация функции ОМП становится возможной благодаря операциям с коммутационными аппаратами. Устройство защиты от однофазных замыканий на землю воздействует на заземлитель, который кратковременно переводит ОЗЗ в двойное замыкание на землю или в однофазное короткое замыкание. Заземлитель устанавливается на питающей подстанции, от которой отходит защищаемая линия электропередачи. При этом заземлитель может быть установлен либо в нейтраль понижающего трансформатора с низшим напряжением 6-35 кВ, если обмотка низшего напряжения трансформатора соединена в звезду (фиг. 2), либо на шинах питающей подстанции. Заземлитель на шинах питающей подстанции может быть установлен либо в две (фиг. 3), либо во все три фазы (фиг. 4).
Преобразованные до необходимых уровней сигналы фазных токов и напряжений подаются на входы блока определения поврежденной фазы 10. Поврежденная фаза при ОЗЗ определяется по соотношениям между фазными напряжениями: при металлическом ОЗЗ напряжение поврежденной фазы в месте установки защиты существенно снижается, напряжение двух других фаз возрастает; при ОЗЗ через переходное сопротивление поврежденная фаза определяется по фазовым соотношениям между фазными напряжениями и напряжением нулевой последовательности [Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы. - М.: Энергия, 1970. - С. 435-439]. ОЗЗ через переходное сопротивление сопровождается повышением напряжения, по крайней мере, в одной фазе, эта фаза не повреждена; из двух других поврежденной является фаза, напряжение которой отстает от напряжения нулевой последовательности.
Блок управления коммутационными аппаратами 11 предназначен для управления заземлителем. Управление заземлителем необходимо для увеличения тока повреждения. Логика работы блока управления заземлителем такова, что при ОЗЗ в определенной фазе заземлитель будет действовать на замыкание фазы, отличной от поврежденной.
В зависимости от схемы заземлителя алгоритм защиты будет действовать по-разному. Для схемы фиг. 2 при ОЗЗ в любой фазе алгоритм действует на замыкание заземлителя в нейтрали трансформатора. При этом ОЗЗ переводится в однофазное короткое замыкание (т.к. режим заземления нейтрали будет изменен).
Для схемы фиг. 3 при ОЗЗ, предположим, в фазе А действие алгоритма защиты будет приводить к замыканию заземлителя в фазе С, и наоборот. При ОЗЗ в фазе В будет замыкаться фаза А или С (определяется параметром защиты).
Для схемы фиг. 4 при ОЗЗ в какой-либо фазе алгоритм будет выдавать сигнал на замыкание той фазы, где напряжение максимальное.
Перевод ОЗЗ в двойное замыкание осуществляется на малый промежуток времени (100-300 мс), после чего производится размыкание заземлителя, блок отключения выключателя 12 действует на отключение поврежденного присоединения, о чем сигнализирует блок сигнализации 13, а блок ОМП 14 определяет расстояние до места повреждения уже в режиме двойного замыкания или однофазного короткого замыкания. В качестве критерия ОМП используется критерий резистивности [Диагностика линий электропередачи. Межвуз. сборник науч. трудов. Электротехнические микропроцессорные устройства и системы. Изд-во Чуваш, ун-та, Чебоксары, 1992, С. 9-32 / Ю.Я. Лямец, В.И. Антонов, В.А. Ефремов, Г.С. Нудельман, Н.В. Подшивалин], а место повреждения определяется с помощью оптимизационной процедуры, которая упрощенно описывается уравнением
,
U
I
ν
ν
где  - фазные напряжения;  - фазные токи; знак «*» обозначает сопряженный комплекс;  - предполагаемое место повреждения;  - длина линии.
Система ОМП реализуется за счет того, что в режиме двойного замыкания или в режиме однофазного короткого замыкания алгоритм точно знает одну из точек повреждения: это либо нейтраль трансформатора, либо точка на шинах питающей подстанции.
Таким образом, предложенный алгоритм защиты от однофазных замыканий на землю позволяет точно определить поврежденную фазу (даже при неполных замыканиях на землю), селективно отключить линию с ОЗЗ, предотвратить феррорезонансные процессы в сети 6-35 кВ и реализовать систему определения места повреждения при однофазном замыкании на землю.