Инвариантная защита электротехнических комплексов от однофазных замыканий на землю с автоматической коррекцией входных параметров
 Скачать 2.59 Mb.
|
|
2.4. Разработка методики определения чувствительности действия защиты в условиях однофазных замыканий через переходное сопротивление Проверка чувствительности действия защиты от ОЗЗ должна осуществляться с учетом возможного снижения тока нулевой последовательности в повреждённой линии при возникновении вместе повреждения переходного сопротивления. Кроме того, необходимо анализировать конфигурацию электрической сети, те. оценивать количество присоединений, которые постоянно находятся в работе. В случае, если возможно оценить количество отходящих от секции шин присоединений, постоянно находящихся в работе, определять коэффициент чувствительности защиты в режиме ОЗЗ через переходное сопротивление с следует с учетом коэффициента неполноты замыкания по выражению (2.29). Однако на стадии проектирования зачастую не представляется возможным определить количество присоединений, которые будут постоянно находиться в работе. Поэтому оценивать чувствительность защит в рассматриваемом случае необходимо последующему выражению п I I К уст N н ч (2.32) Значение коэффициентов чувствительности, рассчитанных с учетом коэффициента неполноты замыкания на землю по выражениями) для защит от ОЗЗ в сетях с воздушными ЛЭП должно быть не ниже 1,5, а в кабельных сетях – не менее 1,25 [31]. На рисунке 2.15 представлен блок схема алгоритма 63 выбора уставок и проверки чувствительности действия защиты от ОЗЗ в условиях неполных замыканий на землю. Рисунок 2.15 – Блок схема алгоритма выбора уставок и проверки чувствительности действия защиты от ОЗЗ в условиях неполных замыканий на землю Анализ конфигурации электрической сети Возможность определения количества присоединений ДА НЕТ норм н ч К К N d Увеличение НЕТ Начало Определение уставок на срабатывание защиты 4 N d ДА Применение защиты от ОЗЗ с автоматической коррекцией входных параметров Ввод исходных данных Чувствительность защиты выполняется Конец ДА НЕТ Вычисление коэффициента чувствительности в режиме ОЗЗ через переходное сопротивление п tg C U K d tg C C U К с л Ф отс N с л Ф н ч 1 3 1 ) ( 3 2 2 Вычисление коэффициента чувствительности в режиме ОЗЗ через переходное сопротивление n tg C U K I К с л Ф отс N н ч 1 3 2 2 2 ) 3 ( ) 1 3 3 ( 1 C R C R d C R tg n п п N п Определение коэффициента неполноты замыкания 2 ) 3 ( ) 1 3 3 ( 1 c л п c л п N c л п C R C R d C R tg n Определение коэффициента неполноты замыкания Определение уставок на срабатывание защиты Определение параметров контура нулевой последовательности Определение параметров контура нулевой последовательности 64 Алгоритм выбора уставок и проверки чувствительности действия защиты от ОЗЗ в условиях неполных замыканий на землю предполагает выполнение анализа конфигурации электрической сети с целью определения количества присоединений постоянно находящихся в работе. Следующим шагом является определение параметров контура нулевой последовательности, включая поперечные проводимости линий относительно земли, возможное переходное сопротивление вместе ОЗЗ, которое может возникнуть на рассматриваемом участке, и параметры системы заземления нейтрали. С учетом рассчитанных параметров выбираются уставки потоку срабатывания защиты исходя из режима металлического ОЗЗ и определяется коэффициент неполноты замыкания на землю. Причем, в случае, если не удается определить количество присоединений постоянно находящихся в работе, коэффициент неполноты замыкания на землю определяется по выражению 2 2 ) 3 ( ) 1 3 3 ( 1 с л п с л п N с л п C R C R d C R tg n , где .с л C - емкость относительно земли линии, на которой устанавливается проверяемая защита. Следующим шагом является определение коэффициента чувствительности защиты в режиме замыкания через переходное сопротивление и сравнение полученного значения с нормированным значением К ч норм. В случае, если условие К ч ≥К ч норм. выполняется, то чувствительность защиты от ОЗЗ считается удовлетворительной. Если коэффициент чувствительности оказывается меньше нормированного значения, тогда следует увеличить значения тока нулевой последовательности за счет увеличения доли активного тока заземляющего резистора вцепи нейтрали N d . В случае, если в результате увеличения N d до предельного значения 4 вышеуказанное условие не выполняется, следует перейти к использованию более совершенных защит от ОЗЗ. Разработанная методика позволяет осуществлять выбор уставок и проверку чувствительности действия защиты от ОЗЗ в условиях замыкания через 65 переходное сопротивление, а также оценку необходимого уровня коррекции входных параметров защиты в зависимости от степени неполноты замыкания на землю. Выводы по главе 2: 1. Получены зависимости напряжения и тока нулевой последовательности и напряжений неповрежденных фаз линий сети от параметров контура нулевой последовательности, включая поперечные проводимости фаз линий относительно земли, переходное сопротивление вместе повреждения и параметры системы заземления нейтрали, позволяющие оценить степень неполноты замыкания на землю. 2. Установлены диапазоны вариации параметров контура нулевой последовательности, включая суммарную емкость фаз линий сети относительно земли, изменяющуюся в пределах от 0,1 мкФ до 9,2 мкФ ( 1 001 , 0 * C ) тангенс угла диэлектрических потерь – от 0,02 до 3,5 ( 1 006 , 0 * tg ) переходное сопротивление вместе замыкания на землю – от 1 до 7000 Ом ( 1 00014 , 0 * n R ), коэффициент, учитывающий параметры нейтралеобразующего трансформатора 96 , 0 , коэффициент, учитывающий долю активной составляющей тока замыкания на землю в суммарном токе замыкания- 4 0 N d 3. Показано, что снижение тока и напряжения нулевой последовательности сети при замыкании на землю через переходное сопротивление по сравнению с режимом металлического ОЗЗ происходит пропорционально коэффициенту неполноты замыкания, значение которого находится в пределах от 0 дои зависит от параметров контура нулевой последовательности, включая поперечные проводимости фаз линий на землю, переходное сопротивление вместе повреждения и параметры системы заземления нейтрали. Например, при пи значение коэффициента неполноты составит 0,21, а при пи. Установлено, что при вариации переходного сопротивления вместе повреждения и коэффициенте чувствительности защиты от ОЗЗ К Ч =2 в сети с изолированной нейтралью и суммарной емкостью 1 , 0 * C токовые защиты от однофазных замыканий на землю позволяют селективно выявлять поврежденное присоединение при переходном сопротивлении вместе замыкания не более п. Повышение чувствительности действия защиты достигается путем увеличении тока нулевой последовательности, протекающего по поврежденному присоединению, за счет увеличения доли активной составляющей тока заземляющего резистора и при максимальном значении коэффициента позволяет увеличить зону селективного действия защиты доп. При значении суммарной емкости электрической сети 1 * C защита окажется неработоспособной при однофазном замыкании на землю через переходное сопротивление в п. Выявлено, что для обеспечения необходимой селективности действия защиты от ОЗЗ в условия вариации переходного сопротивления в пределах 1 коэффициенты чувствительности защиты в режиме металлического замыкания в зависимости от сопротивления нейтрали и суммарной емкости сети в диапазоне должны составлять от 6 до 88, что на практике является практически недостижимым. 6. Разработана методика оценки чувствительности действия токовой защиты от ОЗЗ в условиях замыкания через переходное сопротивление, позволяющая минимизировать ущербы в электротехнических комплексах напряжением 6-35 кВ за счет определения характеристик срабатывания защиты на этапе проектирования. Полученная методика также позволяет выполнить оценку необходимого уровня коррекции входных параметров защиты в зависимости от степени неполноты замыкания на землю 67 ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ИНВАРИАНТНОГО ДЕЙСТВИЯ ЗАЩИТЫ ПРИ НЕПОЛНЫХ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЯХ НА ЗЕМЛЮ 3.1. Способы повышения чувствительности действия защиты в условиях замыкания через переходное сопротивление На сегодняшний день накоплен большой опыт в области повышения чувствительности действия защит от ОЗЗ в условиях замыкания фазы электрической сети через переходное сопротивление [19, 42, 46, 70, 78, 91]. Однако, несмотря на многочисленные исследования и разработки, проведенные в этом направлении, практически ни одно из наиболее распространенных устройств защиты от ОЗЗ не обладает требуемой селективностью и инвариантным действием в широком диапазоне вариации параметров контура нулевой последовательности, включая поперечные проводимости фаз линий относительно земли и переходное сопротивление вместе повреждения. Многие из них труднореализуемы на практике в силу сложности разработанных алгоритмов действия и необходимостью использования дорогостоящего оборудования. Поэтому наиболее целесообразным представляется совершенствование широко применяемой в сетях 6-35 кВ ненаправленной токовой защиты от однофазных замыканий на землю, реагирующей на ток нулевой последовательности в установившемся режиме ОЗЗ. Как было установлено в главе 2, сигнал тока нулевой последовательности защищаемой линии, контролируемый цепями защиты от ОЗЗ по причине возникновения переходного сопротивления вместе замыкания снижается относительно своего значения, определяемого в режиме металлического ОЗЗ, пропорционально коэффициенту неполноты замыкания на землю и с учетом (2.26): мет неп I n I 0 0 , (3.1) где неп I 0 - ток нулевой последовательности в режиме неполного замыкания на землю. 68 Коэффициент чувствительности токовой защиты от ОЗЗ при возникновении замыкания через переходное сопротивление с учетом (2.29) определяется по выражению 0 уст мет Ч I I п К (3.2) При вариации переходного сопротивления вместе повреждения значение коэффициента неполноты замыкания на землю зависит от параметров контура нулевой последовательности и согласно (2.20) находится в пределах 0 п Таким образом, неполнота замыкания фазы на землю будет являться причиной недопустимого снижения коэффициента чувствительности действия защит от ОЗЗ. Из выражения (3.2) следует, что повышение чувствительности действия защиты в условиях замыкания через переходное сопротивление достигается путем коррекции сигнала тока нулевой последовательности защищаемой линии или уставки потоку срабатывания защиты с учетом коэффициента неполноты замыкания на землю. 3.2. Разработка алгоритмов автоматической коррекции входных параметров защиты от однофазных замыканий Входными параметрами ненаправленных токовых защит от ОЗЗ являются токи нулевой последовательности защищаемых присоединений и уставки потоку срабатывания защиты, что предопределяет возможность построения двух возможных вариантов алгоритмов коррекции действия защиты. 3.2.1. Защита от ОЗЗ с автоматической коррекцией сигнала тока нулевой последовательности защищаемых линий Структурно-функциональная схема защиты от однофазных замыканий на землю, алгоритм действия которой предусматривает коррекцию сигнала тока 69 нулевой последовательности защищаемой линии в режиме ОЗЗ, представлена на рисунке 3.1 [48, 49]. Рисунок 3.1 - Структурно-функциональная схема защиты с коррекцией сигнала тока нулевой последовательности защищаемой линии На рисунке 3.1 обозначены 1 – защищаемые линии сети 2 – измерительный трансформатор напряжения с двумя вторичными обмотками 3 – автоматический выключатель 4 – датчик тока нулевой последовательности, в виде фильтра тока нулевой последовательности или трансформатора тока нулевой последовательности 5 – блок защиты линии 6 – пороговый орган защиты по напряжению нулевой последовательности 7 – модуль вычисления коэффициента неполноты замыкания на землю 8 – модуль коррекции тока нулевой последовательности защищаемой линии 9 – логический элемент защиты. Функционирование защиты с автоматической коррекцией сигнала тока нулевой последовательности защищаемой линии осуществляется в соответствии с разработанным алгоритмом действия, который представлен на рисунке 3.2. Защита от ОЗЗ с автоматической коррекцией сигнала тока нулевой последовательности работает следующим образом. В нормальном режиме работы электрической сети при несимметрии параметров защищаемых линий 1 и 1 2 3 4 5 6 7 8 U п I I R 9 л U 0 п U уст 0 I 0скор уст кВ 70 появлении небаланса по напряжению нулевой последовательности с измерительного трансформатора напряжения 2 поступает сигнал виде U 0 на вход порогового (пускового) элемента 6 блока защиты 5, в котором осуществляется операция сравнения его значения с уставкой на пропускание сигнала уст. Ввиду того, что уставка порогового органа защиты 6 выбрана, исходя из отстройки от возможной несимметрии в сети, сигнал с порогового органа не поступает на модуль 7 блока защиты 5. Таким образом, коррекции сигнала тока нулевой последовательности не происходит и модуль 9 блока защиты 5 не осуществляет генерацию сигнала на отключение автоматического выключателя 3 защищаемой линии 1, те. не происходит ложных срабатываний защиты по причине появления несимметрии сети в нормальном режиме работы. Рисунок 3.2 - Алгоритм действия защиты от ОЗЗ с автоматической коррекцией сигнала тока нулевой последовательности защищаемой линии В режиме однофазного замыкания на землю защищаемой линии 1, происходящем через некоторую величину переходного сопротивления пс трансформатора напряжения 2 поступают сигналы в виде U 0 ил на входы порогового органа защиты 6 и модуля вычисления коэффициента неполноты замыкания 7 блока защиты 5 соответственно. Пороговый элемент 6 осуществляет операцию сравнения напряжения нулевой последовательности с уставкой уст и Начало Измерение U U ≥ U n =U / Сигнал на срабатывание защиты НЕТ НЕТ ДА ДА U =U / 0 0 уст ф л 3 Определение ф 0 Вычисление Вычисление I =I скор I уст 0скор I Измерение Конец 71 передает сигнал по напряжению нулевой последовательности на первый вход модуля 7. Модуль 7 выполняет операцию вычисления коэффициента неполноты замыкания на землю путем ф (3.3) Сигнал с выхода модуля вычисления коэффициента неполноты замыкания 7 поступает на второй вход модуля коррекции контролируемого тока нулевой последовательности 8 блока защиты 5, на первый вход которого поступает сигнал сдатчика тока нулевой последовательности 4 в виде I 0. Модуль 8 осуществляет операция вычисления сигнала скорректированного тока нулевой последовательности путем скор 0 (3.4) На вход модуля 9 блока защиты 5 поступает сигнал в виде скорректированного тока нулевой последовательности, где осуществляется сравнение скор с заданной уставкой на срабатывание защиты уст, выбранной, исходя из условия глухого металлического замыкания, при превышении которой осуществляется генерация сигнала на отключение автоматического выключателя 3 защищаемой линии 1 [48, 49]. Все математические операции, предусмотренные в разработанном алгоритме коррекции действия защиты, выполняются с использованием действующих значений измеренных величин линейного напряжения сети, напряжения и тока нулевой последовательности защищаемой линии. Это обуславливает необходимость использования функционального модуля, обеспечивающего определение действующих значений по каждому каналу измерения. Ввиду того, что в результате возникновения ОЗЗ фазные напряжения сети изменяются относительно своих значений, соответствующих нормальному режиму работы электрической сети определение их значений измерительным трансформатором напряжения и использование для работы защиты не представляется возможным. Поэтому вычисление коэффициента неполноты 72 замыкания на землю в разработанном алгоритме действия защиты от ОЗЗ осуществляется путем деления сигналов напряжения нулевой последовательности и линейного напряжения сети, сигнал которого преобразован в сигнал фазного напряжения путем деления на 3 . В этой связи возникает необходимость использования функционального модуля, выполняющего операцию преобразования измеренного сигнала линейного напряжения сети в сигнал фазного напряжения. С учетом разработанных рекомендаций функциональная схема защиты от ОЗЗ с автоматической коррекцией сигнала тока нулевой последовательности представлена на рисунке 3.3. Рисунок 3.3 - Функциональная схема защиты от ОЗЗ с автоматической коррекцией сигнала тока нулевой последовательности Из рисунка 3.3 следует, что функциональная схема защиты содержит в своем составе модуль вычисления действующих значений измеренных мгновенных величин тока нулевой последовательности защищаемой линии i 0 , напряжения нулевой последовательности u 0 и линейного напряжения сети л, представленный отдельными функциональными блоками RMS на каждом измерительном канале защиты пороговый (пусковой) орган защиты ПО с заданной уставкой уст на пропускание сигнала по напряжению нулевой |