Инвариантная защита электротехнических комплексов от однофазных замыканий на землю с автоматической коррекцией входных параметров
 Скачать 2.59 Mb.
|
|
u u RMS RMS RMS МКТ МВФ МВН U п п ПО U U U I 0 0 U 0 уст ф л 0 л i 0 I уст ЛЭ I 0скор Сигнал на срабатывание защиты Модуль вычисления действующих значений 73 последовательности U 0 ; модуль вычисления фазного напряжения сети МВФ, реализующий операцию л модуль вычисления коэффициента неполноты замыкания на землю МВН, функционирующий в соответствии с выражением (3.3); модуль МКТ автоматической коррекции измеренного сигнала тока нулевой последовательности I 0 защищаемой линии, функционирующий в соответствии с выражением (3.4); логический элемент защиты, выполняющий функцию сравнения скорректированного сигнала тока нулевой последовательности с уставкой на срабатывание скор уст и при выполнении условия, генерацию дискретного сигнала на срабатывание защиты [52, 53, 92]. Разработанные структурно-функциональная и функциональная схема защиты от ОЗЗ и алгоритм ее действия, предусматривающий оценку степени неполноты замыкания на землю и последующую автоматическую коррекцию сигнала тока нулевой последовательности защищаемой линии до значения, соответствующего режиму металлического однофазного замыкания позволяют обеспечить независимость, те. инвариантность действия защиты в условиях ОЗЗ через переходные сопротивления. 3.2.2. Защита от ОЗЗ с автоматической коррекцией уставки потоку срабатывания Возможен второй вариант построения защиты от ОЗЗ, описанный в [47], где в отличие от первого варианта, в соответствии с величиной коэффициента неполноты замыкания на землю осуществляется коррекция уставки на срабатывание защиты уст, которая выбрана при условии металлического замыкания. Дополним представленную структуру защиты от ОЗЗ [47] пороговым пусковым) органом по напряжению нулевой последовательности с целью исключения ложных срабатываний защиты по причине появления несимметрии сети в нормальном режиме ее работы. С учетом дополнительного модуля структурно-функциональная схема защиты от ОЗЗ с автоматической коррекцией уставки потоку срабатывания примет вид, представленный на рисунке 3.4. 74 Рисунок 3.4 – Структурно-функциональная схема защиты с коррекцией уставки потоку срабатывания Из рисунка 3.4 структурно-функциональная схема защиты от ОЗЗ содержит 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 уставки потоку срабатывания защиты 9 – логический элемент защиты. Функционирование защиты с автоматической коррекцией уставки потоку срабатывания осуществляется в соответствии с разработанным алгоритмом действия (рисунок 3.5), в котором предусмотрена автоматическая коррекция уставки потоку срабатывания защиты с учетом степени неполноты замыкания на землю до уровня, при котором обеспечивается восстановление соотношения между током нулевой последовательности и уставкой на срабатывание защиты как в режиме металлического замыкания. 1 2 3 4 5 6 7 8 U п I R 9 л U 0 п U уст 0 I 6-35 кВ I уст уст скор 75 Рисунок 3.5 - Алгоритм действия защиты от ОЗЗ с автоматической коррекцией уставки потоку срабатывания Из рисунка 3.4 следует, что автоматическая коррекция уставки потоку срабатывания осуществляется в модуле 8, который формирует на своем выходе сигнал в виде уст уст.скор I n I (3.5) В свою очередь, модуль 9 осуществляет операцию сравнения сигнала тока нулевой последовательности защищаемой линии с величиной скорректированной уставки на срабатывание защиты I 0 ≥ уст. скор, ив случае выполнения условия, генерирует дискретный сигнал на срабатывание защиты. Функциональная схема защиты от ОЗЗ с автоматической коррекцией уставки потоку срабатывания (рисунок 3.6), в отличие от первого варианта исполнения защиты, содержит в своем составе модуль коррекции уставки (МКУ), функционирующий согласно выражению (3.5). Все остальные элементы функциональной схемы на рисунке 3.6 выполняют те же операции, что и функциональные модули защиты от ОЗЗ с автоматической коррекцией тока нулевой последовательности защищаемой линии, представленной на рисунке 3.3. Начало Измерение U U ≥ U n =U / U НЕТ НЕТ ДА ДА U =U / 0 0 уст ф л 3 Определение ф 0 Вычисление Измерение Вычисление I =I скор I уст скор уст уст 0 I Сигнал на срабатывание защиты Конец 76 Рисунок 3.6 - Функциональная схема защиты от ОЗЗ с автоматической коррекцией уставки потоку срабатывания Разработанные структурно-функциональная и функциональная схема защиты от ОЗЗ и алгоритм ее действия, предусматривающий оценку уровня неполноты замыкания на землю и последующую автоматическую коррекцию уставки потоку срабатывания защиты, также как ив первом варианте организации защиты, позволяют обеспечить независимость, те. инвариантность действия защиты в условиях ОЗЗ через переходные сопротивления. 3.3. Исследование эффективности действия защиты с автоматической коррекцией входных параметров Исследование эффективности действия защиты от ОЗЗ с автоматической коррекцией входных параметров, включая сигнал тока нулевой последовательности защищаемой линии и уставку потоку срабатывания защиты, при замыканиях на землю через переходное сопротивление проводилось путем имитационного моделирования в программном пакете MatLab Simulink. С использованием экспериментальных данных, случая возникновения ОЗЗ в распределительной сети 6 кВ ОАО «КИНЕФ» (приложение А, рисунок 1), была рассмотрена схема установки комплектов индивидуальной инвариантной защиты в распределительной сети (рисунок 3.7). u u RMS RMS RMS МКУ МВФ МВН U п ПО U U U I 0 0 U 0 уст ф л 0 л i 0 ЛЭ Сигнал на срабатывание защиты Модуль вычисления действующих значений I уст скор I уст 77 Рисунок 3.7. - Схема распределительной сети 6 кВ с индивидуальными комплектами инвариантной защитой от ОЗЗ На рисунке 3.7 обозначены QF 1 , QF 2 , QF 3 – автоматические выключатели, ТН – измерительный трансформатор напряжения, i 01 , i 02 , i 03 – токи нулевой последовательности в защищаемых линиях, u 0 , л – напряжение нулевой последовательности и линейное напряжение сети, п – переходное сопротивление вместе ОЗЗ, ИЗ, ИЗ, ИЗ – индивидуальные комплекты инвариантной защиты от ОЗЗ. На основе схемы, представленной на рисунке 3.7, с использованием расчетных параметров отходящих линий и электрических нагрузок (приложение А, таблица 1) в программном пакете MatLab Simulink была построена модель электрической сети 6 кВ с изолированной нейтралью (рисунок 3.9). 1 2 3 QF1 QF2 QF3 i 01 02 03 R п ИЗ u л 0 Трансформатор Нагрузка линии Нагрузка линии Нагрузка линии 3 i i 1 ИЗ 2 ИЗ 3 u 78 Рисунок 3.9 - Модель электрической сети 6 кВ с изолированной нейтралью в среде программирования Matlab Simulink u л u 0 u 0 u л u ф i 01 i 01 i 02 i 03 i 02 i 03 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Линия 1 Линия 2 Линия 3 78 79 На рисунке 3.9 обозначены 1 – трехфазный источник питания 35 кВ 2 - силовой трансформатор 35/6 кВ 3, 4, 5 – электрическая нагрузка линий 1, 2, 3 соответственно 6 – блок моделирования однофазного замыкания на землю фазы А линии 1; 7, 8, 9 – активные и емкостные сопротивления фаз линии 1 относительно земли 10, 11, 12 - активные и емкостные сопротивления фаз линии 2 относительно земли 13, 14, 15 - активные и емкостные сопротивления фаз линии 3 относительно земли 16, 17, 18 – модули измерения токов нулевой последовательности защищаемых линий 19 – модуль измерения фазных напряжений, линейного напряжения сети и напряжения нулевой последовательности 20 – модуль вывода измеренных сигналов напряжений. Рисунок 3.8 - Блок моделирования ОЗЗ через переходное сопротивление Блок моделирования однофазного замыкания на землю 6 имитирует ОЗЗ фазы Ас через активное переходное сопротивление и позволяет осуществлять вариацию его значения (рисунок 3.8). 3.3.1. Исследование эффективности действия инвариантной защиты с автоматической коррекцией сигнала тока нулевой последовательности В программном пакете Matlab Simulink, с использованием функциональной схемы на рисунке 3.3 были построены модели инвариантной защиты от ОЗЗ [92], реализующей алгоритм автоматической коррекции сигнала тока нулевой последовательности поврежденной линии сети (линия 1) и неповрежденной линии линия 2), представленные на рисунках 3.10 и 3.11. п 80 Рисунок 3.10 - Модель токовой защиты от ОЗЗ с автоматической коррекцией сигнала тока нулевой последовательности поврежденной линии (линии 1) в среде программирования Matlab Simulink Выбор уставки потоку срабатывания защиты основывался на методике, описанной во 2 главе, и применительно для рассматриваемой сети, с учетом расчетных параметров и выражения (2.21) ток уставки всех комплектов индивидуальной инвариантной защиты от ОЗЗ: А 086 , 1 2 , 1 2 , 1 уст макс с л бр н I k k I (3.6) Моделирование работы защиты проводилось при следующих условиях 1) линейные напряжения источника питания симметричны, их величина составляла л кВ 2) поперечные проводимости фаз линий относительно земли симметричны 3) продольные проводимости линий ввиду их малой протяженности не учитывались 4) междуфазные проводимости линий не учитывались 5) вариация параметров контура нулевой последовательности осуществлялась в диапазоне суммарная емкость сети - 1 001 , 0 * C , переходное сопротивление вместе замыкания на землю – 1 00014 , 0 * n R i 01 u 0 u л U уст I уст RMS RMS RMS ПО МВФ МВН МКТ ЛЭ U 0 Вывод рабочих сигналов защиты 81 Ввиду того, что при заданных условиях моделирования работы инвариантной защиты несимметрия в распределительной сети отсутствует, не требуется выставление уставки по напряжению нулевой последовательности. Рисунок 3.11 - Модель токовой защиты от ОЗЗ с автоматической коррекцией сигнала тока нулевой последовательности неповрежденной линии (линии 2) в среде программирования Matlab Simulink На представленных моделях был проведен ряд исследований, входе которых осуществлялась вариация параметров контура нулевой последовательности и регистрировались основные сигналы, характеризующие работу инвариантной защиты от ОЗЗ с автоматической коррекцией сигнала тока нулевой последовательности на поврежденной и неповрежденной линии сети. Результаты моделирования инвариантной защиты от ОЗЗ с автоматической коррекцией сигнала тока нулевой последовательности представлены на рисунках 3.12 – 3.13. Из рисунка 3.12 видно, что при металлическом ОЗЗ фазы А коэффициент неполноты замыкания равен 1, что соответствует проведенным ранее исследованиям, а значения измеренного тока нулевой последовательности и скорректированного тока нулевой последовательности поврежденной линии равны по величине и превышают уставку на срабатывание защиты. В этом случае логический элемент защиты ЛЭ генерирует дискретный сигнал в виде логической i 02 u 0 u л U уст I уст RMS RMS RMS ПО МВФ МВН МКТ ЛЭ U 0 Вывод рабочих сигналов защиты 82 единицы во вторичные цепи автоматического выключателя с целью отключения поврежденной линии. Рисунок 3.12 - Зависимости u a , u b , u c , U 0 , ф, n, I 01 , скор от времени, характеризующие работу инвариантной защиты от ОЗЗ на поврежденной линии сети при металлическом замыкании на землю Согласно рисунку 3.13, сигналы тока нулевой последовательности и скорректированного тока нулевой последовательности на неповрежденной линии также равны, ввиду того что коэффициент неполноты равен 1. Однако сигнал скорректированного тока нулевой последовательности не превышает уставку на срабатывание защиты, выбранную по выражению (3.6) и позволяющую отстроить сое А ЛЭ U 0 U ф I уст I 01скор I 01 до ОЗЗ в режиме ОЗЗ 83 работу защиты от собственного тока нулевой последовательности линии при внешнем ОЗЗ. Поэтому логический элемент защиты ЛЭ не генерирует сигнал на отключение неповрежденной линии, что обеспечивает выполнение условий селективности действия. Рисунок 3.13 - Зависимости I 02 , скор от времени, характеризующие работу инвариантной защиты от ОЗЗ на неповрежденной линии в сети при металлическом замыкании на землю Коэффициент чувствительности защиты от ОЗЗ, установленной на линии 1 согласно выражению (2.23): 25 , 1 27 , 1 56 , 1 98 , 1 01 01 уст Ч I I К (3.7) Значение ЧК является достаточным для эффективного функционирования токовой защиты от ОЗЗ в режиме металлического замыкания на землю. При замыкании на землю через переходное сопротивление п (1 кОм) действующее значение напряжения нулевой последовательности неравно фазному напряжению и, как следствие, значение сигнала тока нулевой последовательности защищаемой линии оказывается меньше уставки на срабатывание и возникает опасность в отказе функционирования защиты рисунок 3.14). Однако за счет автоматической коррекции сигнала тока нулевой последовательности с учетом коэффициента неполноты замыкания, выполняемой в функциональном модуле МКТ, сигнал скорректированного тока нулевой с до ОЗЗ в режиме ОЗЗ I , А I уст I 02скор I 02 ЛЭ 84 последовательности достигнет значения, которое соответствует режиму металлического замыкании на землю, что позволит привести к срабатыванию логического элемента защиты. Рисунок 3.14 - Зависимости u a , u b , u c , U 0 , ф, n, I 01 , скор от времени, характеризующие работу инвариантной защиты от ОЗЗ на поврежденной линии при замыкании на землю через переходное сопротивление 14 , 0 * п R Из рисунка 3.15 следует, что переходное сопротивление понижает сигнал тока нулевой последовательности неповрежденной линии, однако разработанный алгоритм коррекции позволит повысить уровень сигнала тока нулевой сое А ЛЭ U 0 U ф I уст I 01скор I 01 до ОЗЗ в режиме ОЗЗ 85 последовательности до значения, соответствующего режиму металлическому замыканию на землю. Полученный в результате коррекции сигнал не превышает уставку на срабатывание защиты неповрежденной линии, что позволяет обеспечить выполнение условий селективности действия защиты. Рисунок 3.15 - Зависимости I 02 , скор от времени, характеризующие работу инвариантной защиты от ОЗЗ на неповрежденной линии при замыкании на землю через переходное сопротивление 14 , 0 * п R Необходимо отметить, что быстродействие инвариантной защиты от ОЗЗ с автоматической коррекцией сигнала тока нулевой последовательности защищаемой линии определяется функциональными модулями вычисления действующих значений измеренных величин и составляет один период тока промышленной частоты (0,02 с, что является удовлетворительным применительно к устройствам релейной защиты и автоматики [3, 4, 81]. В таблицах 3.1, 3.2 и 3.3 представлены данные, полученные в результате моделирования защиты от ОЗЗ с автоматической коррекцией сигнала тока нулевой последовательности при суммарной емкости сети 1 , 0 * C , 5 , 0 * C , 1 * C соответственно и вариации переходного сопротивления в пределах 1 00014 , 0 * n R |