Инвариантная защита электротехнических комплексов от однофазных замыканий на землю с автоматической коррекцией входных параметров
 Скачать 2.59 Mb.
|
|
с до ОЗЗ в режиме ОЗЗ I , А I уст I 02скор I 02 ЛЭ 86 Таблица 3.1. Данные, полученные в результате моделирования защиты от ОЗЗ с автоматической коррекцией сигнала тока нулевой последовательности ( 1 , 0 * C ) п, о.е. U 0 , В п, о.е. I 01 , А I 01скор , А, А I 02скор , А U ф = 3640 В 3640 1 1,98 1,99 0,99 0,99 0,071 3365 0,924 1,84 1,99 0,92 0,99 0,143 2812 0,773 1,54 1,99 0,77 0,99 0,214 2295 0,631 1,25 1,99 0,63 0,99 0,286 1893 0,521 1,04 1,99 0,52 0,99 0,571 1061 0,291 0,58 1,99 0,29 0,99 1 624 0,171 0,34 1,99 0,17 0,99 Таблица 3.2. Данные, полученные в результате моделирования защиты от ОЗЗ с автоматической коррекцией сигнала тока нулевой последовательности ( 5 , 0 * C ) п, о.е. U 0 , В п, о.е. I 01 , А I 01скор , А, А I 02скор , А U ф = 3640 В 3640 1 10,15 10,16 5,07 5,08 0,071 1569 0,431 4,38 10,16 2,19 5,08 0,143 846 0,232 2,36 10,16 1,18 5,08 0,214 572 0,157 1,59 10,16 0,79 5,08 0,286 430 0,119 1,21 10,16 0,61 5,08 0,571 220 0,061 0,61 10,15 0,31 5,08 1 130 0,036 0,36 10,15 0,17 5,08 87 Таблица 3.3. Данные, полученные в результате моделирования защиты от ОЗЗ с автоматической коррекцией сигнала тока нулевой последовательности ( 1 * C ) п, о.е. U 0 , В п, о.е. I 01 , А скор А I 02 , А скор А ф 3640 В 0,00014 3640 1 20,21 20,22 10,11 10,11 0,071 851 0,234 4,72 20,19 2,36 10,11 0,143 435 0,119 2,41 20,21 1,21 10,11 0,214 290 0,081 1,62 20,2 0,81 10,11 0,286 220 0,061 1,21 20,2 0,61 10,11 0,571 117 0,032 0,61 20,2 0,31 10,11 1 100 0,027 0,35 20,2 0,17 10,11 С использованием данных, полученных в результате моделирования работы защиты (таблицы 3.1, 3.2, 3.3) построены зависимости токов нулевой последовательности поврежденной линии * 01 I , неповрежденной линии * 02 I и скорректированных токов поврежденной скор и неповрежденной линии * 02скор I соответственно (рисунок 3.16). Из рисунка 3.16 следует, что увеличение переходного сопротивления вместе ОЗЗ приводит к снижению сигналов токов нулевой последовательности защищаемых линий, что влечет за собой опасность в отказе функционирования защиты от ОЗЗ. Однако за счет разработанного алгоритма коррекции сигнала тока нулевой последовательности защищаемой линии с учетом степени неполноты замыкания на землю сигнал скорректированного тока, который является рабочим сигналом защиты, остается неизменным во всем диапазоне вариации параметров контура нулевой последовательности, включая переходное сопротивление вместе повреждения и суммарную емкость сети. Это позволяет обспечить инвариантное действие защиты от ОЗЗ в условиях непостноянства режима замыкания на землю. 88 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 0,2 0,4 0,6 0,8 1 R * ,о.е. п I * ,о.е. I * 01скор I * 02скор I * 01 I * 02 а) б) в) Рисунок 3.16 -Зависимости токов нулевой последовательности поврежденной и неповрежденной линий сети в режиме ОЗЗ через переходное сопротивление при различной суммарной емкости сети а) – при 1 , 0 * C ; б) – при 5 , 0 * C ; в) – при На рисунке 3.17 представлены зависимости коэффициентов чувствительности инвариантной защиты от ОЗЗ и ненаправленной токовой защиты от ОЗЗ от переходного сопротивления вместе повреждения и суммарной емкости сети, построенные с использованием данных таблиц 3.1, 3.2, 3.3 и выражения (3.7). 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 0,2 0,4 0,6 0,8 1 R * ,о.е. п I * ,о.е. I * 02 I * 01 I * 01скор I * 02скор 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 0,2 0,4 0,6 0,8 1 R * ,о.е. п I * ,о.е. I * 01скор I * 02скор I * 01 I * 02 89 Рисунок 3.17 - Зависимости коэффициентов чувствительности инвариантной защиты от ОЗЗ и ненаправленной токовой защиты от ОЗЗ от переходного сопротивления вместе повреждения и суммарной емкости сети Из рисунка 3.17 следует, что коэффициент чувствительности ненаправленной токовой защиты от однофазных замыканий на землю, как и показали ранее проведенные исследования, зависит от параметров контура нулевой последовательности ив условиях возникновения ОЗЗ через переходные сопротивления снижается до значений, при которых защита оказывается неработоспособной. Разработанный алгоритм коррекции сигнала тока нулевой последовательности защищаемой линии, используемый в инвариантной защите от ОЗЗ, позволяет обеспечить неизменность коэффициента чувствительности защиты от ОЗЗ, те. инвариантность действия защиты при вариации параметров контура нулевой последовательности, включая поперечные проводимости фаз линий относительно земли и переходное сопротивление вместе повреждения. Кч Ненаправленная токовая защита от ОЗЗ Инвариантная защита от ОЗЗ Кч=f 0.25 0.5 0.75 1 Rп * ,о.е. C * ,о.е. ∑ ( ) ∑ C f ( ) п R Кч= 90 3.3.2. Исследование эффективности действия инвариантной защиты с автоматической коррекцией уставки потоку срабатывания В программном пакете Matlab Simulink, с использованием функциональной схемы на рисунке 3.6 были построены модели инвариантной защиты от ОЗЗ с автоматической коррекцией уставки потоку срабатывания на поврежденной линии (линия 1) и неповрежденной линии (линия 2), представленные на рисунках 3.18 и 3.19. Рисунок 3.18 - Модель токовой защиты от ОЗЗ с автоматической коррекцией уставки потоку срабатывания для поврежденной линии (линия 1) в среде программирования Matlab Simulink Рисунок 3.19 - Модель токовой защиты от ОЗЗ с автоматической коррекцией сигнала тока нулевой последовательности неповрежденной линии линии 2) в среде программирования Matlab Simulink i 01 u 0 u л U уст RMS RMS RMS I уст U 0 ПО МВФ МВН МКУ ЛЭ Вывод рабочих сигналов защиты i 02 u 0 u л U уст RMS RMS RMS I уст U 0 ПО МВФ МВН МКУ ЛЭ Вывод рабочих сигналов защиты 91 Уставка потоку срабатывания всех комплектов индивидуальной инвариантной защиты от ОЗЗ была выбрана по выражению (3.6). Условия моделирования работы указанного варианта защиты приняты теми же, что и для инвариантной защиты от ОЗЗ с автоматической коррекцией сигнала тока нулевой последовательности. Результаты моделирования инвариантной защиты от ОЗЗ с автоматической коррекцией уставки потоку срабатывания представлены на рисунках 3.20 – 3.21. Рисунок 3.20 - Зависимости u a , u b , u c , U 0 , ф, n, I 01 , уст скор от времени на поврежденной линии при замыкании на землю через переходное сопротивление 14 , 0 * п R При возникновении однофазного замыкания на землю через переходное сопротивление п (1 кОм) сигнал тока нулевой последовательности защищаемой линии оказывается меньше уставки на срабатывание и возникает сое А ЛЭ U 0 U ф I уст I уст скор I 01 до ОЗЗ в режиме ОЗЗ 92 опасность в отказе функционирования защиты (рисунок 3.20). Однако за счет автоматической коррекции уставки потоку срабатывания путем снижения ее значения пропорционально коэффициенту неполноты замыкания, сигнал измеренного тока нулевой последовательности превысит скорректированную уставку, что позволит привести к срабатыванию логического элемента защиты. Из рисунка 3.21 видно, что скорректированная с учетом коэффициента неполноты замыкания уставка на срабатывание индивидуальной защиты на неповрежденном присоединении не приводит к возникновению условий на срабатывание по причине того, что сигнал тока нулевой последовательности неповрежденной линии уменьшиться относительно своего значения в режиме металлического замыкания на землю на пропорционально величине п. Учитывая, что оба рабочих сигнала защиты снижаются пропорционально коэффициенту неполноты замыкания, следовательно, их соотношение не измениться в режиме замыкания через переходное сопротивление в сравнении с режимом металлического замыкания на землю, где уставка потоку срабатывания отстроена от собственного тока нулевой последовательности защищаемой линии. Рисунок 3.21 - Зависимости токов I 02 , уст скор от времени, протекающих в неповрежденной линии при замыкании на землю через переходное сопротивление 14 , 0 * п R Таким образом, автоматическая коррекция уставки потоку срабатывания на неповрежденной линии не приводит к нарушению условий селективности действия защиты. с до ОЗЗ в режиме ОЗЗ I , А ЛЭ I уст I уст скор 93 Быстродействие инвариантной защиты от ОЗЗ с автоматической коррекцией уставки потоку срабатывания защищаемой линии, как и варианта с автоматической коррекцией сигнала тока нулевой последовательности, составляет 0,02 с. В таблицах 3.4, 3.5 и 3.6 представлены данные, полученные в результате моделирования защиты от ОЗЗ с автоматической коррекцией уставки потоку срабатывания при суммарной емкости сети 1 , 0 * C , 5 , 0 * C , соответственно и вариации переходного сопротивления в пределах 1 Таблица 3.4. Данные, полученные в результате моделирования защиты от ОЗЗ с автоматической коррекцией уставки потоку срабатывания ( 1 , 0 * C ) п, о.е. U 0 , В п, о.е. I 01 , А I уст.скор. , А, А 3640 1 1,98 1,56 0,99 0,071 3365 0,924 1,84 1,44 0,92 0,143 2812 0,773 1,54 1,21 0,77 0,214 2295 0,631 1,25 0,983 0,63 0,286 1893 0,521 1,04 0,811 0,52 0,571 1061 0,291 0,58 0,454 0,29 1 624 0,171 0,34 0,267 0,17 где уставка потоку срабатывания, выбранная при условии металлического ОЗЗ: А 086 , 1 2 , 1 2 , 1 уст макс с л бр н I k k I 94 Таблица 3.5. Данные, полученные в результате моделирования защиты от ОЗЗ коррекцией уставки потоку срабатывания ( 5 , 0 * C ) п, о.е. U 0 , В п, о.е. I 01 , А I уст.скор. , А, А 3640 1 10,15 7,31 5,07 0,071 1569 0,431 4,38 3,19 2,19 0,143 846 0,232 2,36 1,726 1,18 0,214 572 0,157 1,59 1,17 0,79 0,286 430 0,119 1,21 0,88 0,61 0,571 220 0,061 0,61 0,44 0,31 1 130 0,036 0,36 0,26 0,17 где уставка потоку срабатывания, выбранная при условии металлического ОЗЗ: А 1 , 5 2 , 1 2 , 1 уст макс с л бр н I k k I Таблица 3.6. Данные, полученные в результате моделирования защиты от ОЗЗ с коррекцией уставки потоку срабатывания ( 1 * C ) п, о.е. U 0 , В п, о.е. I 01 , А I уст.скор. , А, А 3640 1 20,21 14,56 10,11 0,071 851 0,234 4,72 3,45 2,36 0,143 435 0,119 2,41 1,76 1,21 0,214 290 0,081 1,62 1,18 0,81 0,286 220 0,061 1,21 0,89 0,61 0,571 117 0,032 0,61 0,45 0,31 1 100 0,027 0,35 0,27 0,17 где уставка потоку срабатывания, выбранная при условии металлического ОЗЗ: А 11 , 10 2 , 1 2 , 1 уст макс с л бр н I k k I На рисунке 3.22 представлены зависимости токов нулевой последовательности поврежденной линии * 01 I , неповрежденной линии * 02 I и 95 скорректированной уставки потоку срабатывания * .скор уст I от переходного сопротивления вместе повреждения при различной суммарной емкости сети, построенные с использованием данных таблиц 3.4, 3,5 и 3,6. а) б) 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 0,2 0,4 0,6 0,8 1 I * ,о.е. R * ,о.е. п I * 02 I * 01 I * уст. скор 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 0,2 0,4 0,6 0,8 1 R * ,о.е. п I * ,о.е. I * 02 I * 01 I * уст. скор 96 в) Рисунок 3.22 - Зависимости токов нулевой последовательности поврежденной линии, неповрежденной линии и скорректированной уставки потоку срабатывания от переходного сопротивления вместе повреждения а) – при 1 , 0 * C ; б) – при 5 , 0 * C ; в) – при Из рисунка 3.22 видно, что увеличение переходного сопротивления вместе ОЗЗ приводит к снижению сигналов токов нулевой последовательности защищаемых линий, что влечет за собой опасность в отказе функционирования защиты от ОЗЗ. Однако за счет алгоритма коррекции уставки потоку срабатывания, снижаемой пропорционально степени неполноты замыкания на землю, соотношение между сигналом тока нулевой последовательности и скорректированной уставкой остается неизменным во всем диапазоне вариации параметров контура нулевой последовательности. Согласно рисунку 3.23, на котором представлены зависимости коэффициента чувствительности защиты от ОЗЗ с автоматической коррекцией уставки потоку срабатывания от переходного сопротивления, значение К ч остается неизменным при вариации переходного сопротивления и соответствует режиму металлического ОЗЗ. Это позволяет 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 0,2 0,4 0,6 0,8 1 R * ,о.е. п I * ,о.е. I * 02 I * 01 I * уст. скор 97 обспечить инвариантное действие защиты от ОЗЗ в условиях непостноянства параметров контура нулевой последовательности. Рисунок 3.23 - Зависимости коэффициента чувствительности инвариантной защиты от ОЗЗ с автоматической коррекцией уставки потоку срабатывания от переходного сопротивления С практической точки зрения вариант исполнения инвариантной защиты от ОЗЗ с автоматической коррекцией сигнала тока нулевой последовательности является наиболее рациональным. Это связано стем, что алгоритм действия инвариантной защиты от ОЗЗ с автоматической коррекцией уставки потоку срабатывания определяет высокие требования к точности обработки измеряемых сигналов, включая напряжение и токи нулевой последовательности защищаемых линий и линейное напряжение сети. Учитывая то, что в режиме замыкания на землю через большие переходные сопротивления уровень помех во входных сигналах защиты возрастает, что обуславливает высокую вероятность возникновения ложного действия защиты от ОЗЗ. 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 0,2 0,4 0,6 0,8 1 R * ,о.е. п К Ч ∑ С * =0,1 ∑ С * =0,5 ∑ С * =1 98 Выводы по главе 3: 1. Выполнена оценка способов коррекции входных параметров защиты от ОЗЗ, включая увеличение сигнала тока нулевой последовательности защищаемой линии и снижение уставки потоку срабатывания защиты с учетом степени неполноты замыкания на землю. 2. Разработаны структурно-функциональная и функциональная схема защиты от ОЗЗ, включающая модули вычисления действующих значений тока и напряжения нулевой последовательности, линейного напряжения сети, модуль вычисления коэффициента неполноты замыкания на землю, модуль определения фазного напряжения сети, модуль коррекции сигнала тока нулевой последовательности, модули логических операций, пусковой орган защиты и алгоритм действия защиты, предусматривающий оценку степени неполноты замыкания на землю и последующую автоматическую коррекцию сигнала тока нулевой последовательности защищаемой линии до значения, соответствующего режиму металлического однофазного замыкания. 3. Разработаны структурно-функциональная и функциональная схема защиты от ОЗЗ, включающая, в отличие от первого варианта, модуль коррекции уставки на срабатывание, а также алгоритм действия защиты, предусматривающий автоматическую коррекцию уставки потоку срабатывания с учетом степени неполноты замыкания на землю и позволяющий сохранить неизменность соотношения между сигналом тока нулевой последовательности защищаемой линии и скорректированной уставкой на срабатывание при вариации параметров контура нулевой последовательности. 4. Разработаны компьютерная имитационная модель распределительной сети 6 кВ и модели защиты от ОЗЗ с автоматической коррекцией входных параметров в среде программирования Matlab Simulink, позволяющие выполнить исследование эффективности действия защиты в условиях вариации параметров контура нулевой последовательности в режиме ОЗЗ. Установлено, что алгоритмы коррекции входных параметров позволяют обеспечить инвариантное действие защиты при вариации параметров контура нулевой последовательности, включая 99 величину переходного сопротивления вместе повреждения в диапазоне 1 00014 , 0 * n R и суммарную емкость фаз линий относительно земли в пределах 1 01 , 0 * C 5. Установлено, что коррекция входных сигналов защиты в режиме замыкания на землю через переходное сопротивление, включая сигналы токов нулевой последовательности неповрежденных линий и уставок потоку срабатывания, обеспечивает выполнение условий селективности действия защиты и генерацию сигнала на отключение только поврежденной линии. 6. Показано, что автоматическая коррекция входного сигнала защиты от ОЗЗ потоку нулевой последовательности защищаемой линии позволяет обеспечить неизменное значение коэффициента чувствительности защиты 1,27 в диапазоне вариации переходного сопротивления 1 00014 , 0 * n R и суммарной емкости сети 1 01 , 0 * C . Время определения действующих значений тока напряжения и токов нулевой последовательности не превышает 0,02 с 100 ГЛАВА 4. АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ИНВАРИАНТНОЙ ЗАЩИТЫ ОТ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ С АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИЕЙ ВХОДНЫХ ПАРАМЕТРОВ |