Инвариантная защита электротехнических комплексов от однофазных замыканий на землю с автоматической коррекцией входных параметров
 Скачать 2.59 Mb.
|
|
u u RMS RMS RMS МКТ МОФ МВН Блок вычисления действующих значений U п п ПО U U U I 01 0 U 0 уст ф л 0 л RMS RMS i 01 i 02 i 0k линии 1 МКТ 02 линии 2 I МКТ 0k линии k I п п I уст I уст ЛЭ линии 1 ЛЭ линии 2 I 01скор I 02скор I уст ЛЭ линии k I 0kскор сигнал на отключение линии сигнал на отключение линии сигнал на отключение линии k 113 114 Рисунок 4.10 - Алгоритм действия аппаратно-программного комплекса групповой инвариантной защиты от ОЗЗ Начало U 0 >=U уст НЕТ ДА сигнал на отключение линии 1 ДА ДА ДА НЕТ НЕТ НЕТ U =U / ф л 3 Определение n =U / U ф 0 Вычисление Измерение Вычисление I =I /n 01скор 01 Вычисление I =I /n 02скор 02 Вычисление I =I скор I уст 01скор I ≥ I уст 02скор I ≥ I уст 0kскор I сигнал на отключение линии сигнал на отключение линии k 114 115 Рисунок 4.11 - Структурная схема аппаратно-программного комплекса групповой инвариантной защиты от ОЗЗ Блок входных трансформа- торов Блок входных трансформа- торов А Ц П Ввод Ввод Ввод Модуль аналогового ввода А Ц П Ввод Ввод Модуль аналогового ввода ОЗУ ПЗУ Микропроцессор Ввод Ввод Ввод Модуль дискретного вывода Блок выходных реле u 0 u л i 01 i 02 i 0k Ввод Ввод Ввод Модуль дискретного ввода сигнал на отключение линии сигнал на отключение линии сигнал на отключение линии k 115 Селективность действия аппаратно-программного комплекса групповой инвариантной защиты от ОЗЗ обеспечивается тем, что в режиме металлического замыкания на землю выбранная уставка потоку срабатывания отстроена от сигналов токов нулевой последовательности неповрежденных линий, что позволяет исключить ложное действие логических элементов по каналам защиты неповрежденных линий. Согласно структурной схеме, представленной на рисунке 4.11, аппаратно- программный комплекс групповой инвариантной защиты от ОЗЗ должен содержать блок входных трансформаторов, осуществляющих преобразование входных сигналов до уровней, соответствующих пороговым значениям по каналам микроконтроллера модули аналогового ввода, содержащие аналого- цифровые преобразователи по всем каналам тока и напряжения модули дискретного ввода, необходимые для выставления уставок на срабатывание защиты модули дискретного вывода и блок выходных реле. Разработанные функциональная схема и алгоритм действия аппаратно- программного комплекса групповой инвариантной защиты от ОЗЗ для электрических сетей с изолированной и резистивно-заземленной нейтралью, позволят выполнить селективную идентификацию поврежденного присоединения в распределительной сети, инвариантность действия в условиях непостоянства параметров контура нулевой последовательности. 4.4. Анализ чувствительности действия инвариантной защиты от замыканий на землю Чувствительность действия инвариантной защиты с автоматической коррекцией входных параметров определяется уставкой по напряжению нулевой последовательности порогового органа защиты, основная функция которого исключить влияние небалансов по напряжению нулевой последовательности, возникающих в электрической сети в нормальном режиме работы, которые приводят к ложному срабатыванию защиты. Под небалансом в защите от однофазных замыканий на землю понимается рабочий сигнал, поступающий в 116 117 измерительные цепи устройства защиты при отсутствии ОЗЗ в сети. Согласно методике определения небалансов в электрических сетях 6-35 кВ, небалансы в защите от ОЗЗ можно разделить на две группы [1, 10, 88]: - небалансы, возникающие вследствие различных процессов в сети, которые можно разделить на длительно присутствующие в сети и кратковременно появляющиеся и исчезающие [78]; - небалансы, связанные с погрешностями измерительной аппаратуры. Уставка пускового (порогового) органа по напряжению инвариантной защиты от ОЗЗ выбирается по выражению [78]: ) ( нагр нб см еж нб см ещ нб нес нб ЭДС нб ТН нб Н уст U U U U U U k U , (4.1) где Н - коэффициент надежности [80, 82]; ЭДС нб U - небаланс, возникающий в результате несимметрии фазных ЭДС источника питания .нес нб U - небаланс, возникающий в результате несимметрии сопротивлений фаз относительно земли см ещ нб U - небаланс, связанный со смещением нейтрали сети из-за влияния двухцепных воздушных линий см еж нб U - небаланс, вызванный влиянием смежного напряжения .нагр нб U - небаланс, вызванный несимметрией фазных нагрузок. Проверка чувствительности инвариантной защиты с автоматической коррекцией входных параметров должна производиться с расчетом того максимального переходного сопротивления вместе ОЗЗ, при котором значение напряжения нулевой последовательности сможет превысить уставку порогового органа защиты. Расчет максимального переходного сопротивления вместе ОЗЗ, при котором защита способна селективно выявлять поврежденное присоединение необходимо проводить в режиме, когда количество включенных в нейтраль сети заземляющих резисторов является минимальным в работе находится только одна 118 линия, на которой установлена проверяемая защита коэффициент чувствительности вычисляется в режиме металлического ОЗЗ. Проверять чувствительность пускового органа защиты по напряжению нулевой последовательности с учетом (2.31) следует по выражению ) 1 ( 9 3 ) 1 ( ) 1 ( 9 9 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 N N Чмет N N п d C C d K d C C d R , где уст ф Чмет U U К - коэффициент чувствительности защиты по каналу напряжения в режиме металлического ОЗЗ [78]. Выбор уставки пускового органа защиты основывается на выражении (4.1), а оценка величины максимального переходного сопротивления, при замыкание через которое защита способна селективно выявлять поврежденное присоединение определяется по выражению (4.2). На практике величина уставки пусковых органов направленных защит составляет 10-15% от ф [9, 64]. Например, если принять величину уставки пускового органа аппаратно- программного комплекса защиты 10 % от значения фазного напряжения сети, то коэффициент чувствительности защиты по каналу напряжения в режиме металлического ОЗЗ 10 10 / 100 Чмет К Для определения максимальных переходных сопротивлений, при замыкании через которые величина напряжения нулевой последовательности превысит уставку пускового органа защиты необходимо выявить зоны предельного снижения коэффициента неполноты замыкания на землю. На рисунке 4.12 представлены зависимости коэффициента неполноты замыкания на землю от переходного сопротивления вместе ОЗЗ при различной суммарной емкости сети. Из рисунка 4.12 следует, что в сети с изолированной нейтралью и суммарной емкостью максимальное значение переходного сопротивления, при замыкании через которое напряжение нулевой последовательности сети превысит уставку порогового органа защиты, что 119 позволит запустить алгоритм коррекции действия защиты составит 39 , 0 * n R , при суммарной емкости сети 1 * C – Рисунок 4.12 - Зависимости напряжения нулевой последовательности от переходного сопротивления вместе ОЗЗ при различной суммарной емкости сети При снижении величины уставки по напряжению нулевой последовательности значения переходных сопротивлений, при замыкании через которые инвариантная защита будет работоспособна, повысятся. Однако снижение значения уставки порогового органа защиты связано с опасностью ложных срабатываний защиты в нормальном режиме работы сети и возникновении небалансов. Таким образом, использование пускового органа защиты, выполняющего функцию помехозащиты от небалансов в электрической сети с целью исключения ложных срабатываний, понижает чувствительность инвариантной защиты к ОЗЗ через большие переходные сопротивления особенно в сетях с относительно высокой емкостью фаз относительно земли. U 0 * , о.е. 120 Однако обеспечить высокую селективность и чувствительность действия инвариантной токовой защиты от ОЗЗ в условиях непостоянства конфигурации и высокой неоднородности распределительных сетей не всегда представляется возможным. Для устойчивого функционирования инвариантной защиты от ОЗЗ в групповом исполнении необходимо соблюдение условий, при которых значение суммарного емкостного тока сети, протекающего по поврежденному присоединению, превышало значения собственных емкостных токов неповрежденных линий в несколько раз. Выбор уставок токовой защиты от ОЗЗ, как было отмечено в главе 2, основывается на двойном неравенстве л.с бр н уст ч л.с С I К К I К I I (4.3) С учетом (4.3) условие применимости инвариантной токовой защиты от ОЗЗ в сетях с изолированной нейтралью [2, 66, 77]: 1 1 бр н ч СΣ л.с k k k I I (4.4) Подставив в (4.4) значения коэффициентов чувствительности, надёжности и броска получим, что допустимый коэффициент долевого участия линии с собственным емкостным током в суммарном токе сети будет составлять 27 0 1 5 1 2 1 5 1 1 , , , , I I СΣ л.с , (4.5) те. предельное значение коэффициента долевого участия линии с собственным емкостным током в суммарном токе должно составлять не более 27% в сетях с воздушными линиями. В кабельных сетях условие применимости инвариантной защиты от ОЗЗ: 31 0 1 5 1 2 1 25 1 1 , , , , I I СΣ л.с , (4.6) 121 те. предельное значение коэффициента долевого участия линии с собственным емкостным током в суммарном токе должно составлять не более 31% в сетях с кабельными линиями. Для сети с высокоомным заземлением нейтрали при равенстве активного тока резистора емкостному току сети условие применимости инвариантной защиты от ОЗЗ имеет вид 2 ) ( 1 1 1 2 бр н ч СΣ л.с k k k I I (4.7) С учетом (4.7) условие применимости защиты в сетях с резистивным заземлением нейтрали, содержащих только кабельные линии 35 , 0 2 ) 2 , 1 5 , 1 25 , 1 ( 1 1 1 2 СΣ л.с I I (4.8) Из выражения (4.8) следует, что предельное значение коэффициента долевого участия собственного тока линии в общем токе сети может составлять не более 35% в сетях с резистивным заземлением нейтрали с кабельными линиями. Выводы по главе 4: 1. Разработана структурная схема и аппаратная реализация комплекса инвариантной защиты от ОЗЗ отдельных присоединений, который содержит блок входных трансформаторов, предназначенный для согласования сигналов вторичных цепей защиты и микроконтроллера, микропроцессорные элементы, выполняющие функции преобразования и обработки измеренных сигналов в соответствии с заложенным алгоритмом действия, модуль задания уставок на срабатывание защиты и выходное реле, предназначенное для генерации дискретного сигнала вцепи управления и диспетчеризации. 122 2. В результате экспериментальных исследований инвариантности действия аппаратно-программного комплекса защиты от ОЗЗ отдельных присоединений установлено, что алгоритм автоматической коррекции сигнала тока нулевой последовательности защищаемой линии с учетом степени неполноты замыкания позволяет обеспечить неизменность рабочего сигнала защиты при вариации переходного сопротивления вместе повреждения, что подтверждает неизменность характеристик срабатывания защиты в условиях непостоянства параметров контура нулевой последовательности. 3. Разработана функциональная схема и алгоритм действия аппаратно- программного комплекса групповой защиты от ОЗЗ для электрических сетей с изолированной и резистивно-заземленной нейтралью, позволяющего селективно выявлять поврежденное присоединение в условиях ОЗЗ через переходные сопротивления. 4. Выявлено, что аппаратно-программный комплекс инвариантной защиты от ОЗЗ при условии выбора уставки по напряжению нулевой последовательности 10% от фазного напряжения в сети с суммарной емкостью 5 , 0 * C позволяет селективно выявлять поврежденное присоединение при предельном значении переходного сопротивления вместе ОЗЗ 39 , 0 * n R , при суммарной емкости сети 1 * C – 18 , 0 * n R 5. Установлено, что обеспечение селективного действия комплекса групповой защиты от ОЗЗ в условиях неоднородности поперечных параметров отдельных присоединений, когда коэффициент долевого участия линии с собственным емкостным током превышает 27 % от суммарного емкостного тока сети, не представляется возможным. В этом случае для обеспечения селективности действия необходимо корректировать топологию системы электроснабжения или (и) оснащать отдельные присоединения индивидуальными комплексами инвариантной защиты от ОЗЗ. 123 ЗАКЛЮЧЕНИЕ В диссертационной работе содержится решение актуальной научно- технической задачи повышения селективности и инвариантности действия защиты от однофазных замыканий на землю в электротехнических комплексах 6- 35 кВ с изолированной и резистивно-заземленной нейтралью в условиях непостоянства параметров контура нулевой последовательности. Основные результаты работы заключаются в следующем 1. Выявлены зависимости напряжения и токов нулевой последовательности защищаемых линий сети с изолированной и резистивно- заземленной нейтралью от параметров контура нулевой последовательности, включая поперечные проводимости фаз линий относительно земли, переходное сопротивление вместе повреждения, параметры системы заземления нейтрали, позволяющие оценить степень неполноты замыкания на землю и ее влияние на чувствительность действия защиты от однофазных замыканий на землю. 2. Установлено, что при вариации переходного сопротивления вместе повреждения в диапазоне 1 00014 , 0 * n R (1-7000 Ом) и коэффициенте чувствительности защиты от ОЗЗ в режиме металлического замыкания К Ч =2 в сети с изолированной нейтралью и суммарной емкостью 1 , 0 * C (0,92 мкФ) токовые защиты от однофазных замыканий на землю позволяют селективно выявлять поврежденное присоединение при переходном сопротивлении вместе замыкания не более п (1680 Ом. Показано, что за счет увеличения доли активной составляющей тока заземляющего резистора в токе нулевой последовательности поврежденной линии возможно увеличить зону селективного действия защиты доп. Разработана методика определения чувствительности действия защиты от ОЗЗ при замыканиях на землю через переходные сопротивления, позволяющая выполнить оценку необходимого уровня коррекции входных параметров защиты в зависимости от степени неполноты замыкания на землю. 124 4. Разработаны алгоритмы инвариантного действия защиты от ОЗЗ, предусматривающие автоматическую коррекцию входных параметров, включая сигналы тока нулевой последовательности защищаемых линий и уставки потоку срабатывания, обеспечивающие селективное выявление поврежденного присоединения в условиях неполных замыканий на землю, как в индивидуальном исполнении защиты, таки в групповом. 5. В результате исследований с использованием имитационных моделей защиты от ОЗЗ с автоматической коррекцией входных параметров в среде программирования Matlab Simulink доказано, что при вариации параметров контура нулевой последовательности в пределах, указанных в п. 2 выводов, обеспечивается инвариантность действия защиты по отношению к переходному сопротивлению вместе ОЗЗ. 6. Разработан аппаратно-программный комплекс защиты от ОЗЗ, экспериментальные исследования инвариантности действия которого показали, что алгоритм автоматической коррекции сигнала тока нулевой последовательности защищаемой линии с учетом степени неполноты замыкания обеспечивает неизменность рабочего сигнала защиты и независимость характеристик срабатывания при вариации переходного сопротивления вместе повреждения. 7. Разработаны рекомендации по выбору уставок на срабатывание аппаратно-программного комплекса защиты от однофазных замыканий, согласно которым при условии выбора уставки по напряжению нулевой последовательности 10% от фазного напряжения в сети с суммарной емкостью 5 , 0 * |