Мультичастотная направленная защита от замыканий на землю в некомпенсированных сетях 6–10 кВ
К.С. Алешин, Н.В. Кузьмина, А.А. Семушкин, Т.Ю. Шадрикова, В.А. Шуин
Вестник ИГЭУ, 2025 г. выпуск 5, сс. 39—49
Скачать PDF
Состояние вопроса. Для выполнения селективной защиты от однофазных замыканий на землю в некомпенсированных сетях напряжением 6–10 кВ, работающих с изолированной нейтралью или с высокоомным резистивным заземлением нейтрали, наиболее широкое применение получили максимальные токовые и токовые направленные защиты нулевой последовательности. Более высокое техническое совершенство (селективность и устойчивость функционирования) обеспечивают токовые направленные защиты от однофазных замыканий на землю. Практически все известные современные цифровые исполнения токовых направленных защит нулевой последовательности различных фирм-производителей основаны на контроле фазных соотношений составляющих основной частоты напряжения и тока нулевой последовательности, что обеспечивает повышение их селективности, но не всегда достаточную чувствительность при наиболее опасных для сети и поврежденного присоединения дуговых перемежающихся однофазных замыканий на землю. В связи с этим актуальной является задача создания токовых направленных защит нулевой последовательности, обладающих высоким техническим совершенством, как при устойчивых, так и при дуговых однофазных замыканиях на землю. Такие исполнения токовых направленных защит нулевой последовательности, на наш взгляд, могут быть получены на основе мультичастотного подхода, предполагающего использование для действия защиты как составляющих основной частоты, так и высших гармонических составляющих установившегося и переходного режимов однофазных замыканий на землю в сетях 6–10 кВ.
Материалы и методы. Учитывая сложность переходных процессов при дуговых замыканиях на землю в электрических сетях среднего напряжения и алгоритмов функционирования устройств релейной защиты, основанных на использовании электрических величин переходных процессов в электроэнергетических объектах, в качестве основного метода исследований использовано математическое моделирование с применением имитационных моделей кабельных и воздушных сетей 6–10 кВ с изолированной нейтралью или с высокоомным резистивным заземлением нейтрали и модели алгоритма функционирования мультичастотной направленной защиты от однофазных замыканий на землю, выполненных с применением прикладной программы Simulink и библиотеки блоков SimPowerSystems программного комплекса Matlab.
Результаты. Обоснованы принципы выполнения мультичастотной направленной защиты от однофазных замыканий на землю в кабельных и воздушных сетях напряжением 6–10 кВ и разработан алгоритм ее функционирования. Представлены результаты функциональных испытаний на имитационных моделях кабельных и воздушных сетей 6–10 кВ, работающих как с изолированной нейтралью, так и с заземлением нейтрали через высокооомный резистор, подтвердившие эффективность разработанных принципов выполнения и алгоритма функционирования мультичастотной направленной защиты при всех учитываемых видах однофазных замыканий на землю.
Выводы. Предлагаемое техническое решение реализует мультичастотный принцип выполнения направленной защиты от однофазных замыканий на землю в кабельных и воздушных распределительных сетях 6–10 кВ с изолированной нейтралью и с высокоомным заземлением нейтрали, обеспечивающий более высокую селективность и чувствительность по сравнению с традиционными токовыми направленными защитами, основанными на использовании только составляющих основной частоты, как при устойчивых, так и при наиболее опасных для сети дуговых перемежающихся замыканиях на землю.
1. Лихачев Ф.А. Замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов. – М.: Энергия, 1971. – 152 с.
2. Федосеев А.М. Релейная защита электроэнергетических систем. Релейная защита сетей. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 560 с.
3. Шабад М.А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. – СПб.: ПЭИПК, 2003. – 350 с.
4. Шуин В.А., Гусенков А.В. Защиты от замыканий на землю в электрических сетях 6–10 кВ. – М.: НТФ «Энергопрогресс», 2001. – 104 с.
5. Дударев Л.Е., Запорожченко С.И., Лукьянцев Н.М. Дуговые замыкания на землю в кабельных сетях // Электрические станции. – 1971. – № 8. – С. 64–66.
6. Защита сетей 6–35 кВ от перенапряжений / Ф.Х. Халилов, Г.А. Евдокунин, В.С. Поляков и др. – СПб.: Энергоатомиздат, 2002. – 272 с.
7. Шадрикова Т.Ю. Разработка комплексной многофункциональной защиты от однофазных замыканий на землю кабельных сетей 6–10 кВ: дис. … канд. техн. наук: 05.14.02. – Иваново, 2016. – 204 с.
8. Оценка чувствительности токовых защит от замыканий на землю в кабельных сетях 6–10 кВ / В.А. Шуин, М.С. Аль-Хомиди, О.А. Добрягина и др. // Вестник ИГЭУ. – 2016. – Вып. 3. – С. 50–55.
9. Вайнштейн В.Л. Исследование высших гармоник тока замыкания на землю // Промышленная энергетика. – 1986. – № 1. – С. 39–40.
10. Ольшовец П. Адмитансные защиты – эффективное средство охраны сетей СН от замыканий на землю // Релейная защита и автоматизация. – 2017. – № 3(28). – С. 56–59.
11. Wahlroos A., Altonen J. Multifrequency admittance protection // Wiadomości Elektrotechniczne. –2016. – Vol. 12.
12 Попов И.Н., Лачугин В.Ф., Соколова Г.В. Релейная защита, основанная на контроле переходных процессов. – М.: Энергоатомиздат, 1986.
13. Шуин В.А. Начальные фазовые соотношения электрических величин переходного процесса при замыканиях на землю в кабельных сетях 6–10 кВ // Электричество. – 1991. – № 10. – С. 58–61.
14. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. – М.: Сов. радио, 1977.
15. Ширман Я.Д., Манжос В.Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. – М.: Радио и связь, 1981.
16. Филатова Г.А. Разработка и исследование способов и алгоритмов определения места однофазного замыкания на землю в кабельных сетях 6–10 кВ по параметрам переходного процесса: дис. … канд. техн. наук: 05.14.02. – Иваново, 2017.