Динамическая устойчивость функционирования токовых направленных защит нулевой последовательности в сетях 6-10 кВ
Ю.Д. Кутумов, В.В. Тютиков, Т.Ю. Шадрикова, В.А. Шуин
Вестник ИГЭУ, 2019 г. выпуск 6
Скачать PDF
Состояние вопроса: В распределительных сетях напряжением 6–10 кВ, работающих с изолированной нейтралью, для защиты от замыканий на землю широкое применение получили токовые направленные защиты нулевой последовательности (ТНЗНП). По данным эксплуатации основным недостатком ТНЗНП является не всегда достаточная динамическая устойчивость функционирования в условиях влияния на работу защиты переходных процессов при наиболее опасных для сети замыканиях через перемежающуюся дугу. В то же время известно, что большая часть замыканий на землю в сетях 6–10 кВ, прежде всего, в начальной стадии развития повреждения изоляции, имеет дуговой перемежающийся характер. Отказы функционирования ТНЗНП при дуговых замыканиях снижают эксплуатационную надежность защищаемой сети и, как следствие, надежность электроснабжения потребителей. В настоящее время разработки новых устройств релейной защиты электроэнергетических систем, включая защиты от замыканий на землю распределительных электрических сетей среднего напряжения, выполняются только на микропроцессорной базе. Поэтому выбор и обоснование принципов выполнения цифровых исполнений ТНЗНП, обеспечивающих высокую динамическую устойчивость функционирования, представляет актуальную задачу.
Материалы и методы: При исследованиях динамической устойчивости функционирования цифровых ТНЗНП с учетом сложности переходных процессов при дуговых замыканиях на землю в электрических сетях среднего напряжения, работающих с изолированной нейтралью, применялось имитационное моделирование в системе Matlab с пакетами расширения SimPowerSystem и Simulink. В рамках данного исследования в качестве главного фактора, оказывающего влияние на динамическую устойчивость функционирования ТНЗНП, рассматривались только переходные токи и напряжения, влияние других факторов, например, погрешностей первичных преобразователей тока и напряжения нулевой последовательности, схемы формирования сравниваемых величин и др., в имитационных моделях не учитывалось.
Результаты: На основе исследований установлены причины возможных отказов функционирования цифровых токовых направленных защит от замыканий на землю в динамических режимах функционирования. Показано, что использование в токовых направленных защитах ортогональных составляющих рабочей частоты напряжения и тока нулевой последовательности позволяет исключить отказы их функционирования при любой разновидности дуговых замыканий на землю.
Выводы: Для обеспечения высокой динамической устойчивости функционирования в условиях влияния переходных процессов при замыканиях на землю через перемежающуюся дугу токовые направленные защиты от данного вида повреждений должны выполняться на основе контроля фазных соотношений составляющих рабочей частоты 50 Гц напряжения и тока нулевой последовательности, а не их полных значений.
1. Федосеев А.М. Релейная защита электрических систем. – М.: Энергия, 1976. – 560 с.
2. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. – М.: Высшая школа, 2006. – 639 с.
3. Шабад М.А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. – СПб.: ПЭИПК, 2003. – 350 с.
4. Шуин В.А. Защиты от замыканий на землю в электрических сетях 6–10 кВ / В.А. Шуин, А.В. Гусенков. – М.: НТФ «Энергопрогресс», «Энергетик», 2001. – 104 с.
5. Шалин А.И. Замыкания на землю в сетях 6–35 кВ. Достоинства и недостатки различных защит / А.И. Шалин // Новости ЭлектроТехники, 2005. – № 3 (33). – Режим доступа: http://www.news.elteh.ru/arh/2005/33/13.php.
6. Golubev A.N. Multiparameter Current Protections Against Ground Faults in 6 – 10_kV Cable Networks / A.N. Golubev, O.A. Dobryagina, T.Yu. Shadrikova, V.A. Shuin // Power Technology and Engineering. – January 2018. – Vol. 51. – No. 5. – P. 602 – 610.
7. Шалин А.И. Замыкания на землю в сетях 6–35 кВ. Направленные защиты. Влияние электрической дуги на направленные защиты // Новости ЭлектроТехники. – 2006. – № 1 (37). – Режим доступа: http://www.news.elteh.ru/arh/2006/37/06.php.
8. Борухман В.А. Об эксплуатации селективных защит от замыканий на землю в сетях 6-10 кВ и мероприятиях по их совершенствованию // Энергетик. – 2000, № 1. – С. 20–22.
9. Шнеерсон Э.М. Цифовая релейная защита. – М.: Энергоатомиздат, 2007. – 549.с.
10. Лихачев Ф.А. Замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов. М.: Энергия, 1971. – 152 c.
11. Petersen W. Der aussetzende (intermittierende) Erdschluss. – ETZ, 1917, H. 47, 48.
12. J.F. Peters, J. Slepian. Voltage Induced by Areign Grounds. Tr. AIEE, 1928, Apr., p. 478.
13. Халилов Ф.Х., Евдокунин Г.А., Поляков В.С. и др. Защита сетей 6–35 кВ от перенапряжений / под ред. Ф.Х. Халилова, Г.А. Евдокунина, А.И. Таджибаева. – СПб.: Энергоатомиздат, 2002. – 272 c.
14. Дударев Л.Е. Дуговые замыкания на землю в кабельных сетях / Л.Е. Дударев, С.И. Запорожченко, Н.М. Лукьянцев // Электрические станции. – 1971, № 8. – С. 64–66.
15. Белянин А.А. Опыт внедрения селективной защиты от замыканий на землю в сети 6‑35 кВ / В.Ф. Лачугин, С.В. Иванов, А.А. Белянин // Релейщик – 2013. – № 2. – С. 24–27.