способ определения места однофазного повреждения в электрической сети 6 - 35 кв с компенсацией тока замыкания на землю (варианты)

Формула изобретения

1. Способ определения места однофазного повреждения в электрической сети 6 - 35 кВ с компенсацией тока замыкания на землю, содержащей дугогасящий реактор и защиты от замыкания на землю на каждом присоединении, отличающийся тем, что на заданный промежуток времени закорачивают сигнальную обмотку дугогасящего реактора дополнительным коммутатором через дополнительное сопротивление, тем самым увеличивают активную составляющую тока замыкания на землю, на которую реагирует защита поврежденного присоединения.

2. Способ определения места однофазного повреждения в электрической сети 6 - 35 кВ с компенсацией тока замыкания на землю, содержащей дугогасящий реактор и защиты от замыкания на землю на каждом присоединении, отличающийся тем, что две секции сигнальной обмотки дугогасящего реактора поочередно коммутируют отдельными дополнительными тиристорами через дополнительные сопротивления таким образом, чтобы обеспечить модуляцию в токе замыкания гармоники, кратной основной частоте, а защита поврежденного присоединения реагирует на эту частоту модуляции.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим сетям с изолированной и компенсированной нейтралью напряжением 6 - 35 кВ, и может использоваться для селективного обнаружения поврежденного фидера с однофазным замыканием на землю.

Известно большое количество способов и устройств, предназначенных для селективного выявления места однофазного замыкания на землю (или поврежденного фидера) в сетях с изолированной нейтралью 6 - 35 кВ [1, 2]. Наиболее широкое распространение получили токовые ненаправленные защиты, как наиболее простые и дешевые. Они устанавливаются на трансформаторах тока нулевой последовательности каждого присоединения (фидера) и при возникновении однофазного замыкания комплект защиты поврежденного фидера по величине тока замыкания, превышающей уставку токового реле, действует на сигнал, если на данной подстанции допустим длительный режим однофазного замыкания на землю, либо на отключение поврежденного фидера. Уставки токовых реле для обеспечения селективности выбираются по условию отстройки от собственного емкостного тока неповрежденного присоединения, подпитывающего место замыкания.

Однако обеспечить одновременное выполнение условий селективности и чувствительности токовых защит от замыканий на землю часто бывает невозможно даже при наличии современных чувствительных цифровых реле в силу небольшой разницы между токами поврежденного и неповрежденного присоединений. В тех случаях, когда в сетях с компенсированной нейтралью дугогасящие реакторы обеспечивают полную компенсацию емкостного тока однофазного замыкания на землю, обеспечить правильную работу как ненаправленных, так и направленных токовых защит невозможно.

Для таких случаев, когда емкостная составляющая тока однофазного замыкания на землю мала либо отсутствует полностью, предлагались различные технические решения. Одним из них является заземление нейтрали через высокоомный или низкоомный (при действии защиты на отключение) резистор, который обеспечивает дополнительную активную составляющую в токе замыкания и тем самым выполнение условий селективности и чувствительности [3]. Однако это требует приобретения и монтажа высоковольтного резистора, а при отсутствии на данной подстанции трансформатора с выведенной нейтралью - еще и трансформатора присоединения. Указанный комплект из высоковольтной ячейки с резистором и трансформатором присоединения является прототипом первого варианта предлагаемого изобретения.

Принципиально другим является способ защиты, реагирующей на гармоники, кратные основной частоте, в токе замыкания на землю [4]. Однако наряду с установкой соответствующих комплектов реле на каждом присоединении этот способ требует обеспечить для правильной работы защиты в режимах устойчивых "металлических" замыканий (когда естественные низкочастотные гармоники в токе замыкания отсутствуют) искусственную подпитку места замыкания током частоты 25 либо 100 Гц. Это также требует дополнительных затрат и монтажа как при изготовлении источника гармоник, так и при его подключении к нейтрали сети. Подключение в нейтраль сети источника непромышленной частоты согласно [4] для повышения чувствительности низкочастотных либо высокочастотных комплектов защит от однофазных замыканий на землю является прототипом второго из предлагаемых способов определения места повреждения.

В то же время в электрических сетях 6 - 35 кВ с компенсированной нейтралью существует возможность обеспечить условия селективности и чувствительности защит от замыканий на землю способами, аналогичными вышеуказанным, но без применения дополнительного оборудования. Для этого достаточно использовать предлагаемое изобретение в уже установленных либо вновь устанавливаемых дугогасящих реакторах, обеспечивающих компенсацию емкостного тока замыкания на землю в сетях 6 - 35 кВ.

Цель изобретения - повышение чувствительности, селективности и упрощение способа определения места однофазного повреждения в электрической сети 6 - 35 кВ с компенсацией тока замыкания на землю. Указанная цель достигается тем, что в первом случае дугогасящий реактор на заданный промежуток времени путем закорачивания его сигнальной обмотки дополнительным коммутатором через дополнительное сопротивление увеличивает активную составляющую тока замыкания на землю, на которую реагирует защита поврежденного присоединения. В другом случае аналогичный способ отличается тем, что две секции сигнальной обмотки дугогасящего реактора последовательно поочередно закорачиваются отдельными дополнительными тиристорами через дополнительные сопротивления таким образом, чтобы обеспечить модуляцию в токе замыкания гармоники, кратной основной частоте, а защиты присоединений реагируют на эту частоту модуляции.

Сущность предлагаемого изобретения в двух независимых его вариантах заключается в том, что в первом варианте способ определения места однофазного повреждения в электрической сети 6 - 35 кВ с компенсацией тока замыкания на землю, содержащей дугогасящий реактор и защиты от замыкания на землю на каждом присоединении, отличается тем, что на заданный промежуток времени закорачивают сигнальную обмотку дугогасящего реактора дополнительным коммутатором через дополнительное сопротивление, тем самым увеличивают активную составляющую тока замыкания на землю, на которую реагирует защита поврежденного присоединения.

Во втором варианте способ определения места однофазного повреждения в электрической сети 6 - 35 кВ с компенсацией тока замыкания на землю, содержащей дугогасящий реактор и защиты от замыкания на землю на каждом присоединении, отличается тем, что две секции сигнальной обмотки дугогасящего реактора последовательно поочередно закорачивают отдельными дополнительными коммутаторами через дополнительные сопротивления таким образом, чтобы обеспечить модуляцию в токе замыкания дополнительной активной составляющей гармоники, кратной основной частоте, а защита поврежденного присоединения реагирует на эту частоту модуляции.

Для пояснения принципа действия предлагаемого изобретения на чертеже приведена электрическая схема дугогасящего реактора РУОМ, подключенного к нейтрали сети через питающий трансформатор ТСН. Показаны также трансформатор напряжения НАМИ и емкости фаз сети на землю С. В первом случае (см. чертеж - а), когда необходимо обеспечить селективность и повысить чувствительность токовых защит от замыканий на землю путем увеличения активной составляющей в токе однофазного замыкания, достаточно включить коммутатор К, дополнительно установленный на выводах низковольтной сигнальной обмотки СО дугогасящего реактора, на время, достаточное для срабатывания защиты (от 0,5 до 1 с). Величина дополнительного сопротивления R подбирается таким образом, чтобы обеспечить требуемую величину активной составляющей в первичном токе реактора (от 5 до 10 А).

Поскольку в сетях с компенсированной нейтралью уже установлены трансформаторы с дугогасящими реакторами, имеющими сигнальную обмотку, а установка дополнительного коммутатора с сопротивлением на напряжение порядка 100 В и небольшую мощность не вызывает больших затрат и затруднений при монтаже, предлагаемый способ обладает несомненными технико-экономическими преимуществами и применим в любых компенсированных электрических сетях - кабельных, воздушных и смешанных, где используются токовые защиты от замыканий на землю.

В другом случае, изображенном ниже на том же чертеже (б), когда необходимо обеспечить правильное действие защит, реагирующих на неосновные гармоники в токе замыкания, требуется два управляемых ключа (например, тиристора) и два дополнительных сопротивления. Каждая секция сигнальной обмотки коммутируется своим тиристором через токоограничивающее сопротивление таким образом, чтобы на необходимый для действия защиты промежуток времени (те же 0,5-1 с) модулировать в токе замыкания гармонику требуемой частоты. Так, если коммутировать секции сигнальной обмотки поочередно в каждую третью полуволну напряжения на реакторе (на нейтрали), то реактор добавит в место повреждения низкочастотные гармоники с преобладанием 16,66 Гц (треть частоты сети). А если коммутировать секции каждый полупериод поочередно и в противоположных направлениях (чтобы получить эффект двухполупериодного выпрямления или четной гармоники), то в токе замыкания появится преобладающая вторая гармоника с частотой 100 Гц.

Величина модулируемой гармоники в токе замыкания также определяется дополнительными сопротивлениями (или углом включения коммутаторов) и для успешного срабатывания защиты может составлять менее одного ампера первичного тока реактора. Установка низковольтных коммутаторов - тиристоров или транзисторов - с дополнительными сопротивлениями на кратковременный ток порядка 100 А затруднений не вызывает.

Предлагаемое изобретение было опробовано на действующем стенде с управляемым дугогасящим реактором типа РУОМ-480, мощностью 480 кВАР, напряжением 6 кВ, который серийно выпускается Раменским электротехническим заводом "Энергия". Предельные полученные значения по активной составляющей в первом случае составили 20 А, а по модуляции неосновной частоты - до 10 А, что вполне достаточно для успешной и селективной работы защит присоединений. В качестве коммутатора в первом случае можно использовать вакуумный выключатель, силовой симистор или автомат при ручном управлении. Во втором случае используются серийные полупроводниковые приборы - тиристоры либо транзисторы, например тиристор Т-320 10 класса.

Следует также отметить, что при использовании в качестве коммутатора в первом варианте управляемого прибора - тиристора - за счет протекания тока через сигнальную обмотку только в одном направлении можно получить увеличение не только активной составляющей, но и второй гармоники до значений в несколько ампер.

Литература:

1. Федосеев А.М. Релейная защита. М.: Энергия, 1992.

2. Шабад М.А. Защита от однофазных замыканий на землю в сетях 6 - 35 кВ. Изд. 2-е, дополненное. ПЭИпк, С.-Петербург, 1997.

3. Выбор способа заземления нейтрали в сетях 6 - 10 кВ.// Евдокунин Г.А. и др. / Электричество, 1998, N 12.

4. Защита от замыканий на землю в компенсированных сетях 6 - 10 кВ.// Вайнштейн Р.А. и др./ Электрические станции, 1998, N 7.