Методика выбора параметров срабатывания максимальных токовых защит от замыканий на землю на основе высших гармоник в компенсированных кабельных сетях 6-10 кВ
Обоснование методики выбора параметров срабатывания максимальных токовых защит, основанных на использовании высших гармоник. Оценка предельных максимального и минимального уровней гармоник в токе замыкания на землю компенсированных кабельных сетей.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 02.12.2018 |
| Размер файла | 757,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ФГБОУВПО "Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина"
Методика выбора параметров срабатывания максимальных токовых защит от замыканий на землю на основе высших гармоник в компенсированных кабельных сетях 6-10 кВ
Т.Ю. Винокурова, Е.С. Шагурина, В.А. Шуин
Авторское резюме
Состояние вопроса: В распределительных кабельных сетях напряжением 6-10 кВ систем промышленного и городского электроснабжения, работающих с резонансным заземлением нейтрали через дугогасящий реактор, для защиты и селективной сигнализации однофазных замыканий на землю наиболее широкое применение получили максимальные токовые защиты, основанные на использовании высших гармоник токов нулевой последовательности. Многолетний опыт эксплуатации показал, что устройства защиты данного типа обладают низкой селективностью при внешних замыканиях на землю и не всегда достаточной чувствительностью при повреждениях на защищаемой линии. Одной из основных причин низкой эффективности функционирования максимальных токовых защит на основе высших гармоник являются нестабильность спектра гармоник в токе замыкания на землю компенсированных кабельных сетей 6-10 кВ и обусловленное ей несовершенство методики выбора параметров срабатывания и оценки чувствительности защиты. В связи с этим актуальной задачей является разработка такой методики.
Материалы и методы: Обоснование методики выбора параметров срабатывания максимальных токовых защит, основанных на использовании высших гармоник, произведено на основе оценок предельных максимального и минимального уровней гармоник в токе замыкания на землю компенсированных кабельных сетей 6-10 кВ. Данные оценки получены аналитическим путем и с использованием моделирования на ЭВМ в программе Simulink, а также расчетных и экспериментальных данных, опубликованных в различных источниках.
Результаты: Разработана методика выбора параметров срабатывания и оценки чувствительности максимальных токовых защит, реагирующих на общий уровень высших гармоник в токе нулевой последовательности защищаемого присоединения, на основе оценок предельных максимального и минимального уровней гармоник в токе замыкания на землю компенсированных кабельных сетей 6-10 кВ. Уточнены требования к чувствительности устройств защиты данного типа по первичному току высших гармоник. Даны оценка и рекомендации по области применения устройств защит, основанных на данном принципе, на различных объектах компенсированных кабельных сетей 6-10 кВ.
Выводы: Предложенная методика позволяет повысить селективность при внешних замыканиях на землю и более точно оценить чувствительность при внутренних повреждениях. Показано, что область применения максимальных токовых защит на основе высших гармоник ограничена присоединениями, собственный емкостный ток которых не превышает 5 % от суммарного емкостного тока сети. На объектах кабельных сетей 6-10 кВ, для присоединений которых данное условие не выполняется, должны применяться направленные защиты, основанные на контроле фазных соотношений высших гармоник тока и напряжения нулевой последовательности.
Ключевые слова: компенсированные кабельные сети 6-10 кВ, однофазные замыкания на землю, высшие гармоники, защита от однофазных замыканий на землю, методика выбора параметров срабатывания.
Background: Overcurrent protection based on the use of higher harmonics in zero sequence currents is widely used for selective protection and signalling of single phase earth faults in 6-10 kV distribution cable networks of industrial and urban electricity systems, working with resonant neutral grounding through an arc-suppressing coil. Many years of operating experience have shown that protection devices of this type have low selectivity to external earth faults and are not always sensitive enough to the faults in the line they protect. One of the main reasons for the low operation efficiency of overcurrent protection based on higher harmonics is the instability of the harmonic spectrum of the earth fault current in 6-10 kV cable networks with resonant neutral grounding and, as a consequence, the defficiency of the techniques of choosing tripping values and evaluation of protection sensitivity. All these factors make it quite urgent to develop such a technique.
Materials and methods: Substantiation of the technique of tripping values selection of higher harmonics overcurrent protection was based on the estimation of the limiting maximum and minimum harmonics levels in the earth fault current in 6-10 kV cable networks with resonant neutral grounding. The data was obtained analytically and through computer simulation in Simulink as well as by using calculated and experimental data published in various sources.
Results: We have developed a technique of choosing the tripping values and evaluating the protection sensitivity of overcurrent protection reacting to the overall level of higher harmonics in zero sequence current of the protected connection, based on the estimation of the limiting minimum and maximum harmonics levels in the earth fault current in 6-10 kV cable networks with resonant neutral grounding. We have also specified the sensitivity requirements for the protection devices of this type by the primary harmonics current and evaluated such devices and made recommendations on their application at various objects of 6-10 kV cable networks with resonant neutral grounding.
Conclusions: The proposed method makes it possible to increase the selectivity to external earth faults and more accurately assess the sensitivity to internal faults. It is shown that the overcurrent protection based on higher harmonics can only be applied to connections, in which their own capacitive current does not exceed 5 % of the total capacitive network current.6-10 kV cable networks, in which this requirement is not fulfilled, should be equipped with directional protection based on the control of phase relationships of higher harmonics and zero sequence current and voltage.
Key words: 6-10 kV cable networks with resonant neutral grounding, single-phase earth faults, higher harmonics, protection against single-phase earth faults, techniques of tripping values selection.
гармоника кабельная сеть токовая защита
Основное содержание исследования
Введение. Резонансное заземление нейтрали распределительных кабельных сетей напряжением 6-10 кВ через дугогасящий реактор (компенсация емкостных токов) является наиболее эффективным способом исключения возможности возникновения опасных для сети дуговых перемежающихся однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) и ограничения сопровождающих их перенапряжений [1-9]. Основной проблемой, снижающей эффективность компенсации емкостных токов ОЗЗ, является недостаточное техническое совершенство (селективность и устойчивость функционирования [10]) применяемых в указанных сетях устройств защиты от ОЗЗ.
В компенсированных кабельных сетях напряжением 6-10 кВ систем промышленного и городского электроснабжения для защиты и селективной сигнализации ОЗЗ основное применение получили устройства, основанные на способе абсолютного замера уровня высших гармоник (ВГ) в токе нулевой последовательности защищаемого присоединения (например, устройства защиты типа УСЗ-2/2 [11-13], а также его цифровые аналоги в микропроцессорных терминалах релейной защиты и автоматики ряда фирм-изготовителей). Анализ многолетнего опыта эксплуатации существующих исполнений максимальных токовых защит абсолютного замера ВГ (МТЗВГ), выполненный ОРГРЭС, выявил их низкую селективность при внешних ОЗЗ и не всегда достаточную чувствительность при внутренних повреждениях [14].
В МТЗВГ, как правило, используются гармоники порядка = 5, 7, 11 и 13 (f = 250 - 650 Гц), что определяется составом основных источников ВГ в кабельных сетях 6-10 кВ и спектром генерируемых ими гармоник (силовые трансформаторы, нелинейные преобразователи, электротермические установки и др. [15]). Одной из основных причин низкой эффективности функционирования МТЗВГ является нестабильность спектра гармоник в указанном диапазоне частот в токе ОЗЗ и обусловленные ей проблемы обоснованного выбора уставок по току срабатывания и оценки чувствительности устройств защиты данного типа.
Методика выбора уставок МТЗВГ по току срабатывания. Уставка по первичному току срабатывания МТЗВГ должна выбираться из условия обеспечения несрабатываний при внешних ОЗЗ в режиме работы сети, соответствующем максимальному уровню ВГ в токе 3I0 защищаемого присоединения. Так как распределение ВГ в токах 3I0 присоединений, подключенных к шинам защищаемого объекта, в диапазоне частот до 650 Гц определяется только емкостными сопротивлениями фаз на землю [16], то расчетное выражение для выбора уставки МТЗВГ по току срабатывания можно представить в следующей форме:
(1)
где Котс - коэффициент отстройки; 3I0i ВГ макс - максимальный уровень ВГ в токе 3I0 i-го присоединения; макс - максимальный общий уровень ВГ рабочего диапазона частот МТЗВГ ( = 5, 7, 11 и 13) в токе ОЗЗ при устойчивых повреждениях в контролируемой сети; IС i - собственный емкостный ток i-го присоединения, определяемый по выражению
(2)
где C0i - емкость фазы защищаемого присоединения на землю; = 250; Uф. ном - номинальное фазное напряжение сети.
Коэффициент отстройки Котс в (1), учитывающий влияние погрешностей функционирования (погрешностей расчета уровня ВГ, кабельных трансформаторов тока нулевой последовательности (ТТНП), измерительного органа тока защиты и др.) на устойчивость несрабатываний при внешних ОЗЗ, для токовых защит на основе ВГ рекомендуется принимать равным не менее 1,5 [16].
Вычисленное по (1) значение Iс. з. i должно удовлетворять также условию
(3)
где Iс. з. мин - минимальный ток срабатывания МТЗВГ, определяемый техническими характеристиками устройства защиты и кабельного ТТНП, к которому подключается по цепям тока 3I0 устройство защиты.
Условие (3) может быть расчетным для выбора уставки по первичному току срабатывания на кабельных линиях небольшой длины, что характерно, например, для таких объектов, как трансформаторные подстанции (ТП) 6-10/0,4 кВ систем промышленного электроснабжения.
Основную проблему при выборе уставок по току срабатывания по (1) представляет оценка максимально возможного уровня ВГ в токе ОЗЗ контролируемой сети макс. В условиях отсутствия достоверных данных по значениям макс для контролируемой сети в применяемой в настоящее время методике уставку по току срабатывания для устройств защиты типа УСЗ-2/2 и его аналогов предлагается приближенно выбирать по значениям суммарного емкостного тока сети IC и относительному значению собственного емкостного тока защищаемого присоединения ICi* = ICi/IC [17]. В табл.1 приведены значения первичного тока срабатывания устройства УСЗ-2/2 в диапазоне частот 250-650 Гц при подключении его к ТТНП типа ТЗ, ТЗЛ, ТЗЛМ, имеющих близкие технические характеристики, для присоединений с ICi* = 0,1 для различных значений IC, приведенных в [18].
При ICсобс* > 0,1 уставка по IC пропорционально увеличивается, при ICсобс* < 0,1 - уменьшается.
В табл.1 приведены также значения макс для 5, 7, 11 и 13-й гармоник, рассчитанные при рекомендуемых уставках по выражению
(4)
при Котс =1,5.
Согласно данным табл.1, фактически принимаемые значения макс в зависимости от частоты и значения IC находятся в пределах 0,07-0,25, при этом с увеличением IC значения макс без каких-либо обоснований уменьшаются.
Предельные максимальные уровни ВГ в токе ОЗЗ компенсированных кабельных сетей 6-10 кВ. Для высших гармонических составляющих в диапазоне частот до 650 Гц, содержащихся в спектре токов 3i0 неповрежденного i-го присоединения при внешних устойчивых ОЗЗ в компенсированных кабельных сетях 6-10 кВ, справедливо следующее соотношение [16]:
(5)
Так как напряжение U0 при ОЗЗ равно напряжению поврежденной фазы в режиме, предшествующем ОЗЗ, взятому с обратным знаком, то спектр I0 полностью определяется спектром последнего. Поэтому предельный максимальный уровень ВГ в токе ОЗЗ пред. макс можно оценить по предельно допустимым ГОСТ 13109-97 для сетей 6-10 кВ значениям коэффициента несинусоидальности напряжения Кнс пред = 0,08 (в нормальном режиме Кнс макс ? 0,05) и предельно допустимым коэффициентам КU пред содержания в напряжениях сети отдельных гармонических составляющих = 5, 7, 11, 13 (табл.2).
Таблица 1. Значения первичного тока срабатывания устройства защиты типа УСЗ-2/2 при различных частотах и значениях IC по методике [18]
|
Iуст = IC, А |
Первичный ток срабатывания УСЗ-2/2 I с. з и соответствующий ему относительный уровень ВГ уст. макс при частоте f, Гц |
||||||||
|
250 |
350 |
550 |
650 |
||||||
|
I5 с. з, А |
5 макс = = Ic. з.5 /Котс 0,1IC |
I7 с. з, А |
7 макс = = Ic. з.7 /Котс 0,1IC |
I11 с. з, А |
11 макс = = Ic. з.11 /Котс 0,1IC |
I13 с. з, А |
13 макс = = Ic. з.13 /Котс 0,1IC |
||
|
25 |
0,95 |
0,25 |
0,61 |
0,16 |
0,48 |
0,13 |
0,57 |
0,15 |
|
|
50 |
1,4 |
0, 19 |
0,85 |
0,11 |
0,73 |
0,10 |
0,98 |
0,13 |
|
|
100 |
2,5 |
0,17 |
1,35 |
0,09 |
1,47 |
0,10 |
2,05 |
0,14 |
|
|
250 |
4,85 |
0,13 |
2,44 |
0,07 |
3,40 |
0,09 |
4,95 |
0,13 |
Таблица 2. Значения нормально и предельно допустимых по ГОСТ 13109-97 коэффициентов несинусоидальности напряжения для гармоник рабочего диапазона частот МТЗВГ
|
5 |
7 |
11 |
13 |
||
|
КU норм*, о. е |
0,04 |
0,03 |
0,02 |
0,02 |
|
|
КU пред* = = 1,5*КU норм*, о. е |
0,06 |
0,045 |
0,03 |
0,03 |
С учетом (5) предельный максимальный уровень отдельных гармонических составляющих в токе ОЗЗ определяется из соотношения
(6)
В табл.3 приведены предельные максимальные значения пред. макс для установившегося режима ОЗЗ в кабельных сетях 6-10 кВ, рассчитанные по выражению (6) для гармоник = 5, 7, 11 и 13.
Таблица 3. Предельные максимальные значения уровня гармонических составляющих в токе ОЗЗ компенсированных кабельных сетей 6-10 кВ
|
5 |
7 |
11 |
13 |
||
|
пред. макс*, о. е |
0,3 |
0,315 |
0,33 |
0,39 |
Сравнительный анализ данных табл.2 и табл.3 показывает, что значения макс, фактически используемые при расчете уставок по току срабатывания по существующей методике, как правило, значительно (в разы) меньше предельно возможных относительных значений уровней соответствующих гармонических составляющих в токе ОЗЗ компенсированных кабельных сетей 6-10 кВ пред. макс, что, возможно, и является основной причиной частых излишних срабатываний (неселективности) применяемых в настоящее время исполнений МТЗВГ (например, УСЗ-2/2 [14]).
Как правило, в качестве воздействующей величины в измерительных органах тока МТЗВГ используется среднеквадратичное значение всех гармоник рабочего диапазона:
(7)
С учетом (5) и (7) может быть определено предельное относительное значение уровня суммы ВГ рабочего диапазона частот
(8)
При расчетах по (8) должно соблюдаться условие Кнс пред ? 0,08, что обеспечивается при КU5 пред 0,05 < 0,06 и значениях КU пред для остальных гармоник рабочего диапазона частот МТЗВГ, соответствующих данным табл.2. Для данных, практически маловероятных, но наихудших с точки зрения селективности МТЗВГ условий, из (7) получим
Измерения уровня ВГ в токах ОЗЗ действующих кабельных сетей 6-10 кВ показывают, что приведенная оценка пред. макс, скорее всего, является завышенной, так как при оценке коэффициента несинусоидальности напряжения Кнс пред учитываются гармоники и более высокого порядка, чем = 13. Так, в [18] на основе измерений в действующих кабельных сетях 6-10 кВ показано, что максимальный общий уровень ВГ в токе ОЗЗ может достигать значений 40 % от IC, причем в данной экспериментальной оценке также учтены гармоники более высокого, чем 13-й, порядка.
Максимальный общий уровень ВГ в токе ОЗЗ макс для защищаемой компенсированной кабельной сети 6-10 кВ зависит не только от состава, но и от режимов работы основных источников ВГ в момент возникновения ОЗЗ и может определяться как одной, так и несколькими гармониками рабочего диапазона частот МТЗВГ. Например, в кабельных сетях 6-10 кВ, в которых основными источниками ВГ являются силовые трансформаторы, в токе ОЗЗ преобладают 5 и 7-я гармоники, а их общий уровень в токе ОЗЗ макс зависит от напряжения в сети, коэффициента загрузки трансформаторов и, в определенной степени, места возникновения повреждения. В кабельных сетях 6-10 кВ систем промышленного электроснабжения основными источниками ВГ являются, как правило, различного типа нелинейные преобразователи, электротермические установки (например, электрические дуговые печи), электросварочные установки и др. При таком составе источников ВГ в токах ОЗЗ, кроме 5 и 7-й гармоник, значительную долю составляют, а часто и преобладают 11 и 13-я гармоники. В таких сетях общий максимальный уровень ВГ в токе ОЗЗ макс зависит от состава комплексной нагрузки центра питания (ЦП) и режимов работы отдельных источников и может изменяться в очень широких пределах. Поэтому с достаточной точностью рассчитать или каким-либо другим способом оценить значение макс для конкретной кабельной сети 6-10 кВ в общем случае не представляется возможным. Учитывая это, при выборе уставок по току срабатывания в выражении (1), на наш взгляд, необходимо принимать макс = пред. макс. Как уже отмечалось выше, более достоверной следует считать оценку предельного уровня ВГ в токе ОЗЗ, полученную на основе реальных измерений в действующих кабельных сетях 6-10 кВ: пред. макс = 0,4.
При таком подходе к выбору макс в (1) в коэффициенте отстройки Котс не требуется учитывать погрешности оценки максимального уровня ВГ в токе ОЗЗ контролируемой сети и его значение можно уменьшить (например, как для большинства максимальных токовых защит, принять Котс = 1,2-1,3).
Оценка чувствительности МТЗВГ. Чувствительность МТЗ ВГ при внутренних ОЗЗ оценивается по выражению
(9)
где - минимальный уровень ВГ в токе 3I0 защищаемого i-го присоединения при внутренних устойчивых ОЗЗ; - минимальный относительный уровень ВГ в токе устойчивого ОЗЗ в контролируемой сети; Кч. мин = 1,5 - минимально допустимое значение коэффициента чувствительности для токовых защит на основе ВГ Правила устройства электроустановок. Издание 7-е. Утверждены приказом Минэнерго Российской Федерации от 08. 07.2002, № 204. .
Как и макс в (1), относительный минимальный уровень ВГ в токе ОЗЗ мин зависит от множества факторов, прежде всего, от состава источников ВГ и режимов их работы, и оценить его с достаточной точностью для конкретной сети невозможно. Поэтому, как и при выборе уставки по току срабатывания в соответствии с (1), при оценке чувствительности МТЗВГ по (9) следует использовать предельные оценки минимально возможного уровня ВГ в токе ОЗЗ компенсированных кабельных сетей 6-10 кВ пред. мин.
Расчетные оценки минимально возможного уровня ВГ в токе ОЗЗ пред. мин компенсированных кабельных сетей 6-10 кВ, выполненные в ряде работ [19-21], приведены в табл.4.
Таблица 4. Расчетные оценки предельного минимального уровня ВГ пред. мин в токе ОЗЗ в компенсированных кабельных сетях 6-10 кВ по данным различных источников [19-21]
|
IC, А |
пред. мин при разных значениях суммарного емкостного тока кабельной сети 6-10 кВ сети IC, о. е |
||||
|
25 |
50 |
100 |
250 |
||
|
По данным [19] |
0,027 |
0,027 |
0,027 |
0,027 |
|
|
По данным [20] |
0,019 |
0,019 |
0,019 |
0,019 |
|
|
По данным [21] |
0,015 |
0,019 |
0,026 |
0,028 |
Согласно данным табл.4, для компенсированных кабельных сетей 6-10 кВ пред. мин 0,02-0,03. Расчетные оценки пред. мин достаточно хорошо коррелируются с экспериментальными данными, полученными при измерениях в действующих компенсированных кабельных сетях 6-10 кВ (по данным [22], минимальный уровень ВГ в токе ОЗЗ, как правило, не менее 4 % от IC).
Так как при расчетах предельного минимального уровня ВГ пред. мин в токе ОЗЗ компенсированных кабельных сетей 6-10 кВ учитываются только 5 и 7-я гармоники, генерируемые силовыми трансформаторами [19-21], а другие источники ВГ (нелинейные преобразователи, электротермические установки и др.) отсутствуют или в момент возникновения ОЗЗ отключены, расчетные оценки практически являются, скорее всего, заниженными. Учитывая это, с некоторым запасом при оценке чувствительности МТЗВГ в (8) можно принять мин = пред. мин = 0,04.
Требования к минимальному значению тока срабатывания МТЗВГ Iс. з. мин. Приведенные выше оценки пред. мин позволяют сформулировать требования к чувствительности МТЗВГ по первичному току.
Из (9) при Iс. з = Iс. з. мин получим
(10)
откуда при IC мин = 20 А (кабельные сети с Uном = 10 кВ Правила устройства электроустановок. Издание 7-е. Утверждены приказом Минэнерго Российской Федерации от 08. 07.2002, № 204.), = 0,04 и Кч. мин =1,5
Таким образом, устройства защиты на принципе абсолютного замера ВГ, предназначенные для применения в компенсированных кабельных сетях 6-10 кВ, должны обеспечивать минимальный первичный ток срабатывания не более 0,5 А во всем рабочем диапазоне частот. Согласно данным табл.1, применяемые в настоящее время исполнения МТЗВГ, в частности устройства типа УСЗ-2/2, не обеспечивают выполнение данного требования.
Области применения МТЗВГ. В [16] рекомендуется применять устройства защиты от ОЗЗ рассматриваемого типа в основном на присоединениях, собственный емкостный ток которых IС собс не превышает 10 % от суммарного емкостного тока сети IС. К объектам компенсированных кабельных сетей, для которых выполняется данное условие, относятся, по данным [16], и центры питания (ЦП) кабельных сетей - шины 6-10 кВ главных понизительных подстанций (ГПП) и ГРУ ТЭЦ (рис.1). Отметим также, что применяемой в настоящее время методикой выбора первичного тока срабатывания допускается применение МТЗВГ и на присоединениях, имеющих IС собс > 0,1IС, при увеличении уставки по IС по сравнению с рекомендуемыми значениями, приведенными в табл.1.
Из (1) и (9) получим условия, при которых обеспечивается селективность несрабатываний МТЗВГ при внешних и чувствительность при внутренних устойчивых ОЗЗ в компенсированных кабельных сетях 6-10 кВ:
(11)
где Z - параметр, характеризующий степень нестабильности общего уровня ВГ в токе ОЗЗ.
Из (11) при Котс = 1,2, Кч. мин = 1,5, макс = 0,4 и мин = 0,04 получим
т.е. обеспечение условий селективности несрабатываний при внешних ОЗЗ и минимально требуемой чувствительности при внутренних ОЗЗ возможно только на присоединениях, собственный емкостный ток IC собс которых не превышает 5 % от суммарного емкостного тока сети IC.
На рис.1 приведена характерная структура кабельных сетей 6-10 кВ систем промышленного электроснабжения, где зона 1 - зона питающих линий, связывающих ЦП с распределительными подстанциями (РП) и распределительно-трансформаторными подстанциями (РТП) или непосредственно с трансформаторными подстанциями (ТП). Для питающих линий этой зоны характерны большие относительные значения собственных емкостных токов IC собс и, соответственно, наиболее тяжелые условия с точки зрения применимости МТЗВГ. Зона 2 - зона питающих линий, связывающих РП и РТП с ТП, и распределительных линий на РТП. Зона 3 содержит распределительные линии, связывающие потребителей с шинами источника питания - ТП. Для распределительных линий зон 2 и 3, соединяющих электроприемники с шинами источника (ТП или РТП) характерны небольшие длины и, соответственно, небольшие значения IC собс*, облегчающие условия применимости максимальных токовых защит на основе ВГ.
Рис. 1. Структурная схема кабельной сети 6-10 кВ системы промышленного электроснабжения
Схемы кабельных сетей 6-10 кВ городского электроснабжения отличаются от схем сетей промышленного электроснабжения, прежде всего, тем, что на ТП устанавливаются только трансформаторы 6-10/0,4, на которых установка стационарных устройств защиты от ОЗЗ не требуется [11].
Анализ статистических данных по кабельным сетям 6-10 кВ систем электроснабжения ряда отраслей промышленности (черной металлургии, целлюлозно-бумажной, нефтеперерабатывающей и др.) показал, что доля присоединений с IС собс* ? 0,05 на понизительных подстанциях, являющихся ЦП компенсированных кабельных сетей, не превышает 60 % от общего числа присоединений, подключенных к шинам 6-10 кВ (рис.2, а), несколько выше она на ГРУ 6-10 кВ ТЭЦ. На РП (РТП) доля присоединений с IС собс* ? 0,05 составляет около 90 %, на ТП кабельных сетей промышленного электроснабжения - практически 100 % (рис.2, б, в).
Таким образом, в качестве основной области применения МТЗ ВГ следует рассматривать только РП (РТП) и ТП компенсированных кабельных сетей 6-10 кВ систем промышленного электроснабжения. На присоединениях с IС собс* > 0,05 должны применяться направленные защиты на основе ВГ (например, устройства защиты типа "Спектр" [23]), условия применимости которых не зависят от величины IC собс*. Применение направленных защит на основе ВГ возможно только при наличии на шинах защищаемого объекта трансформатора напряжения нулевой последовательности (ТННП), установка которого всегда предусматривается на ЦП и в некоторых случаях на РП (РТП). На объектах типа ТП систем промышленного электроснабжения, где ТННП, как правило, отсутствуют, могут применяться только токовые защиты.
а)
б)
в)
Рис.2. Относительная частота значений IC собс* для компенсированных кабельных сетей 6-10 кВ промышленного и городского электроснабжения: а - ГПП; б - РП (РТП); в - ТП
Заключение
Существующая методика выбора параметров срабатывания максимальных токовых защит от замыканий на землю, основанная на использовании высших гармоник, не позволяет обоснованно выбрать первичный ток срабатывания, что приводит к снижению селективности защиты при внешних и не всегда достаточной чувствительности при внутренних повреждениях.
Предложенная методика выбора уставок по току срабатывания и оценки чувствительности максимальных токовых защит абсолютного замера высших гармоник, основанная на использовании предельно возможных максимального и минимального уровней гармоник в токе замыкания на землю компенсированных кабельных сетей 6-10 кВ, позволяет повысить селективность при внешних замыканиях на землю и более точно оценить чувствительность при внутренних повреждениях, однако приводит к некоторому ограничению области применения устройств защиты данного типа.
Показано, что область применения максимальных токовых защит на основе высших гармоник ограничена присоединениями, собственный емкостный ток которых не превышает 5 % от суммарного емкостного тока сети, что обеспечивается практически на всех присоединениях ТП 6-10/0,4 кВ систем промышленного, а также более чем на 90 % присоединений распределительных подстанций.
На объектах кабельных сетей 6-10 кВ, для присоединений которых данное условие не выполняется, прежде всего, на ЦП (ГПП, ГРУ ТЭЦ), должны применяться направленные защиты, основанные на контроле фазных соотношений высших гармоник тока и напряжения нулевой последовательности.
Список литературы
1. Лихачев Ф.А. Замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов. - М.: Энергия, 1971.
2. Сирота И.М. О режимах нейтрали сетей 6-35 кВ // Электрические станции. - 1988. - № 6. - С.69-73.
3. Обабков В.К., Осипов Э.Р. Сравнительный анализ способов заземления нейтрали в задаче подавления дуговых замыканий на землю // Известия вузов. Горный журнал. - 1988. - № 3. - С.94-97.
4. Евдокунин Г.А., Гудилин С.В., Корепанов А.А. Выбор способа заземления нейтрали в сетях 6-10 кВ // Электричество. - 1998. - № 12. - С.8-22.
5. Евдокунин Г.А. Основные характеристики различных способов заземления нейтрали сетей 6-35 кВ. Защита от однофазных замыканий на землю в электроустановках 6-35 кВ: сб. статей. - СПб., 1999.
6. Долгополов А.Г. О режимах заземления нейтрали и защите от замыканий на землю в сетях 6-35 кВ // Энергетик. - 2000. - № 2. - С. 20-24.
7. Лисицын Н.В. К обоснованию выбора режима заземления нейтрали // Энергетик. - 2000. - № 1. - С.22-25.
8. Защита сетей 6-35 кВ от перенапряжений / Ф.Х. Халилов, Г.А. Евдокунин, В.С. Поляков и др.; под ред.Ф.Х. Халилова, Г.А. Евдокунина, А.И. Таджибаева. - СПб.: Энергоатомиздат, 2002.
9. Шуин В.А. Расчет перенапряжений при дуговых прерывистых замыканиях на землю. Зависимость от режима заземления нейтрали // Новости ЭлектроТехники. - 2009. - № 4 (58).
10. Федосеев А.М. Релейная защита электроэнергетических систем. Защита электрических сетей. - М.: Энергоатомиздат, 1984.
11. Кискачи В.М., Назаров Ю.Г. Устройства сигнализации замыканий на землю в кабельных сетях 6-10 кВ // Сигнализация замыканий на землю в компенсированных сетях / под ред.В.И. Иоэльсона. - М.: Госэнергоиздат, 1962. - С.39-66.
12. Кискачи В.М., Назаров Ю.Г. Сигнализация однофазных замыканий на землю в компенсированных кабельных сетях 6-10 кВ // Труды ВНИИЭ. Вып.16. - М.: Госэнергоиздат, 1963. - С.219-251.
13. Устройства сигнализации замыканий на землю в кабельных сетях 6-10 кВ / Н.М. Кискачи, С.Е. Сурцева, Н.М. Горшенина и др. // Электрические станции. - 1972. - № 4. - С.69-72.
14. 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.
15. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. - М: Энергоатомиздат, 2000.
16. Кискачи В.М. Селективность сигнализации замыканий на землю с использованием высших гармоник // Электричество. - 1967. - № 9. - С.24-29.
17. http://www.cheaz.ru/ru/production/ustroystva-releynoy-zashchity/ustroystvo-signalizatsii-odnofaznykh-zamykaniy-na-zemlyu-usz-2-2.
18. Вайнштейн В.Л. Исследование высших гармоник тока замыкания на землю // Промышленная энергетика. - № 1. - 1986. - С.39-40.
19. Кискачи В.М. Расчет минимального уровня высших гармоник при однофазных замыканиях на землю в сетях с изолированной и компенсированной нейтралью // Работы в области релейной защиты и автоматики:
Тр. ВНИИЭ. Вып.26. - М.: Энергия, 1966. - С.89-105.
20. Жежеленко И.В., Толпыго О.Б. Чувствительность сигнализации замыканий на землю с использованием высших гармоник в сетях промышленных предприятий // Электричество. - 1969. - № 10. - С.32-39.
21. Винокурова Т.Ю., Шагурина Е.С., Шуин В.А. Математическая модель для оценки минимального уровня высших гармоник в токе однофазного замыкания на землю в компенсированных сетях 6-10 кВ // Вестник ИГЭУ. - 2013. - Вып.6. - С.35-41.
22. Алексеев В.Г. Токовая защита ЗГНП-4.2 от замыканий на землю в обмотке статора генератора, работающего на сборные шины // Электрические станции. - 2006. - № 2. - С.51-56.
23. Шуин В.А., Гусенков А.В. Защиты от замыканий на землю кабельных сетей 6-10 кВ. - М.: НТФ "Энергопрогресс", "Энергетик", 2001.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Расчет параметров срабатывания дистанционных защит от коротких замыканий. Составление схемы замещения. Расчет уставок токовых отсечек. Выбор трансформаторов тока и проверка чувствительности защит. Проверка остаточного напряжения на шинах подстанций.
курсовая работа [3,4 M], добавлен 04.05.2015Проект токовых защит от междуфазных коротких замыканий линий с односторонним питанием. Общая характеристика участка защищаемой сети; расчет максимальных рабочих токов; дифференциальных токовых защит. Назначение и расчет понижающих трансформаторов.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 18.12.2012Расчет параметров схемы замещения системы электроснабжения. Сопротивление и релейная защита кабельных линий. Расчёт токов короткого замыкания. Максимальная токовая и дифференциальная защита трансформатора. Защита замыканий на землю. Ток срабатывания реле.
курсовая работа [894,8 K], добавлен 23.08.2012Расчет высших гармоник на шинах КТП 0,4 кВ. Определение тока двух тиристорных устройств, подключенных к одной секции. Расчет составляющих эквивалентного сопротивления. Определение гармонического коэффициента использования. Причины появления гармоник.
контрольная работа [129,9 K], добавлен 26.02.2013Выбор уставок по времени срабатывания токовых защит. Расчет токов короткого замыкания с учетом возможности регулирования напряжения силовых трансформаторов. Расчетная проверка трансформаторов тока на 10%-ю погрешность по кривым предельной кратности.
курсовая работа [884,8 K], добавлен 25.02.2014Расчет токов короткого замыкания. Расчет уставок токовых защит линии электропередач, защит трансформаторов и высоковольтных асинхронных электродвигателей. Самозапуск электродвигателей и защита минимального напряжения. Автоматическое включение резерва.
курсовая работа [324,1 K], добавлен 19.11.2013Расчет дифференциальной токовой защиты без торможения. Проверка по амплитудному значению напряжения на выходах обмотки трансформатора тока. Определение чувствительности промежуточного реле, реле времени и электромагнитов включения короткозамыкателя.
курсовая работа [209,8 K], добавлен 10.01.2015Выбор вида защиты и автоматики для систем электроснабжения, тока срабатывания защиты и срабатывания реле. Расчёт коэффициента чувствительности выбранных защит в основной и резервируемой зоне. Проверка трансформаторов тока для проектируемых защит.
курсовая работа [317,0 K], добавлен 22.03.2014Возникновение короткого замыкания на участке цепи. Принцип действия максимальной токовой защиты. Принцип действия токовой отсечки. Погрешности измерительных органов защит и разброс времени срабатывания выключателей. Зависимые характеристики срабатывания.
реферат [91,7 K], добавлен 23.08.2012Расчет комплекса релейных защит расчетного ответвления. Устройства автоматического управления схемой электроснабжения: описание и согласование схем. Расчёт токов срабатывания реле (вторичная цепь), чувствительности защит и выбор элементной базы.
курсовая работа [727,8 K], добавлен 23.08.2012
