Исследование влияния условий окружающей среды на параметры воздушных линий электропередачи для корректировки уставок систем релейной защиты в реальном времени

Введение

Воздушная линия электропередачи (ВЛЭП) характеризуются следующим параметрами: удельное активнее сопротивление R, удельное реактивное сопротивление X, удельная активная проводимость G и удельная реактивная проводимость B, как правило, эти параметры относят к единице длины воздушной линии и в расчетах принимают погонные значения, соответственно R₀, X₀, G₀, B₀. При анализе линий электропередачи используются табличные приближенные значения продольных и поперечных параметров в схемах замещения, хотя решения задач в неупрощенном виде приводит к существенным уточнениям известных решений. Произведем анализ характеристик данных электрических величин.

Алгоритм функционирования основной защиты повышенной чувствительности для радиальной линии

Различные производители устройств РЗ лишь предлагают два варианта уставок, которые необходимо изменять вручную с непосредственном выездом оперативного персонала в место установки защит, т.е в данных устройствах нет возможности адаптировать ток срабатывания защиты под изменяющиеся параметры окружающей среды, которые оказывают значительное влияние на параметры воздушной линии электропередачи. В результате уставка выставленная на устройствах микропроцессорных реле не всегда является корректной и может привести к отказу действия релейной защиты либо к ложному срабатыванию.

Авторами произведен анализ изменения тока срабатывания защиты учитывая изменение активного и реактивного сопротивления ВЛ связанного с изменением температуры, влажности воздуха, скорости ветра и влажности грунта под воздушной линией электропередачи.

Согласно традиционной методике [3,4] воспользуемся выражениями для определения симметричных составляющих токов, а также фазных токов в месте несимметричных коротких замыканий разных видов, для уменьшения погрешностей в расчетах учитывается не только реактивная составляющая сопротивления, но и активная. Данные расчетов представлены на рис. 1, 2. Величина токов короткого замыкания при разных видах повреждений определялась при величине сопротивления грунта 20 Ом^.м.

Рис. 1 Зависимость изменения тока короткого замыкания при различных видах повреждений от температуры провода

Рис. 2 Зависимость изменения тока срабатывания токовой отсечки при различных видах коротких замыканий от температуры провода

Анализ рис.1 и 2 показывает, что влияние изменения температуры провода даёт изменение тока срабатывания токовой отсечки в пределах 2,5%. При расчете тока трехфазного короткого замыкания по традиционной методике погрешность составляет около 6%. Определение тока уставки релейной защиты по максимальному току трехфазного короткого замыкания может приводить к не корректным действиям устройств РЗ. Следовательно, при проведении расчета с использованием тока трехфазного короткого замыкания процент погрешности в определении уставки по току будет выглядеть следующим образом: при двухфазном коротком замыкании составит - 22%, при однофазном - 9%, при двухфазном на землю - 7%, расчёты производились при сопротивлении грунта 20 Ом.м

Влияние изменения сопротивления грунта на ток срабатывания токовой отсечки иллюстрируется на рис. 3.

Рис. 3 Зависимость изменения тока срабатывания токовой отсечки при различных видах коротких замыканий от изменения величины сопротивления грунта под ВЛ.

Изменения сопротивления грунта влияет лишь на те виды повреждений, при, которых появляется ток нулевой последовательности, поэтому к рассмотрению приняты однофазное короткое и двухфазное короткое замыкание на землю. Учёт двух факторов влияние (колебаний температуры провода и сопротивления грунта) приводит к погрешности расчёта при определении тока срабатывания при однофазном КЗ до 17%, а при двухфазном на землю - 7%.

На основании проведенного анализа зависимостей авторами разработан новый алгоритм функционирования устройств РЗ, позволяющий производить расчёт уставок тока срабатывания в зависимости от вида повреждения, а также производить селекцию коротких замыканий с определением поврежденных фаз.

Новый алгоритм функционирования основной защиты, позволяет устранить возможность ошибок связанных с человеческим фактором, так как система производит автоматический расчет уставки тока срабатывания опрашивая подключены датчики к линии электропередачи и анализируя величину вторичного тока трансформаторов тока. Для защиты от междуфазных замыканий в качестве быстродействующей применяют токовую отсечку, короткие замыкания на землю контролируются «земляной защитой» реагирующей на появление тока нулевой последовательности.

На первом этапе создается математическая модель контролируемой сети электроснабжения в среде Mathcad, где производится ее тестирование, далее формулы для определения параметров источника питания, силовых трансформаторов и ВЛЭП переводятся на язык программирования, также прописываются формулы схем замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей с учетом трансформаторных связей. В формулы для определения продольных и поперечных параметров линии вводятся переменные, значение которым присваивается равное параметрам полученных от датчиков установленных на ВЛ, с частотой обновления в 10 мин. Так же в качестве переменных выступают значение токов полученных от трех трансформаторов тока установленных на фазах Т_А, Т_В, Т_С и трех трансформаторов тока подключенных в фильтр нулевой последовательности Т_А0, Т_В0, Т_С0, так как их вторичные токи являются известной величиной, то они могут служить источником информации о произошедшем повреждении, данные обновляются непрерывно. Кроме тока для быстрого сравнения тока уставки с током повреждения контролируемого трансформаторами тока непрерывно производится сравнение вторичных токов ТТ Т_А, Т_В, Т_С с целью выявления максимального значения I_р и запоминания его программой для дальнейшего вызова при фиксации короткого замыкания.

Рис. 4 Предлагаемый алгоритм функционирования системы релейной защиты с адаптивной уставкой

На втором этапе производится расчет токов короткого замыкания для однофазного, двухфазного, трехфазного и двухфазного короткого замыкания на землю, которые также пересчитываются каждые 10 мин. изменяясь от параметров окружающей среды, информация о которой отслеживается датчиками температуры, влажности воздуха, скорости ветра и влажности грунта. На основании рассчитанных токов короткого замыкания определяются токи срабатывания защиты при различных видах повреждений.

Далее производится селекция вида повреждения в зависимости, от каких из трансформаторов тока пришел сигнал об увеличения вторичного тока согласно логическим уравнениям, присвоенным каждому виду короткого замыкания и вызывается для сравнения с током повреждения I_р соответствующая уставка тока срабатывания защиты.

Если поведение защиты представить в виде логической функции Т, то условие срабатывания при однофазном коротком замыкании можно записать в виде

двухфазном коротком замыкании

двухфазном коротком замыкании на землю

трехфазном коротком замыкании

При получении на выходе логической функции Т = 1, производится проверка условия I_p>I_сз, при выполнении неравенства подается выходной сигнал на отключение выключателя, если же неравенство является не верным, то запускается программой цикл и сигнал опять поступает на блок опроса трансформаторов тока.

Авторами произведен расчёт изменения длины «мертвой зоны» при различных видах токов короткого замыкания и сопротивлении грунта под ВЛЭП (табл.1). релейная защита электропередача радиальный

Таблица 1 Длина зоны «не срабатывания» то рассчитанная по предлагаемой методике

Исходя из данных представленных в табл.1 видно, что при расчете тока срабатывания защиты учитывая вид повреждения и изменение погодных условий можно уменьшить длину «мертвой зоны» при ориентации на трехфазный ток короткого замыкания при наиболее распространенном виде повреждения (однофазном коротком замыкании) на 28%, а при ориентации на двухфазный ток короткого замыкания на 20%.

Значение коэффициента чувствительности рассчитанного по традиционной методике составит k_ч = 1,8, значение по этой величины с учетом предлагаемой авторами методике выше на 45% (табл.2).

Таблица 2 Значение коэффициента чувствительности ТО

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Использование нового разработанного авторами алгоритма функционирования микропроцессорных терминалов РЗ позволяют с высокой точностью выставлять токи срабатывании, в плоть до сотых доли ампер, завышение уставок защит на линиях напряжением 110 кВ и ниже приведет, как следствие, к загрубению токов срабатывания защит с абсолютной селективностью на более высоких напряжениях или же к необходимости установки дополнительной ступени, что влечет за собой необоснованные финансовые вложения.

Список литературы

[1] Поспелов Г.Е. Влияние температуры проводов на потери электроэнергии в активных сопротивлениях проводов воздушных линиях электропередачи / Г.Е. Поспелов, В.В. Ершевич // Электричество. 1973.№10. с.81-83.

[2] Герасименко А.А. Передача и распределение электрической энергии / А.А. Герасименко, В.Т. Федин - Ростов-н/Д.: Феникс, 2006. - 720с.

[3] Переходные процессы в электроэнергетических системах: учебник для вузов / И.П. Крючков, В.А. Старшинов, Ю. П. Гусев, М.В. Пираторов; под ред. И.П. Крючкова. М. : Издательский дом МЭИ, 2008 - 416 с.

[4] Куликов Ю.А. Переходные процессы в электрических системах: Учеб. пособие. - Новосибирск: НГТУ, М.: Мир: ООО «Издательство АСТ», 2003. - 283 с.

[5] Мирошник А.А. Уточненные алгоритмы расчёта потерь электроэнергии в сетях 0,38 кВ в реальном времени// Problemele energeticii regionale. 2010.№2(13).с. 35-42

[6] Ollendorf. Erdstrome. Berlin 1928.

[7] Марголин Н.Ф. Сопротивление воздушных линий передачи / Н.Ф. Марголин - М.: Мособлполиграф, 1937. - 61с.

References

[1] Pospelov G.E. Vliyanie temperaturyi provodov na poteri elektroenergii v aktivnyih soprotivleniyah provodov vozdushnyih liniyah elektroperedachi / G.E. Pospelov, V.V. Ershevich // Elektrichestvo. 1973.#10. s.81-83.

[2] Gerasimenko A.A. Peredacha i raspredelenie elektricheskoy energii / A.A. Gerasimenko, V.T. Fedin - Rostov-n/D.: Feniks, 2006. - 720s.

[3] Perehodnyie protsessyi v elektroenergeticheskih sistemah: uchebnik dlya vuzov / I.P. Kryuchkov, V.A. Starshinov, Yu. P. Gusev, M.V. Piratorov; pod red. I.P. Kryuchkova. M. : Izdatelskiy dom MEI, 2008 - 416 s.

[4] Kulikov Yu.A. Perehodnyie protsessyi v elektricheskih sistemah: Ucheb. posobie. - Novosibirsk: NGTU, M.: Mir: OOO «Izdatelstvo AST», 2003. - 283 s.

[5] Miroshnik A.A. Utochnennyie algoritmyi raschYota poter elektroenergii v setyah 0,38 kV v realnom vremeni// Problemele energeticii regionale. 2010.#2(13).s. 35-42

[6] Ollendorf. Erdstrome. Berlin 1928.

[7] Margolin N.F. Soprotivlenie vozdushnyih liniy peredachi / N.F. Margolin - M.: Mosoblpoligraf, 1937. - 61s.

Размещено на Allbest.ru