АДАПТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ РЕЖИМОМ НЕЙТРАЛИ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ 6-35 кВ ПРЕДПРИЯТИЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОГО КОМПЛЕКСА

Жуковский Ю.Л.¹, Пеленев Д.Н.²

¹ Кандидат технических наук, доцент, ² Аспирант, кафедра электроэнергетики и электромеханики, Санкт-Петербургский горный университет

АДАПТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ РЕЖИМОМ НЕЙТРАЛИ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ 6-35 кВ ПРЕДПРИЯТИЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОГО КОМПЛЕКСА

Аннотация

Рассмотрены основные принципы формирования системы адаптивного управления режимом нейтрали. Основной задачей предложенной системы является сведение к минимуму ущербов от однофазных замыканий на землю за счет своевременного селективного выявления поврежденного присоединения и быстрой локализации замыкания на землю путем снижения величины и длительности воздействия перенапряжений на изоляцию линий сети.

Ключевые слова: защита от замыканий на землю, перенапряжение, инвариантность, заземляющий резистор.

 

Zhukovsky Yu.L.¹, Pelenev D.N.²

¹ PhD in Engineering, Associate professor, ² Postgraduate student, St. Petersburg Mining University

ADAPTIVE MANAGEMENT OF THE NEUTRAL MODE OF DISTRIBUTIVE NETWORKS 6-35 kV OF THE ENTERPRISES MINERAL AND RAW COMPLEX

Abstract

The basic principles of formation system adaptive management of the neutral mode are considered. The main objective of the offered system is minimizing of damages from single-phase short circuits on the earth due to timely selective identification of the damaged accession and fast localization of short circuit on the earth by decrease in size and duration of impact retension on isolation of lines network.

Keywords: ground-fault protection, power surge, invariance, earthing resistor

Организация эффективной защиты от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) в распределительных сетях 6-35 кВ предприятий минерально-сырьевого комплекса является основной задачей в части обеспечения бесперебойного электроснабжения потребителей ввиду того, что большинство нарушений нормальной работы этих сетей связано с повреждением изоляции относительно земли. ОЗЗ носят случайный характер, однако в большинстве случаев они происходят через переходное сопротивление, величина которого может достигать 7 кОм и более. Переходное сопротивление, как параметр контура тока нулевой последовательности снижает чувствительность защиты от ОЗЗ и является причиной ее неработоспособности в условиях эксплуатации.

На рис. 1 представлен характерный случай однофазного замыкания на землю через переходное сопротивление в разветвленной кабельной сети 6 кВ промышленного предприятия.

Рис.1.Зависимости, отражающие характер изменения во времени величин напряжения поврежденной фазы (U_а), неповрежденных фаз (U_b, U_с) при ОЗЗ в кабельной сети 6 кВ.

Из рис 1 видно, что наличие переходного сопротивления в месте замыкания фазы электрической сети на землю стало причиной того, что защита от ОЗЗ не смогла селективно выявить поврежденное присоединение, что впоследствии привело к переходу режима устойчивого замыкания в режим дугового замыкания на землю с перенапряжениями на неповрежденных фазах, кратность которых составила 2,15 и 2,18 по отношению к нормальному фазному напряжению. Такой режим замыкания на землю представляет серьезную опасность для изоляции всего электрооборудования, что обуславливает необходимость в разработке мероприятий, направленных на повышение селективности и обеспечение инвариантности действия защиты от ОЗЗ по отношению к параметрам контура тока нулевой последовательности, а также на снижение величины и длительности перенапряжений в сети.

Одним из возможных вариантов решения проблемы замыкания через переходное сопротивление является применение инвариантной токовой защиты, в которой реализован алгоритм оценки степени неполноты замыкания на землю (величины переходного сопротивления) и последующей коррекции контролируемых токов нулевой последовательности защищаемых линий до величин, при которых обеспечивается необходимая селективность работы защиты от ОЗЗ[1].

На рис. 2 представлены характеристики, отражающие работу инвариантной и обычной ненаправленной токовых защит от ОЗЗ в условиях вариации переходного сопротивления в месте замыкания на землю.

Рис. 2. Зависимости коэффициента чувствительности К_Ч токовой защиты от переходного сопротивления R_П в месте замыкания на землю:

1 – инвариантная токовая защита;

2 – обычная ненаправленная токовая защита.

Из рис. 2 следует, что при применении инвариантной токовой защиты (1), в сравнении с обычной ненаправленной токовой защитой (2), коэффициент чувствительности защиты при изменении величины переходного сопротивлении в месте замыкания на землю остается неизменным и равен величине К_Ч при металлическом замыкании (R_П=0). Это говорит о том, что инвариантная защита от ОЗЗ способна селективно выявлять поврежденное присоединение вне зависимости от величины переходного сопротивления в месте замыкания на землю.

Для снижения величины и длительности воздействия перенапряжений на изоляцию электрооборудования при неустойчивом дуговом замыкании представляется целесообразным включение в нейтраль заземляющего резистора и регулирование его величины с целью быстрого перехода режима замыкания на землю в устойчивую фазу при условии, что длительность и интенсивность воздействия резистивного заземления на режим определяются по контролируемым параметрам развивающегося переходного процесса. Этими параметрами являются: величина тока замыкания на землю, напряжения поврежденной и неповрежденных фаз, напряжение нулевой последовательности.

Управление величиной резистора в цепи заземления нейтрали должно осуществляться согласно следующим требованиям:

1) при включении заземляющего резистора в нейтраль, величина активного тока I_А, создаваемого им равна емкостному току сети I_С. Далее величина активного тока быстро увеличивается вплоть до перехода режима неустойчивого замыкания в устойчивую фазу горения дуги. При этом после каждого дискретного увеличения активного тока в месте повреждения необходимо измерять величину напряжения на поврежденной фазе с целью определения стадии развития процесса;

2) после перехода режима замыкания в устойчивую фазу величина накладываемого активного тока устанавливается на значении I_А=I_С, при котором обеспечивается селективное действие защиты от ОЗЗ;

3) после срабатывания защиты от однофазных замыканий на землю цепь заземляющего резистора размыкается.

Реализовать указанные требования управления резистором в нейтрали можно с помощью устройства, которое позволяет осуществлять последовательную коммутацию секций заземляющего резистора тиристорными ключами [2].

Представленные мероприятия по повышению селективности действия защиты от ОЗЗ и снижению величины воздействия перенапряжений на электрическую сеть предложено объединить в систему адаптивного управления режимом нейтрали (рис. 3).

Рис. 3. Обобщенная структурная схема системы адаптивного управления режимом нейтрали

Предложенная система в процессе функционирования выполняет три основные операции: непрерывный сбор информации о процессах, определяющих появление в сети замыкания на землю, выбор алгоритма действия на основе полученной информации и формирование информационно-управляющих воздействий, направленных на быструю локализацию однофазного замыкания на землю.

Анализ полученных данных и формирование на их основе информационно-управляющих воздействий включают в себя: определение вида ОЗЗ (перемежающееся дуговое или устойчивое) на основе измеренных величин напряжений на нейтрали и фазных напряжений; селективное выявление поврежденной линии; проверка возможности отключения поврежденного присоединения, исходя из категории по надежности электроснабжения потребителей.

Алгоритм действия предложенной системы представлен на рис. 4, из которого следует, что в процессе работы предложенная система осуществляет непрерывный мониторинг указанных параметров, определяющих появление в электрической сети ОЗЗ с последующей идентификацией вида этого повреждения. При наличии неустойчивого дугового замыкания в сети в нейтраль включается заземляющий резистор и осуществляется регулирование его величины с целью быстрого перехода режима ОЗЗ в стадию устойчивого горения дуги. Таким образом, обеспечивается локализация однофазного замыкания на землю. Селективное выявление поврежденной линии и фазы осуществляется за счет применения инвариантной токовой защиты.

Рис.4. Алгоритм действия системы адаптивного управления режимом нейтрали

Поскольку при устойчивом замыкании на землю перенапряжения на неповрежденных фазах практически не возникают, регулирование параметров цепи резистора не представляется целесообразным. Однако в случае недостаточной чувствительности токовой защиты в цепь нейтрали необходимо включить резистор, настроенный по условию I_А=I_С. После чего, алгоритм действия предложенной системы заключается в селективном выявлении поврежденного присоединения и последующей проверке возможности отключения поврежденной линии.

Таким образом, рассмотренная система адаптивного управления режимом нейтрали позволяет минимизировать ущербы от однофазных замыканий на землю за счет локализации ОЗЗ посредством ограничения величины и длительности воздействия перенапряжений на изоляцию фаз сети и своевременного селективного выявления поврежденного присоединения.

Литература

1. Пеленев Д.Н. Инвариантная токовая защита от однофазных замыканий на землю для электрических сетей 6-35 кВ // Горное оборудование и электромеханика. - М.: Изд. Новые технологии – № 9, 2014 – С. 16-20.
2. Рыжков В.П., Рыжкова Е.Н. Патент на изобретение РК 18942. Способ ограничения дуговых перенапряжений в сетях с компенсацией емкостных токов замыкания на землю. Опубл. 15.11.2007, бюл.№11.

References

1. Pelenev D.N. Invariantnaya tokovaya zashchita ot odnofaznyh zamykanij na zemlyu dlya ehlektricheskih setej 6-35 kV // Gornoe oborudovanie i ehlektromekhanika. - M.: Izd. Novye tekhnologii – № 9, 2014 – S. 16-20.
2. Ryzhkov V.P., Ryzhkova E.N. Patent na izobretenie RK 18942. Sposob ogranicheniya dugovyh perenapryazhenij v setyah s kompensaciej emkostnyh tokov zamykaniya na zemlyu. Opubl. 15.11.2007, byul.№11.