Централизованная защита от однофазных замыканий на землю

Электроэнергетика Статья
выбрано
energybase

В последнем номере журнала «Цифровая подстанция» опубликована статья «Централизованная защита от ОЗЗ на базе устройств производства НТЦ „Механотроника“».

Селективное выявление однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) в воздушных сетях напряжением 6−35 кВ с изолированной нейтралью — чрезвычайно сложная задача. Напряжения и токи нулевой последовательности зависят от характеристик сети и переходного сопротивления в месте ОЗЗ.

Например, при обрыве провода ВЛ переходные сопротивления иногда составляют несколько кОм, а токи нулевой последовательности, как правило, менее 1 А.

Для обеспечения селективности в таких случаях необходимо, чтобы направленные токовые защиты от ОЗЗ были чувствительны к первичным токам порядка 0,1−0,3 А. При такой чувствительности защиты от ОЗЗ могут срабатывать от разного рода небалансов в сети, которые воспринимаются как признак возникновения ОЗЗ. Значения небалансов ограничивают минимальные уставки защиты, и становится сложно осуществить направленную токовую защиту от ОЗЗ, которая всегда бы работала правильно.

Проблема

Одна из главных проблем в реализации селективной защиты от ОЗЗ в сетях 6 (10) кВ ПАО «Татнефть» — погрешности трансформаторов тока нулевой последовательности (ТТНП) при контроле малых емкостных токов. При этом погрешности ТТНП определяются не только конструкцией и качеством изготовления трансформаторов, но и условиями их применения. В области малых токов из-за погрешности ТТНП направленная защита может воспринимать емкостной ток собственного присоединения как активно-емкостной и срабатывать неселективно.

Решение

Возможности интеллектуальных устройств БМРЗ производства НТЦ «Механотроника» позволили построить централизованную защиту и решить задачу селективности ОЗЗ путем организации совместного анализа данных в локальной сети терминалов ПС и шкафа функционального контроллера ШФК-МТ с программным комплексом WebScadaMT. В используемом принципе выполняется как сопоставление токов нулевой последовательности, так и анализ динамики их изменения на всех присоединениях.

При разработке селективного устройства защиты от ОЗЗ в сетях 6 (10) кВ ПС-36 НГДУ «Альметьевнефть» ПАО «Татнефть» были поставлены следующие задачи:

  1. Повысить достоверность и автоматизировать процесс определения поврежденного присоединения с использованием тока 3I0.
  2. Уменьшить вероятность излишнего действия направленной защиты.
  3. Обеспечить непрерывность действия устройства при устойчивых ОЗЗ.
  4. Обеспечить регистрацию одиночных и повторно-кратковременных ОЗЗ.

Решение данной задачи было реализовано следующим образом:

  • с помощью БМРЗ, установленных на ПС 110/35/6 (10) кВ, обеспечивается регистрация процессов и предварительная обработка данных, характеризующих ОЗЗ;
  • результаты предварительной обработки с устройств БМРЗ передаются в ШФК-МТ;
  • функциональный контроллер на основе анализа данныхопределяет аварийную отходящую линию и передает результаты анализа в АСУ верхнего уровня и в локальную сигнализацию на ПС.

В качестве направленной защиты в серийных интеллектуальных устройствах серии БМРЗ применена высокочувствительная защита от ОЗЗ (СНОЗЗ). В её алгоритме предусмотрено использование следующих величин:

  • Действующего значения основной гармоники тока нулевой последовательности 3I0, используемого для отстройки от небаланса и наводок во вторичной цепи ТТНП.
  • Действующего значения основной гармоники напряжения нулевой последовательности 3U0. Уставка по напряжению 3U0 используется, для отстройки от небаланса в цепях обмоток ТН.
  • Угла между векторами основных гармоник 3I0 и 3U0.

Защита СНОЗЗ является автономной. Для организации централизованной защиты от ОЗЗ были внесены дополнения в существующие алгоритмы устройств БМРЗ: анализируются ток и мощность нулевой последовательности при переходном процессе в начальный момент ОЗЗ и в стационарном режиме, контролируется производная мощности при переходном процессе.

В устройствах были БМРЗ реализованы следующие алгоритмы цифровой обработки сигналов и защиты от ОЗЗ:

  • фильтрация высокочастотных составляющих для обеспечения их полного подавления, что позволяет не учитывать броски высокочастотных составляющих;
  • вычисление ортогональных составляющих и действующего значения основной гармоники сигналов для подавления высокочастотных составляющих при переходных процессах;
  • вычисление действующего среднеквадратического значения сигнала для получения информации о полной мощности сигнала, включая высокочастотные составляющие.

Элементы защиты

В созданной централизованной защите (рис.1) выполнен совместный анализ токов 3I0 по фидерам и их фазы, а также действия имеющихся в устройствах направленных защит. БМРЗ, установленные на отходящих фидерах подстанции, осуществляют контроль напряжения и токов нулевой последовательности. При возникновении ОЗЗ устройства осуществляют усреднение и накопление величин токов нулевой последовательности с последующей передачей накопленных значений в шкаф функционального контроллера.

Функциональная схема алгоритма защиты от ОЗЗ:

Защита от ОЗЗ выполнена с контролем напряжения 3U0 и тока 3I0. При превышении значений напряжения 3U0 заданной уставки 3U0нб в программный комплекс WebScadaMT передается дискретный сигнал и начинается обработка и усреднение значений тока 3I0. Результаты расчетов, коэффициент трансформации ТТНП k3I0 и дискретные сигналы, формируемые в блоке «Функции обработки и усреднения значений», передаются для дальнейшей обработки функциональным контроллером.

В качестве АРМ могут использоваться компьютеры, находящиеся в одной сети со шкафом ШФК-МТ.

Источниками информации и приемниками команд управления ШФК-МТ являются терминальные узлы:

  • интеллектуальные устройства РЗА БМРЗ-150;
  • счетчики электроэнергии;
  • внешний АРМ при его поставке;
  • система диспетчерского управления (АСДУ), при ее подключении к каналу обмена информацией (Ethernet);
  • другое оборудование, предоставляющее и принимающее информацию по цифровым, дискретным и аналоговым каналам связи.

В программном комплексе WebScadaMT осуществляется групповой анализ однофазных замыканий на землю. Для выполнения анализа функциональный контроллер получает от устройств БМРЗ многофакторную информацию о процессах, происходивших на контролируемом блоком фидере (усредненные и пиковые значения токов нулевой последовательности, направление мощности нулевой последовательности и ее изменение при переходном процессе, положение коммутационных аппаратов). Анализ данной информации осуществляется специализированным алгоритмом с применением настраиваемых весовых функций и алгоритмов нечеткой логики.

Выводы

Результаты исследований показывают, что возможности комплекса в составе микропроцессорных интеллектуальных устройств БМРЗ и ШФК-МТ с программным комплексом WebScadaMT позволяют обеспечить селективную централизованную защиту от ОЗЗ. Важным преимуществом данного решения является отсутствие необходимости в оснащении дополнительным оборудованием существующих ПС или РУ.

Пуск централизованной защиты от ОЗЗ осуществляется в соответствии с заданными уставками. Централизованная защита от однофазных замыканий на землю при ОЗЗ через переходное сопротивление (дерево) работает правильно и обеспечивает селективное определение фидера с ОЗЗ.

Результаты исследований по экспериментальной оценке возможности селективного определения поврежденного присоединения при ОЗЗ на воздушных линиях сетей 6 (10) кВ ПАО «Татнефть» оцениваются как положительные. Разработка и внедрение централизованной защиты от однофазных замыканий позволила достичь поставленных целей.