Предложен новый метод защиты от замыканий на землю

в распредсетях 6–35 кВ

Компания АBB предлагает новый метод защиты от замыканий на землю для распределительных сетей среднего напряжения — земляную защиту на основе многочастотного измерения проводимости земляного контура.

Этот метод защиты особенно ярко проявляет свои преимущества в распределительных сетях с компенсированной нейтралью в начальных режимах неустойчивого замыкания на землю с малым активным сопротивлением; названные режимы наиболее сложны для селективной работы земляных защит из-за возникновения переходных процессов неустойчивого замыкания и наложения значительных гармонических составляющих на токи и напряжения нулевой последовательности промышленной частоты. Данный метод эффективен также и при других видах замыканий на землю в сетях и с компенсированной, и с изолированной нейтралью.

Обычно применяемые в наше время защиты от замыканий на землю по принципу работы можно разделить на три группы:

  • защиты на базе измерений токов и напряжений основной промышленной частоты сети,
  • защиты на основе измерений гармонических составляющих,
  • защиты на основе анализа переходных процессов.

Новый метод во многом совмещает в себе перечисленные традиционные методы, представляя универсальное решение с высокой степенью надежности селективной работы и легкой настройкой уставок.

Суть нового метода ЗЗ заключается в применении двух новых подходов для селективного определения замыканий на землю:

  • Контроль комплексной проводимости земляного контура с учетом гармонических составляющих, позволяющий существенно повысить чувствительность защиты при различных режимах замыканий на землю. Применение направленной характеристики срабатывания позволяет реализовать селективность работы защиты, что в свою очередь решает задачу точного определения поврежденного сегмента сети и допускает работу защиты от замыканий на землю не только на сигнал, но и на отключение. Ниже приведена диаграмма направленности вычисляемого вектора комплексной проводимости сети с обозначением зон срабатывания (forward) и несрабатывания (reverse). При этом зона срабатывания разделена на два сегмента, условно разделяющих характер замыканий на землю в защищаемой зоне на близкие и удаленные по соотношению активной и реактивной составляющей проводимости контура земляного замыкания.
Рис. 1
  • Использование в расчете проводимости земляного контура метода кумулятивного вычисления, позволяющего качественно более эффективно проводить измерения при неустойчивом характере замыканий с существенными гармоническими составляющими.

Суть работы нового метода вычисления отражает приведенная ниже формула:

При этом вычисления производятся кумулятивным способом, то есть вычисленные значения за отдельные моменты времени геометрически суммируются в единый результат в соответствии с выражением:

Ниже приведена диаграмма, графически отображающая работу описываемого метода вычислений (цветами выделены вычисленные отдельные вектора проводимости в разные моменты времени, а черным цветом показан результирующий кумулятивный вектор):

Рис. 2

Такой метод дает возможность существенно увеличить точность измерений при режимах неустойчивых близких замыканий на землю с возникновением значительных всплесков гармонических составляющих в широком диапазоне частот и влиянии возникающих переходных процессов.

Ниже приведены сравнительные диаграммы результатов работы трех методов вычисления (слева направо): стандартные вычисления направленной земляной защиты на промышленной частоте; кумулятивное вычисление проводимости на промышленной частоте, кумулятивное вычисления проводимости с учетом гармонических составляющих.

Рис. 3. Близкое неустойчивое замыкание на землю. Зеленым цветом показаны измерения по исправному присоединению, красным — по поврежденному.
Рис. 4. Удаленное замыкание на землю или замыкание с большим переходным сопротивлением. Зеленым цветом показаны измерения по исправному присоединению, красным — по поврежденному.

Как можно видеть из приведенных диаграмм, метод кумулятивного вычисления комплексной проводимости с учетом гармонических составляющих является универсальным решением для различных режимов замыканий на землю и успешно определяет как неустойчивые замыкания на землю со значительными переходными процессами, характерные для городских кабельных распределительных сетей с компенсированной нейтралью, так и удаленные замыкания на землю/замыкания с большим переходным сопротивлением, характерные для воздушных линий сельских распределительных сетей.

Несмотря на кажущуюся сложность такого метода, расчет и задание уставок для этой защиты относительно просты.

Защита имеет критерии пуска по превышению тока Io и превышению напряжения 3Uo, логически объединенные по схеме «И». При этом значение пуска по 3Uо определяется отстройкой от максимального значения в нормальном режиме работы сети с учетом влияния компенсации (для сетей с компенсацией), а значение пуска по Io задается равным 50–70% от суммарной активной составляющей тока замыкания на землю, определяемой применяемым в сети компенсатором и уровнем тока естественной изоляционной утечки в сети.

Рис. 5

Также в уставках защиты при необходимости может быть скорректирован угол наклона линии зоны срабатывания на диаграмме комплексной проводимости в диапазоне от 2° до 20° для точной настройки селективной работы данной защиты с учетом погрешности измерений применяемых измерительных трансформаторов.

Описываемый метод защиты от замыканий на землю применяется в распределительных сетях среднего напряжения Финляндии с 2015 года и показал хорошие эксплуатационные результаты. Применение нового метода защиты не накладывает специальных требований на первичное оборудование распределительных устройств среднего напряжения и может быть реализовано как для вновь возводимых, так и для существующих распредустройств 6–35 кВ. Данный метод запатентован компанией ABB и реализован в устройствах защиты ABB серий RE_615, RE_620, RE_630 и в устройствах RIO600.

Разработчики данного метода — специалисты финского отделения ABB Ари Вахлрус и Янне Алтонен — были награждены премией «Сетевая инициатива 2017 года» (Тампере, Финляндия).

Цифровая подстанция

(close)

 

Цифровая подстанция

(close)

Имя пользователя должно состоять по меньшей мере из 4 символов

Внимательно проверьте адрес электронной почты

Пароль должен состоять по меньшей мере из 6 символов

 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: