Отключение однофазного короткого замыкания и ускорение АВР при кз в сети 6-35 кВ

Распределительные сети напряжением 6-35 кВ занимают значительную часть в инфраструктуре передачи и распределения электроэнергии.

Надежность их работы в большой степени определяют итоговый показатель бесперебойности поставки электроэнергии потребителю и издержки ее передачи.

Наиболее распространенным видом повреждения в этих сетях является однофазное замыкание на землю (ОЗЗ), которое заканчивается пробоем изоляции в ее ослабленных местах. Подобные повреждения происходят из-за старения изоляции. Поэтому актуальной задачей является обеспечение эффективного непрерывного контроля состояния изоляции и на его основе своевременного обнаружения и устранения дефектов изоляции. Для этого требуется внедрение эксплуатационного мониторинга, технической диагностики и прогнозирования остаточного ресурса энергетического оборудования. Значительное количество повреждений в узлах электрических систем с двигателями возникает вследствие развития дефектов изоляции кабелей и обмоток двигателей.

Предотвратить возникновение таких повреждений можно благодаря своевременному выявлению дефектов и их устранению.

Как показывает опыт эксплуатации, (ОЗЗ) часто (особенно в кабельных сетях с ослабленной изоляцией и в сетях с электродвигателями) переходят в двойные, многоместные и междуфазные короткие замыкания с замыканием на землю (ДЗЗ, МЗЗ, МКЗ). Эти повреждения отключаются максимальной токовой защитой (МТЗ ) с выдержкой времени. Неотключенное при этом ОЗЗ в фазе В, в которой не устанавливается трансформатор тока, может являться источником новых ДЗЗ, МЗЗ, МКЗ.

Для уменьшения вероятности перехода ОЗЗ в двойные, многоместные и междуфазные короткие замыкания с замыканием на землю целесообразно резистивное заземление нейтрали или подключение низковольтных резисторов к вторичной обмотке трансформатора заземления нейтрали или дугогасящего реактора.

При ОЗЗ емкости неповрежденных фаз разряжаются на эти резисторы, уменьшая тем самым перенапряжения до 2,1-2,4 фазного напряжения. Однако, развитие повреждения не исключается даже при металлическом ОЗЗ. Поэтому целесообразно отключать ОЗЗ .

Отключение поврежденного присоединения при ОЗЗ возможно только при наличии резервного питания, которое для электроприемников первой категории по степени надежности электроснабжения должно включаться автоматически. В типовой схеме автоматического включения резервного питания (АВР), действующая на отключение ввода на приемной подстанции с последующим включением секционного выключателя (СВ) после отключения защитой от ОЗЗ с выдержкой времени питающей линии.

Недостатком схемы является кратковременное исчезновение напряжения на одной из секций после отключения поврежденной линии, которое на производствах с непрерывным технологическим процессом с электроприемниками первой категории по степени надежности электроснабжения может привести к расстройству технологического процесса даже при наличии самозапуска электродвигателей и технологического резервирования.

Кроме того, до отключения ОЗЗ с выдержкой времени сеть испытывает перенапряжения и остается вероятность развития аварии при неустойчивом горении дуги из-за возникающих при этом значительных перенапряжений, достигающих 4,0 Uф.

В случае перехода ОЗЗ в короткое замыкание (КЗ) выполнение бесперебойного электроснабжения не представляется возможным без применения дорогостоящих быстродействующих АВР.

В связи с тем, что ОЗЗ является наиболее распространенным видом повреждения, вероятность расстройства технологического процесса из-за необходимости частого его отключения увеличится.

Осуществление АВР, действующего на включение СВ или резервного ввода с последующим отключением ввода на приемной подстанции, возможно путем создания интегрированной централизованной системы релейной защиты (РЗ) на основе имеющихся устройств телемеханизации. В качестве локальных устройств РЗ можно применить уже установленные устройства защиты от ОЗЗ (см. рис.1).

Рис. 1 — Структурная схема централизованной системы РЗ

На приемной подстанции необходимо установить трансформаторы тока нулевой, последовательности, охватывающих кабели, присоединив к нему направленное реле КА2, действующее при внешнем ОЗЗ при направлении мощности нулевой последовательности в сторону приемной подстанции.

Посредством локальных модулей (ЛМ) при ОЗЗ на защищаемом участке после срабатывания при ОЗЗ реле КА1 передается по линии связи (ЛС) на диспетчерский пункт (ДП) и далее ретранслируется на контролируемый пункт (КП), где его действие вызывает срабатывание реле времени 1КТ с выдержкой времени 0,2 с, реле 1КТ. Его контакты замыкают цепь реле 2KL — включается секционный выключатель СВ Q4.

После замыкания контактов СВ Q4 отключается вводной выключатель Q3(Q5) (см. рис.2 ).

Рис.2 – Схема АВР до отключения поврежденной питающей линии при ОЗЗ

На защищаемой линии защита от ОЗЗ действует с выдержкой времени 0,4 с реле времени 2КТ.

Блокировка включения СВ Q4 на МКЗ осуществляется реле МТЗ на питающей подстанции. Реле 1KL срабатывает при действии МТЗ на защищаемой линии.

Действие защиты от ОЗЗ с выдержкой времени создает предпосылки для развития аварии до отключения защищаемой линии. Выполнение токовой защиты от ОЗЗ без выдержки времени по условию последовательности действия и селективности не представляется возможным.

АВР без выдержки времени может быть выполнено при осуществлении дифференциальной защиты от ОЗЗ . Установленные по концам защищаемой линии ТТНП соединяются посредством канала связи. К ним подключают два реле защиты. На приемной подстанции реле защиты действует без выдержки времени на включение СВ Q4 или на включение резервного ввода с последующим отключением ввода Q3(Q5).

На питающей линии подстанции защита действует с выдержкой времени 0,2 с на отключение защищаемой линии.

Отключение защищаемой линии с выдержкой времени после срабатывания АВР на приемной подстанции не повлияет на бесперебойность электроснабжения, если ОЗЗ перейдет в ДЗЗ, МЗЗ, так как на питающей подстанции секционный выключатель Q отключен, а следовательно, оставшаяся в работе неповрежденная линия, не будет реагировать на эти повреждения.

Создание централизованной системы РЗ или дифференциальной защиты, кроме обеспечения бесперебойности электроснабжения при ОЗЗ, дает возможность ускорить действие АВР при КЗ при помощи реле 1KL и создает дополнительные инновационные возможности коммерческого использования каналов связи и устройств телемеханики. При действии МТЗ срабатывает 1KL на приемной подстанции. После замыкания его контактов отключается ввод Q3(Q5) и включается СВ Q4. АВР происходит быстрее, чем при действии защиты минимального напряжения на отключение ввода Q3(Q5) с выдержкой времени.

Недостатком дифференциальной защиты является необходимость создания линии связи между питающей и приемной подстанциями. Поэтому представляется целесообразным разработка дистанционной защиты от ОЗЗ, основанной на определении сопротивления до места ОЗЗ на защищаемом участке с действием без выдержки времени на включение СВ Q4 аналогично действию токовой защиты от ОЗЗ.

Кроме того, эта защита должна определить расстояние до локальных дефектов изоляции и сопротивление локального дефекта [Л1].

Выводы:

1. Для обеспечения бесперебойного электроснабжения при ОЗЗ для производств, не допускающих даже кратковременного исчезновения напряжения, необходимо до отключения поврежденной линии включить секционный выключатель или резервный ввод на приемной подстанции, а затем отключить ввод поврежденной линии и поврежденную линию. Для этого необходимо использование существующих устройств защиты от ОЗЗ и устройств телемеханизации или дифференциальной, или дистанционной защиты.
2. Расходы на организацию АВР компенсируются бесперебойностью электроснабжения, а также дополнительной инновационной возможностью использования сети связи для ускорения АВР при КЗ, развития интернета, телефонии, видеонаблюдения, охранной и пожарной сигнализации и др.

Литература:

1. Миронов О.С., Дяченко М.Д., Бурлака В.В., Бублик С.К. Спосіб визначення відстані до місця однофазного замикання на землю або дефекту ізоляції в електричних мережах з ізольованою та компенсованою нейтраллю. Опис до патенту UA94145 С2. Бюл. №7, 2011.