АВТОМАТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ДЕФЕКТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИИ В СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ©

   Во многих случаях короткие замыкания происходят в результате предельного ухудшения состояния электрической изоляции оборудования электрических систем. Такие повреждения, как правило, можно предотвратить. Для этого необходимо выявить дефект изоляции на ранней стадии его развития и провести необходимые работы по восстановлению характеристик изоляции. Решать задачу своевременного выявления дефектов изоляции позволяет непрерывное диагностирование электрооборудования. Для его реализации целесообразно дополнить современные микропроцессорные системы защиты функцией диагностирования.
   В настоящее время наиболее широко применяются методы диагностирования на отключенном оборудовании, зачастую для их применения временно создаются специальные схемы для измерений и благодаря этому такие методы имеют достаточно высокую точность определения места дефекта. Чем точнее определено место дефекта, тем быстрее и с меньшими затратами удается устранить этот дефект. А если удается определить не только место, но и величину сопротивления изоляции в месте дефекта, то можно прогнозировать предельно допустимое время работы с таким дефектом [1]. Однако, в настоящее время нет методов, позволяющих в рабочем режиме присоединения кабель-электродвигатель (ЭД) 6-10 кВ выявлять параметры дефектов изоляции. Многие методы ориентированы на выявление замыканий на землю в рабочем режиме, но параметры дефектов изоляции они не определяют [2-5].
   Целью работы является создание алгоритма определения параметров дефектов электрической изоляции оборудования, предназначенного для реализации в микропроцессорных системах защиты.
   Современные системы выявления дефектов изоляции на ранней стадии развития должны работать в автоматическом режиме и не требовать отключения оборудования для проведения необходимых измерений.
   Одним из методов выявления дефектов изоляции является решение системы уравнений текущего состояния, в котором в качестве входных используются параметры режима. В результате решения определяются величины комплексных проводимостей изоляции фаз [6]. Благодаря этому представляется возможность выявления дефектов изоляции. Но место дефекта в этом методе не определяется.
   На рис.1 приведен общий алгоритм определения параметров дефектов изоляции присоединений кабель-электродвигатель.

Рис.1-Общий алгоритм определения параметров дефектов изоляции присоединений кабель-электродвигатель.

   Исследования показали, что точность расчёта места дефекта изоляции выше в случае использования разных алгоритмов в зависимости от степени дефекта. По значению напряжений фаз по отношению к земле не всегда возможна идентификация замыкания на землю. Например, при замыкании в обмотке статора ЭД контролируемые напряжения могут иметь такие же значения, как и при дефекте изоляции в питающем кабеле или в другой точке обмотки статора ЭД.
   Однозначно можно определить, что возник дефект или замыкание по вектору тока нулевой последовательности, фаза которого определяется по отношению к вектору линейного напряжения [7]. Каждой величине дефекта и точке дефекта соответствует только один вектор 3?0 . Поэтому в результате итерационного процесса определения параметров дефекта путем расчёта вектора 3?0 для предполагаемых параметров дефекта и его сравнения с действительным значением вектора 3?0 достаточно точно определяется сопротивление Zdef .
   Для определения параметров дефекта изоляции (b , Zdef) в рабочем режиме используются алгоритмы, которые получены на основании системы уравнений текущего состояния. Система составлена в соответствии со схемой замещения (рис. 2).

Рис.2-Схема замещения присоединения кабель-электродвигатель.

   Система уравнений, описывающая текущее состояние:

   Просуммировав уравнения системы (1) и выполнив некоторые преобразования, получим:

   Для определения продольного сопротивления фазы присоединения ZA запишем другое уравнение:

   Из уравнения (3) найдём сопротивление ZA:

   В выражениях (2) и (4) в качестве тока Id в месте дефекта может приниматься ток нулевой последовательности 3I0 без учёта собственной ёмкости присоединения.
   Полученное выражение (2) используется для нахождения значения удалённости до места дефекта b после того, как в результате решения системы уравнений текущего состояния присоединения было найдено значение Zdef .
   Поэтому предложен специальный метод, для использования которого нет необходимости предварительного определения сопротивления дефекта изоляции.
   Для определения удалённости b при неизвестной величине сопротивления дефекта Zdef составим новую систему уравнений:

   Если принять, что продольные сопротивления фаз присоединения равны между собой ZA= ZВ= ZС= ZН, а также Id=IА+IВ+IС , то из системы (5) найдём:

   где продольное сопротивление фазы нагрузки находится:

   По схеме замещения (рис. 2) запишем:

   Из (8) получим:

   Предложенные алгоритмы определения параметров дефектов изоляции использовались на физической модели присоединения кабель-электродвигатель. Некоторые результаты приведены в таблице.

Табл.1-Результаты экспериментального определения удалённости локальных дефектов изоляции (Zdef = 200 Ом)

   Рассмотренный общий алгоритм определения параметров дефектов изоляции прошёл проверку в лабораторных условиях и рекомендуется для реализации в микропроцессорных терминалах, используемых для защиты и управления электродвигателями 6-10 кВ.

1. Для повышения надежности работы широко применяемых присоединений нагрузки – присоединений электродвигателей, необходимо оснастить средствами непрерывного диагностирования. Обязательному выявлению подлежат локальные дефекты изоляции питающего кабеля и обмотки статора электродвигателя.
2. Реализовать функцию диагностирования целесообразно путем расширения функциональных возможностей цифровой релейной защиты присоединений.
3. Основными требованиями к выявлению локальных дефектов являются:
   • диагностирование в рабочих режимах, т.е. без отключения присоединений;
   • распознавание вида дефекта изоляции – распределенный или локальный;
   • определение расположения локального дефекта путем оценки удаленности от начала присоединения и нахождения величины эквивалентного сопротивления изоляции в месте локального дефекта изоляции.
4. Разработанные алгоритмы определения параметров локальных дефектов изоляции, основанные на использовании измерений параметров рабочего режима (токи фаз, напряжения фаз относительно земли) и решении системы уравнений текущего состояния, прошли экспериментальную проверку и рекомендуются к реализации в микропроцессорных защитах электродвигателей.

1. Булычев А.В., Нудельман Г.С. Упреждающие функции релейной защиты // Сборник докладов международной НТК «Современные направления развития систем релейной защиты и автоматики энергосистем», М., 2009.- С. 72-78.
2. Фигурнов Е.П., Бодров П.А. Определение места однофазного замыкания на землю в высоковольтных линиях электроснабжения автоблокировки железных дорог // Релейная защита и автоматика энергосистем 2004. Сборник докладов. - ВВЦ г. Москва. - 2004.- С. 88-93.
3. Welfonder T., Leitloff V., Feuillet R., Vitet S. Location Strategies and Evaluation of Detection Algorithms for Earth Faults in Compensated MV Distribution Systems. – IEEE Transactions on Power Delivery, 2000, vol. 15, No. 4, Oct.
4. Качесов В.Е. Метод определения зоны однофазного замыкания в распределительных сетях под рабочим напряжением // Электричество. – 2005. - № 6. – С. 9-19.
5. Стогний Б.С. Определение места однофазного замыкания на землю. Стогний Б.С., Рогоза В.В., Сопель М.Ф., Голубов О.Ю. // Техн. електродинаміка. – 2007.- № 2. – с.60-63.
6. Grebchenko N.V., Koval I.I., Sidorenko A.A., Smirnova M. A. Definition of complex admittance of electric isolation without disconnecting of electrical equipment Compatibility and Power Electronics СPE2009. 6Th International Conference-Workshop 978-1-4244-2856-4/09.© 2009 IEEE. P. 61-66.
7. Гребченко Н.В., Сидоренко А.А. Интеллектуальная система для определения места и степени локальных дефектов изоляции в сети с изолированной нейтралью. Сборник докладов. Релейная защита и автоматика энергосистем-2006. М. ВВЦ.- 2006.- С. 150-152.

Сведения об авторах

1. Гребченко Николай Васильевич, д.т.н., проф., декан электротехнического факультета Донецкого национального технического университета, Украина.
2. Сидоренко Алексей Анатольевич, инженер, директор Мироновской ТЭС ОАО «Донецкоблэнерго», Украина.
3. Бельчев Илья Владимирович, ассистент кафедры «Электрические станции» Донецкого национального технического университета, Украина.