Методы обнаружения и локализации высокоимпедансного замыкания на землю

Аннотация

Seppo Henninen - Методы обнаружения и локализации высокоимпедансного замыкания на землю. Рассмотрены методы обнаружения и локализации высокоимпедансного замыкания на землю. Приведены теоритические и математические выкладки.

Введение

Высокоимпедансные замыкания на землю трудно обнаружить традиционными защитными устройствами перегрузки по току или напряжения нейтрали, так как напряжение нулевой последовательности или фазовый ток недостаточно велики, чтобы активировать их. В последние два десятилетия было предложено много методов для повышения эффективности обнаружения и локализации повреждений в распределительных системах (Aucoin & Jones 1996). Краткий обзор существующих методов представлен в разделе 4.1. В разделе 4.2, представлен новый метод обнаружения и локализации постоянного высокоимпедансного однофазного замыкания на землю. Мы разработали метод дополнительно в разделе 4.3 и 4.4 и два альтернативных вероятностных подходов предложены для локализации неисправной фазы и линии.

Обзор методов обнаружения и локализации

Обычный метод обнаружения постоянного высокоимпедансного замыкания на землю заключается в использовании реле перенапряжения реле нулевой последовательности или контроле небольших и быстрых изменений напряжения нейтрали. Поврежденная фаза может быть найдена путем передачи питания одной фазы в другую подстанцию и наблюдением самых больших изменений напряжения нейтрали (Lamberty & Schallus 1981). Однако, на это требуется много времени. Другой метод обнаружения и локализации, предложенный в литературе, основан на прямом измерении основных компонент токов и напряжений, на анализе их вариаций или гармонических компонент разными методами или на смешанном применении этих методов.

Прямые измерения электрических величин

Концепция соотношения реле земли, как это реализовано в прототипе реле, опирается на отключения, когда соотношение 3I0, тока нулевой последовательности, к I1, тока положительной последовательности, превышает определенный предварительно заданный уровень. Эта концепция реализована использованием реле типа индукционный диск с двумя обмотками. Рабочая обмотка производит вращающий момент пропорционалный квадрату 3I0, а закрепленная создает вращающий момент пропорциональный разности квадратов I1, I2. Два противоположных вращающих момента создают характерное соотношение (Lee & Bishop 1983). Чувствительность метода в тестах замыкания на землю составил всего 700 Ом.ABB (1997, 1995) оборудовала некоторые реле и индикаторы повреждения устройством конечного времени дисбаланса токов. Отслеживание высшего и низшего фазовых токов обнаруживает дисбаланс питания системы, т.е. дисбаланс = 100%(ILmax – ILmin)/ILmax. Прежде всего, алгоритм предназначен для обнаружения разрыва проводника, что может привести к высокоимпедансным неисправностям в следующей сети.

Roman & Druml (1999) разработали, так называемый, допускной метод в компенсированных сетях, который измеряет токи нулевой последовательности всех источников шины централизовано. Кроме того, фазовые напряжения и напряжение нулевой последовательности используются в качестве опорных. Исходя из этих значений постоянно рассчитываются и контролируются допуски нулевой последовательности для каждого источника. Источник с наибольшим изменением допусков нулевой последовательности определяется как неисправный. Так же возможно локализировать точку повредения соединив поврежденную линию и звуковую в петлю. Измеренная разница тока нулевой последовательности в начале закольцованных линий пропорциональна соотношению допуска нулевой последовательности до места повреждения. Система определяет повореждения 30 кОм в реальных испытаниях.Nikander & Jarventausta (1998) и Nikander et al. (2000) использовали те же принципы для компенсированных и незаземленных сетей. Каждый терминал фидеров работает независимо, без необходимости передавать информацию между терминалами или между терминалами и системой до обнаружения события. Сообщалось, что повреждения 186 кОм определялись и локализировались в предварительных испытаниях.

Высокоомные постоянные замыкания в компенсированных сетях могут быть обнаружены путем наблюдения напряжения нейтрали (Winter 1988). Три параметра, несоответствие, затухание (Brandes & Haubrich 1983) и дисбаланс (Poll 1981, 1983) демонстрируют симметричные условия сети. Характеристика относительного напряжения нейтрали как функция несовпадения является касательной окружности нейтральной точки. Оно может быть обнаружено путем зимерения изменений напряжения нейтрали, когда небольшое последовательное реактивное сопротивление переключено на компенсационную катушку на короткое время. Другие параметры, дисбаланс и затухание могут быть определены из характеристики. Затухание является отношением активного тока утечки к емкостному току нулевой последовательности. Активные замыкания на землю изменяют величину затухания. Это может быть обнаружено непрерывным контролем характеристики напряжения нейтрали. Чувствительность метода составляет около 130 кОм (Winter 1988).

Leitloff et al. (1997) разработал три различных метода обнаружения резистивных повреждений и выбора поврежденных фидеров в коменсационных сетях. Статичестий алгоритм основан на сравнении векторов остаточных токов во всех фидерах. Это сравнение осуществляется путем принятия опорной фазы собранной из суммы остаточных токов всех фидеров, которая равна току нейтрали. Чувствительность составила 33 кОм. Вариант статического алгоритма идентичен базовому алгоритму, но применяется к вариациям измеренных электрических величин. Третий алгоритм позволяет обнаружить повреждение на основани фазовых допусков. Как и в случае динамической версии, он использует вариации остаточных токов. Кроме того, изменение напряжения нейтрали, фазовых напряжений и глобальных фазовых допусков фидеров перед повреждением. Это требует переодической инжекции остаточных токов автоматической системы настройки катушки подавления дугового разряда (Chilard et al. 1999). Чувствительность двух последних двух алгоритмов составляет около 100 кОм (Leitloff et al. 1994). Импульсный метод компенсированных сетей, где степень компенсации изменяется широтно-импульсным методом, может быть использован для идентификации поврежденной линии (Christgau & Wolfenstetter 1982, Crucius & Kries 2001).

Список использованной литературы

1. Dillon, T.S. & Niebur, D. 1996. Neural networks applications in power systems. London: CRL Publishing Ltd. 404 p. ISBN 0-9527874-0-7
2. Crucius, M. & Kries, G. 2001. Fehlersensoren – ereignisorientierte Wartung in Mittelspannungsnetzen. ETZ Electrotechnik + Automation. Berlin: VDE Verlag. Pp. 22–25. (Heft 3–4)
3. Chilard, O., Morel, L. & Renon, D. 1999. Compensated grounded medium voltage network protection against resistive phase to ground faults. Proceedings of CIRED’99, 15th International Conference and Exhibition on Electricity Distribution, 1–4 June 1999, Nice, IEE, 4 p. (CD-ROM)