Автор перевода: Худченко О.О.

          Стратегии обнаружения местоположения и оценка алгоритмов для замыканий на землю в компенсированных МV распределительных системах

         Велфондер T., Лейтлофф В., Фьюиллет Р, Витет С.

          Источник: IEEE Transactions on Power Delivery, 2000, vol. 15, No. 4, Oct.

          Резюме - коррекция систем распределения МV улучшает с одной стороны качество электропитания, и налагает с другой стороны более высокие ограничения на обнаружение замыкания на землю и стратегии местоположения. Обсуждены три новых алгоритма для обнаружения постоянных, резистивных единственных замыканий на землю фазы. После первой реализация в электрической сети образное тестирование показало влияние важных параметров на точности алгоритмов, также для переходных замыканий на землю. Наконец новая стратегия для локализации дефекта в компенсированных системах со сложной радиальной структурой обрисована в общих чертах.

          Термины и сокращения - Компенсированная система распространения, заземление, которому компенсируют, DDA, DESIR, коррекция замыкания на землю, местоположение короткого замыкания, высокое обнаружение КЗ через большое активное сопротивление, соленоид Petersen, выделение аварийного загрузочного устройства, чувствительность алгоритмов.

1. Введение

          В системах распределения МВ существуют несколько методов, чтобы рассматривать нейтраль (распределенный, или развязно - нейтральный, прямой, или компенсированно - нейтральное заземление, заземляющее полным сопротивлением).

          Заземление катушкой гашения дуги (Катушка Петерсона), чтобы компенсировать емкостными токами повреждения в однофазных замыканиях на землю, является известным методом и широко используемым, главным образом в европейских распределительных системах с изолированной нейтралью. Этим достигнуты средние величины и существенное уменьшение повреждений от однофазных токов КЗ.

          Это способствует с одной стороны, как улучшению качества снабжения, сокращая количество коротких отключений питания, так как большинство однофазных замыканий на землю самоустраняются. С другой стороны, самогашение замыканий на землю и маленьких токов повреждения, из-за коррекции, налагает более высокие ограничения на обнаружение повреждения и стратегии местоположения

          Французские коммунальные сооружения Electricite De Франция (EDF), сегодня используя затрудненное заземление, недавно решили заменить ток, ограничивающий полные сопротивления, используемые для заземления нейтрали сельских распределительных сетей МВ на соленоид, котором компенсируют (компенсирование заземленной нейтрали).

          Чтобы правильно обнаружить резистивные замыкания на землю (HIF), не обнаруживаемые обычными релейными защитами линии, новые алгоритмы были задуманы, чтобы обнаружить повреждённую линию. Они основаны на оценке установившегося режима на 50 Гц, сигнализируя о замыкании на землю.

         КПД этих алгоритмов обнаружения был доказан для постоянных замыканий на землю. Однако, они должны также быть проверены для непостоянных замыканий на землю (самогашение), которые должны быть обнаружены также, даже если они не нарушают электропитание.

          После подведения итогов принципов заземления компенсированной нейтрали и алгоритмов обнаружения HIF, эта статья показывает влияние случайных параметров (сопротивление в месте повреждения, продолжительность короткого замыкания, частота неустановившихся колебаний...) на точности обнаружения повреждения, также в случае непостоянных замыканий на землю.

          Кроме того, представлен новый подход к местонахождению положения замыкания на землю в сложной конструкции электрической сети.

2. КОМПЕНСАЦИЯ МV РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

          На Рис. 1 показана упрощенная эквивалентная схема компенсированной подстанции НV/МV и соответствующей распределительной системы. Три фазы каждой линии могут быть представлены их входными сопротивлениями изоляции между фазой и землей, которые являются на практике почти чисто емкостными.

          Эти входы имеют, в нормальном режиме системы, то же самом значении для каждой фазы линии, если система симметрична, кроме небольшого естественного небаланса. В последствии, сумма этих трех фазных токов - так называемый остаточный ток - является очень маленькой.

          Если, однако, происходит однофазное замыкание на землю, вся система превращается в небаланс. В зависимости от сопротивления в месте повреждения, напряжение нарушенной фазы уменьшается, тогда как, такие же обоих других увеличиваются.

          Ток повреждения If   протекает в землю так же как, для каждой линии, результирующие емкостные токи двух здоровых фаз. Если нейтральная точка связана с землей c помощью катушки - как в случае компенсированных сетей – то существует естественный ток на землю, его фаза противонаправлена ёмкостным токам, упомянутых прежде.

          Сумма полного емкостного тока, тока в нейтрали и тока повреждения, всегда равна нулю. Если индуктивность L_NG катушки подобрана хорошо, I_NG имеет такое же значение как полный емкостный ток, а ток повреждения уменьшен таким образом почти до нуля. Только небольшая активная часть остается, из-за сопротивлений в системе. Рис. 2 показывает ориентацию рассматриваемой суммы векторов для случая глухого замыкания на землю а (Rf = 0) в немного перекомпенсированной электрической сети.

Ниже приведен оригинал переведенной части статьи

          Location Strategies and Evaluation of Detection Algorithms for Earth Faults in Compensated MV Distribution Systems

         Wefonder T., Leitloff V., Feuillet R, Vitet S.

IEEE Transactions on Power Delivery, 2000, vol. 15, No. 4, Oct.

          Abstract — The compensation of MV distribution systems improve on the one hand the supply quality and imposes on the other hand higher constraints on earth fault detection and location strategies. Three new algorithms for the detection of permanent, resistive single phase earth faults are discussed. After а first implementation in the network, model testing showed the influence of important parameters on the algorithms accuracy, also for transient earth faults. Finally а novel strategy for fault location in compensated systems with а complex radial structure is outlined.

          Index Terms — Compensated distribution system, compensated grounding, DDA, DESIR, earth fault compensation, fault location, high resistive fault detection, Petersen coil, selection of the faulted feeder, sensitivity of the algorithms.

1. Introduction

          IN МV distribution systems several approaches exist to treat the neutral point (distributed or isolated neutral, direct, or compensated neutral grounding, grounding by impedance).

          Grounding by an arc suppression coil (Petersen Coil) in order to compensate capacitive fault currents in single phase earth faults is а well known technique, widely used, mainly in European distribution systems without distributed neutral . By this means а significant reduction of single phase fault currents is achieved.

          This contributes on the one hand, to а better supply quality by reducing the number of short supply disconnections since most of the single phase earth faults are self-extinguishing. On the other hand, self-extinguishing earth faults and small fault currents, due to compensation, impose higher constraints on fault detection and location strategies

          The French utility Electricite De France (EDF), today using an impendent grounding, has recently decided to replace the current limiting impedances used for the grounding of the neutral point of rural МЧ distribution networks by а compensated coil (compensated neutral grounding)

          To correctly detect highly resistive earth faults (HIF), not being detected by conventional feeder protection relays, new algorithms were conceived in order to detect the faulted feeder. They are based on the evaluation of 50 Hz steady state signals to an earth fault.

          The efficiency of these detection algorithms has been proven for permanent earth faults. However, they must also be verified for no permanent earth faults (self-extinction), which have to be detected as well even if they do not disturb the power supply.

          After summarizing the principles of compensated neutral grounding and HIF detection algorithms, this paper shows the influence of random parameters (fault resistance, fault duration, frequency of transient oscillations ...) on the accuracy of the fault detection, also in the case of no permanent earth faults.

          Furthermore, а novel approach to locate the position of the earth fault in а complex network structure is presented.

2. COMPENSATION OF МV DISTRIBUTION SYSTEMS

          Fig. 1 shows а simplified equivalent circuit of а compensated НV/МV substation and the corresponding distribution system. The three phases of each feeder can be represented by their phase-to-ground admittances, which are practice almost purely capacitive.

          These admittances have, in the normal state of the system, about the same value for each phase of а feeder, so that the system is symmetric, except of small natural unbalances. In consequence, the sum of the three phase currents - the so called residual current - is very small.

          If, however, а single phase earth fault occurs, the whole system turns into unbalance. Depending on the fault resistance, the voltage of the faulted phase decreases, whereas those of the two others increase. А fault current I_f   is passing to ground as well as, for each feeder, the resulting capacitive currents of the two healthy phases. If the neutral point is connected tо ground by а coil — as in the case of compensated networks — а neutral to ground current I_NG  exists, its phase being in opposite to those of the capacitive currents mentioned before.

          The sum of the total capacitive current, the current in the neutral-to-ground connection and the fault current is always zero. If the inductance L_NG   of the coil is well chosen, L_NG   has the same magnitude as the total capacitive current, and the fault current I_f   is thus reduced to almost zero. Only а small active part remains, due to resistances in the system. Fig. 2 shows the orientation of the involved vectors for the case of а solid earth fault (R_f   = 0) in а slightly overcompensated network.

Вверх