Источник: http://www.news.elteh.ru/arh/2005/34/10.php
ОСОБЕННОСТИ ПРОБЛЕМЫ РАСЧЕТА
В [1] были приведены рекомендации авторов [2, 3, 4, 5] по расчету уставок ненаправленных токовых защит нулевой последовательности от ОЗЗ. Из этих рекомендаций видно, что специалисты существенно расходятся во мнениях относительно таких основополагающих для расчета величин, как коэффициент броска, нормируемый коэффициент чувствительности и т.д. В комментарии к [1] Сергей Титенков совершенно верно отмечает, что эти расхождения объясняются различными результатами, полученными авторами в основном в процессе эксплуатации защит от ОЗЗ. Однако это никак не оправдывает пассивности таких организации, как, например, РАО «ЕЭС России», призванных обеспечить разработку нормативных материалов, которые позволили бы проектантам грамотно выбирать виды защиты от ОЗЗ, рассчитывать уставки и проверять чувствительность соответствующих устройств. В настоящее время такие нормативные документы отсутствуют, что существенно затрудняет работу специалистов, занятых проектированием и эксплуатацией устройств защиты от ОЗЗ, и заметно снижает качество этой работы. Существуют и объективные факторы, затрудняющие создание такого рода нормативных документов.
Основная проблема, на взгляд автора настоящей статьи, заключается в том, что сильно отличаются как условия эксплуатации, так и основные характеристики применяемых в настоящее время в России устройств защиты от ОЗЗ. То, что справедливо в одном случае, в другом — сомнительно, а в третьем и вовсе неправильно. Разработать нормы, применимые во всех без исключения случаях, чрезвычайно сложно. Выход может заключаться в разделении всех защищаемых объектов и устройств защиты от ОЗЗ на отдельные достаточно узкие классы и разработке нормативов для каждого класса объектов.
В последнее время были «узаконены» два новых режима заземления нейтрали сетей 6 — 35 кВ: резистивное заземление и заземление через параллельно включенные дугогасящий реактор и заземляющий резистор. Это нововведение также требует пересмотра методики расчета уставок защит от ОЗЗ в таких сетях. Рассмотрим вопросы выбора уставок на конкретном примере.
СХЕМА РАССЧИТЫВАЕМОЙ СЕТИ
На рис.1 приведена упрощенная схема сети, применительно к которой выберем типы защит и рассмотрим выбор уставок.
Схема питается от одного трансформатора Тр1 напряжением 110/35/10 кВ, причем по стороне 35 кВ от шин отходит всего одна питающая линия ЛЭП1, в цепи которой есть выключатель и на которой установим комплект защиты РЗ. На некотором расстоянии от подстанции ЛЭП1 разветвляется и дальше параллельно (две цепи на одной опоре в габаритах 110 кВ) идут линии ЛЭП2 и ЛЭП3, от каждой из которых запитан соответствующий понижающий трансформатор Тр2 и Тр3 напряжением 35/10 кВ. В цепях ЛЭП2 и ЛЭП3 со стороны питающей подстанции выключатели отсутствуют, установлены только разъединители. После разъединителей имеются достаточно протяженные кабельные вставки. Нейтрали обмоток 35 кВ Тр1, Тр2, Тр3 выведены, и к ним могут быть подключены заземляющие резисторы R1, R2 и R3 соответственно.
На разветвлении, где ЛЭП1 переходит в ЛЭП2 и ЛЭП3, установим два комплекта селективной сигнализации «поврежденного участка» КС1 и КС2 для селективного определения поврежденной линии (ЛЭП2 или ЛЭП3). На стороне 10 кВ питающего трансформатора Тр1 имеется распределительное устройство, от которого питается несколько линий. Одна из этих линий, подключенная к РУ—10 кВ через соответствующий выключатель, конструктивно выполнена как вторая цепь, проложенная параллельно линии ЛЭП1 на тех же опорах (выполненных в габаритах 110 кВ) и дальше уходящая «в сторону» и выполненная на отдельных опорах.
В районе прокладки воздушных линий ЛЭП1, ЛЭП2, ЛЭП3 имеются участки со скальным грунтом, обладающим большим удельным сопротивлением, т.е. при обрыве провода ЛЭП и падении его на землю возможно появление большого переходного сопротивления. Следует отметить, что приведенная схема не является плодом воображения автора настоящей статьи, а в несколько упрощенном виде соответствует реальному, весьма ответственному объекту, в проектировании для которого релейной защиты от ОЗЗ и селективной автоматики КС1 и КС2 автор принимал участие. Расчеты показали, что в рассматриваемой сети при ОЗЗ возможны значительные (порядка 3,7 от фазного напряжения) перенапряжения, которые могут привести к повреждению дорогостоящего оборудования. Было принято решение для подавления перенапряжений и феррорезонансных явлений установить заземляющие резисторы. Рассматривались два варианта их установки:
только на питающей подстанции 110/35/10 кВ;
два модуля параллельно на питающей подстанции и по одному модулю в нейтралях соответственно Тр2 и Тр3.
ВЫБОР ТИПОВ УСТРОЙСТВ ЗАЩИТЫ И СИГНАЛИЗАЦИИ
Поскольку в цепи ЛЭП1 установить кабельную вставку нет возможности, а питающая линия ЛЭП1 одна, было принято решение на ЛЭП1 установить защиту от ОЗЗ, реагирующую на напряжение нулевой последовательности. В результате на питающей подстанции было установлено два комплекта такой защиты: первый (основной) комплект присоединен к однофазному трансформатору напряжения, включенному параллельно заземляющему резистору R1. Второй (резервный) комплект присоединен к трехфазной группе трансформаторов напряжения, установленных на шинах 35 кВ питающей подстанции.
Комплекты селективной сигнализации выполнены в виде токовых реле, о выборе типов и расчете уставок которых будет сказано в дальнейшем.
ВЫБОР УСТАВОК ЗАЩИТЫ ОТ ОЗЗ
Уставки защиты должны быть выбраны так, чтобы: защита не срабатывала от небалансов, которые могут появиться в сети при отсутствии в ней ОЗЗ;
защита срабатывала при ОЗЗ на воздушной ЛЭП при падении провода на грунт и возникновении большого переходного сопротивления.
Анализ показал, что удовлетворить сразу обоим указанным требованиям весьма непросто.
Автор настоящей статьи не нашел в известных ему публикациях указаний по поводу расчета уставок защиты от ОЗЗ, реагирующей на напряжение нулевой последовательности. К тому же основные положения расчета уставок защит, реагирующих как на напряжения, так и на токи нулевой последовательности, близки. По этой причине ниже рассмотрены основные положения по выбору уставок и проверке чувствительности таких защит. Автор будет признателен всем специалистам, которые выскажут свои замечания и мнения по поводу приведенных в настоящей статье материалов.
НЕБАЛАНСЫ ЗАЩИТЫ ОТ ОЗЗ
Небаланс, связанный с разными емкостями фаз воздушных ЛЭП относительно земли Uнб.см.н.
Расположение фазных проводов воздушных ЛЭП в рассматриваемом случае – вертикальное: один провод над другим, а над ними – провод третьей фазы. В результате, как показали расчеты, максимальное различие фазных емкостей относительно земли (между верхней и нижней фазой) составило около 20%. Это привело к смещению нейтрали (небалансу), определяемому по следующему выражению:
В (2) CA , CB , CC — емкости относительно земли фаз А, В и С соответственно; RN — общее сопротивление всех заземляющих резисторов, включенных в нейтрали трансформаторов. Включенные в нейтрали сторон 35 кВ трансформаторов заземляющие резисторы R1, R2, R3 существенно снизили рассматриваемую составляющую небаланса, но из—за отсутствия транспозиции проводов ЛЭП (изменения расположения проводов относительно земли) она составила 2,2% от номинального напряжения. Для того чтобы «симметрировать» сеть, было предложено выполнить транспозицию проводов «на шинах», т.е. после развилки на ЛЭП2 и ЛЭП3 расположить провода в фазах иначе, чем на ЛЭП1. Это предложение было принято и реализовано на практике. При одинаковом расположении проводов в ЛЭП2 и ЛЭП3 небаланс снизился до 1,2%. Если же расположить провода во всех трех ЛЭП по—разному, то рассматриваемая составляющая небаланса составит примерно 0,4%. Однако при этом следует помнить, что одна из ЛЭП2 или ЛЭП3 может быть длительно отключена и тогда в расчетах придется принимать небаланс порядка 1,44% (эта величина была рассчитана для случая отключения одной из линий — ЛЭП2 или ЛЭП3).
НЕБАЛАНС, ВЫЗВАННЫЙ НЕСИММЕТРИЕЙ ФАЗНЫХ НАГРУЗОК Uнб.нагр.
В рассматриваемой сети отсутствуют нагрузки, имеющие непосредственную связь с землей, поэтому небаланс, вызванный неравенством фазных токов таких нагрузок, не рассматриваем. Однако заземляющие резисторы, включенные в нейтрали понижающих трансформаторов Тр2, Тр3, могут вызвать в защите сети 35 кВ дополнительную составляющую небаланса. Это связано с тем, что изза несимметрии нагрузок в сети 0,4 кВ могут возникнуть разные токи в фазах сети 10 кВ. Трансформируясь в сеть 35 кВ, эти токи могут привести к смещению нейтрали 35 кВ относительно земли.
Обычно такое смещение не приводит к небалансу по напряжениям и токам нулевой последовательности в сети 35 кВ, однако при наличии заземляющих резисторов в нейтралях понижающих трансформаторов Тр1 и Тр2 приводит к тому, что смещение их нейтралей вызывает появление дополнительного небаланса токов и напряжений нулевой последовательности. Для того чтобы рассчитать эту составляющую небаланса, необходимо знать разницу в нагрузках фаз. На стадии проектирования эти данные отсутствовали.
Предварительно значение рассматриваемой составляющей небаланса было принято равным 2,5% фазного напряжения. В процессе эксплуатации значения небаланса в различных режимах должны быть уточнены замерами реальных величин.
1. Шалин А.И. Замыкания на землю в сетях 6 — 35 кВ. Достоинства и недостатки различных защит // Новости ЭлектроТехники. — 2005. — № 3 (33).
2. Шабад М.А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. — СПб.: ПЭИПК, 2003. — 350 с.
3. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. — М.: Высшая школа, 1991. — 496 с.
4. Александров А.М. Выбор уставок срабатывания защит асинхронных электродвигателей напряжением выше 1 кВ / Изд-во ПЭИк — СПб, 2001.
5. Челазнов А.А. Разработка технических регламентов и стандартов в области энергетики ОАО «Газпром» // Труды третьей всероссийской научно-технической конференции «Ограничение перенапряжений и режимы заземления нейтрали сетей 6 — 35 кВ» / Новосибирск, 2004. — С.12–25.
6. Бухтояров В.Ф., Маврицын А.М. Защита от замыканий на землю электроустановок карьеров. — М.: Недра, 1986. — 184 с.
7. Шалин А.И. Замыкания на землю в линиях электропередачи 6 — 35 кВ. Особенности возникновения и приборы защиты // Новости ЭлектроТехники. — 2005. — № 1 (31).