Стартовая >> Архив >> Узел блокировки срабатывания защит от замыканий на землю при феррорезонансе

Узел блокировки срабатывания защит от замыканий на землю при феррорезонансе

Узел блокировки срабатывания направленных защит от замыканий на землю при феррорезонансных процессах

Сафарбаков А. А., канд. техн. наук, Олейник С. И., инж. Павлодарский государственный университет
Ток и напряжение нулевой последовательности на присоединении с трансформатором напряжения НАМИ-10
Рис. 1. Ток и напряжение нулевой последовательности на присоединении с трансформатором напряжения НАМИ-10 после отключения однофазного замыкания на землю
В результате многолетнего осциллографирования в сетях 6 - 10 кВ с током замыкания на землю до 10 А и сбора статистических данных были зарегистрированы как одиночные, так и групповые ложные срабатывания направленных защит от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) типа ЗЗП-1М [1]. Анализ осциллограмм показал, что в большинстве случаев причиной ложной работы защит являются феррорезонансные колебательные процессы, возникающие после селективного отключения ОЗЗ защитой поврежденного присоединения. Частота этих колебаний зависит от параметров сети, а также от количества и типа установленных измерительных трансформаторов напряжения. При этом установлено (доклад Сафарбакова А. А. “Влияние феррорезонансных процессов на работу защит от замыканий на землю” на конференции “Наука и новая технология в электроэнергетике Павлодар-Экибастузского региона”, Алматы, 1994 г.), что ложная работа защит обусловливается токами нулевой последовательности, проходящими через точки соединения с землей первичных обмоток трансформаторов напряжения. Значения этих токов при частоте колебаний 50 Гц и выше крайне несущественны и не способны вызывать срабатывание защит. Резкое увеличение токов нулевой последовательности происходит при феррорезонансных процессах, содержащих составляющие 25 Гц и ниже, сопровождающиеся насыщением трансформаторов напряжения. При соблюдении антирезонансных мероприятий (таких, как установка сопротивления 25 Ом в разомкнутый треугольник трансформаторов напряжения типа НТМИ и ЗНОМ) длительность таких колебаний составляет 0,2 - 0,4 с с последовательным снижением частоты по мере затухания. Это оказывается достаточным для ложного срабатывания защит неповрежденных присоединений. Необходимо также отметить, что при снижении частоты тока и напряжения нулевой последовательности время срабатывания большинства существующих защит сокращается. В результате, для ложного срабатывания иногда оказывается достаточно одной полуволны колебания с пониженной частотой. В сетях с трансформаторами напряжения типа НАМИ после отключения замыкания также возникают феррорезонансные процессы, которые имеют апериодический характер. При этом в сеть генерируется значительный ток нулевой последовательности, содержащий как промышленную, так и низкочастотную составляющие. На рис. 1 приведена экспериментальная осциллограмма отключения ОЗЗ и ложного срабатывания защиты типа ЗЗП-1М, установленной на присоединении с трансформатором напряжения типа НАМИ.
Для исключения случаев ложной работы ранее было разработано реле, снабженное блокировкой срабатывания защиты при возникновении в сети феррорезонансных колебаний пониженной частоты [2]. Принцип работы блокировки заключается в измерении частоты напряжения нулевой последовательности при помощи формирования из напряжения нулевой последовательности двух импульсов: основного и разрешающего. Если частота равна 50 Гц, то импульсы совпадают во времени, а если частота напряжения нулевой последовательности снижается до уровня 25 Гц и ниже, то импульсы расходятся и реле блокируется.
Однако в процессе эксплуатации этих устройств были выявлены отдельные случаи отказа их срабатывания при замыкании в защищаемой зоне. Как было установлено, причиной отказов является ложная работа блокировки. Дело в том, что формирование основного и разрешающего импульсов блокировки осуществлялось при помощи ^С-цепей. Под воздействием временных и температурных факторов, а также вследствие несинусо- идальности входных сигналов при перемежающихся дуговых замыканиях соотношения параметров ^С-элементов указанных цепей изменяются. При этом основной и разрешающий импульсы расходятся, и при определенных условиях возможна блокировка действия защиты при наличии ОЗЗ в зоне срабатывания.
схема блокировки
Рис. 2. Структурная схема блокировки
Для повышения надежности срабатывания реле авторами предлагается схема блокировки, основанная на сравнении частоты напряжения нулевой последовательности и линейного напряжения, которое не изменяется ни при однофазных замыканиях на землю, ни при феррорезонансных процессах. При замыканиях на землю длины полуволн указанных напряжений будут практически совпадать, а при феррорезонансных процессах, влияющих на работу защит, отличаться.
Структурная схема блокировки приведена на рис. 2. Вход блокировки содержит два канала, один из которых состоит из выпрямителя 1 и усилителя-ограничителя напряжения нулевой последовательности 2, другой - из выпрямителя 3 и усилителя-ограничителя линейного напряжения 4. Усилители-ограничители этих каналов служат для преобразования входных сигналов в прямоугольные импульсы одной полярности, длительность которых равна длительности соответствующих полуволн входных напряжений. С выходов усилителей-ограничителей обоих каналов прямоугольные импульсы поступают на вход блока переключения режимов счета 5, функция которого заключается в следующем. При поступлении первого положительного фронта прямоугольных импульсов по каналу напряжения нулевой последовательности он запускает счет импульсов от высокочастотного генератора 6 реверсивным счетчиком 7. По отрицательному фронту этого же прямоугольного импульса работа счетчика останавливается и полученная сумма сохраняется до прихода на второй вход блока переключения режимов счета ближайшего положительного фронта прямоугольных импульсов по каналу линейного напряжения. С этого момента запускается счет импульсов на вычитание показаний счетчика до прихода отрицательного фронта импульса. Затем показания счетчика фиксируются и подаются на вход блока формирования разрешающего сигнала 8, а блок переключения режимов счета устанавливается в режим ожидания следующего ближайшего положительного фронта импульса по каналу напряжения нулевой последовательности, обнулив показание счетчика. Если зафиксированное показание счетчика мало, значит частота линейного напряжения практически равна частоте напряжения нулевой последовательности.
Время-импульсная диаграмма
Рис. 3. Время-импульсная диаграмма

При увеличении длительности полуволны напряжения нулевой последовательности показания счетчика резко увеличиваются.
Таким образом, реверсивный счетчик импульсов используется в качестве измерительного органа, реагирующего на снижение частоты напряжения нулевой последовательности. Если частота напряжения нулевой последовательности лежит в диапазоне от 40 до 60 Гц, то на выходе блока формирования разрешающего сигнала появляется импульс. Длительность последнего определяется наименьшим временем срабатывания измерительной части защиты для исключения ложного срабатывания после отключения замыкания на землю. При одновременном поступлении разрешающего сигнала и сигнала от измерительной части защиты на выходе схемы И 9 появляется сигнал, обеспечивающий срабатывание исполнительного органа защиты. Для сохранения выходного сигнала на выходе схемы И при исчезновении разрешающего импульса с выхода блока 8 и существовании сигнала от измерительной части защиты выполнена обратная связь от выходного сигнала.
Работу блокировки поясняет время-импульсная диаграмма (рис. 3). При возникновении замыкания длительность первого полупериода напряжения нулевой последовательности не равна длительности полупериода линейного напряжения, поэтому после первого измерения показания счетчика разрешающий сигнал на выходе блока 8 не появляется. После второго и третьего измерений во время замыкания разрешающие сигналы появляются, так как частоты измеряемых напряжений практически равны. После отключения ОЗЗ длительность полупериодов напряжения нулевой последовательности начинает увеличиваться и блокировка больше не выдает разрешающие сигналы на срабатывание защиты.
Предлагаемая схема блокировки обладает следующими преимуществами:
температурной стабильностью, поскольку несущественное изменение параметров элементов генератора тактовых импульсов не влечет за собой ложной работы блокировки, так как счетчиком производится дифференцирование числа импульсов измененной частоты;
некритичностью к несинусоидальности входных сигналов при перемежающихся дуговых замыканиях;
изменение соотношений параметров схемы блокировки с течением времени не влияет на ее работу;
блокировка разработана и может быть выполнена в виде отдельного модульного блока, что позволяет использовать ее как дополнение к направленным защитам от замыканий на землю, которые уже находятся в эксплуатации.
Принцип действия устройства защищен патентом Республики Казахстан [3].
Предложенная схема блокировки реализована на микросхемах серии 561, которые отличаются повышенной помехоустойчивостью. Блокировка прошла успешные лабораторные испытания и в настоящее время проходит опытные испытания на производстве.

Выводы

  1. Разработанная блокировка имеет температурную и временную стабильность и надежно работает при перемежающихся дуговых замыканиях.
  2. Применение разработанной блокировки повысит надежность срабатывания зашит от замыканий на землю, что приведет к повышению безопасности производства, снижению уровня разрушений в месте замыкания и понижению уровня перенапряжений в поврежденной сети.

Список литературы

  1. Серов В. И., Шуцкий В. И., Ягудаев Б. М. Методы и средства борьбы с замыканиями на землю в высоковольтных системах горных предприятий. М.: Наука, 1985.
  2. Богдан А. В., Калмыков В. В. Направленная защита повышенной селективности при замыканиях на землю в сети с изолированной нейтралью. Изв. вузов. Электромеханика, 1993, № 4.
  3. Пат. 6924 H 02 H 3 / 16 (Республика Казахстан). Устройство защиты от замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью / Сафарбаков А. А., Олейник С. И.
 
« Проверка панели ЭПЗ-1636 с помощью прибора РЕТОМ-51   Установка для прогрузки защиты автоматических выключателей переменного тока »
электрические сети