Метод определения вида повреждения в распределительных электрических сетях класса напряжения 6 кВ

Page 1

Page 2

138

Метод определения вида
повреждения в распределительных
электрических сетях
напряжением 6 кВ

УДК 681.5:621.315

До

определения

места

повреждения

электрических

сетях

сначала

необходимо

опреде

–

лить

его

вид

замыкание

обрыв

замыкание

обрывом

данной

работе

предлага

–

ется

использовать

девять

критериев

для

определения

вида

аварийных

режимов

сетях

кВ

Критерии

представляют

собой

три

группы

три

отношения

фазных

напряжений

три

отношения

фазных

токов

три

отношения

фазных

напряжений

соответствующих

фазных

токов

Исследования

проведены

как

при

металлических

замыканиях

так

при

замыканиях

через

переходное

сопротивление

Для

каждого

вида

аварийного

режима

получены

интервалы

пределах

которых

изменяются

рассмотренные

критерии

Это

поз

воляет

однозначно

определять

вид

повреждения

При

этом

если

замыкание

произошло

через

переходное

сопротивление

то

указывается

его

величина

Рассмотренный

подход

может

быть

использован

новых

приборах

определения

места

повреждения

распределительных

электрических

сетях

6–10–35

кВ

Солдатов

д.т.н., профессор, за-

ведующий кафедрой

информационных техно-

логий в электроэнергети-

ке ФГБОУ ВО «Костром-

ская государственная

сельскохозяйственная

академия»

Мозохин

к.т.н., доцент кафедры

автоматики и микро-

процессорной техники

ФГБОУ ВО «Костромской

государственный уни-

верситет», заместитель

начальника отдела экс-

плуатации автоматизи-

рованных систем дис-

петчерского управления

филиала ПАО «МРСК

Центра» — «Кострома-

энерго»

Ключевые

слова

микропроцессорные

приборы, аварийные

режимы, определение

места повреждения,

эмпирические критерии,

электрическая сеть

ВВЕДЕНИЕ

На воздушных линиях электропередачи класса напряжения 6–10–35 кВ часто

возникают повреждения, которые приводят к выходу линий из строя. Независимо

от вида повреждения следствием аварии является недоотпуск электроэнергии,

снижение надежности и качества электроснабжения потребителей. Одной из

важных задач ремонтных служб предприятий по обслуживанию электрических

сетей является оперативное определение места и вида повреждения, которое

так необходимо при организации и проведении аварийных и восстановительных

работ на электрических сетях [1].

Российские производители микропроцессорных устройств ежегодно вы-

пускают на рынок дистанционные приборы определения места повреждения

(ОМП), которые эффективно работают в сетях 110 кВ и выше с глухозаземлен-

ной нейтралью. Для сетей данного класса напряжения длины линий и отключа-

ющие мощности велики, в связи с чем имеет смысл установка дорогостоящих

приборов ОМП. К приборам данного класса относится микропроцессорный

терминал определения места повреждения серии БЭ2704V921 производства

НПП «ЭКРА» г. Чебоксары [2]. Подобные промышленно выпускаемые приборы

способны определить лишь двухфазные и трехфазные короткие замыкания

и не способны выявить режимы с однофазными замыканиями на землю и об-

рывами в сетях класса напряжения 6, 10, 35 кВ. Причина заключается в том,

что в сетях с глухозаземленной нейтралью замыкания являются короткими,

в то время как в сетях с изолированной нейтралью замыкания на землю не

являются короткими замыканиями. Питающим трансформатором является

трансформатор со схемой соединения обмоток «звезда–треугольник» и, сле-

довательно, нет пути для тока замкнувшейся фазы. Ток замыкается только

через воздушные емкости фаз линий. На рабочий ток поврежденной фазы

накладывается маленький емкостной ток. То есть токи по фазам остаются

неизменными. Это очень затрудняет задачу ОМП при замыканиях на землю.

Существующие и широко применяемые в электрических сетях приборы рабо-

тают только при металлических замыканиях. Что касается замыканий через

переходное сопротивление, то они работают некорректно. Из всего вышеска-

занного следует вывод, что для сетей 6, 10, 35 кВ необходимо разрабатывать

свои методы и приборы ОМП.

ДИАГНОСТИКА

И МОНИТОРИНГ

Page 3

139

ОСНОВНАЯ

ЧАСТЬ

При определении места повреждения ключевым

моментом является определение его вида (одно-

фазное замыкание, двухфазное короткое замы-

кание, обрыв и т.д.). С этой целью разрабатывают

специальные методы. Данная статья является

продолжением исследований, проводимых груп-

пой ученых Костромской государственной сель-

скохозяйственной академии и Костромского госу-

дарственного университета. Ранее в совместных

работах рассматривались эмпирические критерии

для определения места повреждения в электри-

ческих сетях 6 кВ [3], а также проводился анализ

влияния параметров электрических сетей 6 кВ на

погрешность определения места повреждения по

этим критериям [4]. Интервалы, необходимые для

определения вида повреждения, рассмотрены ра-

нее в [5, 6]. При этом использованы пять критериев

для определения вида аварийного режима (АР):

1) отношение напряжений поврежденных фаз к на-

пряжениям неповрежденных фаз;

2) отношение токов поврежденных фаз к токам не-

поврежденных фаз;

3) сумма первого и второго критерия;

4) разность первого и второго критерия;

5) отношение токов при двухфазных коротких за-

мыканиях и двойных замыканиях на землю.

Проведенные исследования показали, что при

одновременных замыканиях на землю и обрывах

интервалы частично пересекаются. Чтобы устранить

эти недостатки, в данной работе исследуется новый

метод определения вида повреждения, основанный

на девяти критериях, которые представляют собой

отношения фазных напряжений и токов:

– критерии, использующие фазные напряжения

;

– критерии, использующие фазные токи

;

– критерии, использующие и напряжения, и токи

Исследования эффективности предложенных кри-

териев проведены на примере распределительной

электрической сети 6 кВ. Место повреждения про-

исходило в трех точках: в начале линии, в середине

линии и в конце линии. Использованные напряжения

и токи рассчитывались в начале линии.

Рассчитанные критерии были сгруппированы

и представлены в таблицах 1 и 2. Таблица 1 со-

Табл. 1. Интервалы критериев при металлических замыканиях

Аварийный режим

Замык

ания

А–0

0–0,1

0,9–1,1

1,1–1,3

0–9

150–170 150–170

В–0

20–

290 000

1,1–1,3

0–0,1

0,9–1,1

150–170

0–9

150–170

С–0

0,9–1,1

20–

290 000

20–

290 000

0,9–1,1

150–170 150–170

0–9

Дв

ух

фа

зные

КЗ

А–В

1,1–1,3

0,3–1,1

1,1–1,3

10–110

0–9

80–100

А–С

0,3–1,1

1–2,1

10–110

0,9–1,1

0–0,1

0–9

80–100

0–9

В–С

0,9–1,7

1–2,1

1,1–1,3

0–0,1

1,1–1,3

80–100

0–9

Трехфаз-

ное КЗ

А–В–С

0,9–1,1

1,1–1,3

0,9–1,1

1,1–1,3

0–9

Дв

ойные

замы

кания

А0 + В0

1,1–1,3

0–0,6

1,1–1,3

10–110

0–9

130–150

A0 + С0

0–0,6

0,9–1,1

1–14

10–110

0,9–1,1

0–0,1

0–9

130–150

0–9

B0 + С0

1–14

1,1–1,3

0–0,1

1,1–1,3

130–150

0–9

Обрывы

обр. А

0,9–1,7

1–2,1

1,1–1,3

0–0,1

1,1–1,3

19 000–

110 000

90–120

обр. В

0,3–1,1

0,9–1,3

1–2,1

140–6660 0,9–1,1

0–0,1

90–120

19 000–

110 000

90–120

обр. С

0,9–1,1

0,3–1,1

1,1–1,3 140–6660 140–6660 90–120

90–120

19 000–

110 000

Замык

ания

с обрыв

ами

А0 + обр. А

0–0,1

1,1–1,3

0–0,1

1,1–1,3

0–80

180–190 180–190

В0 + обр. В

2000–

200 000

0,9–1,1

0–0,1

90–120

0,9–1,1

0–0,1

180–190

0–9

180–190

С0 + обр. С 1,1–1,3

200–

200 000

200–

200 000

1,1–1,3

90–120

180–190 180–190

0–80

Обрывы с замык

а-

ниями

обр. А + А0

1–2,1

0,9–1,1

0–0,1

1,1–1,3

20 000–

200 000

93–95

обр. В + В0

0,3–1,1

0,9–1,1

1–2,1

140–6660 0,9–1,1

0–0,1

93–95

20 000–

200 000

93–95

обр. С + С0 1,1–1,3

0,3–1,1

1,1–1,3 140–6660 140–6660

93–95

20 000–

200 0000

№

2 (65) 2021

Page 4

140

Табл. 2. Интервалы критериев при замыканиях через переходное сопротивление

Аварийный режим

Замык

ания

А–0

0,9–1,1

В–0

50–300

С–0

50–300

Дв

ух

фа

зные

КЗ

А–В

0,9–1,1

1,1–1,3

0,9–1,1

1,3–1,6

60–70

А–С

0,9–1,1

1,1–1,3

1,3–1,6

1,1–1,3

0,7–0.8

60–70

В–С

0,7–0,8

70–73

60–70

Трехфаз-

ное КЗ

А–В–С

0,9–1

48–60

Дв

ойные

замы

кания

А0 + В0

0,9–1,1

1,1–1,3

70–73

60–70

A0 + С0

1,3–1,6

1,1–1,3

0,8–0,9

60–70

B0 + С0

0,8–0,9

0,9–1,1

60–70

Обрывы

обр. А

обр. В

обр. С

Замык

ания

с обрыв

ами

А0 + обр. А

0,9–1,1

190–300

В0 + обр. В

60–90

1,1–1,3

190–300

С0 + обр. С 0,9–1,1

60–90

190–300

Обрывы

с замык

ани-

ями

обр. А + А0

1,7–1,8

обр. В + В0

0,5–0,6

обр. С + С0

0,5–0,6

ответствует случаю металлического замыкания на

землю, таблица 2 — замыканию через переходное

сопротивление. В этих таблицах для каждого кри-

терия представлен интервал, в котором он изменя-

ется при перемещении точки аварии вдоль длины

линии. При этом в таблице 2 указаны интервалы

только тогда, когда они отличаются от интервалов

при металлическом замыкании. В этих же табли-

цах перечислены виды рассмотренных аварийных

режимов с замыканиями и обрывами.

Из таблиц 1 и 2 видно, что интервалы критериев

зависят от переходного сопротивления. Причем для

каждого вида повреждения есть наибольшее пере-

ходное сопротивление. Это позволяет определять

не только вид повреждения, но и переходное сопро-

тивление, при котором оно произошло. Это иллю-

стрируется данными, представленными в таблице 3.

В последней колонке отмечено переходное сопро-

тивление, при котором произошел данный аварий-

ный режим.

Приведем пример однозначного определения

вида повреждения при однофазном замыкании на

землю фазы А. Как следует из таблиц 1–3, все кри-

терии должны попадать в следующие диапазоны,

то есть:
1) если

0 ≤

≤ 0,1,

0 ≤

≤ 0,1,

0,9 ≤

≤ 1,1,

0,9 ≤

≤ 1,1,

0,9 ≤

с ≤ 1,1,

1 ≤

≤ 1,3,

0 ≤

≤ 9,

150 ≤

≤ 170,

150 ≤

≤ 170,

то произошло однофазное металлическое замы-

кание фазы А на землю;

2) если выполняются те же условия из первого пунк-

та, кроме условия 0,9 ≤

≤ 1,1 (из таблицы 2),

то произошел этот же аварийный режим, но при

значении переходного сопротивления 300 Ом (из

таблицы 3).

ВЫВОДЫ

Для всех видов аварийных режимов получены

свои условные выражения рассмотренных крите-

риев. Таким образом, разработанный метод позво-

ляет однозначно определять все виды аварийных

режимов с указанием возможного переходного со-

противления в месте замыкания.

ДИАГНОСТИКА

И МОНИТОРИНГ

Page 5

141

Табл. 3. Значения переходного сопротивления при данном критерии (Ом)

Вид аварийного

режима

Макс.

Замык

ания

А–0

300

300

В–0

300

300

С–0

300

300

Дв

ух

фа

зные

КЗ

А–В

100

300

100

200

300

А–С

100

300

100

200

300

В–С

200

200

Трехфаз-

ное КЗ

А–В–С

100

300

300

Дв

ойные

замы

кания

А0 + В0

200

750

100

750

A0 + С0

100

750

200

750

100

750

B0 + С0

750

200

100

750

Обрывы

обр. А

–

обр. В

–

обр. С

–

Замык

ания

с обрыв

ами

А0 + обр. А

200

600

600

В0 + обр. В

300

200

600

600

С0 + обр. С

200

300

600

600

Обрывы

с замык

ани-

ями

обр. А + А0

100

100

обр. В + В0

100

100

обр. С + С0

100

100

ЛИТЕРАТУРА

1. Аржанников Е.А., Чухин А.М. Мето-

ды и приборы определения мест по-

вреждения на линиях электропере-

дачи. М.: НТФ «Энергопресс», 1998.

87 с.

2. Микропроцессорный терминал опре –

деления места повреждения типа

БЭ2704V921. Руководство по экс-

плуатации. Чебоксары, 2020. 78 с.

3. Солдатов В.А., Мозохин А.Е. Эмпи-

рические критерии для определения

места повреждения в электрических

сетях 6 кВ // ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ.

Передача и распределение, 2018,

№ 5(50). С. 100–102.

4. Солдатов В.А., Мозохин А.Е. Ана-

лиз влияния параметров электри-

ческих сетей 6 кВ на погрешность

определения места повреждения по

эмпирическим критериям // ЭЛЕК-

ТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распре-

деление, 2019, № 3(54). С. 111–113.

5. Солдатов В.А., Комаров В.М. Опре-

деление видов аварийных режимов

фидеров 35 кВ // Научное обозре-

ние, 2015, № 7. С.184–187.

6. Солдатов В.А., Мелешко М.И., По-

лонский В.А. Определение вида

повреждения в фидерах 35 кВ по

соотношениям напряжений и токов

/ Сб. ст. международной научной

конференции молодых ученых «Ак-

туальные вопросы развития науки

и технологий». Караваево: Костром-

ская ГСХА, 2019. С. 357–361.

REFERENCES

1. Arzhannikov E.A., Chukhin A.M. Meth-

ods and instruments for fault loca-

tion detection in transmission lines.

Moscow, NTF Energoprogress Publ.,

1998. 87 p. (In Russian)

2. Microprocessor-based fault location

terminal BE2704V921. Operating

manual. Cheboksary, 2020. 78 p. (In

Russian)

3. Soldatov V.A., Mozokhin A.E. Empiric

criterion of fault location detection in

6 kV electrical networks //

ELEKTRO-

ENERGIYA. Peredacha i raspredele-

niye

[ELECTRIC POWER. Transmis-

sion & Distribution], 2018, no. 5(50),

pp. 100–102. (In Russian)

4. Soldatov V.A., Mozokhin A.E. Analysis

of 6 kV network parameter impact on

fault location detection accuracy by

empiric criterion //

ELEKTROENER-

GIYA. Peredacha i raspredeleniye

[ELECTRIC POWER. Transmission &

Distribution], 2019, no. 3(54), pp. 111–

113. (In Russian)

5. Soldatov V.A., Komarov V.M. Deter-

mination of 35 kV feeder fault types

// Nauchnoye obozreniye [Scientiﬁ c

review], 2015, no. 7, pp. 184–187. (In

Russian)

6. Soldatov V.A., Meleshko M.I., Polons-

kiy V.A. Determination of 35 kV feeder

fault types by voltage-current correla-

tions / Collected papers of Interna-

tional scientiﬁ c conference of young

scientists “Actual issues of science

and technologies development]. Kara-

vayevo, Kostromskaya GSKHA Publ.,

2019, pp. 357–361. (In Russian)

№

2 (65) 2021

Оригинал статьи: Метод определения вида повреждения в распределительных электрических сетях класса напряжения 6 кВ

Ключевые слова: микропроцессорные приборы, аварийные режимы, определение места повреждения, эмпирические критерии, электрическая сеть

Читать онлайн

До определения места повреждения в электрических сетях сначала необходимо определить его вид: замыкание, обрыв, замыкание с обрывом и т.д. В данной работе предлагается использовать девять критериев для определения вида аварийных режимов в сетях 6 кВ. Критерии представляют собой три группы: три отношения фазных напряжений, три отношения фазных токов и три отношения фазных напряжений и соответствующих фазных токов. Исследования проведены как при металлических замыканиях, так и при замыканиях через переходное сопротивление. Для каждого вида аварийного режима получены интервалы, в пределах которых изменяются рассмотренные критерии. Это позволяет однозначно определять вид повреждения. При этом, если замыкание произошло через переходное сопротивление, то указывается и его величина. Рассмотренный подход может быть использован в новых приборах определения места повреждения в распределительных электрических сетях 6–10–35 кВ.