Опыт эксплуатации резистивного заземления нейтрали сети 10 кВ на ПС «Петродворец» и экспериментальное исследование токов однофазного замыкания на землю

Page 1
background image

Page 2
background image

78

Опыт эксплуатации 
резистивного заземления 
нейтрали сети 10 кВ 
на ПС «Петродворец» 
и экспериментальное 
исследование токов 
однофазного замыкания 
на землю

УДК

 621.3.053.2

Кучумов

 

Л

.

А

., 

к

.

т

.

н

., 

ЗАО

 «

НПФ

 «

ЭНЕРГОСОЮЗ

»

Кузнецов

 

А

.

А

.,

к

.

т

.

н

., 

ЗАО

 «

НПФ

 «

ЭНЕРГОСОЮЗ

»

Евдокунин

 

Г

.

А

., 

д

.

т

.

н

., 

профессор

 

СПбПУ

Титенков

 

С

.

С

., 

к

.

т

.

н

., 

генеральный

 

директор

 

ООО

 «

ЕГЕ

-

Энерган

»

Назарычев

 

А

.

Н

.,

д

.

т

.

н

., 

профессор

ректор

 

ФГАОУ

 

ДПО

 «

ПЭИПК

»

Милютин

 

С

.

И

.,

 

начальник

 

Петродворцового

 

района

 

филиала

 

ПАО

 «

Ленэнерго

» — 

«

Пригородные

 

электрические

 

сети

»

Червочков

 

Д

.

П

., 

инженер

ЗАО

 «

НПФ

 

«

ЭНЕРГОСОЮЗ

»

Суходоев

 

С

.

П

.,

 

диспетчер

 

Петродворцового

 

района

 

филиала

 

ПАО

 «

Ленэнерго

» — 

«

Пригородные

 

электрические

 

сети

»

В

 

статье

 

обсуждаются

 

особенности

 

режимов

 

однофазных

 

за

-

мыканий

 

на

 

землю

 

в

 

сети

 10 

кВ

 

с

 

реализованным

 

низкоомным

 

заземлением

 

нейтрали

Сопоставляются

 

расчетные

 

и

 

экспери

-

ментально

 

полученные

 

данные

 

о

 

режимных

 

параметрах

 

в

 

опы

-

тах

 

металлического

 

замыкания

 

на

 

землю

проведенных

 

при

 

изолированной

 

и

 

резистивной

 

нейтрали

.

Ключевые

 

слова

:

изолированная

 

нейтраль

резистивно

 

заземленная

 

нейтраль

токи

 

однофазных

 

замыканий

 

на

 

землю

осциллографирование

 

процессов

Keywords:

isolated neutral, resistance earthed 
neutral, single-phase earth fault currents, 
oscillograph recording

В

опрос

 

о

 

целесообразности

 

различных

 

способов

 

за

-

земления

 

нейтрали

 

в

 

се

-

тях

 6–35 

кВ

 

в

 

последние

 

годы

 

продолжает

 

быть

 

актуальным

 

[1, 2, 3, 4, 5]. 

Обосновывается

 

воз

-

можность

 

отказа

 

от

 

эксплуатации

 

сетей

 

с

 

изолированной

 

нейтралью

Выдержал

 

проверку

 

временем

 

спо

-

соб

 

включения

 

в

 

нейтраль

 

автома

-

тически

 

управляемых

 

дугогасящих

 

реакторов

  (

ДГР

), 

минимизирующих

 

реактивные

 

токи

 

в

 

режимах

 

одно

-

фазных

 

замыканий

 

на

 

землю

  (

ОЗЗ

и

 

способствующих

 

снижению

 

крат

-

ности

 

перенапряжений

Активно

 

развивается

 

в

 

электросетевом

 

комплексе

 

России

 

относительно

 

новое

 

направление

 

резистивного

 

заземления

 

нейтралей

также

 

обес

-

печивающее

 

эффект

 

уменьшения

 

перенапряжений

 

в

 

сети

 

и

 

допол

-

нительно

 

повышающее

 

селектив

-

ность

 

и

 

надежность

 

работы

 

релей

-

ных

 

защит

 

от

 

ОЗЗ

распознающих

 

поврежденное

 

присоединение

.

Однако

 

нельзя

 

утверждать

что

 

в

 

настоящее

 

время

 

имеются

 

четко

 

сформулированные

 

и

 

общепри

-

знанные

 

технические

 

решения

По

-

этому

 

по

-

прежнему

 

актуальна

 

про

-

блема

 

специфики

 

режимов

 

ОЗЗ

к

а

б

е

л

ь

н

ы

е

 л

и

н

и

и

кабельные линии


Page 3
background image

79

особенно

 

если

 

она

 

базируется

 

на

 

полученных

 

экспериментальных

 

данных

 

и

 

корректно

 

разрабо

-

танных

 

математических

 

моделях

 

электрических

 

сетей

.

Рассмотрим

 

решение

 

данной

 

проблемы

 

на

 

примере

 

анализа

 

опыта

 

эксплуатации

 

и

 

резуль

-

татов

 

осциллографирования

 

напряжений

 

и

 

токов

 

при

 

металлическом

 

ОЗЗ

 

в

 

сети

 10 

кВ

 

главной

 

по

-

низительной

 

подстанции

  (

ГПП

ПС

-197 «

Петро

-

дво

 

рец

» 

Петродворцового

 

района

  «

Пригородных

 

электрических

 

сетей

» 

ПАО

  «

Ленэнерго

». 

Опы

-

ты

 

с

 

ОЗЗ

 

проведены

 

при

 

изолированной

 

и

 

рези

-

стивно

 

заземленной

 

нейтрали

 

сети

 

в

 2008 

году

 

на

 

ПС

-197, 

где

 

было

 

реализовано

 

низкоомное

 

резистивное

 

заземление

 

нейтрали

 

с

 

активным

 

током

 

однофазного

 

замыкания

 

на

 

землю

 

поряд

-

ка

 400 A. 

На

 

этой

 

подстанции

 

установлены

 

два

 

силовых

 

трансформатора

 

с

 

расщепленными

 

об

-

мотками

 

типа

 

ТРДН

-63000/110/10/6 

номинальной

 

мощностью

 63 

МВА

которые

 

питают

 

через

 

сдво

-

енные

 

токоограничивающие

 

реакторы

 

четыре

 

секции

 10 

кВ

 

и

 

четыре

 

секции

 6 

к

B. 

Причем

 

на

 

секциях

 6 

кВ

 

нейтраль

 

заземлена

 

через

 

дугога

-

сящие

 

реакторы

 ZTC50 190 

кВА

/6 

кВ

а

 

на

 

секци

-

ях

 10 

кВ

 

нейтраль

 

заземлена

 

через

 

резисторы

NER 200 A/10 

кВ

/5 

сек

  (

производитель

 «E

ГЕ

-

Энерган

», 

г

Санкт

-

Петербург

). 

Для

 

подтвержде

-

ния

 

правильности

 

принятого

 

технического

 

реше

-

ния

 

по

 

резистивному

 

заземлению

 

нейтрали

 

были

 

выполнены

 

экспе

-

риментальные

 

исследования

 

то

-

ков

 

ОЗЗ

 

на

 

секциях

 10 

кВ

 

ПС

-197 

«

Петродворец

» 

и

 

питаемой

 

сети

.

На

 

момент

 

проведения

 

опы

-

тов

 

была

 

создана

 

конфигурация

 

сети

показанная

 

на

 

рисунке

 1. 

Она

 

отличается

 

от

 

схемы

 

сети

принятой

 

в

 

нормальном

 

режиме

 

эксплуатации

Какие

-

либо

 

на

-

грузки

 

отсутствовали

Емкостная

 

составляющая

 

тока

 

ОЗЗ

 

в

 

этой

 

сети

 

обусловлена

 

преимуще

-

ственно

 

четырьмя

 

идентичными

 

по

 

исполнению

 

кабельными

 

ли

-

ниями

 (

КЛ

Ф

1

÷

 

Ф

4

Длина

 

каждого

 

фидера

 

l

КЛ

 

=

 

6,4 

км

По

 

фидеру

 

Ф

1

 

подается

 

питание

 

от

 

шин

 1-

й

 

сек

-

ции

 

ГПП

 

на

 

шины

 

РП

Фидеры

 

Ф

3

 

и

 

Ф

4

 

подключены

 

ко

 2-

й

 

сек

-

ции

 

ГПП

связанной

 

с

 1-

й

 

сек

-

цией

 

через

 

сдвоенный

 

реактор

Фидер

 

Ф

2

 

подключен

 

к

 

шинам

 

РП

Каждый

 

из

 

фидеров

 

имеет

 

две

 

параллельно

 

проложенные

 

трехфазные

 

группы

 

однофазных

 

КЛ

 

со

 

СПЭ

-

изоляцией

 

при

 

сече

-

ниях

 

жилы

 240 

мм

2

  (

алюминий

и

 

экрана

 70 

мм

2

  (

медь

). 

Экраны

 

КЛ

 

заземлены

 

с

 

двух

 

сторон

При

 

погонной

 

емкости

 

одиноч

-

ного

 

кабеля

 

C

0

* = 0,412 

мкФ

/

км

расчетное

 

значение

 

тока

 

ОЗЗ

 

со

-

ставляет

Рис

. 1. 

Схема

 

сети

 10 

кВ

 

на

 

момент

 

проведения

 

опытов

 

ОЗЗ

 

Сеть 110 кВ

Т

СР

ТН-1

ГПП

Фидер Ф

R

R

N

1 секция 10 кВ

Цифровой

осциллограф

«НЕВА-ИПЭ» 

№1

2 секция 10 кВ

ТТНП

Цифровой 

осциллограф

«НЕВА-ИПЭ» 

№2

ТН-2

РП

ОЗЗ

экран КЛ

u

a

,

u

b

,

u

c

,

u

0

u

a

,

u

b

,

u

c

,

u

0

i

a

,

i

b

,

i

c

i

a

,

i

b

,

i

c

i

a

,

i

b

,

i

c

3

i

0 Ф

i

экр

3

i

0

R

i

ОЗЗ

R

N

Фаза «А»

Фид

ер Ф

2

Фидер Ф

3

Фидер Ф

R

Фидер Ф

4

3

i

0 Ф

3

i

0 Ф

ГПП

3

i

0 Ф

РП

Фидер Ф

1

(аварий

ный)

ФМЗО

ФМЗО

Ячейка 

с ОЗЗ

1

1

3

4

2

N

1

N

1

N

2

1

I

ОЗЗ

 = (

U

ЛИН

 

/

3) · 



· 

C

0

 =

= (10300

 

/

3) · 314 · 63,3 · 10

-6

 = 118,3 

А

,

где

 

при

 

определении

 

суммарной

 

емкости

 

трех

 

фаз

 

на

 

землю

 

C

0

 = 

C

0

* · 4 · 2 · 3 · 

КЛ

 = 63,3 

мкФ

учтено

 

наличие

 

четырех

 

идентичных

 

двухцепных

 

КЛ

.

По

 

результатам

 

опытов

 

емкостной

 

ток

 

ОЗЗ

 

при

 

изолированной

 

нейтрали

 

и

 

U

ЛИН

 

=

 

10,3 

кВ

 

оказался

 

равным

 128 

А

 (

больше

 

на

 8% 

расчетного

при

 

соб

-

ственном

 

токе

 

каждого

 

из

 

фидеров

 3

Î

0

 

 32 

А

.

 

Раз

-

личие

 

между

 

расчетным

 

и

 

реально

 

измеренным

 

емкостными

 

токами

 

вероятно

 

связано

 

с

 

неточным

 

учетом

 

длин

 

кабельных

 

линий

 

при

 

прокладке

 

или

 

неточностью

 

справочных

 

данных

 

по

 

емкости

 

кабе

-

ля

 (

для

 

разных

 

производителей

).

Для

 

улучшения

 

условий

 

работы

 

при

 

ОЗЗ

 

про

-

стых

 

токовых

 

защит

 

нулевой

 

последовательности

 

(

НП

на

 

обеих

 

секциях

 

ГПП

 

постоянно

 

включены

 

присоединения

 

Ф

R

N

1

 

и

 

Ф

R

N

2

содержащие

 

транс

-

форматоры

 

вывода

 

нейтрали

 

и

 

установленные

 

в

 

эти

 

нейтрали

 

резисторы

 

с

 

активным

 

сопротив

-

лением

 

R

N

 = 28,9 

Ом

Это

 

позволяет

 

увеличить

 

полный

 

ток

 

металлического

 

ОЗЗ

 

до

 

значения

 

око

-

ло

 200 

А

 

при

 

задействовании

 

Ф

R

N

1

 

и

 

примерно

 

до

 

350 

А

 

при

 

одновременном

 

нахождении

 

в

 

работе

 

фидеров

 

заземления

 

нейтрали

 

Ф

R

N

1

 

и

 

Ф

R

N

2

Расчет

-

 6 (45) 2017


Page 4
background image

80

Рис

. 3. 

Осциллограммы

 

металлического

 

ОЗЗ

 

при

 

изолированной

 

нейтрали

снятые

 

на

 

РП

 (

а

и

 

ГПП

 (

б

)

б

ГПП

а

РП

ная

 

длительность

 

нахождения

 

резисторов

 

под

 

то

-

ком

 

составляет

 5 

секунд

Реализованная

 

защита

 

гарантированно

 

прекращает

 

режим

 

ОЗЗ

 

за

 

время

 

t

 

 0,6 

с

Фото

 

трансформатора

 

вывода

 

нейтрали

 

и

 

резистора

 

приведено

 

на

 

рисунке

 2.

Опыты

 

металлического

 

замыкания

 

фазы

 «

А

» 

осу

-

ществлялись

 

с

 

использованием

 

ячейки

 

на

 

РП

С

 

по

-

мощью

 

двух

 

цифровых

 

осциллографов

 

при

 

частоте

 

оцифровки

 10 

кГц

 

велась

 

запись

 

мгновенных

 

значе

-

ний

 

фазных

 

напряжений

 

и

 

токов

 3

i

0

(

t

всех

 

присоеди

-

нений

 

на

 

ГПП

 

и

 

РП

При

 

измерении

 

токов

 

НП

 

были

 

задействованы

 

штатные

 

трансформаторы

 

тока

 

нуле

-

вой

 

последовательности

 (

ТТНП

типа

 

ТЗЛ

Дополни

-

тельно

 

с

 

помощью

 

однофазных

 

ТТ

 

осциллографиро

-

вались

 

фазные

 

токи

 

фидера

 

Ф

1

 

и

 

ток

протекающий

 

в

 

режиме

 

ОЗЗ

 

по

 

экрану

 

фидера

 

Ф

1

.

ОПЫТ

 

ОЗЗ

ПРИ

 

ИЗОЛИРОВАННОЙ

 

НЕЙТРАЛИ

Начальные

 

фрагменты

 

снятых

 

на

 

РП

 

и

 

ГПП

 

ос

-

циллограмм

 

режима

 

ОЗЗ

 

при

 

изолированной

 

ней

-

трали

 

показаны

 

на

 

рисунке

 3. 

Фазировки

 

токов

 

соответствуют

 

показанным

 

на

 

рисунке

 1 

обще

-

принятым

 

направлениям

 

стрелок

 

от

 

центра

 

пи

-

тания

 

к

 

нагрузкам

Напряжение

 

в

 

сети

 

во

 

время

 

проведения

 

опытов

 

поддерживалось

 

на

 

уровне

 

10,3 

кВ

Данная

 

сеть

 

эксплуатируется

 

с

 

обрат

-

ным

 

чередованием

 

фаз

Замыкание

 

в

 

узле

 

РП

 

произошло

 

в

 

момент

когда

 

мгновенное

 

значение

 

напряжения

 

на

 

аварийной

 

фазе

  «

А

» 

составля

-

ло

 0,5

U

Ф

m

В

 

момент

 

ОЗЗ

 

появляются

 

свободные

 

составляющие

 

токов

 

и

 

напряжений

быстро

 

за

-

тухающие

 

на

 

частотах

 4÷6 

кГц

  (

их

 

интенсивность

 

заметно

 

ослабевает

 

в

 

удаленном

 

от

 

места

 

замы

-

кания

 

узле

 

ГПП

и

 

затухающие

 

примерно

 

за

 20 

мс

 

на

 

частоте

 430 

Гц

Первые

 

наибольшие

 

импуль

-

сы

 

тока

 

i

ОЗЗ

(

t

и

 

напряжения

 

u

0

(

t

являются

 

разно

-

полярными

этот

 

известный

 

факт

 

используется

 

многими

 

разработчиками

 

защит

 

для

 

быстрого

 

рас

-

познания

 

поврежденного

 

присоединения

.

Обработка

 

показанных

 

на

 

рисунке

 3 

напря

-

жений

 

и

 

токов

  3

i

0

(

t

для

 

установившегося

 

режи

-

ма

 

ОЗЗ

 

дала

 

следующие

 

значения

U

Ф

 

=

 

5,95 

кВ

U

ЛИН

 

=

 

10,3 

кВ

I

ОЗЗ

 = 3

I

ОЗЗ

 = 128 

А

; 3

I

0

РП

Ф

1

 = 96 

А

;

 

3

I

0

ГПП

Ф

1

 = 64 

А

; 3

I

Ф

2

 

≅ 

3

I

Ф

3

 

≅ 

3

I

Ф

4

 = 32 

А

При

 

ме

-

таллическом

 

ОЗЗ

 

ток

 

i

Ф

1

(

t

в

 

аварийном

 

фидере

 

Ф

1

 

практически

 

равен

 

току

 

i

ОЗЗ

(

t

).

 

Кратности

 

K

I

 

мак

-

симальных

 

значений

 

бросков

 

токов

  3

i

0

(

t

по

 

отно

-

шению

 

к

 

амплитудам

 

установившегося

 

тока

 

соста

-

вили

K

I

ОЗЗ

 

 2,3; 

K

I

РП

 

Ф

1

 

 3,7; 

K

I

ГПП

 

Ф

1

 

 3,5; 

K

I

РП

 

Ф

2

 

 7,6;

K

I

 

Ф

3

 = 

K

I

 

Ф

4

 

≅ 

3,2.

Представляет

 

интерес

 

сопоставление

 

измерен

-

ного

 

на

 

ГПП

 

тока

  3

i

0

ГПП

 

Ф

1

(

t

в

 

жилах

 

аварийного

 

фи

-

дера

 

Ф

1

 

и

 

тока

 3

i

экр

ГПП

 

Ф

1

(

t

в

 

экране

 

этого

 

фидера

Для

 

удобства

 

сравнения

 

направление

 

тока

 

экрана

 

на

 

ос

-

циллограмме

 

рисунка

 3 

перевернуто

 

и

 

принято

 

со

-

впадающим

 

с

 

током

 3

i

0

ГПП

 

Ф

1

(

t

). 

Видно

что

 

в

 

начальный

 

момент

 

замыкания

 

эти

 

токи

 

практически

 

совпадают

но

 

уже

 

спустя

 20 

мс

 

ток

 

в

 

экране

 

снижается

 

на

 25% 

(

часть

 

тока

 

НП

 

от

 

РП

 

к

 

центру

 

питания

 

ГПП

 

возвра

-

щается

 

не

 

по

 

экранам

 

аварийного

 

фидера

 

Ф

1

).

Рис

. 2. 

Фото

 

одного

 

из

 

трансформаторов

 

вывода

 

нейтрали

 

типа

 

ФМЗО

-200 

кВА

 

и

 

резистора

 

заземления

 

нейтрали

 NER 200 

А

/10 

кВ

/5 

с

КАБЕЛЬНЫЕ

ЛИНИИ


Page 5
background image

81

Рис

. 5. 

Осциллограммы

 

металлического

 

ОЗЗ

 

при

 

резистивно

 

заземленной

 

нейтрали

снятые

 

на

 

РП

 (

а

и

 

ГПП

 (

б

)

б

ГПП

а

РП

Узел ГПП

3

I

0 Ф

= 63 А

Г ПП

1

3

P

0 Ф

= 9 к Вт

Г ПП

1

3

Q

0 Ф

= –381 квар

Г ПП

1

3

I

0 Ф

= 94 А

РП

1

3

P

0 Ф

= 21 к Вт

РП

1

3

Q

0 Ф

= –571 к вар

РП

1

Фидер Ф

1

(аварийный)

3

I

0 Ф

= 31,5 А

2

3

P

0 Ф

= 4,5 к Вт

2

3

Q

0 Ф

= –191 квар

2

Фидер Ф

2

Ячейка 

с ОЗЗ

3

I

0 Ф

= 31,5 А = 3

I

0 Ф

3

3

P

0 Ф

= 4,5 к Вт  = 3

P

0 Ф

3

3

Q

0 Ф

= –191 к вар = 3

Q

0 Ф

3

Фидер Ф

3

Фидер Ф

4

4

4

4

Узел РП

I

0 ОЗЗ

= 126 А

P

0 ОЗЗ

= 25,5 к Вт

Q

0 ОЗЗ

= –7 62 к вар

Г

0

Рис

. 4. 

Токи

 

и

 

мощности

 

нулевой

 

последовательности

 

в

 

режиме

 

металлическо

-

го

 

ОЗЗ

 

при

 

изолированной

 

нейтрали

 

сети

Токи

 

i

ОЗЗ

(

t

), 3

i

0

РП

 

Ф

1

(

t

и

  3

i

0

ГПП

 

Ф

1

(

t

аварийного

 

при

-

соединения

 

Ф

1

 

отстают

 

от

 

напряжения

 

u

0

(

t

)

 

на

 

угол

несколько

 

больший

 90°. 

Это

 

свидетельствует

 

о

 

су

-

ществовании

 

в

 

этих

 

цепях

 

встречных

  (

в

 

сторону

 

пи

-

тающей

 

сети

потоков

 

ем

-

костной

 

реактивной

 

3

Q

0

 

и

 

активной

  3

P

0

 

мощностей

 

на

 

составляющих

 

токов

 

НП

идущих

 

на

 

покрытие

 

по

-

терь

создаваемых

 

токами

 

НП

 

преимущественно

 

в

 

ем

-

костно

-

активных

 

сопротив

-

лениях

 

изоляции

 

на

 

землю

Токи

 3

i

0

(

t

неаварийных

 

при

-

соединений

 

Ф

2

Ф

3

 

и

 

Ф

4

 

опе

-

режают

 

напряжение

 

u

0

(

t

)

 

на

 

угол

немного

 

меньший

 90°, 

что

 

соответствует

 

протеканию

 

в

 

этих

 

цепях

 

в

 

сто

-

рону

 

земли

 

емкостно

-

активной

 

мощности

 

НП

Выполненные

 

оценки

 

симметричных

 

составля

-

ющих

 

напряжений

 

и

 

токов

 

для

 

установившегося

 

режима

 

ОЗЗ

 

в

 

узле

 

РП

 

позволили

 

получить

 

пока

-

занные

 

на

 

рисунке

 4 

токи

 

и

 

мощности

 

НП

 

в

 

местах

где

 

установлены

 

кабельные

 

ТТНП

Реактивная

 

мощность

 

емкостного

 

характера

 

имеет

 

знак

 

ми

-

нус

Направления

 

токов

 

в

 

присоединении

 

с

 

ОЗЗ

 

и

 

в

 

аварийном

 

фидере

 

Ф

1

связывающем

 

узлы

 

РП

 

и

 

ГПП

приняты

 

в

 

сторону

 

питающей

 

сети

В

 

присоединении

 

с

 

однофазной

 

закороткой

 

за

-

действован

 

своего

 

рода

 «

генератор

» 

НП

 (

на

 

рисун

-

ке

 

показан

 

как

 

Г

0

с

 

вырабатываемой

 

мощностью

S

·

ОЗЗ

 = 

S

·

Г

 = 25,5 

кВт

 – 

j

762 

квар

,

идущей

 

на

 

покрытие

 

потерь

 

в

 

емкостно

-

активных

 

со

-

противлениях

 

изоляции

 

на

 

землю

 

четырех

 

КЛ

 

в

 

дан

-

ной

 

сети

В

 

месте

 

возникновения

 

ОЗЗ

 

при

 

принятых

 

на

 

рисунке

 4 

направлениях

 

токов

 

соблюдается

 

ба

-

ланс

 

мощностей

 

 

S

·

ОЗЗ

 = 

S

·

ОЗЗ

 + 

S

·

ОЗЗ

.

 

(1)

Это

 

свидетельствует

 

о

 

преобразовании

 

под

-

водимой

 

от

 

энергосистемы

 

мощности

 

S

·

ОЗЗ

 

на

 

составляющих

 

напряжения

 

и

 

тока

 

прямой

 

после

-

довательности

 

в

 

потоки

 

мощности

 

нулевой

 

и

 

об

-

ратной

 

последовательностей

Мощность

 

S

·

ОЗЗ

 

соответствует

 

потерям

 

в

 

продольных

 

сопротивле

-

ниях

 

сети

 

от

 

возникающих

 

при

 

ОЗЗ

 

токов

 

обратной

 

последовательности

На

 

рисунке

 4 

она

 

не

 

указана

поскольку

 

имеет

 

величину

 

более

 

чем

 

на

 2 

порядка

 

меньшую

 

мощности

 

S

·

ОЗЗ

Признак

 

встречности

 

на

-

правлений

  (

знаков

потоков

 

мощностей

  3

P

0

 

и

  3

Q

0

 

в

 

аварийном

 

и

 

неаварийных

 

присоединениях

 

ис

-

пользуется

 

в

 

направленных

 

защитах

 

от

 

ОЗЗ

Об

 

определении

 

поврежденного

 

присоединения

 

с

 

по

-

мощью

 

используемых

 

в

 

данной

 

сети

 

ненаправлен

-

ных

 

токовых

 

защит

 

с

 

рабочими

 

сигналами

 «

модули

 

токов

 3

I

0

» 

говорится

 

ниже

.

ОПЫТ

 

ОЗЗ

 

ПРИ

ЗАЗЕМЛЕНИИ

 

НЕЙТРАЛИ

 

ЧЕРЕЗ

 

РЕЗИСТОР

На

 

рисунке

 5 

приведены

 

осциллограммы

 

процессов

 

металлического

 

ОЗЗ

 

при

 

включении

 

на

 

ГПП

 

фидера

 

Ф

R

N

1

создающего

 

условия

 

заземления

 

нейтрали

 

че

-

рез

 

низкоомный

 

резистор

 

R

N

1

 

 28,9 

Ом

На

 

них

 

до

-

полнительно

 

к

 

переменным

показанным

 

на

 

рисун

-

ке

 3, 

отображен

 

ток

 3

i

Ф

R

N

1

(

t

в

 

фидере

 

с

 

резистором

 6 (45) 2017


Page 6
background image

82

Одинаковый

 

масштаб

 

осциллограмм

 

на

 

всех

 

рисун

-

ках

 

облегчает

 

их

 

сопоставление

Измеренное

 

действующее

 

значение

 

установив

-

шегося

 

тока

 

ОЗЗ

 

при

 

включении

 

резистора

 

в

 

ней

-

трали

 

сети

 

составило

 193,5 

А

что

 

в

 1,5 

раза

 

больше

 

собственного

 

емкостного

 

тока

 

сети

 

при

 

изолирован

-

ной

 

нейтрали

 

I

ОЗЗ

 = 128 

А

При

 

этом

 

активная

 

состав

-

ляющая

 

тока

 

равна

 171 

А

 

и

 

реактивная

 90 

А

Важно

 

отметить

что

 

полученное

 

на

 

практике

 

значение

 

тока

 

193,5 

А

 

на

 20% 

меньше

 

по

 

сравнению

 

с

 

часто

 

выпол

-

няемыми

 

оценочными

 

расчетами

 

по

 

формуле

:

 

____________

 

________________

I

ОЗЗ

 = 

I

2

емк

 + 

I

2

акт

 = 

128

2

 + 206

2

 = 242,5 

А

,

где

 

емкостная

 

составляющая

 

равна

 

току

 

ОЗЗ

 

в

 

сети

 

с

 

изолированной

 

нейтралью

а

 

активная

 

со

-

ставляющая

 

U

Л

 

10300 

I

акт

 = — · 

R

N

1

 = —  · 28,9 = 206 

А

 

 

3

соответствует

 

ожидаемому

 

току

 

резистора

Сниже

-

ние

 

тока

 

ОЗЗ

 

в

 

данном

 

случае

 

обусловлено

 

вклю

-

чением

 

резистора

 

в

 

нейтраль

 

маломощного

 

транс

-

форматора

 

вывода

 

нейтрали

 

типа

 

ФМЗО

-200 (

S

Тном

 = 

200 

кВА

U

ном

 = 11 

кВ

u

k

 = 4 %, 

P

КЗ

 = 2 

кВт

), 

имеюще

-

го

 

значительные

 

сопротивления

 

U

2

ном

 11

2

 · 10

9

r

Т

 = 

P

КЗ

 · — = 2 · — = 6,05 

Ом

;

 

S

2

ном

 200

2

 · 10

6

 

U

2

ном

 11

2

 · 10

6

x

Т

 = 

u

k

 · — = 2 · — = 6,05 

Ом

.

 

S

ном

 

200 · 10

3

В

 

результате

 

заземляющий

 

фидер

 

Ф

R

N

1

 

представ

-

ляет

 

собой

 

активно

-

индуктивное

 

заземление

 

ней

-

трали

 

с

 

индуктивным

 

сопротивлением

 

x

Ф

R

N

1

 = 

x

Т

 / 3 = 8,1 

Ом

 

и

 

активным

 

сопротивлением

r

Ф

R

N

1

 = 

r

Т

 / 3 + 

R

N

1

 = 31 

Ом

Это

 

индуктивное

 

сопротивление

 

трансформа

-

тора

 

вывода

 

нейтрали

 

создает

 

эффект

 

компенса

-

ции

 

части

 

емкостной

 

составляющей

 

тока

 

ОЗЗ

она

 

уменьшается

 

на

 30% 

по

 

сравнению

 

с

 

исходным

 

зна

-

чением

 128 

А

Влияние

 

ин

-

дуктивного

 

сопротивления

 

трансформатора

 

привело

 

к

 

уменьшению

 

на

 17% 

так

-

же

 

и

 

расчетного

 

значения

 

активной

 

составляющей

 

тока

 

ОЗЗ

.

Согласно

 

рисунку

 5 

в

 

мо

-

мент

 

замыкания

 

фазы

  «

А

» 

напряжение

 

было

 

близко

 

к

 

амплитудному

 

значению

Следствием

 

этого

 

являются

 

повышенная

 

интенсивность

 

свободных

 

колебаний

 

и

 

по

-

вышенные

 

броски

 

токов

 

нулевой

 

последовательно

-

сти

 

в

 

присоединениях

 

по

 

сравнению

 

с

 

подобными

 

проявлениями

 

на

 

рисун

-

ке

 3. 

Важно

 

подчеркнуть

что

 

резистор

включенный

 

в

 

нейтраль

 

сети

 

последовательно

 

с

 

индуктивным

 

со

-

противлением

 

маломощного

 

заземляющего

 

транс

-

форматора

практически

 

не

 

повлиял

 

на

 

частоты

амплитуды

 

и

 

время

 

затухания

 

свободных

 

составля

-

ющих

 

токов

 

и

 

напряжений

на

 

кратность

 

перенапря

-

жений

 

в

 

переходном

 

процессе

 

ОЗЗ

Это

 

согласуется

 

с

 

выводами

 

авторов

 [4].

Установка

 

в

 

нейтрали

 

низкоомного

 

резисто

-

ра

 

принципиально

 

изменила

 

фазовый

 

сдвиг

 

0

 

между

 

напряжением

 

u

0

(

t

и

 

током

 

i

ОЗЗ

(

t

в

 

ветви

 

ОЗЗ

а

 

также

 

фазовый

 

сдвиг

 

между

 

u

0

(

t

и

 

током

 

3

i

Ф

1

(

t

в

 «

аварийном

» 

фидере

 

Ф

1

Ток

 

ОЗЗ

 

отстает

 

от

 

напряжения

 

примерно

 

на

 

угол

 152º, 

а

 

это

 

соот

-

ветствует

 

наличию

 

в

 

месте

 

ОЗЗ

 «

генератора

» 

НП

 

с

 

мощностью

S

·

Г

 = 1090 

кВт

 – 

j

446 

квар

покрывающего

 

активно

-

реактивные

 

потери

 

в

 

сети

.

Распределение

 

по

 

резистивно

-

заземленной

 

сети

 

токов

 

и

 

мощностей

 

НП

 

представлено

 

на

 

рисунке

 6. 

Необходимое

 

для

 

работы

 

токовых

 

защит

 

увеличе

-

ние

 

токов

 3

I

0

 

достигнуто

 

только

 

в

 

аварийном

 

фиде

-

ре

 

Ф

1

Токи

 

и

 

мощности

 

НП

 

неаварийных

 

фидеров

 

остались

 

на

 

тех

 

же

 

уровнях

что

 

на

 

рисунке

 4 

для

 

сети

 

с

 

изолированной

 

нейтралью

однако

 

покрытие

 

(

компенсация

емкостных

 

составляющих

 3

Q

0

 

потерь

 

в

 

изоляции

 

здесь

 

идет

 

не

 

только

 

со

 

стороны

  «

гене

-

ратора

» 

НП

но

 

также

 

в

 

доле

 ~30% 

и

 

от

 

имеющегося

 

в

 

фидере

 

Ф

R

N

1

 

индуктивного

 

сопротивления

 

нейтра

-

леобразующего

 

трансформатора

При

 

наличии

 

резистора

 

в

 

сети

 

образуется

 

контур

 

«

ячейка

 

с

 

ОЗЗ

 — 

аварийный

 

фидер

 

Ф

1

 — 

заземля

-

ющий

 

фидер

 

Ф

R

N

1

», 

по

 

которому

 

от

 

места

 

ОЗЗ

 

к

 

ре

-

зистору

 

R

N

1

 

кратковременно

 (

доли

 

секунды

переда

-

ется

 

активная

 

мощность

  3

P

0

соизмеримая

 

с

 1 

МВт

Это

 

создает

 

предпосылки

 

для

 

селективной

 

работы

 

так

 

называемых

  «

ваттметровых

» 

направленных

 

за

-

щит

имеющих

 

код

 ANSI 32 

и

 

ориентированных

 

на

 

измерение

 

и

 

сопоставление

 

протекающих

 

по

 

при

-

соединениям

 

потоков

 

активных

 

мощностей

 

НП

Но

 

Узел ГПП

3

I

0 Ф

= 181,5 А

Г ПП

1

3

P

0 Ф

= 1076 к Вт

Г ПП

1

3

Q

0 Ф

= –81 квар

Г ПП

1

3

I

0 Ф

= 187 А

РП

1

3

P

0 Ф

= 1086 к Вт

РП

1

3

Q

0 Ф

= –261 к вар

РП

1

Фидер Ф

1

(авари

й

ный)

3

I

0 Ф

= 31 А

2

3

P

0 Ф

= 4,3 к Вт

2

3

Q

0 Ф

= –185 к вар

2

Фидер Ф

2

Ячейка 

с ОЗЗ

3

I

= 30,5 А = 3

I

0 Ф

3

3

P

= 4,3 к Вт  = 3

P

0 Ф

3

3

Q

= –182 к вар = 3

Q

0 Ф

3

Фиде

р Ф

3

Фидер Ф

4

4

4

4

Узел РП

I

0 ОЗЗ

= 197 А

P

0 ОЗЗ

= 1090 к Вт

Q

0 ОЗЗ

= –446 к вар

Фидер Ф

R

N

1

3

I

0 Ф

= 185 А

R

3

P

0 Ф

= 1067 к Вт

3

Q

0 Ф

= 284 к вар

N

1

R

N

1

R

N

1

Г

0

Рис

. 6. 

Токи

 

и

 

мощности

 

нулевой

 

последовательности

 

в

 

режиме

 

металлического

 

ОЗЗ

 

при

 

резистивно

 

заземленной