Новое микропроцессорное устройство для воздушных и кабельных линий 6–35 кВ

Особенностью проведённых исследований являлось то, что в нашей стране в одной из первых выполнялась разработка микропроцессорного устройства релейной защиты от замыканий на землю в распределительных электрических сетях среднего напряжения, реагирующего на начальную стадию переходного процесса, вызванного однофазным замыканием на землю (ОЗЗ). Прежде такого типа устройства, получившие название «импульсных», выполнялись на полупроводниковой и микроэлектронной основе. Селективное распознавание повреждённой линии электропередачи (ЛЭП) осуществлялось в течение десятков микросекунд. Выполнение устройства в виде микропроцессорного (с учётом тенденции развития современной техники РЗ) в течение многих лет откладывалось из-за отсутствия относительно недорогих микропроцессоров, способных регистрировать и обрабатывать переходный процесса с интервалом дескретизации порядка десятков микросекунд. И только в связи с их появлением в последние годы стало возможным приступить к данной работе.

В соответствии с техническими требованиями, предъявляемыми к устройству защиты от ОЗЗ, составленными с учётом международных и национальных стандартов, выполнены образцы устройств, а также программы и методики их лабораторных и опытно-промышленных испытаний.

На лабораторные испытания было представлено устройство под наименованием «ТОР 100 ЗЗ», предназначенное для селективной сигнализации или отключения при ОЗЗ (устойчивых и неустойчивых) в воздушных и кабельных линиях в сетях 6—35 кВ, независимо от режима работы их нейтрали. Устройство использует контроль направления распространения волн переходного процесса, возникающих в месте ОЗЗ и распространяющихся к концам линии — пунктам установки защиты, где в органе направления мощности защиты производится сравнение и запоминание первоначальных знаков тока 3I_о и напряжения 3U_о волны «фаза — земля» в течение времени до их изменения. Факт устойчивого ОЗЗ подтверждается контролем напряжения нулевой последовательности 3Uо промышленной частоты. В отличие от данных литературы [1] в органе направления мощности устройства время фиксации указанных знаков увеличено с 15—20 мкс до нескольких сотен микросекунд.

При проведении испытаний рассматривались в качестве моделей объектов радиальные и кольцевые электрические сети с изолированной и компенсированной нейтралью, а также с заземлением её через резистор. Модели электрических сетей, созданные для проведения испытаний с использованием программного комплекса Matlab, позволяют воссоздать требуемые режимы работы сетей, а также представить рассчитанные напряжения и токи в различных точках сети в виде осциллограмм. В процессе испытаний эти осциллограммы позволяют при помощи испытательного комплекса РЕТОМ-56 сформировать соответствующие напряжения и токи, подаваемые к измерительным органам устройства защиты.

В качестве примера приведены расчётные осциллограммы при ОЗЗ на защищаемой линии (рис. 1), где знаки тока и напряжения отличаются, и при внешнем ОЗЗ (рис. 2), где знаки тока и напряжения совпадают.

На основании результатов испытаний сделан вывод о достаточной устойчивости функционирования устройства при возрастании величины сопротивления в месте замыкания на землю от нуля до нескольких сотен и тысяч Ом, как при внутренних, так и при внешних ОЗЗ на кабельных и воздушных линиях при различных режимах работы нейтрали сети (изолированная, компенсированная и резистивно-заземлённая). Важным результатом испытаний стало установление факта о существенно меньшем потреблении мощности микропроцессорным устройством по цепям 3U_о и 3I_о (соответственно 0,0676 и 0,03 ВА) по сравнению с устройствами импульсной защиты от ОЗЗ, выполненными на микроинтегральной основе (соответственно 5 и 6 ВА).

Натурные испытания трёх образцов микропроцессорной импульсной защиты от ОЗЗ были проведены на подстанции «Ханты-Мансийская» Нефтеюганских электрических сетей ОАО «Тюменьэнерго» на линиях 10 кВ радиальной сети с изолированной нейтралью и подключением высокоомных резисторов к шинам 10 кВ через 500 мс после возникновения ОЗЗ. Устройства были подключены по измерительным цепям 3U_о и 3I_о соответственно к обмоткам секционных трансформаторов напряжения, соединённым в разомкнутый треугольник, и к трансформаторам тока нулевой последовательности линий 10 кВ «Ханты-Мансийская» — Шапша, «Ханты-Мансийская» — Базьяны и «Ханты-Мансийская» — ЭХЗ, а также к цепям питания и оперативного тока.

Опыты ОЗЗ на линиях 10 кВ «Ханты-Мансийская» — Шапша, «Ханты-Мансийская» — Базьяны, «Ханты-Мансийская» — ЭХЗ и «Ханты-Мансийская» — Югра-1 осуществлялись путём включения вакуумного выключателя одной из этих линий на устанавливаемое переносное устройство заземления. Устойчивость функционирования устройств защиты вполне обеспечивалась при изменении расположения замыкания, согласно программе испытаний, от сотен метров до 20 км по длине ЛЭП независимо от конфигурации сети и соотношений между воздушными и кабельными участками ЛЭП. При этом переход на время фиксации в органе направления мощности в несколько сотен микросекунд не привёл к ухудшению работы устройств.

Особенностью опытных образцов является наличие в них встроенного органа проверки правильности фазировки цепей тока и напряжения устройства. При включении каждой из испытываемых ЛЭП этот орган чётко определял правильность полярности подключения указанных цепей в соответствии с требованиями селективности.

Результаты испытаний показали, что разработанные устройства удовлетворяют требованиям, предъявляемым к устройствам защиты от ОЗЗ электрических сетей 6—35 кВ, и могут быть включены в опытно-промышленную эксплуатацию на подстанции «Ханты-Мансийская». Положительные результаты испытаний и эксплуатации трёх опытных образцов микропроцессорных устройств импульсной защиты от ОЗЗ на подстанции «Ханты-Мансийская» дают основания для успешного продолжения работ по созданию промышленных устройств этой защиты.

ЛИТЕРАТУРА
1. Попов И.Н., Лачугин В.Ф., Соколова Г.В. Релейная защита, основанная на контроле переходных процессов. М.: Энергоатомиздат, 1986, с. 248.