Задача определения присоединения с однофазным замыканием на землю (ОЗЗ) в сетях 6(10)-35 кВ в настоящее время не имеет эффективного решения несмотря на динамичное развитие техники релейной защиты и увеличение установленного парка микропроцессорных устройств на объектах энергетики. Специалисты НТЦ «Механотроника» разработали специальный алгоритм для определения поврежденного фидера.
В реальных условиях на энергообъектах до сих пор при возникновении ОЗЗ на секциях шин срабатывает неселективная сигнализация по повышению напряжения нулевой последовательности. При этом нет четкого определения фидера с ОЗЗ. Если секция шин питается от вышестоящей подстанции, то такая же неселективная сигнализация срабатывает на нескольких распределительных устройствах 6-10 кВ.
Поиск ОЗЗ осуществляется методом последовательного отключения/включения всех фидеров 6-10 кВ на всех распределительных устройствах. Эти переключения влияют на работу технологического оборудования потребителей, загружают оперативный персонал непродуктивной работой и увеличивают время на устранение замыкания.
Варианты решений
За последние десятилетия в области защиты от ОЗЗ появилось много разработок, по этой тематике было защищено значительное количество кандидатских и докторских диссертаций, однако решение, которое получило бы массовое распространение, пока не найдено. Применение предлагаемых разработок зачастую затруднено несовершенством их характеристик, сложностью задания уставок и отсутствием методик расчета.
Кроме того, рекомендуется устанавливать совместно с защитами присоединений отдельные централизованные устройства для выявления однофазных замыканий на землю. Возникает парадоксальная ситуация: из-за несовершенства защит присоединений 6-35 кВ и трудности выявления присоединения с ОЗЗ эксплуатирующие организации вынуждены применять дополнительное дорогостоящее оборудование.
С одной стороны, внедрение централизованных устройств — привлекательное решение для производителей техники РЗА, так как позволяет увеличить выпуск продукции в сегменте 6-35 кВ. С другой — эта концепция не оптимальна для серьезной модернизации подстанционного оборудования 6-35 кВ, так как в масштабах энергосистемы страны приведет к значительным затратам.
Селектор направления ОЗЗ
НТЦ «Механотроника» оценил долгосрочные концепции развития в области выявления присоединения с ОЗЗ и признал наиболее перспективной совершенствование методов выявления таких фидеров в существующих защитах 6-35 кВ. Был разработан уникальный алгоритм — селектор направления однофазного замыкания на землю (СНОЗЗ). Алгоритм выявляет начальный момент пробоя и анализирует переходный процесс тока и напряжения нулевой последовательности, проводя оценку динамики изменения направления мощности нулевой последовательности.
СНОЗЗ использует принцип выделения свободной составляющей переходного процесса и последующей ее обработки с применением стандартных функций частотных преобразований и элементов математической статистики.
На рисунке 1 показан пример схемы защищаемой сети. Процессы, происходящие при внутреннем и внешнем замыканиях, отличаются направлением мощности нулевой последовательности в момент замыкания. При однофазном замыкании на землю в зоне действия защиты от ОЗЗ ток и напряжение нулевой последовательности в момент пробоя разнонаправлены (рис. 2), а при замыкании вне зоны действия защиты — сонаправлены (рис. 3).
Применение алгоритма СНОЗЗ
Впервые СНОЗЗ был применен в блоках защиты синхронных и асинхронных электродвигателей — БМРЗ-УЗД, в них функция определения присоединения с ОЗЗ особенно востребована, так как отключение такого потребителя, как двигатель, может привести к изменениям в ходе ответственных технологических процессов. В дальнейшем на основе успешного опыта применения алгоритм СНОЗЗ был интегрирован во все линейки устройств БМРЗ, начиная с самых простых реле — БМРЗ-50.
При настройке каждого блока РЗА на отходящей линии для работы СНОЗЗ задаются уставки:
- тип нейтрали сети (изолированная или компенсированная);
- отстройка от напряжения небаланса нулевой последовательности (можно принять 15 В).
Несмотря на достаточную математическую сложность СНОЗЗ, какие-либо дополнительные уставки задавать не требуется, поэтому с точки зрения эксплуатации — это очень простое решение.
Срабатывание СНОЗЗ происходит при наличии ОЗЗ на присоединении. БМРЗ может быть настроен как на сигнализацию, так и на отключение от срабатывания СНОЗЗ. В руководствах по эксплуатации блоков для удобства приведена методика проверки СНОЗЗ для наладки присоединения перед вводом его в работу.
Многочисленные лабораторные и полевые испытания показали, что функция СНОЗЗ правильно срабатывает в 92 % случаев. В 8 % случаев наблюдалось несрабатывание, что обусловлено недостаточной чувствительностью. Ложных срабатываний не зафиксировано. Это важный момент: СНОЗЗ либо работает правильно, либо, чтобы не вводить в заблуждение оперативный персонал, не срабатывает вообще.
В заводском исполнении устройств БМРЗ функция СНОЗЗ реализована с действием на сигнализацию, также предусмотрена возможность настройки на отключение.
Применение усовершенствованных защит присоединений позволяет оперативному персоналу сразу определить фидер с ОЗЗ, значительно сократив время его поиска и количество переключений.
