1. Введение

В китайских энергосистемах 35 кВ и 10 кВ нейтральная точка трансформаторов часто не заземлена напрямую (для систем с малым током заземления). При возникновении однофазного замыкания на землю в линии величина тока замыкания часто значительно меньше тока нагрузки. Напряжение на поврежденной фазе падает до нуля, а напряжение на неповрежденной фазе возрастает в несколько раз по сравнению с фазным напряжением. Однако напряжение между тремя фазами остается симметричным и не влияет на нагрузку электроснабжения. Поэтому правила допускают непрерывную работу в течение 1-2 часов. Однако в реальных условиях эксплуатации из-за перенапряжения могут происходить аварии, такие как взрыв силовых кабелей, перегорание или даже возгорание предохранителей телевизоров и короткие замыкания шин. Поэтому быстрое определение точки заземления системы и устранение однофазных замыканий на землю имеет большое значение для безопасной эксплуатации системы. Традиционный метод обнаружения линий с замыканием на землю заключается в последовательном отключении автоматических выключателей каждой исходящей линии. После отключения поврежденной линии напряжение заземляющей фазы восстанавливается, и сигнал заземления исчезает. В противном случае поиск продолжается. Хотя этот метод поиска в большинстве случаев можно исправить повторным включением, с быстрым развитием промышленности недостатки этого метода очевидны для некоторых потребителей электроэнергии с высокими требованиями к электроснабжению, особенно для линий 35 кВ с большими нагрузками. Этот метод больше не отвечает требованиям безопасного и стабильного электроснабжения. С момента своего появления в 1980-х годах маломощные устройства выбора линии заземления быстро стали популярными и претерпели несколько обновлений. Хотя их точность выбора линии постоянно улучшалась, эффект выбора линии не является идеальным. Согласно соответствующим статистическим данным, средняя точность выбора линии различными моделями устройств выбора линии, находящихся в настоящее время в эксплуатации, составляет всего 20–30%, что является распространенной проблемой высокой частоты ошибок. Поэтому многие устройства устанавливаются просто как декоративный элемент и не могут быть использованы вообще, что приводит к нерациональному использованию. Интегрированная микрокомпьютерная система автоматизации обладает несравненными аппаратными преимуществами и вычислительными возможностями для сложных программных приложений по сравнению с традиционными устройствами линейного выбора, основанными на принципах микроконтроллеров. Вопрос о том, как использовать существующие ресурсы интегрированной микрокомпьютерной системы автоматизации для точного линейного выбора, является неотложной задачей, требующей решения.

2. Анализ напряжения и тока нулевой последовательности в однофазном заземлении системы с малым током заземления.

При однофазном замыкании на землю напряжение нулевой последовательности в точке повреждения равно U(·)d0 = (U(·)ad + U(·)bd + U(·)cd)/3 = -U(·)a, а ток нулевой последовательности в месте повреждения равен емкостному току всей системы.

Векторная диаграмма показана на рисунке 1: Ввиду одинаковой эквивалентной емкости воздушных линий относительно земли, на основе векторной диаграммы характеристики напряжения и тока нулевой последовательности можно свести к следующим четырем пунктам:

① При возникновении однофазного замыкания на землю (например, фазы А) емкость C0 поврежденной фазы замыкается на землю;

② Величина тока на незамыкаемой линии 3I (·) 01 равна току заземляющей емкости этой линии, а направление его емкостной реактивной мощности – от шины к линии;

③ Величина поврежденной линии 3I (·) 02 равна сумме 3I (·) 01 всех неповрежденных линий, которая представляет собой сумму токов заземляющей емкости всех неповрежденных линий; направление ее емкостной реактивной мощности – от линии к шине;

④ Если полярность трансформатора тока нулевой последовательности направлена ​​в положительную сторону от шины подстанции, то ток нулевой последовательности неповрежденной линии опережает напряжение нулевой последовательности на 90°, а ток нулевой последовательности поврежденной линии отстает от напряжения нулевой последовательности на 90°. Ток нулевой последовательности поврежденной линии сдвинут по фазе на 180° относительно тока нулевой последовательности неповрежденной линии;

3. Конкретные методы реализации и критерии выбора низкотоковых линий заземления в интегрированных автоматизированных подстанциях.

В настоящее время в энергосистеме Цинчжоу широко используется микрокомпьютерная интегрированная система автоматизации на базе операционной системы WINDOWSNT (WORKSTATION 4.0). Реализация функции выбора линии с малым током заземления проста и гибка в аппаратной конфигурации, а программное обеспечение для выбора линии несложно. Когда напряжение холостого хода (напряжение нулевой последовательности) определенного участка шинного трансформатора напряжения превышает допустимый предел (обычно 10-20 В), это обнаруживается общим устройством сбора данных и отправляется сигнал на главную станцию ​​функции выбора линии. После получения сигнала тревоги главная станция запрашивает векторы напряжения нулевой последовательности и тока нулевой последовательности у всех устройств защиты отходящих линий на этом участке шины. На основе полученных векторов рассчитывается направление емкостной реактивной мощности при заземлении. Одновременно, по величине тока нулевой последовательности каждой линии, определяется поврежденная линия, заземляющая линию. Максимальный угол чувствительности элемента определения нулевой последовательности для выбора линии составляет 90 градусов. В общем случае, предварительное определение линий заземления можно произвести по следующим точкам:

① Если направление тока в шине подстанции, идущей к выходу линии, принять за положительное, то емкостная реактивная мощность при заземлении равна Q = Im (U (·) × I (*)) = Uy × Ix Ux × Iy > 0

② Амплитуда 3I (·) 0 заземляющей линии является максимальной;

③ Если нет особых случаев заземления прямой линии, шина считается заземленной;

4. Методы получения и проверки тока нулевой последовательности и напряжения нулевой последовательности

Для трансформаторов тока метод трехфазной полной звездообразной схемы подключения может использовать векторную сумму трехфазных токов в качестве тока нулевой последовательности. Его преимущество заключается в простоте подключения и в том, что сложно перепутать клеммы с одинаковыми названиями токов нулевой последовательности. Когда трансформатор тока подключен в двухфазной неполной звездообразной схеме, а выходной порт представляет собой высоковольтный кабель, можно установить отдельный трансформатор тока нулевой последовательности, что имеет преимущество в меньшем несимметричном токе и более чувствительной реакции в случае неисправностей. В целом, для получения большего значения характеристики тока вторичной обмотки в случае неисправности, коэффициент трансформации трансформатора тока нулевой последовательности следует выбирать как можно меньшим, а точность — как можно большей. Лучше всего установить специальный линейный трансформатор тока нулевой последовательности (по статистическим данным, для типичного трансформатора тока нулевой последовательности 200/5, когда первичный ток меньше 5 А, а вторичная обмотка нагружена заданной нагрузкой, разница коэффициентов может достигать 20-40%, а угловая погрешность — 30-50 градусов). Особое внимание следует уделить направлению тока нулевой последовательности, которое должно быть положительным, когда шина течет в сторону линии. К одному и тому же выводу фильтра тока нулевой последовательности или трансформатора тока нулевой последовательности следует подключать один и тот же вывод защитного устройства.

Выбор напряжения нулевой последовательности для большинства устройств защиты микрокомпьютерных цепей осуществляется непосредственно путем расчета трехфазного напряжения в месте повреждения с использованием самого устройства защиты. Некоторые устройства защиты также требуют внешнего напряжения нулевой последовательности, и при его применении следует обращать внимание на направление напряжения нулевой последовательности. Разомкнутая цепь трансформатора напряжения имеет положительную полярность, но подключается к устройству защиты с обратной полярностью, то есть, одноименный конец (клемма «звезда») разомкнутой цепи трансформатора напряжения подключается к N и заземляется, а затем подключается к одноименному концу 3U0* устройства защиты микрокомпьютерного устройства защиты. Разноименный конец (без звездочки) подключается к L, и одновременно подключается разноименный конец 3U0 устройства защиты микрокомпьютерного устройства защиты, как показано на рисунке 2. На основе анализа характеристик напряжения нулевой последовательности и тока нулевой последовательности, а также фактической проводки на месте, необходимо имитировать фактическую фазу тока и напряжения нулевой последовательности в поврежденной линии во время испытаний. Например, при использовании комплексного микрокомпьютерного тестера 6108G от компании Guangdong Angli Company сначала подайте трехфазное сбалансированное напряжение положительной последовательности, затем уменьшите U(·)a до нуля и установите 3I(·)0 так, чтобы U(·)a опережало на 90 градусов (поскольку фактическая разность фаз между U(·)0 и U(·)a составляет 180 градусов) для проверки устройства выбора линии. После включения оборудования можно выбрать определенную исходящую линию для фактической проверки заземления в системе 10 кВ, чтобы определить правильность проводки и рабочие характеристики устройства выбора линии. Однако для системы 35 кВ из-за большого тока заземления, высокого уровня напряжения и высокого риска фактическая проверка заземления может не потребоваться.

5. Заключение

Микрокомпьютерная интегрированная система автоматизации обладает значительными преимуществами и достижениями в выборе линий по сравнению с традиционными устройствами выбора линий с низким током заземления. Однако высокочастотные гармоники, возникающие при отсутствии прямого заземления нейтральной точки, и перенапряжения, генерируемые в процессе перехода от короткого замыкания к короткому замыканию, приводят к высокой частоте ошибок традиционных устройств выбора линий. При выборе линий в микрокомпьютерных интегрированных системах автоматизации часто предоставляются три набора потенциально заземленных линий для ручной проверки и детального анализа, что помогает повысить точность выбора линий. В энергосистеме Цинчжоу на двух подстанциях 110 кВ и шести подстанциях 35 кВ используется функция выбора линий микрокомпьютерной интегрированной системы автоматизации компании Beijing Sifang. Согласно оперативной статистике, показатель правильного выбора линий достигает 95,6%, что повысило экономическую и социальную эффективность нашего энергоснабжающего ведомства.