RU156544U1 - Устройство определения повреждённого фидера - Google Patents

Abstract

Устройство определения повреждённого фидера, включающее каналы токов нулевой последовательности по числу контролируемых фидеров, подключённые к контролируемым фидерам посредством соответствующих измерительных трансформаторов тока нулевой последовательности, канал напряжения нулевой последовательности, подключённый к контролируемой сети посредством измерительного трансформатора напряжения, устройство определения замыкания на землю, отличающееся тем, что число устройств определения замыкания на землю соответствует числу контролируемых фидеров, а в качестве устройства определения замыкания на землю используют прибор сигнализации замыкания на землю «ПЗЗМ», кроме того, введены контроллер сбора, обработки и передачи информации, оперативный контроллер приёма, обработки и передачи информации, панель управления оператора, при этом выходы каналов токов нулевой последовательности подключены к входам токов нулевой последовательности соответствующего «ПЗЗМ», а вход напряжения нулевой последовательности каждого «ПЗЗМ» подключён к обмотке нулевой последовательности измерительного трансформатора напряжения, кроме того, вход-выход локальной сети каждого «ПЗЗМ» посредством разъёма для подключения к локальной сети соединён информационной шиной с контроллером сбора, обработки и передачи информации, который соединён с оперативным контроллером приёма, обработки и передачи информации, который соединён с панелью управления оператора и, кроме того, снабжён средством удалённой связи.

Description

Полезная модель относится к электроэнергетике и измерительной технике и может быть использована на электрических подстанциях для определения поврежденного фидера при однофазном замыкании на землю в разветвленной трехфазной кабельной сети с напряжением 3, 6, 10, 20, 35 кВ с изолированной, резистивно-заземленной, резонансно-заземленной, комбинировано-заземленной и полностью компенсированной нейтралью.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство централизованной защиты от однофазных замыканий на землю (РФ, патент на полезную модель №88859, H02H 3/16, 29.11.2009), которое позволяет определить присоединение с замыканием на землю в сетях 6-35 кВ. Устройство фиксирует однофазные замыкания на землю в контролируемых присоединениях, обеспечивает вывод сигналов в центральную сигнализацию и/или на отключение выключателей, обеспечивает сохранение информации о времени возникновения повреждения, номере поврежденного присоединения, величине тока замыкания на землю и вывод на алфавитно-цифровой дисплей и через интерфейс в локальную сеть. Устройство содержит каналы токов нулевой последовательности по числу контролируемых присоединений; канал напряжения нулевой последовательности; устройство определения замыкания на землю, в которое входят устройства сопряжения с входными каналами, амплитудно-цифровые преобразователи по числу каналов, микроконтроллер. Определение короткого замыкания основано на сравнении амплитуды тока короткого замыкания с уставкой, заложенной в микроконтроллер.

Прежде всего, недостаток известного устройства состоит в том, что реализуемый в нем принцип идентификации ОЗЗ позволяет использовать известное устройство только в сетях с изолированной нейтралью или с нейтралью, заземленной через резистор, что сужает область его использования.

Кроме того, в настоящее время в сетях с изолированной нейтралью широко используют компенсацию емкостного, а в некоторых узлах и активного тока замыкания на землю (ОЗЗ). В результате токи замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью в сетях с точной настройкой компенсации снижаются до единиц ампер, что приводит к потере главного критерия определения присоединения с ОЗЗ, реализуемого в известном устройстве, снижает достоверность полученных результатов, а также сужает область использования.

При этом, в известном устройстве отсутствует возможность индивидуального контроля каждого контролируемого присоединения с учетом его электрических и временных параметров, ввиду невозможности задания соответствующих уставок для конкретного присоединения, т.е. для каждого канала тока нулевой последовательности, что снижает как достоверность результатов выявления присоединения с ОЗЗ, так и сужает функциональные возможности известного устройства.

Кроме того, в известном устройстве отсутствуют средства, позволяющие соединять аналогичные устройства определения поврежденного фидера в локальную сеть в пределах контролируемого энергообъекта, что сужает функциональные возможности известного устройства, так как не позволяет с его помощью осуществлять централизованный мониторинг присоединений, принадлежащих различным секциям шин, для выявления присоединений с ОЗЗ.

Предлагаемая полезная модель решает задачу создания устройства определения поврежденного фидера, осуществление которого позволяет достичь технического результата, заключающегося в возможности определения поврежденного фидера при однофазном замыкании на землю в разветвленной трехфазной кабельной сети с напряжением 6, 10, 20, 35 кВ с любым видом нейтрали: с изолированной, резистивно-заземленной, резонансно-заземленной, комбинировано-заземленной и полностью компенсированной нейтралью; в выполнении индивидуального контроля каждого контролируемого присоединения с учетом его электрических и временных параметров за счет возможности задания соответствующих уставок для конкретного присоединения; в возможности соединения аналогичных заявляемых устройств определения поврежденного фидера в локальную сеть в пределах контролируемого энергообъекта и осуществления централизованного мониторинга состояния присоединений, принадлежащих к разным секциям шин; в повышении достоверности результатов определения поврежденного фидера; в расширении функциональных возможностей; в расширении арсенала средств для определения поврежденного присоединения при однофазном замыкании на землю.

Сущность полезной модели заключается в том, что в заявленном устройстве определения поврежденного фидера, включающем каналы токов нулевой последовательности по числу контролируемых фидеров, подключенные к контролируемым фидерам посредством соответствующих измерительных трансформаторов тока нулевой последовательности, канал напряжения нулевой последовательности, подключенный к контролируемой сети посредством измерительного трансформатора напряжения, устройство определения замыкания на землю, новым является то, что число устройств определения замыкания на землю соответствует числу контролируемых фидеров, а в качестве устройства определения замыкания на землю используют прибор сигнализации замыкания на землю «ПЗЗМ», кроме того введены контроллер сбора, обработки и передачи информации, оперативный контроллер приема, обработки и передачи информации, панель управления оператора, при этом выходы каналов токов нулевой последовательности подключены к входам токов нулевой последовательности соответствующего «ПЗЗМ», а вход напряжения нулевой последовательности каждого «ПЗЗМ» подключен к обмотке нулевой последовательности измерительного трансформатора напряжения, кроме того, вход-выход локальной сети каждого «ПЗЗМ» соединен информационной шиной с контроллером сбора, обработки и передачи информации, который соединен с оперативным контроллером приема, обработки и передачи информации, который соединен с панелью управления оператора и, кроме того, снабжен средством удаленной связи.

Заявленный технический результат достигается следующим образом. Существенные признаки формулы полезной модели: «Устройство определения поврежденного фидера, включающее каналы токов нулевой последовательности по числу контролируемых фидеров, подключенные к контролируемым фидерам посредством соответствующих измерительных трансформаторов тока нулевой последовательности, канал напряжения нулевой последовательности, подключенный к контролируемой сети посредством измерительного трансформатора напряжения, устройство определения замыкания на землю, …» - являются неотъемлемой частью заявленного устройства и обеспечивают его работоспособность, а, следовательно, обеспечивают достижение заявленного технического результата.

Прибор сигнализации замыкания на землю «ПЗЗМ» изготавливает предприятие ООО ВП «НТБЭ» (Наука, техника, бизнес в энергетике). В настоящее время на сайте предприятия Web site: www.ntbe-ural.ru размещена информация о варианте исполнения прибора «ПЗЗМ-3».

Прибор «ПЗЗМ» является цифровым, микропроцессорным и предназначен для поиска поврежденного присоединения в разветвленной трехфазной кабельной сети с напряжением 6, 10, 20, 35 кВ с любым видом нейтрали: с изолированной, резистивно-заземленной, резонансно-заземленной, комбинировано-заземленной и полностью компенсированной нейтралью. Количество контролируемых присоединений для одного прибора - четыре.

Действие прибора «ПЗЗМ» основано на фиксации полярностей первых полуволн высокочастотных составляющих тока и напряжения нулевой последовательности, возникающих при однофазных замыканиях на землю (ОЗЗ). Это позволило в приборе «ПЗЗМ» реализовать способ определения ОЗЗ, заключающийся в анализе параметров высокочастотных составляющих тока нулевой последовательности 3Io и напряжения нулевой последовательности 3Uo переходного процесса ОЗЗ, параметры которого не зависят от способа заземления нейтрали. Это расширяет область использования заявленного устройства, так как обеспечивает возможность применения в трехфазной кабельной сети с напряжением 6, 10, 20, 35 кВ с изолированной, резистивно-заземленной, резонансно-заземленной, комбинированно-заземленной и полностью компенсированной нейтралью, т.е. - независимо от способа заземления нейтрали.

Как уже отмечалось выше, в настоящее время в сетях с изолированной нейтралью широко применяют компенсацию емкостного, а в некоторых узлах, и активного тока замыкания на землю (ОЗЗ). В результате точной настройки компенсации, в сети с изолированной нейтралью токи замыкания на землю с сотен ампер (в зависимости от параметров сети) снизились до единиц ампер, что привело к потере главного критерия определения присоединения с ОЗЗ.

Аамплитуда тока 3Io высокочастотного переходного процесса много выше амплитуды тока промышленной частоты установившегося ОЗЗ, что позволяет получить достаточно высокую чувствительность к входным сигналам и повышает достоверность результатов определения поврежденного фидера (Тезисы доклада, конференция “Релейная защита и автоматика - 2009”, Москва, ВВЦ, Выставочный павильон “Электрификация” 7-9 апреля 2009 г.). Кроме того, в приборе «ПЗЗМ» одновременно фиксируют наличие опережения емкостным током высокочастотной составляющей тока 3Io на 90 электрических градусов инвертированной высокочастотной составляющей напряжения 3Uo, что также повышает достоверность результатов определения поврежденного фидера.

Прибор применяется одновременно и в качестве защиты, и для сигнализации о наличии поврежденного фидера.

- Прибор снабжен разъемом для подключения к локальной сети и разъемом для сервисного обслуживания. Передача информации об ОЗЗ производится по сети CAN.

Прибор обеспечивает выполнение следующих функций:

- определение наличия однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) на каждом контролируемом присоединении (принадлежащем одной секции шин);

- сигнализация наличия однофазного замыкания на землю;

- ввод и хранение уставок;

- фиксация токов и напряжений нулевой последовательности в момент аварии;

- имеет встроенные часы-календарь с возможностью синхронизации по линии связи;

- журнал на 300 событий с сохранением информации при пропадании оперативного питания (регистрация в журнале событий, запись осциллограмм из ОЗУ регистратора на флеш-карту);

- передачу параметров аварии, ввод и изменение уставок по линии связи.

Наличие измерительных трансформаторов тока нулевой последовательности, подключенных к контролируемым фидерам, и измерительных трансформаторов напряжения, и подключение к ним соответствующих входов «ПЗЗМ» обеспечивает возможность снятия информации о состоянии контролируемого фидера. При этом прибор «ПЗЗМ» обеспечивает ввод и хранение уставок, а также ввод и изменение уставок по локальной линии связи. Это позволяет не только выполнять индивидуальный контроль каждого контролируемого присоединения с учетом его электрических и временных параметров, за счет возможности задания соответствующих уставок для конкретного присоединения, но и обеспечивает возможность изменения уставки при смене контролируемого присоединения. В результате повышается достоверность результатов контроля состояния фидеров.

Наличие разъема для сервисного обслуживания обеспечивает возможность перепрограммирования процессора прибора «ПЗЗМ» в процессе эксплуатации прибора, что расширяет функциональные возможности заявляемого устройства определения поврежденного фидера.

Введение контроллера сбора, обработки и передачи информации и соединение с ним информационной шиной входа-выхода локальной сети каждого «ПЗЗМ» посредством разъема для подключения к локальной сети, обеспечивает возможность выполнения контроллером соответствующих ему функций, а именно: сбор информации о состоянии контролируемых фидеров. При этом возможность обработки информации одним контроллером сбора, обработки и передачи информации обеспечивается благодаря тому, что прибор «ПЗЗМ» имеет встроенные часы-календарь с возможностью синхронизации по линии связи, что обеспечивает работоспособность информационной шины.

Соединение контроллера сбора, обработки и передачи информации с введенным в устройство оперативным контроллером приема, обработки и передачи информации, который, в свою очередь, соединен с панелью управления оператора, обеспечивает возможность визуального просмотра оператором информации о состоянии любого из контролируемых фидеров.

Кроме того, благодаря тому, что оперативный контроллер приема, обработки и передачи информации снабжен средством удаленной связи, обеспечивается возможность соединения аналогичных заявляемых устройств определения поврежденного фидера в локальную сеть в пределах контролируемого энергообъекта, посредством подключения их к центральному процессору. Это позволяет осуществлять централизованно мониторинг состояния присоединений, принадлежащих к разным секциям шин, что расширяет функциональные возможности устройства.

Как указывалось выше, «ПЗЗМ» работает в зоне высоких частот, так как действие прибора основано на фиксации полярностей первых полуволн высокочастотных составляющих тока и напряжения нулевой последовательности. Следовательно, заявленное устройство работает на параметрах переходного процесса, который в обычной ситуации является сигналом помехи, что повышает его помехоустойчивость. Кроме того, прибор выявляет самоустранившиеся однофазные замыкания на землю, так называемый «клевок», что позволяет исключить срабатывание на отключение фидера по ложным клевкам, сформированным из-за помех в сети: запуск двигателей, внешних помех и т.п.Устройство имеет возможность синхронизации по локальной линии связи внутренних часов всех приборов «ПЗЗМ», задействованных в заявляемом устройстве. В результате, использование в качестве устройства определения замыкания на землю прибора сигнализации замыкания на землю «ПЗЗМ» обеспечивает высокую достоверность результатов определения состояния контролируемых фидеров.

Таким образом, из вышеизложенного следует, что предлагаемое устройство определения поврежденного фидера при осуществлении обеспечивает технического результата, заключающегося в возможности определения поврежденного фидера при однофазном замыкании на землю в разветвленной трехфазной кабельной сети с напряжением 6, 10, 20, 35 кВ с любым видом нейтрали: с изолированной, резистивно-заземленной, резонансно-заземленной, комбинировано-заземленной и полностью компенсированной нейтралью; в выполнении индивидуального контроля каждого контролируемого присоединения с учетом его электрических и временных параметров за счет возможности задания соответствующих уставок для конкретного присоединения; в возможности соединения аналогичных заявляемых устройств определения поврежденного фидера в локальную сеть в пределах контролируемого энергообъекта и осуществления централизованного мониторинга состояния присоединений, принадлежащих к разным секциям шин; в повышении достоверности результатов определения поврежденного фидера; в расширении функциональных возможностей; в расширении арсенала средств для определения поврежденного присоединения при однофазном замыкании на землю.

На фиг. 1 изображено заявляемое устройство определения поврежденного фидера.

Заявляемое устройство определения поврежденного фидера содержит в качестве устройства определения замыкания на землю прибор 1 сигнализации замыкания на землю «ПЗЗМ», каналы токов нулевой последовательности 2₁-2_n по числу контролируемых фидеров 3₁-3_n, подключенные к контролируемым фидерам посредством соответствующих измерительных трансформаторов тока нулевой последовательности 4₁-4_n, канал 5 напряжения нулевой последовательности, подключенный к контролируемой сети 6 посредством измерительного трансформатора напряжения 7. Число «ПЗЗМ» 1 соответствует числу контролируемых фидеров 3₁-3_n. Кроме того введены контроллер 8 сбора, обработки и передачи информации, оперативный контроллер 9 приема, обработки и передачи информации, панель управления 10 оператора. Выходы каналов токов нулевой последовательности 2₁-2_n подключены к входам токов нулевой последовательности соответствующего «ПЗЗМ» 1, а вход напряжения нулевой последовательности каждого «ПЗЗМ» 1 подключен к обмотке нулевой последовательности 11 измерительного трансформатора напряжения 5. Кроме того, вход-выход 12₁-12_n локальной сети каждого «ПЗЗМ» 1 посредством разъема для подключения к локальной сети соединен информационной шиной 13 с контроллером 8 сбора, обработки и передачи информации, который соединен с оперативным контроллером 9 приема, обработки и передачи информации, который соединен с панелью управления 10 оператора и, кроме того, снабжен средством 14 удаленной связи. Последнее позволяет выполнить подключение к центральному процессору 15.

На фиг. 1 у каждого «ПЗЗМ» 1 задействовано по одному контролирующему входу, чтобы не затенять рисунок.

Заявленное устройство работает следующим образом.

В качестве устройства определения замыкания на землю используют прибор 1 сигнализации замыкания на землю «ПЗЗМ», разработки и производства ООО ВП «НТБЭ» (сайт предприятия Web site: www.ntbe-ural.ru).

Действие заявляемого устройства определения поврежденного фидера основано на фиксации полярностей первых полуволн высокочастотных составляющих (ВЧС) тока 3Iо и напряжения нулевой последовательности 3Uo, возникающих при однофазных замыканиях на землю (ОЗЗ).

Работой каждого ПЗЗМ 1 программно управляет встроенный в него процессор. Программа для процессора разработана предприятием ООО ВП «НТБЭ».

Заявляемое устройство может применяться в качестве защиты, либо для сигнализации о поврежденных элементах сети (по усмотрению эксплуатирующей организации).

Использование в заявленном устройстве «ПЗЗМ» 1 обеспечивает выполнение следующих функций:

- определение наличия однофазного замыкания на землю на каждом контролируемом присоединении (принадлежащем одной секции шин);

- формирования сигнала наличия однофазного замыкания на землю;

- ввод и хранение уставок;

- фиксацию значений высокочастотных составляющих токов и напряжений нулевой последовательности в момент аварии;

- возможность объединения заявленных устройств в локальную сеть;

- синхронизацию по локальному интерфейсу 13 соединенных в локальную сеть заявленных устройств посредством цифровых часов - встроенные в процессор часы реального времени;

- формирование журнала на 300 событий с сохранением информации при пропадании оперативного питания;

- передачу с помощью интерфейса 13 по локальной сети параметров аварии;

- ввод и изменение уставок по интерфейсу 13 локальной сети в энергонезависимой памяти прибора «ПЗЗМ» для хранения индивидуальных параметров;

В меню «настройки» прибора «ПЗЗМ» 1 или с помощью интерфейса локальной сети 13 CAN изменяют следующие параметры заявляемого устройства определения поврежденного фидера.

Переменные параметры:

- уставки защиты (общие и индивидуальные по каналам);

- текущее время;

- параметры работы в локальной сети (идентификатор устройства, скорость обмена по сети);

- режим светодиодной сигнализации об ОЗЗ.

Параметрами, общими для всех каналов, являются:

- порог по высокочастотной составляющей 3Uo;

- частота среза фильтров, выделяющих высокочастотные составляющие сигналов токов 3Io и напряжения 3Uo.

Параметрами, индивидуальными для каждого канала, являются:

- порог по высокочастотной составляющей 3Io;

- задержка срабатывания.

В настоящее время заявляемое устройство определения поврежденного фидера реализовано предприятием ООО ВП «НБЭ». Конструктивно все устройство, кроме панели оператора, помещено в шкаф.

Прибор «ПЗЗМ» 1 реализован со следующими техническими характеристиками:

количество контролируемых присоединений -	4;
диапазон измерений по входам токов 3Io -	±10 А;
диапазон измерений по входу напряжения 3Uo -	±200 В;

диапазон изменения порога по высокочастотной составляющей тока 3Ιο - от 0,1 А до 9,4 А;

диапазон изменения порога по высокочастотно составляющей напряжения 3Uo - от 1 В до 20 В;

порог по низкочастотной составляющей 3Uo (на частоте 50 Гц) -	30 В;
диапазон изменения задержек срабатывания -	0,05 с - 1,5 с;

количество выходных реле:

контроля работоспособности -	1;
сигнализации замыкания на землю -	4.

В заявленном устройстве приборы «ПЗЗМ» 1 выполняют непрерывный контроль исправности фидеров 3₁-3_n. Для этого прибор 1 контролирует на присоединениях значения высокочастотных составляющих токов нулевой последовательности и значение напряжения нулевой последовательности. Показания снимают посредством измерительного трансформатора тока нулевой последовательности 4₁-4_n и измерительного трансформатора 7 напряжения нулевой последовательности.

Результаты контроля от всех «ПЗЗМ» 1 по информационной шине 13 поступают в контроллер 8 сбора, обработки и передачи информации и, далее, - в оперативный контроллер 9 приема, обработки и передачи информации.

Оперативный контроллер 9 приема, обработки и передачи информации передает результат полученную информацию на панель 10 управления оператора (например, на персональный компьютер). На экране панели 10 оператора высвечивается диспетчерское наименовании поврежденного фидера 3₁-3_n, а также информация о других событиях.

Все события ОЗЗ сохраняются в журнале событий в памяти оперативного контроллера 9, а именно: дата и время начала и длительность ОЗЗ, тип ОЗЗ («клевок» - самоустранившееся ОЗЗ за время меньше заданной уставки, «ОЗЗ закончившееся» - длительностью больше уставки по времени, «ОЗЗ продолжающееся в настоящее время»), электрические параметры сигналов импульсов тока 3Io и напряжения 3Uo и время импульса. По желанию оператора весь журнал событий можно просмотреть на экране панели 10 оператора.

В журнале событий отображается время события, код и два численных параметра. Коды событий приведены в таблице. При входе оператора в режим просмотра отображение начинается с последнего записанного события.

Каждый оперативный контроллер 9 может быть соединен средством удаленной связи 14 с центральным процессором 15, в который поступает полная информация из оперативного контроллера 9.

Claims (1)

1. Устройство определения повреждённого фидера, включающее каналы токов нулевой последовательности по числу контролируемых фидеров, подключённые к контролируемым фидерам посредством соответствующих измерительных трансформаторов тока нулевой последовательности, канал напряжения нулевой последовательности, подключённый к контролируемой сети посредством измерительного трансформатора напряжения, устройство определения замыкания на землю, отличающееся тем, что число устройств определения замыкания на землю соответствует числу контролируемых фидеров, а в качестве устройства определения замыкания на землю используют прибор сигнализации замыкания на землю «ПЗЗМ», кроме того, введены контроллер сбора, обработки и передачи информации, оперативный контроллер приёма, обработки и передачи информации, панель управления оператора, при этом выходы каналов токов нулевой последовательности подключены к входам токов нулевой последовательности соответствующего «ПЗЗМ», а вход напряжения нулевой последовательности каждого «ПЗЗМ» подключён к обмотке нулевой последовательности измерительного трансформатора напряжения, кроме того, вход-выход локальной сети каждого «ПЗЗМ» посредством разъёма для подключения к локальной сети соединён информационной шиной с контроллером сбора, обработки и передачи информации, который соединён с оперативным контроллером приёма, обработки и передачи информации, который соединён с панелью управления оператора и, кроме того, снабжён средством удалённой связи.

   

Images