RU2160953C2 - Method for single-phase fault detection in low- voltage line including ground-fault current correction (alternatives) - Google Patents

Abstract

FIELD: selective location of single- phase ground fault. SUBSTANCE: with one of alternatives, 6-35 kV line incorporating arc-suppression reactor and ground-fault protective gear at each junction point uses its arc-suppression reactor for locating single-phase ground fault including ground-fault current correction for which purpose it functions to increase active component of ground-fault current the protective gear of faulty junction responds to for preset time interval by shorting out its signal winding with aid of additional switch through series resistor. With other alternative, two coils of reactor signal winding are sequentially changed over by means of separate additional thyristors through series resistor so that fault current harmonic, which is a multiple of fundamental frequency, is modulated and junction-point protective gear responds to this modulation frequency. EFFECT: improved sensitivity, selectivity, facilitated procedure of ground fault detection. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим сетям с изолированной и компенсированной нейтралью напряжением 6 - 35 кВ, и может использоваться для селективного обнаружения поврежденного фидера с однофазным замыканием на землю. The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to electrical networks with isolated and compensated neutral voltage of 6 - 35 kV, and can be used to selectively detect a damaged feeder with a single-phase earth fault.

Известно большое количество способов и устройств, предназначенных для селективного выявления места однофазного замыкания на землю (или поврежденного фидера) в сетях с изолированной нейтралью 6 - 35 кВ [1, 2]. Наиболее широкое распространение получили токовые ненаправленные защиты, как наиболее простые и дешевые. Они устанавливаются на трансформаторах тока нулевой последовательности каждого присоединения (фидера) и при возникновении однофазного замыкания комплект защиты поврежденного фидера по величине тока замыкания, превышающей уставку токового реле, действует на сигнал, если на данной подстанции допустим длительный режим однофазного замыкания на землю, либо на отключение поврежденного фидера. Уставки токовых реле для обеспечения селективности выбираются по условию отстройки от собственного емкостного тока неповрежденного присоединения, подпитывающего место замыкания. There are a large number of methods and devices designed for the selective detection of the place of a single-phase earth fault (or damaged feeder) in networks with isolated neutral 6 - 35 kV [1, 2]. The most widespread are current non-directional protections, as the simplest and cheapest. They are installed on the zero-sequence current transformers of each connection (feeder) and, if a single-phase fault occurs, the damaged feeder protection kit, in terms of the value of the fault current exceeding the current relay setting, acts on the signal if a long-term single-phase ground fault mode is allowed at this substation, or shutdown damaged feeder. The settings of the current relays to ensure selectivity are selected according to the condition of detuning from the own capacitive current of the intact connection feeding the circuit.

Однако обеспечить одновременное выполнение условий селективности и чувствительности токовых защит от замыканий на землю часто бывает невозможно даже при наличии современных чувствительных цифровых реле в силу небольшой разницы между токами поврежденного и неповрежденного присоединений. В тех случаях, когда в сетях с компенсированной нейтралью дугогасящие реакторы обеспечивают полную компенсацию емкостного тока однофазного замыкания на землю, обеспечить правильную работу как ненаправленных, так и направленных токовых защит невозможно. However, it is often impossible to ensure the simultaneous fulfillment of the conditions of selectivity and sensitivity of current protection against earth faults even with modern sensitive digital relays due to the small difference between the currents of damaged and undamaged connections. In those cases where arcing reactors in networks with compensated neutral provide full compensation of the capacitive current of a single-phase earth fault, it is impossible to ensure the correct operation of both non-directional and directional current protections.

Для таких случаев, когда емкостная составляющая тока однофазного замыкания на землю мала либо отсутствует полностью, предлагались различные технические решения. Одним из них является заземление нейтрали через высокоомный или низкоомный (при действии защиты на отключение) резистор, который обеспечивает дополнительную активную составляющую в токе замыкания и тем самым выполнение условий селективности и чувствительности [3]. Однако это требует приобретения и монтажа высоковольтного резистора, а при отсутствии на данной подстанции трансформатора с выведенной нейтралью - еще и трансформатора присоединения. Указанный комплект из высоковольтной ячейки с резистором и трансформатором присоединения является прототипом первого варианта предлагаемого изобретения. For such cases, when the capacitive component of the current of a single-phase earth fault is small or completely absent, various technical solutions have been proposed. One of them is neutral grounding through a high-resistance or low-resistance (with the protection acting on the trip) resistor, which provides an additional active component in the fault current and thereby the fulfillment of the conditions of selectivity and sensitivity [3]. However, this requires the purchase and installation of a high-voltage resistor, and in the absence of a transformer with a neutral output at this substation, also a connection transformer. The specified set of high-voltage cells with a resistor and a connection transformer is a prototype of the first embodiment of the invention.

Принципиально другим является способ защиты, реагирующей на гармоники, кратные основной частоте, в токе замыкания на землю [4]. Однако наряду с установкой соответствующих комплектов реле на каждом присоединении этот способ требует обеспечить для правильной работы защиты в режимах устойчивых "металлических" замыканий (когда естественные низкочастотные гармоники в токе замыкания отсутствуют) искусственную подпитку места замыкания током частоты 25 либо 100 Гц. Это также требует дополнительных затрат и монтажа как при изготовлении источника гармоник, так и при его подключении к нейтрали сети. Подключение в нейтраль сети источника непромышленной частоты согласно [4] для повышения чувствительности низкочастотных либо высокочастотных комплектов защит от однофазных замыканий на землю является прототипом второго из предлагаемых способов определения места повреждения. Fundamentally different is a protection method that responds to harmonics that are multiples of the fundamental frequency in the earth fault current [4]. However, along with the installation of the corresponding relay sets at each connection, this method requires that the protection in stable “metal” faults (when there are no natural low-frequency harmonics in the fault current) operate correctly for artificial feeding of the fault location with a current of frequency 25 or 100 Hz. It also requires additional costs and installation both in the manufacture of a harmonic source and when it is connected to the neutral of the network. Connecting a non-industrial frequency source to the network neutral according to [4] to increase the sensitivity of low-frequency or high-frequency sets of protection against single-phase earth faults is a prototype of the second of the proposed methods for determining the location of damage.

В то же время в электрических сетях 6 - 35 кВ с компенсированной нейтралью существует возможность обеспечить условия селективности и чувствительности защит от замыканий на землю способами, аналогичными вышеуказанным, но без применения дополнительного оборудования. Для этого достаточно использовать предлагаемое изобретение в уже установленных либо вновь устанавливаемых дугогасящих реакторах, обеспечивающих компенсацию емкостного тока замыкания на землю в сетях 6 - 35 кВ. At the same time, in electric networks of 6 - 35 kV with compensated neutral, it is possible to provide conditions for selectivity and sensitivity of protection against earth faults in ways similar to the above, but without the use of additional equipment. To do this, it is sufficient to use the present invention in already installed or newly installed arc suppression reactors, providing compensation for the capacitive earth fault current in networks of 6 - 35 kV.

Цель изобретения - повышение чувствительности, селективности и упрощение способа определения места однофазного повреждения в электрической сети 6 - 35 кВ с компенсацией тока замыкания на землю. Указанная цель достигается тем, что в первом случае дугогасящий реактор на заданный промежуток времени путем закорачивания его сигнальной обмотки дополнительным коммутатором через дополнительное сопротивление увеличивает активную составляющую тока замыкания на землю, на которую реагирует защита поврежденного присоединения. В другом случае аналогичный способ отличается тем, что две секции сигнальной обмотки дугогасящего реактора последовательно поочередно закорачиваются отдельными дополнительными тиристорами через дополнительные сопротивления таким образом, чтобы обеспечить модуляцию в токе замыкания гармоники, кратной основной частоте, а защиты присоединений реагируют на эту частоту модуляции. The purpose of the invention is to increase the sensitivity, selectivity and simplification of the method for determining the location of single-phase damage in the electric network 6 - 35 kV with compensation of the earth fault current. This goal is achieved by the fact that in the first case, the arcing reactor for a given period of time by shorting its signal winding with an additional switch through an additional resistance increases the active component of the earth fault current, to which the protection of the damaged connection reacts. In another case, a similar method is characterized in that the two sections of the signal winding of the arcing reactor are sequentially sequentially shorted by separate additional thyristors through additional resistances in such a way as to provide modulation in the harmonic fault current that is a multiple of the fundamental frequency, and the connection protection reacts to this modulation frequency.

Сущность предлагаемого изобретения в двух независимых его вариантах заключается в том, что в первом варианте способ определения места однофазного повреждения в электрической сети 6 - 35 кВ с компенсацией тока замыкания на землю, содержащей дугогасящий реактор и защиты от замыкания на землю на каждом присоединении, отличается тем, что на заданный промежуток времени закорачивают сигнальную обмотку дугогасящего реактора дополнительным коммутатором через дополнительное сопротивление, тем самым увеличивают активную составляющую тока замыкания на землю, на которую реагирует защита поврежденного присоединения. The essence of the invention in its two independent variants lies in the fact that in the first embodiment, the method for determining the location of a single-phase damage in an electric network of 6 - 35 kV with compensation of the earth fault current containing an arc suppression reactor and protection against earth fault at each connection is different in that for a given period of time, the signal winding of the arc suppression reactor is shortened by an additional switch through an additional resistance, thereby increasing the active component of the short circuit current Ania on land which reacts protection damaged connection.

Во втором варианте способ определения места однофазного повреждения в электрической сети 6 - 35 кВ с компенсацией тока замыкания на землю, содержащей дугогасящий реактор и защиты от замыкания на землю на каждом присоединении, отличается тем, что две секции сигнальной обмотки дугогасящего реактора последовательно поочередно закорачивают отдельными дополнительными коммутаторами через дополнительные сопротивления таким образом, чтобы обеспечить модуляцию в токе замыкания дополнительной активной составляющей гармоники, кратной основной частоте, а защита поврежденного присоединения реагирует на эту частоту модуляции. In the second embodiment, the method for determining the location of a single-phase fault in an electric network of 6 - 35 kV with compensation of the earth fault current containing the arcing reactor and earth fault protection at each connection is characterized in that the two sections of the signal winding of the arcing reactor are sequentially sequentially short-circuited with separate additional switches through additional resistance in such a way as to provide modulation in the fault current of the additional active component of the harmonic, which is a multiple of basically frequency, and protection of the damaged connection responds to the modulation frequency.

Для пояснения принципа действия предлагаемого изобретения на чертеже приведена электрическая схема дугогасящего реактора РУОМ, подключенного к нейтрали сети через питающий трансформатор ТСН. Показаны также трансформатор напряжения НАМИ и емкости фаз сети на землю С. В первом случае (см. чертеж - а), когда необходимо обеспечить селективность и повысить чувствительность токовых защит от замыканий на землю путем увеличения активной составляющей в токе однофазного замыкания, достаточно включить коммутатор К, дополнительно установленный на выводах низковольтной сигнальной обмотки СО дугогасящего реактора, на время, достаточное для срабатывания защиты (от 0,5 до 1 с). Величина дополнительного сопротивления R подбирается таким образом, чтобы обеспечить требуемую величину активной составляющей в первичном токе реактора (от 5 до 10 А). To explain the principle of operation of the invention, the drawing shows an electrical diagram of an arc-suppressing reactor RUOM connected to the neutral of the network through a power transformer TSN. The NAMI voltage transformer and the capacitance of the phases of the network to ground C are also shown. In the first case (see drawing - a), when it is necessary to ensure selectivity and increase the sensitivity of current protection against earth faults by increasing the active component in a single-phase fault current, it is enough to turn on switch K additionally installed on the terminals of the low-voltage signal winding of the CO of the suppression reactor for a time sufficient for the protection to operate (from 0.5 to 1 s). The value of the additional resistance R is selected in such a way as to provide the required value of the active component in the primary current of the reactor (from 5 to 10 A).

Поскольку в сетях с компенсированной нейтралью уже установлены трансформаторы с дугогасящими реакторами, имеющими сигнальную обмотку, а установка дополнительного коммутатора с сопротивлением на напряжение порядка 100 В и небольшую мощность не вызывает больших затрат и затруднений при монтаже, предлагаемый способ обладает несомненными технико-экономическими преимуществами и применим в любых компенсированных электрических сетях - кабельных, воздушных и смешанных, где используются токовые защиты от замыканий на землю. Since transformers with arcing reactors having a signal winding have already been installed in networks with compensated neutral, and the installation of an additional switch with a resistance of about 100 V and low power does not cause large costs and installation difficulties, the proposed method has undoubted technical and economic advantages and is applicable in any compensated electric networks - cable, air and mixed, where current protection against earth faults is used.

В другом случае, изображенном ниже на том же чертеже (б), когда необходимо обеспечить правильное действие защит, реагирующих на неосновные гармоники в токе замыкания, требуется два управляемых ключа (например, тиристора) и два дополнительных сопротивления. Каждая секция сигнальной обмотки коммутируется своим тиристором через токоограничивающее сопротивление таким образом, чтобы на необходимый для действия защиты промежуток времени (те же 0,5-1 с) модулировать в токе замыкания гармонику требуемой частоты. Так, если коммутировать секции сигнальной обмотки поочередно в каждую третью полуволну напряжения на реакторе (на нейтрали), то реактор добавит в место повреждения низкочастотные гармоники с преобладанием 16,66 Гц (треть частоты сети). А если коммутировать секции каждый полупериод поочередно и в противоположных направлениях (чтобы получить эффект двухполупериодного выпрямления или четной гармоники), то в токе замыкания появится преобладающая вторая гармоника с частотой 100 Гц. In another case, shown below in the same drawing (b), when it is necessary to ensure the correct operation of the protections that respond to minor harmonics in the fault current, two controlled switches (for example, a thyristor) and two additional resistances are required. Each section of the signal winding is switched by its thyristor through a current-limiting resistance so that for the time required for the protection action (the same 0.5-1 s) to modulate the harmonic of the required frequency in the fault current. So, if the sections of the signal winding are switched alternately in every third half-wave of voltage at the reactor (neutral), then the reactor will add low-frequency harmonics to the damage site with a predominance of 16.66 Hz (one third of the network frequency). And if you switch sections every half-cycle alternately and in opposite directions (to get the effect of half-wave rectification or even harmonic), then the prevailing second harmonic with a frequency of 100 Hz will appear in the fault current.

Величина модулируемой гармоники в токе замыкания также определяется дополнительными сопротивлениями (или углом включения коммутаторов) и для успешного срабатывания защиты может составлять менее одного ампера первичного тока реактора. Установка низковольтных коммутаторов - тиристоров или транзисторов - с дополнительными сопротивлениями на кратковременный ток порядка 100 А затруднений не вызывает. The magnitude of the modulated harmonic in the fault current is also determined by the additional resistances (or the angle of switching on the switches) and for successful operation of the protection it can be less than one ampere of the primary current of the reactor. The installation of low-voltage switches - thyristors or transistors - with additional resistances for a short-term current of the order of 100 A does not cause difficulties.

Предлагаемое изобретение было опробовано на действующем стенде с управляемым дугогасящим реактором типа РУОМ-480, мощностью 480 кВАР, напряжением 6 кВ, который серийно выпускается Раменским электротехническим заводом "Энергия". Предельные полученные значения по активной составляющей в первом случае составили 20 А, а по модуляции неосновной частоты - до 10 А, что вполне достаточно для успешной и селективной работы защит присоединений. В качестве коммутатора в первом случае можно использовать вакуумный выключатель, силовой симистор или автомат при ручном управлении. Во втором случае используются серийные полупроводниковые приборы - тиристоры либо транзисторы, например тиристор Т-320 10 класса. The present invention was tested on an operating stand with a controlled arc suppression reactor type RUOM-480, with a capacity of 480 kVAR, voltage of 6 kV, which is commercially available from the Ramensky Electrotechnical Plant "Energy". The limiting values obtained for the active component in the first case amounted to 20 A, and for modulation of the minor frequency up to 10 A, which is quite sufficient for the successful and selective operation of the protection of the connections. In the first case, you can use a vacuum circuit breaker, a power triac or automatic machine with manual control as a switch. In the second case, serial semiconductor devices are used - thyristors or transistors, for example, class 10 T-320 thyristor.

Следует также отметить, что при использовании в качестве коммутатора в первом варианте управляемого прибора - тиристора - за счет протекания тока через сигнальную обмотку только в одном направлении можно получить увеличение не только активной составляющей, но и второй гармоники до значений в несколько ампер. It should also be noted that when a thyristor is used as a switch in the first embodiment, due to the current flowing through the signal winding in only one direction, it is possible to obtain an increase not only in the active component, but also in the second harmonic up to several amperes.

Литература:
1. Федосеев А.М. Релейная защита. М.: Энергия, 1992.Literature:
1. Fedoseev A.M. Relay protection. M .: Energy, 1992.

2. Шабад М.А. Защита от однофазных замыканий на землю в сетях 6 - 35 кВ. Изд. 2-е, дополненное. ПЭИпк, С.-Петербург, 1997. 2. Shabad M.A. Protection against single-phase earth faults in networks 6 - 35 kV. Ed. 2nd, supplemented. PEIPk, St. Petersburg, 1997.

3. Выбор способа заземления нейтрали в сетях 6 - 10 кВ.// Евдокунин Г.А. и др. / Электричество, 1998, N 12. 3. The choice of the neutral grounding method in networks of 6 - 10 kV. // Evdokunin G.A. et al. / Electricity, 1998, N 12.

4. Защита от замыканий на землю в компенсированных сетях 6 - 10 кВ.// Вайнштейн Р.А. и др./ Электрические станции, 1998, N 7. 4. Protection against earth faults in compensated networks of 6 - 10 kV. // R. Weinstein et al. / Electrical Stations, 1998, N 7.

Claims (2)

1. Способ определения места однофазного повреждения в электрической сети 6 - 35 кВ с компенсацией тока замыкания на землю, содержащей дугогасящий реактор и защиты от замыкания на землю на каждом присоединении, отличающийся тем, что на заданный промежуток времени закорачивают сигнальную обмотку дугогасящего реактора дополнительным коммутатором через дополнительное сопротивление, тем самым увеличивают активную составляющую тока замыкания на землю, на которую реагирует защита поврежденного присоединения. 1. A method for determining the location of a single-phase fault in an electric network of 6 - 35 kV with compensation of the earth fault current containing the arcing reactor and earth fault protection at each connection, characterized in that the signal winding of the arcing reactor is shorted for a specified period of time by an additional switch through additional resistance, thereby increasing the active component of the earth fault current, to which the protection of the damaged connection reacts. 2. Способ определения места однофазного повреждения в электрической сети 6 - 35 кВ с компенсацией тока замыкания на землю, содержащей дугогасящий реактор и защиты от замыкания на землю на каждом присоединении, отличающийся тем, что две секции сигнальной обмотки дугогасящего реактора поочередно коммутируют отдельными дополнительными тиристорами через дополнительные сопротивления таким образом, чтобы обеспечить модуляцию в токе замыкания гармоники, кратной основной частоте, а защита поврежденного присоединения реагирует на эту частоту модуляции. 2. A method for determining the location of a single-phase fault in an electric network of 6 - 35 kV with compensation of the earth fault current containing the arcing reactor and earth fault protection at each connection, characterized in that the two sections of the signal winding of the arcing reactor are switched alternately by separate additional thyristors through additional resistances in such a way as to provide modulation in the harmonic fault current that is a multiple of the fundamental frequency, and the protection of the damaged connection responds to this frequency m odulation.