Исследование эффективности резистивного заземления нейтрали в электрических сетях 6-35 кВ различного конструктивного исполнения и назначения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.02, кандидат технических наук Виштибеев, Алексей Владимирович

• Виштибеев, Алексей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Виштибеев, Алексей Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

1. ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЗИСТИВНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ

НЕЙТРАЛИ В ВОЗДУШНЫХ СЕТЯХ.

1.1. Постановка исследований.

1.2. Математическая модель сети среднего класса напряжения, содержащей двухцепные воздушные линии, при учете несимметрии емкостей сети по фазам.

1.2.1. Типовая структура сети.

1.2.2. Математическая модель стационарных режимов эксплуатации сети, содержащей двухцепные ВЛ.

1.3. Некоторые методические вопросы.

1.3.1. Влияние несимметрии емкостных параметров ВЛ на режимные параметры.

1.3.2. Влияние переходного сопротивления в месте замыкания на токораспределение.

1.3.3. Неполнофазные режимы в сеты с изолированной нейтралью и нейтралью, оснащенной резисторами.

1.4. Дуговые и феррорезонансные процессы в воздушных сетях.

1.4.1. Дуговые перенапряжения.

1.4.2. Феррорезонансные перенапряжения.

1.5. Требования к величине сопротивления резисторов.

1.6. Энергетические характеристики резисторов.

1.7. Некоторые соображения по принципам построения релейной защиты сетей, содержащих одноцепные и двухцепные ВЛ при резистивном заземлении нейтрали.

1.8. Методика оценки чувствительности защит от ОЗНЗ.

1.9. Выводы по первому разделу.

2. ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЗИСТИВНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ

НЕЙТРАЛИ В КАБЕЛЬНЫХ СЕТЯХ.

2.1. Постановка исследований.

2.2. Электрическая прочность оборудования сетей 6, 10 кВ.

2.3. Характерные параметры оборудования кабельных сетей 6, 10 кВ.

2.4. Особенности дуговых замыканий в кабельных сетях и защита от них.

2.4.1. Постановка задачи. Процессы при ОДЗ.

2.4.2. Процессы при ОДЗ в сетях собственных нужд электрических станций.

2.4.2.1. Математическая модель процессов при ОДЗ в сетях собственных нужд электрических станций.

2.4.2.2. Перенапряжения при изолированной нейтрали сети собственных 118 нужд электрических станций.

2.4.2.3. Ограничение перенапряжений в сетях собственных нужд электрических станций с помощью ОПН.

2.4.2.4. Ограничение перенапряжений в сетях собственных нужд электрических станций при оснащении нейтралей сети резисторами.

2.5. Феррорезонансные процессы в кабельных сетях.

2.5.1. Математическая модель процессов.

2.5.2. Феррорезонансные явления в кабельных сетях с изолированной нейтралью.

2.5.3. Феррорезонансные процессы в сетях, оснащенных ДГР.

2.5.4. Феррорезонансные процессы при оснащении нейтрали сети резисторами.

2.5.5. Феррорезонансные процессы при оснащении сетей антирезонансными трансформаторами напряжения типа НАМИ.

2.6. Требования к характеристикам резисторов в нейтралях кабельных сетей.

2.6.1. Требования к величине сопротивления резисторов.

2.6.2. Требования к энергетическим характеристикам резисторов.

2.7. Об организации релейной защиты в кабельных етях.

2.8. Выводы по второму разделу

3. ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЗИСТИВНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ НЕЙТРАЛИ В СЕТЯХ ГЕНЕРАТОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

БЛОКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ.

3.1. Заземление нейтрали генераторов блоков и уровни изоляции электрооборудования.

3.2. Схемы эксплуатации блоков электрических станций и их параметры.

3.3. Перенапряжения, возникающие в процессе ОДЗ.

3.3.1. Математическая модель исследуемых процессов.

3.3.2. Некоторые методические вопросы.

3.3.3 Исследование перенапряжений в схеме с изолированной нейтралью генератора при повторном зажигании дуги.

3.3.4. Исследование перенапряжений в схеме с резистивным заземлением нейтрали.

3.4. Исследования перенапряжений при установке ОПН.

3.5. Энергетические характеристики резисторов.

3.5.1. Оценка энергии, поглощаемой резистором в процессе ОДЗ.

3.5.2. Оценка энергии, поглощаемой резистором в процессе ОЗНЗ.

3.6. Выводы по третьему разделу.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование эффективности резистивного заземления нейтрали в электрических сетях 6-35 кВ различного конструктивного исполнения и назначения»

Сети средних классов напряжения занимают ведущее место в электроэнергетике любой страны. От надежной эксплуатации этих сетей зависит бесперебойная работа промышленности, аграрного комплекса и, наконец, нормальная организация быта населения.

В настоящее время в России общая протяженность этих сетей превышает 4 млн км, а количество трансформаторных подстанций в них -около миллиона [1, 2]. Сети средних классов напряжения, в основном, эксплуатируются с изолированной нейтралью, или с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор (ДГР).

К основным недостаткам таких режимов эксплуатации сетей можно отнести:

1. Значительные кратности внутренних перенапряжений и высокая вероятность возникновения двойных замыканий на землю и повреждений электротехнического оборудования.

2. Невысокая эффективность компенсации емкостных токов при однофазных замыканиях на землю.

3. Недостаточная безопасность эксплуатации сети, не удовлетворяющая современным требованиям (возможность длительного существования опасных напряжений прикосновения (до 2 часов), возникновения однофазных замыканий на землю (ОЗНЗ) через железобетонные опоры со спекшимся грунтом у основания, возможность перекрытия изоляции коммутационных устройств при оперативных переключениях, обрывах и падениях проводов воздушных линий).

4. Неудовлетворительные селективность и помехоустойчивость устройств релейной защиты и автоматики, их недостаточные чувствительность и быстродействие. В большинстве сетей поиск повреждений присоединений осуществляется путем их поочередного отключения, или, в лучшем случае, путем использования устройств сигнализации ОЗНЗ типа УСЗ-З. Однако, последние не применимы при кратковременных ОЗНЗ и однофазных замыканиях на землю через перемежающуюся дугу (ОДЗ). Применяемые в некоторых сетях с компенсацией емкостных токов 6-10 кВ устройства сигнализации, установленные на отдельных присоединениях, далеко не всегда срабатывают и, следовательно, мало влияют на повышение эксплуатационной надежности рассматриваемых сетей.

Однофазное замыкание на землю в сетях с изолированной нейтралью может быть серьезной аварией, которая в большинстве случаев (до 80%) [3, 4] развивается в многофазные короткие замыкания и в необеспеченные защитным заземлением, двойные замыкания. Доля ОЗНЗ от всех видов повреждений составляет от 30 до 80 % (не фиксируемые устройством контроля изоляции отключаемые повреждения - это, в своем большинстве, -аварии, развившиеся из однофазных замыканий на землю [3, 4, 5]). Отметим, что эксплуатационный персонал не проводит тщательного анализа причин повреждений. Поэтому приведенную выше долю ОЗНЗ можно считать заниженной.

Вместе с тем повышение надежности эксплуатации сети без сомнения связано с более четким распознаванием причин аварий.

ОЗНЗ являются причиной существенных перенапряжений в сетях 6-35 кВ. Статистика аварий от внутренних перенапряжений подробно проанализирована в [1, 2, 6]. Эти данные позволяют сделать следующие выводы:

• в сетях с изолированной нейтралью без компенсации емкостных токов при ОЗНЗ существует большая вероятность возникновения перемежающейся дуги. По некоторым данным, около 60% всех замыканий на землю в этих электрических сетях носит именно такой характер [7]; в сетях с преобладанием воздушных линий (ВЛ) доля отключений из-за прехода ОЗНЗ в междуфазное замыкание не превышает 5%. В кабельных же сетях они имеет преобладающий характер и достигают 60%. Двойное замыкание на землю чаще встречается в сетях с малыми токами ОЗНЗ (510 А), что свидетельствует о высоких кратностях перенапряжений, возникающих при однофазных дуговых замыканиях на землю (ОДЗ). С ростом тока ОЗНЗ увеличивается процент их перехода в междуфазное замыкание в месте горения дуги; перенапряжения от перемежающейся дуги вызывают повреждения ослабленной изоляции в других точках сети (многоместные повреждения). В воздушных сетях доля таких повреждений во много раз выше, чем в кабельных; значительную часть повреждений составляют случаи отключения линий, при которых изоляция восстанавливается и линия включается под нагрузку (до 18%). Такие отключения обычно происходят при неблагоприятных погодных условиях. Поиск и устранение мест с ослабленной изоляцией довольно затруднительны и возможны многократные отключения одних и тех же элементов сети; наиболее уязвимым элементом сети при воздействии внутренних перенапряжений являются кабели, места их соединения друг с другом и с другими элементами сети; значительна повреждаемость электродвигателей сетей собственных нужд; повреждаемость оборудования от феррорезонансных перенапряжений значительно ниже, чем от дуговых. Однако, дуговые процессы могут инициировать феррорезонансные явления, в результате которых, повреждаются силовые трансформаторы и измерительные трансформаторы напряжения (ТН) типов ЗНОМ, ЗНОЛ, НТМИ. Согласно данным, приведенным в [3, 8], трансформатор напряжения типа НТМИ при возникновении устойчивого феррорезонанса повреждается в течение 3-10 минут;

• наблюдаются ложные срабатывания защиты, реагирующей на появление напряжения нулевой последовательности. Так, в работе [9], описаны случаи, когда в сетях напряжением 6-35 кВ при небольшой емкости фаз и наличии ТН фазные напряжения без каких-либо видимых причин искажались; напряжение на одной из фаз становилось равным нулю, как при металлическом замыкании на землю. Это явление истолковывались как замыкание на землю, тогда как в действительности оно было следствием самопроизвольного смещения нейтрали в результате возникновения феррорезонансных колебаний.

Таким образом, сети средних классов напряжения имеют крайне низкую эксплуатационную надежность, приводящую к электротравматизму.

Одним из способов повышения надежности эксплуатации сетей этих классов напряжения является заземление нейтрали сети через дугогасящий реактор.

Главным преимуществом эксплуатации сети с ДГР является длительная работа с ОЗНЗ без отключения потребителей. Для эффективного использования ДГР необходимо обеспечить два условия:

- по-возможности идеально симметрировать сеть;

- автоматизировать подстройку ДГР к изменяющимся в процессе эксплуатации в достаточно широких пределах параметрам сети;

Необходимо отметить, что установка ДГР не позволяет компенсировать высшие гармонические составляющие токов ОЗНЗ.

Обеспечить строгое выполнение этих условий на практике в сетях 6-35 кВ весьма затруднительно (до настоящего времени до конца не решена задача построения универсальных автоматических регуляторов настройки компенсации [10]), а в сетях, содержащих двухцепные ВЛ, эффективное использование ДГР практически невозможно [11]. Кроме того, даже при их обеспечении применение ДГР не решает задачи о селективном определении поврежденного фидера - построение селективной защиты от ОЗНЗ при установке ДГР еще более затруднительно, чем в сетях с изолированной нейтралью, и не исключает вероятности возникновения дуговых и феррорезонансных перенапряжений.

Наконец, по своей сути, компенсация емкостных токов ОЗНЗ является средством, позволяющим продлить время работы сети в аварийном режиме.

Детальный анализ современного состояния проблемы защиты сетей средних классов напряжения от ОЗНЗ проведен в работе [12]. Все предлагаемые способы защиты сетей от ОЗНЗ разработаны для сетей с изолированной нейтралью, либо с нейтралью заземленной через ДГР [4, 12]. Ни одно из предложенных устройств не нашло широкого технического применения и не выпускается серийно [4, 5].

В работах отечественных [3, 4, 8, 12, 13] и зарубежных [14, 15] авторов как весьма перспективная альтернатива режиму изолированной нейтрали рассматривается резистивное заземление, идея которого была впервые предложена еще в 1916 году В. Петерсеном одновременно с идеей использования ДГР [16]. Однако, в начальный период своего развития распределительные сети эксплуатировались преимущественно с изолированной нейтралью и простыми устройствами сигнализации о возникновении однофазных повреждений. С начала 20-х годов за рубежом и с начала 30-х годов в России в сетях напряжением до 35 кВ включительно широкое распространение получили дугогасящие реакторы, компенсирующие емкостный ток однофазного замыкания на землю. Были начаты работы по повышению надежности сетей с изолированной нейтралью. Применялись, хотя и крайне редко, устройства защиты от ОЗНЗ в сетях с заземлением нейтрали через активное сопротивление. Но на том этапе развития электрических сетей они были малоразвиты, многие потребители не имели резервных линий питания и поэтому более эффективным оказалось использование ДГР. В результате в Правилах устройства электроустановок (ПУЭ) [17] появилась запись о том, что работа электрических сетей напряжением 3-35 кВ должна предусматриваться с изолированной или заземленной через ДГР нейтралью. Использование компенсации емкостных токов позволило решить задачу гашения дуг неустойчивых ОЗНЗ и существенно ограничить число переходов однофазных в между фазные короткие замыкания.

Вместе с тем, в ряде зарубежных стран 50-60-е годы были периодом отказа от использования ДГР. Это было связано с рядом серьезных недостатков компенсации емкостных токов как метода повышения надежности и электробезопасности сетей средних классов напряжения.

На современном этапе развития электрических сетей при постоянно расширяющейся конфигурации сети, строительстве двухцепных линий, резервировании большинства потребителей, имеются все необходимые предпосылки для успешного внедрения резистивного заземления нейтрали.

Заземление нейтралей сетей средних классов напряжения через высокоомные (или низкоомные) активные сопротивления дает следующие преимущества, позволяющие повысить надежность и электробезопасность этих сетей и снизить на несколько порядков вероятности поражения человека электрическим током при ОЗНЗ:

- снижение кратности дуговых перенапряжений до уровня (2.0-2.5)иФт, что гарантирует локализацию однофазных замыканий, т.е. предотвращает развитие ОЗНЗ в более серьезные аварии, а также практически исключает возможность возникновения опасных феррорезонансных колебаний и не обеспеченных защитным заземлением двойных замыканий на землю [5];

- возможность создания простой и надежной селективной защиты от однофазных замыканий на землю, за счет протекания активного тока в поврежденном фидере.

Кроме того, высокоомное резистивное заземление, при правильном выборе величин сопротивлений и энергетических характеристик резисторов и средств релейной защиты и автоматики, позволяет сохранить преимущества сетей с изолированной нейтралью обусловленные относительно небольшими токами замыкания на землю.

Несмотря на бесспорные преимущества резистивного заземления нейтрали по сравнению с режимами изолированной нейтрали и нейтрали, заземленной через ДГР, а также на большое количество исследований, посвященных этому вопросу, в практике эксплуатации сетей средних классов напряжения резистивное заземление до настоящего времени широкого применения не нашло.

Это обусловлено, на наш взгляд, отсутствием общей методики, позволяющей определять необходимые параметры резисторов, выбирать схемы их подключения, принципы функционирования и необходимые технические средства РЗ сетей 6-35 кВ различного исполнения и назначения.

В настоящей работе предпринята попытка разработки упомянутой выше методики системного подхода к выбору величин сопротивлений и энергетических характеристик резисторов и способов организации РЗ от ОЗНЗ для сетей различного конструктивного исполнения (воздушные, кабельные, воздушно-кабельные) и назначения (распределительные, собственных нужд, генераторного напряжения электрических станций).

Суть, постановка и последовательность решения вопросов, составляющих содержание настоящей работы, определились следующим образом:

• анализ перенапряжений, возникающих в сетях 6-35 кВ различного конструктивного исполнения и назначения при однофазных дуговых замыканиях на землю и сопровождающих эти замыкания феррорезонансных процессах;

• разработка методики выбора величины сопротивления резисторов и их энергетических характеристик;

• разработка принципов функционирования схем релейной защиты от ОЗНЗ и требований к их технической реализации при оснащении нейтралей сетей резисторами.

Развиваемый в настоящей работе системный подход к выбору величин сопротивлений резисторов и к их энергетическим характеристикам основывается на одновременном удовлетворении двух условий: ограничения перенапряжений до безопасного уровня и селективного отключения поврежденного фидера.

Научная новизна основных положений и результатов работы состоит в следующем:

• разработаны математические модели, реализованные на ПЭВМ, позволяющие производить расчеты в стационарных режимах и переходных процессах, сопровождающих однофазные дуговые замыкания на землю и феррорезонансные явления в электрических сетях, содержащих двухцепные ВЛ, при учете несимметрии их параметров и переходного сопротивления на землю в месте ОЗНЗ;

• проведен комплексный анализ внутренних перенапряжений при различных способах заземления нейтралей электрических сетей различного назначения, подтверждающий эффективность резистивного заземления нейтрали;

• предложена методика, позволяющая определить величины сопротивлений и энергетические характеристики резисторов в нейтралях сетей различного конструктивного исполнения и назначения.

Достоверность результатов работы обоснована применением достаточно полных математических моделей исследуемых процессов, а также хорошим согласием результатов расчета с экспериментальными данными, полученными при внедрении резистивного заземления нейтрали в сетях промышленного Севера Западной Сибири, а также с результатами, полученными другими исследователями.

Практическая значимость результатов работы:

• разработанные программы для расчета стационарных и переходных процессов в сетях средних классов напряжения могут быть использованы как при расчетах нормальных режимов, и анализе аварийных эксплуатационных ситуаций в действующих сетях, так и при проектировании системы заземления нейтрали в сооружаемых сетях;

• требования к величинам сопротивления и энергетическим характеристикам резисторов, устанавливаемых в нейтралях электрических сетей и к принципам функционирования релейных защит, могут быть использованы как при модернизации системы заземления нейтрали в действующих сетях, так и при проектировании новых сетей с резистивным заземлением нейтралей.

Апробация работы и публикации.

Отдельные результаты работы и работа в целом докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры «Электрические станции», «Техника и электрофизика высоких напряжений» Новосибирского государственного технического университета и на Третьем Корейско-Российском Международном Научно-Техническом Симпозиуме КОЬШ8'99 (Новосибирск, 22-25 июня, 1999).

По теме диссертации в периодической научно-технической литературе опубликовано 9 научных статей. Методические разработки и результаты проведенных исследований изложены в отчете о научно-исследовательской работе, зарегистрированном во ВНТИЦ.

На защиту выносятся:

• математические модели стационарных и переходных процессов в сетях средних классов напряжения различного конструктивного исполнения и назначения, позволяющие производить сравнительную оценку эффективности различных способов заземления нейтрали;

• требования к величинам сопротивлений и энергетическим характеристикам резисторов в воздушных, кабельных сетях и в сетях генераторного напряжения блоков электрических станций;

• принципы организации релейной защиты сетей с резистивным заземлением нейтрали от ОЗНЗ.

Заключение диссертации по теме «Электростанции и электроэнергетические системы», Виштибеев, Алексей Владимирович

3.6. Выводы по третьему разделу

1. При математическом моделировании процессов при ОДЗ можно не учитывать потери в меди обмоток генератора и трансформатора, а также потери в стали магнитопровода трансформатора (3=1.2%). Потери в стали генератора сказываются на затухании высокочастотной составляющей процесса при зажиганиях дуги, что приводит к снижению максимума перенапряжений на 6.7%.

2. Опасные для статорной изоляции блоков перенапряжения в процессе, сопровождающем ОДЗ, возникают лишь при эксплуатации блока с изолированной нейтралью. При повторном зажигании дуги кратность перенапряжений, вероятность превышения которых равна 0.05, составляет величину порядка (3.3.2)£/фт. Допустимые кратности перенапряжений статорной изоляции генераторов - (2.6. .2.9)С/фт .

3. Установка резистора в нейтрали, величина сопротивления которого определяется как Я^<1/(3 .5)соСкц, (кК>1), практически исключает возможность появления многоместных повреждений изоляции при ОДЗ, так как перенапряжения при возможных повторных зажиганиях дуги не превышают уровня при первом зажигании дуги порядка 2.4Щт, не опасного для статорной изоляции генератора

4. Оснащение нейтрали резистором облегчает требования к энергетическим характеристикам ОПН, устанавливаемым на стороне низшего напряжения силового трансформатора блока. При изолированной нейтрали блока необходимо обеспечивать поглощение варисторами ОПН энергии при длительном процессе повторных зажиганий дуги при ОДЗ. При установке же в нейтрали резистора определяющими при выборе характеристик ОПН будут служить кратковременные перенапряжения относительно небольшой кратности, возникающие при коммутациях генераторными выключателями блока. Следует отметить, что при любом способе заземления нейтрали блока, трансформаторы которого связаны с ОРУ воздушньши перемычками, ОПН должны обеспечивать также надежную защиту изоляции электрооборудования от грозовых волн, возникающих на генераторном напряжении за счет перехода волн через емкостные и магнитные связи между обмотками ВН и НН силового трансформатора.

5. Энергия, поглощаемая резистором, включенного в нейтраль генератора, в процессе ОДЗ, при изменении эквивалентной емкости сети генераторного напряжения в пределах 0.2. 1.6 мкФ (Ям=5300.665 Ом) лежит в диапазоне 1.5-17 кДж

Мощность, поглощаемая резистором, включенного в нейтраль генератора, в процессе ОЗНЗ, при изменении эквивалентной емкости сети генераторного напряжения в пределах 0.2. 1.6 мкФ (Луу=5300.665

194

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам проведенных исследований могут быть сделаны выводы как методического характера, так и по существу рассматриваемой проблемы - эффективности резистивного заземления нейтрали в электрических сетях средних классов напряжения различного конструктивного исполнения и назначения.

К основным методическим результатам можно отнести следующие:

1. Разработанные математические модели позволяют исследовать стационарные режимы и переходные процессы в сетях средних классов напряжения при однофазном замыкании на землю и при неполнофазных режимах, при учете несимметрии параметров сети по фазам и переходного сопротивления на землю в месте ОЗНЗ. Все указанные режимы и процессы могут быть исследованы при любом способе заземления нейтрали: изолированной, заземленной через ДГР или через резистор, в сетях, содержащих как воздушные (одноцепные и двухцепные), так и кабельные линии.

2. Погрешности при определении параметров стационарного режима ОЗНЗ, обусловленные усреднением частичных емкостей сети не превышают ~7%, что позволяет пользоваться при проведении соответствующих расчетов упрощенными расчетными схемами.

3. Межцепные емкости в двухцепных ВЛ 35 кВ приводят к уменьшению максимумов перенапряжений при ОДЗ примерно на 8%; междуфазные -на -28%. При одновременном учете межцепных и междуфазных емкостей максимумы перенапряжений при ОДЗ уменьшаются примерно на 36%. Следовательно, для достоверного моделирования процессов при ОДЗ, в сетях, содержащих двухцепные ВЛ, необходимо учитывать не только между фазные, но и межцепные емкости.

4. Определяющими при оценке перенапряжений, возникающих в процессе ОДЗ, являются ОДЗ не на шинах, а в конце достаточно протяженных участков линий. При этом максимальные перенапряжения в месте ОДЗ, за счет волновых процессов в линиях, возникают не при зажиганиях, а при погасаниях дуги.

5. При математическом моделировании процессов при ОДЗ в сетях генераторного напряжения можно не учитывать потери в меди обмоток генератора и трансформатора, а также потери в стали магнитопровода трансформатора (погрешность при неучете этих потерь не превышает -1.5%). Потери в стали генератора сказываются на затухании высокочастотной составляющей процесса при зажиганиях дуги, что приводит к снижению максимумов перенапряжений ~ на 6. .7%.

Практические результаты можно сформулировать следующим образом:

1. При значительной доле в воздушных сетях двухцепных ВЛ при реальных значениях напряжения несимметрии не удается настроить ДГР таким образом, чтобы одновременно избежать резонансных условий в нормальном эксплуатационном режиме и режиме однофазного замыкания на землю. Поэтому эксплуатация ДГР в таких сетях может привести к их повышенной аварийности.

В кабельных сетях, оснащенных ДГР, надежная их эксплуатация может быть достигнута лишь при автоматическом регулировании степени компенсации емкостного тока ОЗНЗ. При отсутствии такого регулирования будет наблюдаться высокая аварийность сетей в основном из-за многоместных повреждений при однофазных дуговых замыканиях на землю.

2. Величина верхнего предела сопротивления резистора в нейтрали сетей средних классов напряжения определяется условиями ограничения перенапряжений при ОДЗ и составляет- 11м< 1/3 соСф( 1 +2г\), г} =Смц/Сф.

Нижний предел сопротивления резистора в нейтрали необходимо выбирать:

- в воздушных сетях - исходя из условия селективного срабатывания ненаправленной токовой защиты (соотношением между максимальным рабочим током и током небаланса в трансформаторах тока). Такой подход гарантирует отстройку от ложных срабатываний защиты;

- в кабельных сетях и в сетях генераторного напряжения электрических станций - исходя из условия отстройки защиты от междуфазных замыканий.

3. Диапазоны сопротивлений резисторов, отвечающих условиям пункта 2, составляют:

- в воздушных сетях 6-35 кВ, содержащих одноцепные ВЛ, протяженностью /=5. 100 км, Ям=5500.2000 Ом;

- в воздушных сетях 6-35 кВ, содержащих, в основном, двухцепные ВЛ, при протяженности одной цепи 1=5. .100 км, ^^4000. 1400 Ом;

- в кабельных сетях 6-10 кВ протяженностью /=0.3.100 км, 3000.30 Ом;

- в сетях генераторного напряэ/сения электрических станций при изменении эквивалентной емкости сети в пределах СЭф=0.2.1.6 мкФ, ДлГ5300.665 Ом.

Энергия и мощность, поглощаемые резистором в течение действия релейной защиты от ОЗНЗ составляют:

- в воздушных сетях - 0.1-100 кВт и 0.2-305 кДж (/«3 с);

- в кабельных сетях - 0.35-300 кВт и 1.1-900 кДж (¿«3 с);

- в сетях генераторного напряжения электрических станций - 5-40 кВт и 2.5-20 кДж (/«0.5 с).

4. В случае установки резистора в нейтрали сети собственных нужд электрических станций облегчаются требования к энергетическим характеристикам ОПН, устанавливаемых на присоединениях для защиты изоляции двигателей от перенапряжений и к сопротивлениям Л*С-цепочек. Энергия, поглощаемая в варисторах ОПН, устанавливаемых на присоединениях уменьшается примерно в 2 раза.

5. Оснащение нейтрали сети генераторного напряжения блоков электрических cmaHifuu резистором облегчает требования к энергетическим характеристикам ОПН, устанавливаемым на стороне низшего напряжения силового трансформатора блока. При этом, определяющими энергетическими воздействиями на ОПН будут служить кратковременные перенапряжения относительно небольшой кратности, возникающие при коммутациях блока генераторными выключателями, а также в случае связи блока с ОРУ с помощью воздушных перемычек -грозовые перенапряжения.

Оба эти воздействия характеризуются малым энергетическим потенциалом по сравнению с длительными воздействиями на ОПН при ОДЗ в режиме изолированной нейтрали генератора блока.

6. Резистивное заземление нейтрали позволяет избежать опасных феррорезонансных явлений, возникающих в сетях небольшой протяженности при их оснащении трансформаторами напряжения типов ЗНОМ, 3HOJT, НТМИ. Установившихся феррорезонансных колебаний в этом случае не наблюдается. Переходный феррорезонанс характеризуется относительно небольшими токами в обмотке ВН ТН типов ЗНОМ, ЗНОЛ, НТМИ - ~0.3.1.5 А при длительности импульсов, не превышающих 0.01с.

7. В воздушных сетях при оснащении нейтрали сети резисторами понижается чувствительность защит от ОЗНЗ, основанных на регистрации напряжения нейтрали. Поэтому более предпочтительными являются защиты, реагирующие на стационарные токи нулевой последовательности. Диагностика ВЛ (цепи), на которой произошло ОЗНЗ, может быть осуществлена с помощью защиты, реагирующей на ток нулевой последовательности, протекающей по поврежденной В Л (цепи). Для достижения необходимой селективности в ряде схем сетей защиту целесообразно выполнять направленной. Отношение токов, протекающих по поврежденной В Л (цепи) и неповрежденной ВЛ (цепи), составляет 3.5.15.

Существенное влияние на надежность диагностики поврежденной ВЛ (цепи) оказывает переходное сопротивление в месте замыкания на землю. Поэтому при разработке и настройке защит от ОЗНЗ в сетях с резистивным заземлением нейтрали необходимо учитывать величины переходных сопротивлений в месте замыканий на землю, характерные для региона расположения сети. В случае двухцепных ВЛ в области значений переходного сопротивления Я^ в которой удается достаточно надежно распознать наличие ОЗНЗ, ориентируясь на напряжение нейтрали, напряжение на нейтрали поврежденной секции более, чем вдвое превышает соответствующее напряжение на неповрежденной секции.

8. Предложенная методика определения величины переходного сопротивления в месте замыкания на землю, оценивающая чувствительность защиты от однофазных замыканий на землю, позволяет выполнить качественный анализ различных вариантов защиты и выбрать наиболее приемлемый.

9. Наиболее слабым звеном при достижении необходимой чувствительности защиты от ОЗНЗ в воздушных сетях является фильтр нулевой последовательности в случае, если этот фильтр организован на основе трансформаторов тока электромагнитного типа и характеризуется высокими значениями тока небаланса в нормальном эксплуатационном режиме. Повышения чувствительности, можно добиться либо путем монтажа кабельных вставок, либо путем применения оптико-электронных трансформаторов тока.

10. Резистивное заземление нейтрали в кабельных сетях и сетях генераторного напряжения электрических станций не привносит дополнительных требований к организации их релейной защиты от замыканий на землю и не требует ее коренной перестройки. Как и в настоящее время в кабельных сетях защита может быть организована на основе регистрации стационарных токов нулевой последовательности, а в

199 сетях генераторного напряжения - на регистрации напряжения 3£/о. В связи с увеличением тока замыкания на землю при оснащении сетей резисторами целесообразно действие защиты на отключение поврежденного фидера или генератора.

Общее заключение по работе

Заземление нейтрали сетей средних классов напряжения через резисторы при правильном выборе их характеристик и средств релейной защиты и автоматики обеспечивает надежную эксплуатацию изоляции оборудования сетей и локализацию однофазных замыканий на землю с последующим отключением поврежденного фидера. При внедрении резистивного заземления нейтрали повышается надежность и электробезопасность эксплуатации сетей, и практически исключаются не обеспеченные защитным заземлением двойные замыкания на землю.

Вместе с тем, высокоомное резистивное заземление нейтралей сетей средних классов напряжения, при правильном выборе характеристик резисторов и средств релейной защиты и автоматики, позволяет сохранить все преимущества сетей с изолированной нейтралью, обусловленные относительно малыми значениями токов замыкания на землю.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Виштибеев, Алексей Владимирович, 2000 год

1. Рыбаков U.M., Халилов Ф.Х. Вопросы ограничения перенапряжений в сетях 6-35 кВ: Монография. Изд-во Краснояр. ун-та, 1991. 152 с.

2. Зархи И.М., Мешков В.Н., Халилов Ф.Х. Внутренние перенапаряжения в сетях 6-35 кВ. Л.: Наука, 1986. - 128 с.

3. Сирота И. М., Кисленко С. Н., Михайлов А. М. Режимы нейтрали электрических сетей. Киев: Наукова думка, 1985. 264 с.

4. Назаров В.В. Защита электрических сетей от однофазных замыканий. Киев: Лыбщь, 1992. 124 с.

5. Целебровский Ю.В. Режим нейтрали 6-35 кВ // ОЭС Сибири: современное состояние и перспективы развития: Материалы научно-практической конференции, посвященной 40-летию Единой энергетической системы России. Часть 2. Новосибирск, 1996, С. 87-96.

6. Гиндуллин Ф.А, Гольдштейн В.Г., Дульзон A.A., Халилов Ф.Х. Перенапряжения в сетях 6-35 кВ. М.: Энергоатомиздат, 1989. 192 с.

7. Вилъгейм Р., Уотерс М. Заземление нейтрали в высоковольтных системах. Л.: Госэнергоиздат, 1959. -415 с.

8. Зихерман М. X. Повреждения трансформаторов напряжения при дуговых замыканиях на землю в сетях 6-10 кВ // Электрические станции, 1978, №11, С. 65-67.

9. Лихачев Ф.А. Аварии, возникшие по причине самопроизвольного смещения нейтрали // Электрические станции, 1958, № 3, С. 18-21.

10. Обабков В.К. Синтез адаптивных систем управления резонансными объектами. Киев: Наукова думка, 1993. - 225 с.

11. Кадомская К.П., Тихонов A.A. Режимы замыкания на землю в сети, содержащей двухцепные воздушные линии // Промышленная энергетика — 1991.-№12, С. 15-18.

12. Бухтояров В.Ф., Маврицын A.M. Защита от замыканий на землю электорустановок карьеров. М.: Недра. 183 с.

13. Евдокунин Г.А., Гудилин С.В., Корепанов А.А. Выбор способа заземления нейтрали в сетях 6-10 кВ // Электричество, 1998, №12, С. 8-22.

14. Delblanko L. Unutrasnji prenaponi u otporno uzemljenim 10(20) kV mresama // Elektrotehnika. 1989. 32, № 3-4. S. 193-203.

15. Lazar I. System grounding In Industrial power systems // Specif. Eng. 1978. 40, №5. P. 131-136.

16. Petersen W. Erdschlusstrome in Hoshspannungsnetzen. Elektrotech. Z. -1916, n. 37, H. 37, S. 493-512.

17. Правила устройства электроустановок. Разд. 1. Общие правила/СССР. М-во энергетики и электрификации. М.: Энергоиздат, 1982. - 88 с.

18. ГОСТ 1516.1-76. Электрооборудование переменного тока на напряжения от 3 до 500кВ. Требования к электрической прочности изоляции. -Госкомстандарт СМ ССР. М. 1977. - 57 с.

19. Shott H.S., Petersen Н.А. Criteria for Neutral Stability of Wye-Grounded-Primary Briken-Delta Secondary Transformers Circuit // Trans. А1ЕЕ/ 1941. P. 997-1002.

20. Алексеев В.Г., Думайцев С.Г., Зихерман M.X. Исследование режимов работы трансформаторов напряжения контроля изоляции в сетях 6-10 кВ. // Электрические станции. 1981. -№1. - С.56.

21. Шаргородский В.А. Автоколебательный процесс причина повреждения трансформаторов напряжения // Электрические станции. - 1963, .№5. - С.59.

22. Поляков B.C. О защите оборудования электрических сетей от феррорезонансных перенапряжений // Из опыта работы Высоковольтной сети Ленэнерго. Л.: Энергоатомиздат. - 1986. - С.76.

23. Лихачев Ф.А. Схемы подключения дополнительного сопротивления к ТНКИ // Электрические станции. 1978. - № 12.

24. Заболотников А.П., Кадомская К.П., Тихонов А.А. Математическое моделирование и перенапряжения в электрических сетях 6.35 кВ: монография/Новосиб.гос.техн.ун-т. Новосибирск, 1993.- 158с.

25. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 12: Токовая защита нулевой последовательности от замыканий на землю линий 110-500 кВ. Расчеты. М.: Энергия, 1990.

26. Королев Е. П., Либерзон Э. М. Расчеты допустимых нагрузок в токовых цепях релейной защиты.- М.: Энергия, 1980.

27. Вайнштейн Р.А., Головко С.И., Коломиец Н.В. Режимы работы нейтрали в электрических системах. Томск: Том. политехи, ин-т, 1981.-79 с.

28. Справочник по электрическим установкам высокого напряжения. Под ред. И.А. Баумштейна и М.В. Хомякова. Изд-ние второе, переработанное и дополненное. - М.: Энергоатомиздат. - 1981. - 655 с.

29. Ларина Э.Т. Силовые кабели и кабельные линии.-М.: Энергоатомиздат. -1984.-367 с.

30. Шаргородский В.А. и др. Релейная защита двигателей выше 1 кВ. М.: Энергоатомиздат. - 1987. - 248 с.

31. Хаммарлунд П. Восстанавливающееся напряжение на контактах выключателя. М.-Л.:Госэнергоиздат, 1956. - 296 с.

32. HARRIS Semiconductor. AS Sériés. High Energy Metal-Oxide Arrestor Blocks. File Number 2492.3. Copyright HARRIS Corporation, 1995.

33. Кадомская К.П. Коммутационные перенапряжения в цепях блоков генератор-трансформатор и в сетях собственных нужд электрических станций. Учебн. пособие. - Новосибирск. - НЭТИ, 1983. - 83 с.

34. Зихерман М.Х., Несвижский Е.И., Рассолова И.Б., Федотов С.П. Трансформатор напряжения повышенной надежности для сетей 6-10 кВ // Электрические станции. 1990. - №6. - С. 64-71.203

35. Левковский А.И. Исследование переходных процессов при дуговых замыканиях на землю в электрической сети 10 кВ с трансформатором напряжения НАМИ-10 // Электрические станции. 1990. - № 10. -С. 79-81.

36. Богдан A.B., Калмыков В.В., Сафарбаков A.A. Переходные процессы в электрической сети 10 кВ с трансформатором напряжения НАМИ-10 // Электрические станции. 1993. - № 10. - С. 46-49.

37. Зихерман М.Х., Левковский А.И. Резонансные процессы в сетях 35 кВ с трансформаторами напряжения // Электрические станции. 1996. - № 5. - С. 54-56.

38. Правила устройства электроустановок. 6-е изд., перераб. и доп. М-во энергетики и электрификации СССР. М.: Энергоатомиздат, 1986.

39. Налимов В.В., Голикова Т.П. Логические основы планирования эксперимента М.: Металлургия, 1976.

40. Карпюк Б.В., Козачок А.Г. Планирование и организация измерительного эксперимента. Учебн. пособие для ст. старших курсов всех факультетов всех форм обучения. - НЭТИ, 1980.